[發明專利]一種自適應崎嶇路面的柔性車輪

在審

• 申請號: 201810854415.3
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN109050155A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 劉傳平;王立
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B60B19/00
• 分類號: B60B19/00;B60C19/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種自適應崎嶇路面的柔性車輪，屬于車輛技術領域。該車輪包括固定軸、磁體、儲液腔、扇形輪胎與輪輻以及智能型填充液。磁體和輪輻安裝在固定軸上，輪胎和儲液腔通過輪輻連接，輪胎采用低彈性形變材料、儲液腔為高彈性軟材料，所有扇形輪胎均通過空心輪輻與封頭連接；輪胎、儲液腔、輪輻內充滿一定壓力的填充液，填充液為磁流變液；車輪轉動時，輪輻內填充液在磁場作用下改變流變特性，實現輪輻內液體通道交替開閉。本發明所公開的柔性車輪在運動過程中可根據路面實際情況改變自身形狀，以增強車輛的路面通過能力和減震能力。

技術領域

本發明涉及車輛技術領域，特別是指一種自適應崎嶇路面的柔性車輪。

背景技術

輪式車輛因其具有行動快捷、工作效率高、結構簡單、可控性強、安全性好等優勢而得以廣泛應用。而在地球陸地表面，有超過50％以上的面積為崎嶇不平的山丘或沼澤，并不適合輪式車輛行走。目前通過非平坦路面多模仿多足動物的足式機器人，足式機器人通過性強，但其結構及相應控制復雜、價格昂貴。

為結合輪式機器人的優點，同時兼具較強通過性。CN 106892011A公開了一種履帶-腿足復合式移動機器人，在常規履帶式機器人的基礎上增加了大腿和小腿，既可用傳統履帶的模式行進，也可在越障時采用四足的模式輔助越障，既保留了履帶式機器人的行進速度平穩性和能量效率，又增加了足式機器人的高通過能力。CN 207015472U公開了一種腿-輪混合機器人，解決了現有技術中可行走機器人對不同地面地形適應能力低的技術問題。CN 107662662A公開了一種四輪足機器人，既可充分發揮輪式機器人的優勢，具有在平坦路面實現快速移動的功能，又可有效克服輪式機器人的缺陷，具有在復雜路面實現越障甚至爬樓梯的功能，而且結構簡單，控制方便。CN 206781911U公開了一種六輪足機器人，結合輪式機器人和多足機器人各自優點，降低多足機器人在平坦地面的步態設計難度，減低控制的復雜性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種自適應崎嶇路面的柔性車輪。

該車輪包括固定軸、磁體、儲液腔、輪胎和輪輻，磁體、儲液腔和輪輻安裝在固定軸上，輪胎與儲液腔通過輪輻相連通，輪胎與儲液腔中裝有磁流變液，多個輪輻圍成圓形并通過軸承固定在固定軸上，輪胎和輪輻能夠圍繞固定軸轉動。所有扇形輪胎均通過空心輪輻與封頭連接。輪胎、儲液腔、輪輻內充滿一定壓力的磁流變液，磁流變液可以在輪胎、儲液腔之間來回流動。磁體固定于軸承正下方靠近輪輻處，磁體不隨車輪轉動而運動。

其中，磁體為永磁體或電磁鐵。

磁體加工為扇形，固定于固定軸正下方，磁體與輪輻之間間距不大于 10mm。

輪輻為中空剛性件，數量不少于3個。

輪胎采用低彈性橡膠材料制成，儲液腔采用高彈性橡膠材料制成。

磁流變液采用微納米磁流變液或磁流變液與粗顆粒混合物。

該柔性車輪在磁體產生的磁場作用下，與地面接觸輪胎所對應輪輻單元內磁流變液呈現出固體性質，即輪輻通道關閉，輪胎內的磁流體不能向儲液腔流動；而車輪其它地方輪輻內磁流體遠離磁場，輪胎內液體與儲液腔流體可相互自由流動，即輪胎可發生形變。車輪轉動時，輪輻內填充液在磁場作用下改變流變特性，實現輪輻內液體通道的交替開閉，控制車輪輪胎磁流體量及壓力變化。

該車輪在工作時，車輪轉動過程中利用外加磁場使車輪輪胎或輪輻內所填充磁流變液“液-固”相態或流變特性交替變化，實現車輪路面自適應。本發明柔性車輪的具體工作過程如下：

若前方路面平整，柔性車輪與地面接觸的輪輻單元內磁流體被快速“固”化。由于磁流體具有快速(毫秒級)的響應特性，柔性車輪轉動時類似普通車輪，不產生形變。