[发明专利]一种可变直径轮柔顺变径机构的设计方法

说明书

本发明公开了一种可变直径轮柔顺变径机构的设计方法，属于机构设计领域。其特征在于主要采用以下步骤：(1)确定变径机构设计变量以及它们之间的运动几何关系；(2)确定变径机构设计变量的约束条件；(3)确定变径机构设计目标并建立其优化数学模型；(4)采用内点法求解该约束非线性规划问题，得到机构尺寸参数。本发明的有益效果：可以根据可变直径轮对张开和合拢极限位置的要求，对柔顺变径机构尺寸参数进行优化设计，以实现可变直径轮的轮径变化；利用该方法的运动几何关系方程可为可变直径轮轮径变化的控制提供理论依据；该方法缩短了该机构的研发周期，降低了设计制造成本，具有较高的实用价值。

技术领域

本发明涉及一种可变直径轮柔顺变径机构的设计方法，属于机构设计领域。

背景技术

该柔顺变径机构主要是为了实现可变直径轮的直径变化，目前这种机构应用于一种新型月球车可变直径轮与新型多栖移动平台可变直径轮。由于柔顺变径机构主要依靠柔顺铰链的变形产生运动，可避免磨损，润滑，密封等问题，使结构轻便紧凑。例如公开号为CN101503044的发明专利申请公开了一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架，然而这种变径机构并没有一个系统、科学的设计方法，大都是根据经验和试验进行设计，阻碍了该种机构和可变直径轮的进一步应用和推广。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种可变直径轮柔顺变径机构的设计方法，是一种便捷可靠的能根据不同轮径变化要求确定机构尺寸参数的柔顺变径机构优化设计方法。

本发明采用的技术方案为依次按以下步骤进行：

步骤一、确定变径机构设计变量以及它们之间的运动几何关系；

子步骤1：假设变径过程中轮腿能够保持结构稳定性(辐杆保持等腰梯形形状)，根据可变直径轮张开和合拢两个极限位置的几何关系，由水平方向的投影相等可得：

子步骤2：将式(1)与式(2)相减得到：

则可得连接轮毂与轮脚的辐杆长度为：

子步骤3：将公式(4)代入公式(1)中，可得辐杆在轮脚上的安装间距为：

子步骤4：综上子步骤1至步骤3，可确定设计变量为：

X＝[x₁，x₂，x₃，x₄，x₅]＝[θ₁，β₁，β₂，D_cq，θ₂] (6)

其中β₂为同一轮腿最大轮径时两侧辐杆间的夹角，在最小车轮直径时的夹角为β₁；θ₂为同一轮腿最大轮径时两侧辐杆在齿圈的安装点与轮心所夹圆心角，在最小车轮直径时的圆心角为θ₁，D_cq为轮毂直径。

步骤二、确定变径机构设计变量的约束条件；

边界约束条件：

90°＜θ₁＜180° (7)

0°＜β₁＜90° (8)

0°＜β₂＜90° (9)

0＜l (10)

0＜D_cq (11)