一种越障机器人仿生非充气轮胎

1.本发明涉及轮胎技术领域，特别涉及一种能够有效提高抓地能力和转向能力的非充气轮胎。


背景技术：

2.近年来，随着高分子材料的迅猛发展，聚氨酯弹性材料、热塑性树脂材料逐渐受到各大轮胎公司的密切关注，成为非充气轮胎主要位置首选材料，为轮胎家族注入了介于实心轮胎与充气轮胎之间的新成员。传统的充气橡胶轮胎存在爆胎漏气的风险，在比较复杂的环境下，充气橡胶轮胎不太受得起环境的考验，会由于尖锐物体划伤胎体导致轮胎漏气爆胎。而非充气轮胎不再依靠压缩空气来为轮胎提供承载力和弹性，其通过弹性支撑体的变形和回弹来吸收地面冲击的能量，并且还能防扎防爆，使车辆的行驶得到保障。
3.在车辆动力学的设计与分析中，较小的垂向刚度和纵向刚度有利于提升车辆的缓冲减震性能，提高车辆的舒适性，较大的侧向刚度有利于提高车辆的操纵性能。作为无人车辆，无需考虑车辆的舒适性，着重于解决车辆在室内高速行驶及转向时的操纵性，以及在特殊环境下的防爆性和耐热性。而非充气轮胎的结构设计可以实现其各向刚度按照预设的方向发生变化，在其受到垂向和纵向载荷作用时易于弯曲变形，导致刚度较小，但是侧向加载时由于上下两端固定，侧向弯曲不容易实现，恰好满足越障机器人越障及转向时的需求，所以研究一款专用于越障机器人的非充气轮胎具有广阔的市场和发展前景。


