[發明專利]一種陸空機器人的三模態變形輪

有效

• 申請號: 202210933167.8
• 申請日: 2022-08-04
• 公開（公告）號: CN115157921B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 石柯;蔣再男;馬立焱;范宇杰;謝宇飛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B60B19/02
• 分類號: B60B19/02;B62D57/028;B60F5/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江聯合專利商標代理有限公司 23213
• 代理人: 孟憲會

1.一種陸空機器人的三模態變形輪，其特征在于：它包括內圈輪轂(1)、變構型電機(2)、驅動卷筒(3)、驅動繩(4)、外圈輪轂(6)、旋翼電機(7)、螺旋槳(8)和三個輪腿構件(5)；內圈輪轂(1)主體為三叉星形結構(1-1)，所述三叉星形結構(1-1)的外圍同軸設有圓殼結構(1-2)，所述圓殼結構(1-2)與三叉星形結構(1-1)的三個分叉外沿固定連接；外圈輪轂(6)與內圈輪轂(1)結構相同，外圈輪轂(6)與內圈輪轂(1)平行且對稱布置，外圈輪轂(6)的三個分叉外沿分別通過三個輪轂連接件(1-3)與內圈輪轂(1)的三個分叉外沿固定連接并保持固定距離；內圈輪轂(1)與外圈輪轂(6)之間設有旋翼電機(7)和螺旋槳(8)，旋翼電機(7)的殼體與內圈輪轂(1)固定連接，旋翼電機(7)的輸出軸與螺旋槳(8)固定連接，內圈輪轂(1)遠離螺旋槳(8)的一側設有變構型電機(2)，所述變構型電機(2)的外殼與內圈輪轂(1)的一支分叉固定連接，變構型電機(2)的輸出軸與驅動卷筒(3)固定連接；旋翼電機(7)的輸出軸轉動帶動螺旋槳(8)轉動，高速旋轉的螺旋槳(8)所形成的氣流穿過內圈輪轂(1)產生升力，為三模態變形輪提供飛行升力；輪腿構件(5)為圓弧形結構，三個輪腿構件(5)后端分別與連接內圈輪轂(1)與外圈輪轂(6)的三個輪轂連接件(1-3)轉動連接，每個輪腿構件(5)的轉動連接處均設有卷筒結構(5-1)，驅動繩(4)沿同一方向纏繞固定驅動卷筒(3)和三個輪腿構件(5)的卷筒結構(5-1)上，驅動繩(4)將驅動卷筒(3)和三個輪腿構件(5)拉緊連接在一起；變構型電機(2)的輸出軸轉動帶動驅動卷筒(3)轉動，驅動卷筒(3)帶動驅動繩(4)運動，在驅動繩(4)的拉力作用下，三個輪腿構件(5)分別繞內圈輪轂(1)和/或外圈輪轂(6)的邊緣同步旋轉，實現輪腿構件(5)伸出和收回，完成輪式模態和輪輻式模態的相互切換，驅動繩(4)的數量為一根，驅動卷筒(3)上沿弦線方向開設有兩個貫穿于驅動卷筒(3)的第一安裝孔，所述驅動卷筒(3)上纏繞有多圈驅動繩(4)，其中一圈驅動繩(4)穿過兩個第一安裝孔并與驅動卷筒(3)固定連接，每個輪腿構件(5)的卷筒結構(5-1)上沿弦線方向開設有兩個貫穿于卷筒結構(5-1)的第二安裝孔(5-1-1)，所述卷筒結構(5-1)上纏繞有多圈驅動繩(4)，其中一圈驅動繩(4)穿過兩個第二安裝孔(5-1-1)并與卷筒結構(5-1)固定連接，驅動繩(4)的材質為304不銹鋼，驅動繩(4)的直徑為1.5mm，繩對旋翼氣流的影響小，保證了飛行模態的運動效率，同時減小了整個三模態變形輪的質量和轉動慣量，提高了飛行控制的穩定裕度以及各個運動模態的續航時間。

2.根據權利要求1所述的一種陸空機器人的三模態變形輪，其特征在于：內圈輪轂(1)和/或外圈輪轂(6)的三叉星形結構(1-1)的三個分叉外沿分別設有三個輪轂連接孔(1-4)，內圈輪轂(1)的三叉星形結構(1-1)的三個分叉外沿與外圈輪轂(6)的三叉星形結構(1-1)的三個分叉外沿之間分別同軸心設有三個軸套(1-3-1)，每個軸套(1-3-1)內部插設有一個軸肩螺釘(1-3-2)，所述軸肩螺釘(1-3-2)的兩端分別與內圈輪轂(1)和外圈輪轂(6)固定連接。

3.根據權利要求1或2所述的一種陸空機器人的三模態變形輪，其特征在于：輪腿構件(5)主體為圓弧形板狀結構(5-2)，所述圓弧形板狀結構(5-2)的內側沿圓周方向平行且對稱布置有兩個弧形支撐板(5-3)，兩個弧形支撐板(5-3)的外圍與圓弧形板狀結構(5-2)內側面固定連接，兩個弧形支撐板(5-3)的后端分別設有相對的兩個軸孔，每個軸孔內分別嵌裝一個軸承(1-3-3)，弧形支撐板(5-3)通過軸承(1-3-3)與連接內圈輪轂(1)和外圈輪轂(6)的軸套(1-3-1)連接。

4.根據權利要求3所述的一種陸空機器人的三模態變形輪，其特征在于：輪腿構件(5)的前端設有圓筒形結構(5-4)，輪腿構件(5)后端設有凹槽(5-5)，當三模態變形輪處于閉合狀態時，各個輪腿構件(5)的前端與前一個輪腿構件(5)的后端凹槽(5-5)嵌合，此時車輪運動受到的徑向力將各個輪腿構件(5)鎖緊在閉合位置。