[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

一種陸空機器人的三模態變形輪，它涉及特種移動機器人領域。本發明解決了現有的變形輪存在體積大，結構復雜，對旋翼氣流的影響較大，無法保證飛行模態的運動效率，且控制方法復雜，越障能力有限的問題。本發明的旋翼電機的輸出軸轉動帶動螺旋槳轉動，高速旋轉的螺旋槳所形成的氣流穿過內圈輪轂產生升力，從而為三模態變形輪及裝有該三模態變形輪的機器人提供足夠的飛行升力，變構型電機的輸出軸轉動帶動驅動卷筒轉動，驅動卷筒帶動驅動繩運動，在驅動繩的拉力作用下，三個輪腿構件分別繞內圈輪轂和/或外圈輪轂的邊緣同步旋轉，實現輪腿構件伸出和收回，進而實現三模態變形輪的展開和閉合。本發明用于提高機器人對復雜環境的適應能力。

技術領域

本發明涉及特種移動機器人領域，具體涉及一種陸空機器人的三模態變形輪。

背景技術

隨著機器人性能不斷地完善，輪式移動機器人的應用范圍大為擴展，在城市安全、國防和空間探測領域等有害與危險場合得到很好的應用。現有的輪式移動機器人，其輪子以傳統圓輪結構為主，在平坦路面上有較高的行走效率，但存在環境適應能力差、越障能力不足的缺陷，難以滿足復雜作業場景的使用要求。

具有變形功能的輪子既可實現傳統輪子的高效行走，又可通過自身變形的方式提高越障能力，增強在崎嶇地形中的適應性。但現有的變形輪普遍存在體積大，結構及控制方法復雜，越障能力有限等缺陷。申請號為CN202010334124.9、公開號為CN111546826A、公開日為2020年08月18日的中國發明專利公開了一種單自由度變形輪。該變形輪通過調整內外輪轂的間距來實現車輪的收縮與展開，以此來改變輪徑而提高越障高度，該變形輪大量使用鉸鏈連接，體積大，結構復雜。申請號為CN202011344520.6、公開號為CN112455155A、公開日為2021年03月09日的中國發明專利公開了一種多模態變形輪及其控制方法、裝置、電子設備和存儲介質。該變形輪通過可伸縮腿部部件實現變形，結構簡單，但控制方法復雜，越障能力有限。

綜上所述，現有的變形輪存在體積大，結構復雜，對旋翼氣流的影響較大，無法保證飛行模態的運動效率，且控制方法復雜，越障能力有限的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的變形輪存在體積大，結構復雜，對旋翼氣流的影響較大，無法保證飛行模態的運動效率，且控制方法復雜，越障能力有限的問題，進而提供一種陸空機器人的三模態變形輪。

本發明的技術方案是：

一種陸空機器人的三模態變形輪，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，從而為三模態變形輪及裝有該三模態變形輪的機器人提供足夠的飛行升力；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，進而實現三模態變形輪的展開和閉合，完成輪式模態和輪輻式模態的相互切換。