一种用于移动导航平台的感知型、可重构的仿生沙地轮.pdf

一种用于移动导航平台的感知型、可重构的仿生沙地轮，它涉及一种移动导航平台车轮结构的改进。本发明轮毂(8)曲面的外侧固定有弹性轮缘外侧板(13)，轮毂(8)曲面的内侧固定有弹性轮缘内侧板(18)，在可重构轮缘(1)上中心线的内侧设有弹性胎(14)，在弹性胎(14)内等距离设有感知传感器反射器件(2)，支架(20)的曲面上等距离设有感知传感器发射器件(4)。本发明具有结构简单、紧凑，运行能力提高，改善直线行驶的稳定性和转弯性能，增大接触地面的面积，能适应多种环境，包括一般公路、硬地和沙地环境；同时具有在沙地环境中较强的通过能力和较小的转向阻力；并具有对环境温度和障碍的感知能力的优点。

1、  一种用于移动导航平台的感知型、可重构的仿生沙地轮，它由可重构轮缘(1)、感知传感器反射器件(2)、轮子内侧挡沙板(3)、感知传感器发射器件(4)、电机组件(5)、夹持套(6)、轮臂(7)、轮毂(8)、轮子外侧挡沙板(9)、锥形套(10)、弹性轮缘内侧板(18)、螺栓(11)、轴承(12)、弹性轮缘外侧板(13)、弹性胎(14)、非接触式温度传感器(15)、支架(20)组成；轮臂(7)的下端与夹持套(6)的一侧固定连接，电机组件(5)由螺栓(11)固定在夹持套(6)内，轮毂(8)与夹持套(6)之间设有轴承(12)，电机组件(5)的输出轴(19)与轮毂(8)之间由锥形套(10)转动连接，其特征在于轮毂(8)曲面的外侧固定有弹性轮缘外侧板(13)，轮毂(8)曲面的内侧固定有弹性轮缘内侧板(18)，在弹性轮缘外侧板(13)和弹性轮缘内侧板(18)之间的轮毂(8)的曲面上固定有可重构轮缘(1)，在可重构轮缘(1)上中心线的内侧设有弹性胎(14)，在弹性胎(14)内等距离设有感知传感器反射器件(2)，支架(20)的圆心端固定在夹持套(6)上，支架(20)的曲面上等距离设有感知传感器发射器件(4)，感知传感器反射器件(2)与感知传感器发射器件(4)沿径向设置在一个平面上，非接触式温度传感器(15)固定在轮臂(7)上，轮毂(8)内圆的外侧固定有轮子外侧挡沙板(9)，轮毂(8)内圆的内侧固定有轮子内侧挡沙板(3)。

2、  根据权利要求1所述的一种用于移动导航平台的感知型、可重构的仿生沙地轮，其特征在于可重构轮缘(1)的圆弧形曲面上沿轴向开有两侧坡口不对称的凹槽(16)，可重构轮缘(1)上凹槽(16)以外的圆弧形曲面上开有槽沟形履刺(17)。

