阅读说明：本技术 一种仿牛足轮步复合式变构型车轮 (Compound type deformation wheel simulating steps of cattle feet ) 是由 刘金国 杨广宇 冯靖凯 于 2019-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明属于仿生领域,具体地说是一种仿牛足轮步复合式变构型车轮,包括轮毂、腿部组件及仿牛足部件,轮毂的圆周方向均布有多个腿部组件,腿部组件包括上腿部、下腿部及减震弹簧,上腿部的一端与轮毂连接,下腿部的一端可相对伸缩地连接于上腿部的另一端内,下腿部的另一端连接有仿牛足部件,上腿部内容置有减震弹簧,减震弹簧的两端分别与轮毂及下腿部的一端抵接；仿牛足部件包括左趾、右趾及缓冲弹簧,左趾与右趾相铰接,并在铰接处与下腿部的另一端相连,左趾与右趾之间设有缓冲弹簧。本发明将轮足的优势结合起来,具有良好的通过性,仿牛足部件能够模仿牛足在松软地面的多种功能,满足环境综合通过能力要求。(The invention belongs to the field of bionics, in particular to a cow-foot-imitating wheel step combined type variable-configuration wheel which comprises a wheel hub, leg components and a cow-foot-imitating component, wherein a plurality of leg components are uniformly distributed in the circumferential direction of the wheel hub; the artificial ox foot part comprises a left toe, a right toe and a buffer spring, wherein the left toe is hinged with the right toe and is connected with the other end of the lower leg part at the hinged part, and the buffer spring is arranged between the left toe and the right toe. The invention combines the advantages of the wheel feet, has good trafficability, and the cattle foot simulating component can simulate various functions of the cattle feet on soft ground and meet the requirement of comprehensive trafficability of the environment.)

一种仿牛足轮步复合式变构型车轮

技术领域

本发明属于仿生领域，具体地说是一种仿牛足轮步复合式变构型车轮。

背景技术

我国的沙漠、戈壁面积广大，沙漠科考、军事防御、沙漠开发等都需要适应松软地面的行走机构。另外，深空探测受到越来越多的关注，月球和火星表面环境复杂，分布着石块、凹坑及凸包的松软沙土，一般的车轮难以达到星球探测所需的通过性能。

松软地面承载能力差，抗剪强度低，行走机构的性能取决于对土壤的摩擦力、外附力，常常出现下陷过深与打滑，需要控制其下土壤的流动。黄牛经常行走在松软土壤上，在与土壤的长期相互作用中，黄牛的牛足经过不断的进化，逐步形成了优良的几何形状，使其在松软土壤上具有通过能力强、运动阻力小和行动效率高等特点。

目前，国内外对适应松软地面并将轮足的优势结合起来的研究较少，不能满足科研需求，需要进一步发掘研究。

发明内容

为了满足在松软地面上行走的要求，本发明的目的在于将轮足的优势结合起来，并基于牛足对松软地形的适应性，提供一种仿牛足轮步复合式变构型车轮。该仿牛足轮步复合式变构型车轮可以用于四轮、六轮移动型机器人。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括轮毂、腿部组件及仿牛足部件，其中轮毂的圆周方向均布有多个腿部组件，所述腿部组件包括上腿部、下腿部及减震弹簧，该上腿部的一端与所述轮毂连接，所述下腿部的一端可相对伸缩地连接于上腿部的另一端内，该下腿部的另一端连接有所述仿牛足部件，所述上腿部内容置有减震弹簧，该减震弹簧的两端分别与所述轮毂及下腿部的一端抵接；所述仿牛足部件包括左趾、右趾及缓冲弹簧，该左趾与右趾相铰接，并在铰接处与所述下腿部的另一端相连，所述左趾与右趾之间设有供左趾与右趾离开地面而复位的缓冲弹簧。

其中：所述轮毂呈圆柱状，外表面沿圆周方向均布有多个连接管，该连接管的一端与轮毂相连，另一端与所述上腿部的一端连接。

所述连接管为内部中空的圆柱体，内壁制有与所述上腿部一端螺纹连接的螺纹。

所述上腿部为内部中空的圆柱体，所述减震弹簧容置于上腿部的中间通孔内，该上腿部另一端端面的中间通孔直径小于其他部位的中间通孔直径。

所述下腿部为圆柱状，一端位于所述上腿部内部，且该端直径大于其他部分的直径，所述下腿部直径小的部分由上腿部的另一端穿出。

所述左趾与右趾均具有趾尖及连接部，该左趾或右趾的连接部上开有通孔，所述右趾或左趾的连接部***通孔中，左、右趾的连接部通过足轴铰接，所述足轴与下腿部的另一端相连；所述左趾的连接部与右趾的连接部之间设有所述缓冲弹簧。

