仿生低振步行輪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種仿生低振步行輪，是由第一輪腿機(jī)構(gòu)和第二輪腿機(jī)構(gòu)組成，第一輪腿機(jī)構(gòu)通過(guò)數(shù)個(gè)連接螺栓固定設(shè)置在第二輪腿機(jī)構(gòu)上，第一輪腿機(jī)構(gòu)與第二輪腿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同；本發(fā)明是基于鴕鳥(niǎo)雙足協(xié)同運(yùn)動(dòng)及足跖趾關(guān)節(jié)肌腱吸能減振特性，并結(jié)合工程仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)完成的，在沙地面和硬地面行駛過(guò)程中，在達(dá)到普通步行輪牽引性能的同時(shí)，輪心波動(dòng)和振動(dòng)明顯降低。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，具有良好的抗沉陷性能，其輪轍顯示仿生步行輪對(duì)土壤擾動(dòng)小，其牽引性能優(yōu)于傳統(tǒng)步行輪，同時(shí)，仿生步行輪的輪心波動(dòng)幅度小，隨著轉(zhuǎn)速增大，減振效果更加明顯，提高駕駛員舒適度，使車輛機(jī)械部件造成不易疲勞破壞，適合廣泛的推廣和使用。
【專利說(shuō)明】
仿生低振步行輪
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及仿生領(lǐng)域，特別涉及一種仿生低振步行輪。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)的沙漠、戈壁及半干旱地區(qū)的沙地總面積達(dá)130.8萬(wàn)平方公里，約占全國(guó)土地總面積的13.6%，沙漠科學(xué)考察、軍事防御、沙漠綜合治理以及開(kāi)發(fā)沙漠中的礦產(chǎn)資源和旅游資源等都需要高性能的沙漠越野行走機(jī)構(gòu)。另外，隨著嫦娥三號(hào)成功登陸月球以及火星探測(cè)的啟動(dòng)，深空探測(cè)受到前所未有的關(guān)注，研究在松軟沙地等復(fù)雜地面環(huán)境行駛的深空巡視探測(cè)器不僅具有科學(xué)意義還具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義，因步行輪在松軟地面環(huán)境具有高通過(guò)性的特點(diǎn)，為了提高車輛在松軟路面的牽引力，研究人員開(kāi)發(fā)出了多種形式的步行輪結(jié)構(gòu)。但是傳統(tǒng)步行輪存在多邊形效應(yīng)，輪腿在硬地面接觸瞬間會(huì)爆發(fā)很大的瞬時(shí)沖擊力，這樣的沖擊力所造成的振動(dòng)使得駕乘人員很難適應(yīng)，同時(shí)容易使車輛機(jī)械部件造成疲勞破壞，因此設(shè)計(jì)一種低振步行輪對(duì)沙漠環(huán)境開(kāi)發(fā)以及深空探測(cè)均具有重要價(jià)值和潛在應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是要解決上述現(xiàn)有步行輪存在多邊形效應(yīng)，輪腿在硬地面接觸瞬間會(huì)爆發(fā)很大的瞬時(shí)沖擊力，這樣的沖擊力所造成的振動(dòng)使得駕乘人員很難適應(yīng)，同時(shí)容易使車輛機(jī)械部件造成疲勞破壞等問(wèn)題，而提供一種仿生低振動(dòng)步行輪。
[0004]本發(fā)明是由第一輪腿機(jī)構(gòu)和第二輪腿機(jī)構(gòu)組成，第一輪腿機(jī)構(gòu)通過(guò)數(shù)個(gè)連接螺栓固定設(shè)置在第二輪腿機(jī)構(gòu)上，第一輪腿機(jī)構(gòu)與第二輪腿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同；
[0005]第一輪腿機(jī)構(gòu)包括數(shù)個(gè)第一輪腿和第一輪轂，數(shù)個(gè)第一輪腿分別固定設(shè)置在第一輪轂上，第一輪腿包括第一跟腱彈簧、第一足面、第一限位銷和第一支撐桿，第一支撐桿固定設(shè)置在第一輪轂上，第一足面通過(guò)第一限位銷固定設(shè)置在第一支撐桿下端，第一跟腱彈簧兩端分別固定設(shè)置在第一足面和第一支撐桿上；
[0006]第二輪腿機(jī)構(gòu)包括數(shù)個(gè)第二輪腿和第二輪轂，數(shù)個(gè)第二輪腿分別固定設(shè)置在第二輪轂上，第二輪腿包括第二跟腱彈簧、第二足面、第二限位銷和第二支撐桿，第二支撐桿固定設(shè)置在第二輪轂上，第二足面通過(guò)第二限位銷固定設(shè)置在第二支撐桿下端，第二跟腱彈簧兩端分別固定設(shè)置在第二足面和第二支撐桿上；
[0007]數(shù)個(gè)第一足面和數(shù)個(gè)第二足面構(gòu)成一個(gè)直徑為L(zhǎng)I的正圓，LI= 384mm，第一足面的寬度為L(zhǎng)2，L2 = 14mm，第一輪轂和第二輪轂的間距為L(zhǎng)3，L3 = 20mm ；
[0008]所述第一輪腿數(shù)量分別為八，相鄰第一輪腿之間的夾角為Θ1，Θ1= 45°，相鄰第一輪腿與第二輪腿之間的夾角為Θ2，Θ2 = 22.5°。