技术实现要素：

4.根据上述所提出的问题，本发明提供了一种在防爆胎、防漏气和耐磨损的同时，进一步提升缓震性能、抓地性能及转向性能，使越障机器人的操纵性得到提升的越障机器人仿生非充气轮胎。
5.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
6.本发明提供了一种越障机器人仿生非充气轮胎，包括仿生胎面、仿生轮辐、仿生轮毂。
7.所述轮毂外侧依次贴合有所述仿生轮辐、仿生胎面。
8.所述仿生胎面的表面设有吸盘纹理。
9.所述仿生轮辐采用蜂窝多孔结构。
10.所述仿生轮毂采用仿生蛛网结构。
11.进一步的，所述仿生胎面层的防滑结构为吸盘状纹理，所述胎面纹理规则分布。所述轮胎胎面自左往右第一圈和第三圈吸盘纵向数量为n个；所述轮胎胎面的第二圈吸盘纵向数量为n-1个；所述吸盘纵向均为等间距排布；所述第一圈吸盘、第二圈吸盘、第三圈吸盘横向、纵向均平行设置；所述第二圈吸盘圆心和第一圈相邻两个吸盘圆心的夹角均为120度；所述第二圈吸盘圆心和第三圈相邻两个吸盘圆心的夹角均为120度。
12.进一步的，所述仿生胎面采用天然橡胶与丁苯橡胶并用，辅以补强材料，在保证抓
地能力和转向能力的同时，增加橡胶的结构强度和耐磨性能。
13.进一步的，所述仿生轮辐减震结构为蜂窝状多孔结构，采用弹性聚氨酯材料一体化浇筑成型，每一个蜂窝弹性结构都为中空的柱体，截面轮廓形状为紧密的阵列正六边形结构。
14.进一步的，为了保持仿生胎面与仿生轮辐的连接性能，设计两部分采取一体化成型工艺，将仿生胎面与仿生轮辐紧密贴合，这样有利于传递扭矩，避免相对滑动产生大量热量破环轮辐结构。
15.进一步的，所述仿生轮毂蜘蛛网状结构，以30
°
夹角为一个单元，围绕车轮轴心环形阵列12次构成，截面为四层蛛网结构，以最靠近轮辋的一层蛛网为第一层，沿径向由外而内分别为第二层、第三层、第四层，所述第一层和第二层周向辐板的厚度为2mm；所述第三层周向辐板的厚度为1.5mm；所述第四层周向辐板的厚度为1mm；所述径向辐板与轮辋接触的一侧为2mm；所述径向辐板厚度由外而内依次递减，最内测径向辐板厚度为1mm。
16.进一步的，所述仿生轮毂以铝合金为原材料，采用真空高压铸造工艺制成；在保证高强度、高载荷的同时，满足轻量化的需求。
17.本发明提供一种越障机器人仿生非充气轮胎，有如下有益效果：本发明所述仿生胎面采用吸盘纹理，利用仿生学机理增加轮胎抓地性能；所述仿生轮辐采用蜂窝多孔结构设计，提高轮胎减震性能；所述仿生轮毂采用蛛网结构设计，轮胎的承载能力和结构强度得到增强；本发明中轮胎整体采用了分层结构，便于对轮辐和轮毂进行单独的更换，提高了轮胎的使用寿命和经济性。本专利采用的非充气设计，可有效提高轮胎在特殊场景的适用性。
附图说明
18.图1为本发明所述越障机器人仿生非充气轮胎结构示意图；图2为本发明所述越障机器人仿生非充气轮胎截面结构示意图；图3为本发明所述越障机器人仿生非充气轮胎轮毂结构示意图；图4为本发明所述越障机器人仿生非充气轮胎轮辐结构示意图；图5为本发明所述越障机器人仿生非充气轮胎胎面结构示意图。
19.图中标记为：1、仿生轮毂，11、轮辋，12、径向辐板，13、周向辐板；2、仿生轮辐，21、輮辐，22、轮辐内圈，23、轮辐外圈；3、仿生胎面，31、吸盘，32、外胎。
实施方式
20.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的方法；所使用的原料和装置，如无特殊规定，均为常规的市售产品。
21.如图1所示，本发明提供了一种越障机器人仿生非充气轮胎，沿径向由外到内包括仿生胎面1、仿生轮辐2和仿生轮毂3，共同组成了多层的轮胎结构。
22.如图2所示，仿生轮毂3外侧依次贴合有仿生轮辐2、、仿生胎面1。
23.如图3所示，所述仿生轮毂3中间孔径直径为6mm，所述仿生轮毂3采用蛛网承重结
构设计，以30
°
夹角为一个单元，围绕车轮轴心环形阵列12次构成，截面为四层蛛网结构，以最靠近轮辋11的一层蛛网为第一层周向辐板13，沿径向由外而内分别为第二层、第三层、第四层，所述第一层和第二层周向辐板的厚度为2mm；所述第三层周向辐板的厚度为1.5mm；所述第四层周向辐板的厚度为1mm；所述径向辐板12与轮辋接触的一侧为2mm；所述径向辐板12厚度由外而内依次递减，最内测径向辐板12厚度为1mm。所述仿生轮毂3以铝合金为原材料，采用真空高压铸造工艺制成，能够有效降低金属在铸造过程中的氧化程度，保证合金的性能能够得到充分发挥，在保证高强度、高载荷的同时，满足轻量化的需求。
24.如图4所示，进一步的，所述仿生轮辐2减震结构为蜂窝状多孔结构，采用弹性聚氨酯材料一体化浇筑成型，每一个蜂窝弹性结构都为中空的柱体，所述輮辐21截面轮廓形状为紧密阵列排列的正六边形结构，所述每一个正六边形輮辐21的厚度均为3mm。为了保证仿生胎面1和仿生轮辐2之间的连接性能，所述轮辐外圈23与外胎32两部分采用特殊一体化工艺成型，将仿生胎面和仿生轮辐紧密贴合，这样可以有效的传递扭矩。所述轮辐内圈22与轮辋11之间可以通过机械连接和粘合连接的组合，在轮胎出现磨损破坏时，便于对轮辐和轮毂进行单独的更换，提高了轮胎的使用寿命和经济性。
25.如图5所示，所述仿生胎面3自左往右第一圈和第三圈吸盘31纵向数量为n个；所述仿生胎面的第二圈吸盘31纵向数量为n-1个；所述吸盘31纵向均为等间距排布；所述第一圈吸盘31、第二圈吸盘31、第三圈吸盘31的横向和纵向均平行设置；所述第二圈吸盘圆心和第一圈相邻两个吸盘圆心的夹角均为120度；所述第二圈吸盘圆心和第三圈相邻两个吸盘圆心的夹角均为120度。所述与仿生胎面3相接触的外胎32，采用一体式的硬质橡胶基底，在内部加工工艺中嵌入芳纶纤维和钢丝，增强胎面结构强度和耐磨防扎能力。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”、“外”、“背”、“中间”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具备特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.虽然本发明已通过对其实施方案的描述进行说明，并且虽然已相当详细地对实施方案进行描述，但是申请人并非意图将所附权利要求书的范围约束为此类细节或以任何方式来限制为此类细节。附加的优点和修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，在其更广泛的方面，本公开并不限于所示和所述的特定细节、代表性系统和方法，以及例示性的示例。因此，可以在不脱离申请人的总体发明构思的实质或范围的情况下偏离此类细节。