所述左趾及右趾与沙土接触的内侧表面均为斜面。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明将轮足的优势结合起来，具有良好的通过性，仿牛足部件能够模仿牛足在松软地面趾尖着地、垂直入土、趾瓣张开、趾瓣固土、出土恢复等功能，满足环境综合通过能力要求。

2.本发明仿牛足部件的左、右趾间具有弹性的指枕，在上腿部设置了减震弹簧，可以缓冲趾尖接触地面的冲击。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的结构主视图；

图3为本发明图2中的A—A剖视图；

图4为本发明仿牛足部件的立体结构示意图；

图5为本发明仿牛足部件的结构主视图；

其中：1为轮毂，101为连接管，2为腿部组件，201为上腿部，202为下腿部，203为减震弹簧，3为仿牛足部件，301为左趾，302为右趾，303为足轴，304为缓冲弹簧，305为通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～5所示，本发明包括轮毂1、腿部组件2及仿牛足部件3，其中轮毂1的圆周方向均布有多个腿部组件2，腿部组件2包括上腿部201、下腿部202及减震弹簧203，该上腿部201的一端与轮毂1连接，下腿部202的一端可相对伸缩地连接于上腿部201的另一端内，该下腿部202的另一端连接有仿牛足部件3，上腿部201内容置有减震弹簧203，该减震弹簧203的两端分别与轮毂1及下腿部202的一端抵接。

本实施例的轮毂1呈圆柱状，外表面沿圆周方向均布有多个(本实施例为六个)连接管101，该连接管101为内部中空的圆柱体，内壁制有螺纹；连接管101的一端与轮毂1固接(或连接管101与轮毂1为一体结构)，另一端与上腿部201的一端螺纹连接。

本实施例的上腿部201、下腿部202及仿牛足部件3均为六个。

本实施例的上腿部201为内部中空的圆柱体，减震弹簧203容置于上腿部201的中间通孔内，该上腿部201另一端端面的中间通孔直径小于其他部位的中间通孔直径。

本实施例的下腿部202为圆柱状，一端位于上腿部201内部，且该端直径大于其他部分的直径，并大于上腿部另一端端面的中间通孔直径；下腿部202直径小的部分则由上腿部201的另一端穿出。

仿牛足部件3包括左趾301、右趾302及缓冲弹簧304，该左趾301与右趾302相铰接，并在铰接处与下腿部202的另一端相连，左趾301与右趾302之间设有供左趾301与右趾302离开地面而复位的缓冲弹簧304。本实施例的左趾301与右趾302均具有趾尖及连接部，该左趾301或右趾302的连接部上开有通孔305，右趾302或左趾301的连接部***通孔305中，左、右趾301、302的连接部通过足轴303铰接，足轴303与下腿部202的另一端相连；左趾301的连接部与右趾302的连接部之间设有缓冲弹簧304。本实施例左趾301的连接部为长方体，沿长度方向开设了通孔305；右趾302的连接部为长方形板状，由通孔305***后通过足轴303铰接，在长方体的端部与长方形板的端部设置缓冲弹簧304。左趾301及右趾302与沙土接触的内侧表面均为斜面。足轴303可与下腿部202的另一端相连，或由下腿部202的另一端作为足轴303，即左趾301与右趾302铰接于下腿部202的另一端。

安装时，先将下腿部202直径小的部分由上腿部201的一端穿入，再由上腿部201的另一端穿出，下腿部202直径大的部分留在上腿部201内；再将减震弹簧203放入上腿部201中，将上腿部201螺纹连接在连接管101上。最后，在下腿部202的另一端安装上仿牛足部件3。

本发明的工作原理为：

轮毂1上有六组复合腿足，每组中具有一个腿部组件2和一个仿牛足部件3。设计复合腿足长度时，使上一个复合腿足离地时，相邻的下一个复合腿足中仿牛足部件3的趾尖刚好接触地面。车轮由动力驱动，当仿牛足部件3的左趾301与右趾302接触地面时，松软地面的沙土进入左、右趾301、302之间的位置，并作用于左、右趾301、302内侧斜面，使左、右趾301、302向外转动分开；此时，缓冲弹簧304受到压缩，当弹力与作用在左、右趾301、302内侧斜面的力在水平方向平衡时，左、右趾301、302呈设定角度分开。仿牛足部件3受到的力由下腿部202传递到减震弹簧203，下腿部202相对上腿部201内缩，上腿部201中的减震弹簧203被压缩。当仿牛足部件3离开地面时，沙土由左、右趾301、302之间漏出，缓冲弹簧304恢复原状，左、右趾301、302也恢复到初始状态。减震弹簧203复位，推动下腿部202相对上腿部201外伸复位。本发明的仿牛足部件3能够模仿牛足在松软地面趾尖着地、垂直入土、趾瓣张开、趾瓣固土、出土恢复等功能，满足环境综合通过能力要求。

本发明仿牛足部件3的左、右趾301、302间具有弹性的指枕，在上腿部201设置了减震弹簧203，可以缓冲趾尖接触地面的冲击。