[0009]本發(fā)明的工作原理和過(guò)程:
[0010]本發(fā)明基于鴕鳥(niǎo)雙足協(xié)同運(yùn)動(dòng)及足跖趾關(guān)節(jié)肌腱吸能減振特性，采用工程仿生學(xué)技術(shù)，在行走過(guò)程中，第一輪腿機(jī)構(gòu)與第二輪腿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同，工作原理相同，第一輪腿與第二輪腿交替觸地，始終保持第一足面和第二足面平穩(wěn)且連續(xù)與地面接觸，第一跟腱彈簧是基于鴕鳥(niǎo)足跖趾關(guān)節(jié)肌腱的位置，具有吸能減振功能，第一輪腿觸地初期，第一跟腱彈簧處于收縮狀態(tài)，第一足面的前端接地，第一足面受到?jīng)_擊后可以迅速地繞中心旋轉(zhuǎn)從而減少第一輪腿受到的沖擊作用，在此過(guò)程中，第一跟腱彈簧被拉伸，進(jìn)而將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，減小輪心的加速度，在觸地中期，當(dāng)?shù)谝恢螚U與第一足面垂直時(shí)，第一支撐桿被第一限位銷阻擋，第一足面不能再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使第一支撐桿和第一足面保持垂直狀態(tài)，本發(fā)明沿第一足面滾動(dòng)，由于接地面的圓心與本發(fā)明輪心重合，使得此時(shí)的輪心上下波動(dòng)較小，在觸地后期，本發(fā)明不斷向前滾動(dòng)過(guò)程中，第一跟腱彈簧的收縮力大于外部阻力時(shí)，第一跟腱彈簧開(kāi)始收縮，使得第一足面蹬地，將第一跟腱彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為步行輪前進(jìn)的動(dòng)能。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
[0012]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，具有良好的抗沉陷性能，其輪轍顯示仿生步行輪對(duì)土壤擾動(dòng)小，其牽引性能優(yōu)于傳統(tǒng)步行輪，同時(shí)，仿生步行輪的輪心波動(dòng)幅度小，隨著轉(zhuǎn)速增大，減振效果更加明顯，提高駕駛員舒適度，使車輛機(jī)械部件造成不易疲勞破壞，在硬路面上，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速為30°/s時(shí)，與傳統(tǒng)步行輪相比，仿生步行輪的加速度減少了 15%，振幅減小了9.6%，適合廣泛的推廣和使用。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的立體示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的正視圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的側(cè)視圖。
[0016]圖4是本發(fā)明第一輪腿的立體示意圖。
[0017]圖5是本發(fā)明第二輪腿的立體示意圖。
[0018]圖6是本發(fā)明第一輪腿觸地初期時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖7是本發(fā)明第一輪腿觸地中期時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖8是本發(fā)明第一輪腿觸地末期時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7和圖8所示，本發(fā)明是由第一輪腿機(jī)構(gòu)I和第二輪腿機(jī)構(gòu)2組成，第一輪腿機(jī)構(gòu)I通過(guò)數(shù)個(gè)連接螺栓3固定設(shè)置在第二輪腿機(jī)構(gòu)2上，第一輪腿機(jī)構(gòu)I與第二輪腿機(jī)構(gòu)2結(jié)構(gòu)相同；
[0022]第一輪腿機(jī)構(gòu)I包括數(shù)個(gè)第一輪腿11和第一輪轂12，數(shù)個(gè)第一輪腿11分別固定設(shè)置在第一輪轂12上，第一輪腿11包括第一跟腱彈簧111、第一足面112、第一限位銷113和第一支撐桿114，第一支撐桿114固定設(shè)置在第一輪轂12上，第一足面112通過(guò)第一限位銷113固定設(shè)置在第一支撐桿114下端，第一跟腱彈簧111兩端分別固定設(shè)置在第一足面112和第一支撐桿114上；
[0023]第二輪腿機(jī)構(gòu)2包括數(shù)個(gè)第二輪腿21和第二輪轂22，數(shù)個(gè)第二輪腿21分別固定設(shè)置在第二輪轂22上，第二輪腿21包括第二跟腱彈簧211、第二足面212、第二限位銷213和第二支撐桿214，第二支撐桿214固定設(shè)置在第二輪轂22上，第二足面212通過(guò)第二限位銷213固定設(shè)置在第二支撐桿214下端，第二跟腱彈簧211兩端分別固定設(shè)置在第二足面212和第二支撐桿214上；