一种用于移动导航平台的感知型、可重构的仿生沙地轮
技术领域：
本发明涉及一种移动导航平台车轮结构的改进。
背景技术：
轮式走行机构以其结构简单可靠、高速稳定、能量利用率高、操作性好和通过性好而被广泛地应用在移动机器人和车辆中。对模拟地面和空间环境的移动机器人导航平台而言，作为机器人走行关键部件的车轮，还存在着很多问题，集中表现如下：(1)环境适应性差，车轮形式固定，其通过性不能适应不同的环境，如硬地面、松软地面和沙地。(2)对环境的感知能力差，车轮不具有对环境的参数如温度、障碍的感知能力。(3)在沙地环境中，对于同一个轮子，其牵引力和转向阻力不能兼顾。即牵引、转向的综合性能差。
发明内容：
本发明的目的是提供一种用于移动导航平台的感知型、可重构的仿生沙地轮，它具有结构简单、紧凑，运行能力提高，改善直线行驶的稳定性和转弯性能，增大接触地面的面积，能适应多种环境，包括一般公路、硬地和沙地环境；同时具有在沙地环境中较强的通过能力和较小的转向阻力；并具有对环境温度和障碍的感知能力的特点。本发明由可重构轮缘1、感知传感器反射器件2、轮子内侧挡沙板3、感知传感器发射器件4、电机组件5、夹持套6、轮臂7、轮毂8、轮子外侧挡沙板9、锥形套10、弹性轮缘内侧板18、螺栓11、轴承12、弹性轮缘外侧板13、弹性胎14、非接触式温度传感器15、支架20组成；轮臂7的下端与夹持套6的一侧固定连接，电机组件5由螺栓11固定在夹持套6内，轮毂8与夹持套6之间设有轴承12，电机组件5的输出轴19与轮毂8之间由锥形套10转动连接，轮毂8曲面的外侧固定有弹性轮缘外侧板13，轮毂8曲面的内侧固定有弹性轮缘内侧板18，在弹性轮缘外侧板13和弹性轮缘内侧板18之间的轮毂8的曲面上固定有可重构轮缘1，在可重构轮缘1上中心线的内侧设有弹性胎14，在弹性胎14内等距离设有感知传感器反射器件2，支架20的圆心端固定在夹持套6上，支架20的曲面上等距离设有感知传感器发射器件4，感知传感器反射器件2与感知传感器发射器件4沿径向设置在一个平面上，非接触式温度传感器15固定在轮臂7上，轮毂8内圆的外侧固定有轮子外侧挡沙板9，轮毂8内圆的内侧固定有轮子内侧挡沙板3。本发明具有结构简单、紧凑，牵引能力提高，改善直线行驶的稳定性和转弯性能，增大接触地面的面积，能适应多种环境，包括一般公路、硬地和沙地环境；同时具有在沙地环境中较强的通过能力和较小的转向阻力；并具有对环境温度和障碍的感知能力的优点。
附图说明：
图1是本发明的主剖视图，图2是图1的A向视图，图3是图1的B向视图，图4是感知传感器反射器件2与感知传感器发射器件4的工作原理示意图。
具体实施方式：
具体实施方式一：(参见图1-图3)本实施方式由可重构轮缘1、感知传感器反射器件2、轮子内侧挡沙板3、感知传感器发射器件4、电机组件5、夹持套6、轮臂7、轮毂8、轮子外侧挡沙板9、锥形套10、弹性轮缘内侧板18、螺栓11、轴承12、弹性轮缘外侧板13、弹性胎14、非接触式温度传感器15、支架20组成；轮臂7的下端与夹持套6的一侧固定连接，电机组件5由螺栓11固定在夹持套6内，轮毂8与夹持套6之间设有轴承12，电机组件5的输出轴19与轮毂8之间由锥形套10转动连接，轮毂8曲面的外侧固定有弹性轮缘外侧板13，轮毂8曲面的内侧固定有弹性轮缘内侧板18，在弹性轮缘外侧板13和弹性轮缘内侧板18之间的轮毂8的曲面上固定有可重构轮缘1，在可重构轮缘1上中心线的内侧设有弹性胎14，在弹性胎14内等距离设有感知传感器反射器件2，支架20的圆心端固定在夹持套6上，支架20的曲面上等距离设有感知传感器发射器件4，感知传感器反射器件2与感知传感器发射器件4沿径向设置在一个平面上，非接触式温度传感器15固定在轮臂7上，轮毂8内圆的外侧固定有轮子外侧挡沙板9，轮毂8内圆的内侧固定有轮子内侧挡沙板3。可重构轮缘1的圆弧形曲面上沿轴向开有两侧坡口不对称的凹槽16，可重构轮缘1上凹槽16以外的圆弧形曲面上开有槽沟形履刺17。
工作原理：移动导航平台车轮的轮缘和轮毂可重构式结构，其原理是：轮缘和轮毂呈互相配合的结构，可以使用不同形状、不同性能的轮缘，如弹性轮缘、刚性轮缘、半圆型、步行式轮缘和仿生轮缘等。基于仿生结构的沙地用移动导航平台的车轮的轮缘。其原理是：仿人足、驮蹄的非对称结构，在轮的轴向内侧装有弹性胎14，外侧装有刚性轮缘，且刚性轮缘关于中心线呈非对称结构，整个轮缘具有三重卵型剖面轮廓。刚性轮缘的剖面轮廓呈局部球冠形状，其表面上有一定角度的槽沟式履刺，这些履刺和弹性轮缘侧板以及弹性胎一起形成沿轮子轴线方向的非对称分布的三重卵型剖面轮廓仿生结构，其机理是当受沙反力作用时，弹性侧板向两侧张开，可以增大接地面积并限制沙子流动，缓冲车体震动、增大推进力和减小滚动阻力。因此，外侧刚度较大，利于保持转向精度和直线行驶精度；内侧刚度较小，利于增加附着力；三重卵型剖面轮廓，可以改善直线行驶稳定性和减少转弯力矩。基于非接触式距离传感器的触觉轮，其工作原理如下，16个非接触式感知传感器发射器件4均匀地分布在固定于非旋转部分夹持套6的外面的轮臂7上，即在点T1～T16处；而16个非接触式感知传感器反射器件2均匀地分布在旋转着地轮缘上的弹性胎14内，即在点P1～P16处。当车轮转动时，在点T1～T16处的感知传感器发射器件4不旋转，而在轮缘内处于点P1～P16处的感知传感器反射器件2随着轮缘旋转。其中感知传感器反射器件2可以随着弹性胎受外力的变形而产生径向位移。这样，位于点T1～T16处的感知传感器发射器件4就可以测出对应的感知传感器反射器件2的径向位移，也就可以测出弹性胎在周向变形的位置，从而可以间接的确定出车轮所接触的障碍的位置。为导航平台的导航和定位提供关于障碍的详细信息。基于非接触式温度传感器15的温度感知轮。其工作原理如下：如图1所示，非接触式温度传感器15安装在车轮非旋转部分轮臂7的前后两侧，可以分别探测到轮子前后15cm的物体的温度。非接触式温度传感器15为红外温度传感器。