[0024]數(shù)個(gè)第一足面112和數(shù)個(gè)第二足面212構(gòu)成一個(gè)直徑為L(zhǎng)I的正圓，Ll = 384mm，第一足面112的寬度為L(zhǎng)2，L2 = 14mm，第一輪轂12和第二輪轂22的間距為L(zhǎng)3，L3 = 20mm;
[0025]所述第一輪腿11數(shù)量分別為八，相鄰第一輪腿11之間的夾角為Θ1，Θ1=45°，相鄰第一輪腿11與第二輪腿21之間的夾角為Θ2，Θ2 = 22.5°。
[0026]本發(fā)明的工作原理和過(guò)程:
[0027]請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7和圖8所示，本發(fā)明基于鴕鳥(niǎo)雙足協(xié)同運(yùn)動(dòng)及足跖趾關(guān)節(jié)肌腱吸能減振特性，采用工程仿生學(xué)技術(shù)，在行走過(guò)程中，第一輪腿機(jī)構(gòu)I與第二輪腿機(jī)構(gòu)2結(jié)構(gòu)相同，工作原理相同，第一輪腿11與第二輪腿21交替觸地，始終保持第一足面112和第二足面212平穩(wěn)且連續(xù)與地面接觸，第一跟腱彈簧111是基于鴕鳥(niǎo)足跖趾關(guān)節(jié)肌腱的位置，具有吸能減振功能，第一輪腿11觸地初期，第一跟腱彈簧111處于收縮狀態(tài)，第一足面112的前端接地，第一足面112受到?jīng)_擊后可以迅速地繞中心旋轉(zhuǎn)從而減少第一輪腿11受到的沖擊作用，在此過(guò)程中，第一跟腱彈簧111被拉伸，進(jìn)而將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，減小輪心的加速度，在觸地中期，當(dāng)?shù)谝恢螚U114與第一足面11垂直時(shí)，第一支撐桿114被第一限位銷113阻擋，第一足面112不能再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使第一支撐桿114和第一足面112保持垂直狀態(tài)，本發(fā)明沿第一足面112滾動(dòng)，由于接地面的圓心與本發(fā)明輪心重合，使得此時(shí)的輪心上下波動(dòng)較小，在觸地后期，本發(fā)明不斷向前滾動(dòng)過(guò)程中，第一跟腱彈簧111的收縮力大于外部阻力時(shí)，第一跟腱彈簧111開(kāi)始收縮，使得第一足面112蹬地，將第一跟腱彈簧111的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為步行輪前進(jìn)的動(dòng)能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種仿生低振步行輪，其特征在于:是由第一輪腿機(jī)構(gòu)(I)和第二輪腿機(jī)構(gòu)(2)組成，第一輪腿機(jī)構(gòu)(I)通過(guò)數(shù)個(gè)連接螺栓(3)固定設(shè)置在第二輪腿機(jī)構(gòu)(2)上，第一輪腿機(jī)構(gòu)(I)與第二輪腿機(jī)構(gòu)(2)結(jié)構(gòu)相同； 第一輪腿機(jī)構(gòu)(I)包括數(shù)個(gè)第一輪腿(11)和第一輪轂(12)，數(shù)個(gè)第一輪腿(11)分別固定設(shè)置在第一輪轂(12)上，第一輪腿(11)包括第一跟腱彈簧(111)、第一足面(112)、第一限位銷(113)和第一支撐桿(114)，第一支撐桿(114)固定設(shè)置在第一輪轂(12)上，第一足面(112)通過(guò)第一限位銷(113)固定設(shè)置在第一支撐桿(114)下端，第一跟腱彈簧(111)兩端分別固定設(shè)置在第一足面(112)和第一支撐桿(114)上； 第二輪腿機(jī)構(gòu)(2)包括數(shù)個(gè)第二輪腿(21)和第二輪轂(22)，數(shù)個(gè)第二輪腿(21)分別固定設(shè)置在第二輪轂(22)上，第二輪腿(21)包括第二跟腱彈簧(211)、第二足面(212)、第二限位銷(213)和第二支撐桿(214)，第二支撐桿(214)固定設(shè)置在第二輪轂(22)上，第二足面(212)通過(guò)第二限位銷(213)固定設(shè)置在第二支撐桿(214)下端，第二跟腱彈簧(211)兩端分別固定設(shè)置在第二足面(212)和第二支撐桿(214)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生低振步行輪，其特征在于:所述數(shù)個(gè)第一足面(112)和數(shù)個(gè)第二足面(212)構(gòu)成一個(gè)直徑為L(zhǎng)I的正圓，Ll = 384mm，第一足面(112)的寬度為L(zhǎng)2，L2 = 14mm，第一輪轂(12)和第二輪轂(22)的間距為L(zhǎng)3，L3 = 20mm; 所述第一輪腿(11)數(shù)量分別為八，相鄰第一輪腿(11)之間的夾角為Θ1，Θ1 =45°，相鄰第一輪腿(11)與第二輪腿(21)之間的夾角為Θ2，Θ2 = 22.5°。
【文檔編號(hào)】B62D57/032GK105882782SQ201610333275
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】張銳, 羅剛, 吉巧麗, 薛書亮, 馬松松, 何彥虎, 李建橋
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)