技术特征：
1.一种越障机器人仿生非充气轮胎，其特征在于，由仿生胎面、仿生轮辐和仿生轮毂三部分组成；所述轮毂外侧沿径向由内到外依次为仿生轮辐、仿生胎面；所述轮毂为仿生蛛网支撑结构；所述轮辐为仿生蜂窝多孔减震结构；所述胎面的表面为仿生吸盘抓地结构。2.根据权利要求1所述的一种越障机器人仿生非充气轮胎，其特征在于，所述仿生胎面层的防滑结构为吸盘状纹理；所述胎面花纹规则分布。3.根据权利要求1所述的一种越障机器人仿生非充气轮胎，其特征在于，所述仿生胎面与所述仿生轮辐为一体化成型结构；所诉仿生轮辐沿径向方向为单层结构；所述仿生轮辐采用弹性聚氨酯材料。4.根据权利要求2所述的一种越障机器人仿生非充气轮胎，其特征在于，所述轮胎胎面自左往右第一圈和第三圈吸盘纵向数量为n个；所述轮胎胎面的第二圈吸盘纵向数量为n-1个；所述吸盘纵向均为等间距排布；所述第一圈吸盘、第二圈吸盘、第三圈吸盘横向、纵向均平行设置；所述第二圈吸盘圆心和第一圈相邻两个吸盘圆心的夹角均为120度；所述第二圈吸盘圆心和第三圈相邻两个吸盘圆心的夹角均为120度。5.根据权利要求3所述的一种越障机器人仿生非充气轮胎，其特征在于，所述仿生轮辐减震结构为蜂窝状多孔结构，采用弹性聚氨酯材料一体化浇筑成型，每一个蜂窝弹性结构都为中空的柱体，截面轮廓形状为紧密的阵列正六边形结构。6.根据权利要求1所述的一种越障机器人仿生非充气轮胎，其特征在于，所述仿生轮毂蜘蛛网状结构，以30
°
夹角为一个单元，围绕车轮轴心环形阵列12次构成，截面为四层蛛网结构，以最靠近轮辋的一层蛛网为第一层，沿径向由外而内分别为第二层、第三层、第四层，所述第一层和第二层周向辐板的厚度为2mm；所述第三层周向辐板的厚度为1.5mm；所述第四层周向辐板的厚度为1mm；所述径向辐板与轮辋接触的一侧为2mm；所述径向辐板厚度由外而内依次递减，最内测径向辐板厚度为1mm。

技术总结
本发明提供了一种越障机器人仿生非充气轮胎，其解决了现有非充气轮胎高速运行转向性能和抓地性能平衡调节的技术问题，其主体由仿生胎面、仿生轮辐和仿生轮毂组成。所述仿生非充气轮胎沿径向由外到内按仿生胎面、弹性外胎、仿生轮辐和仿生轮毂依次贴合。本发明所述仿生胎面采用吸盘纹理，利用仿生学机理增加轮胎抓地性能；所述仿生轮辐采用蜂窝多孔结构设计，提高轮胎减震性能；所述仿生轮毂采用蛛网结构设计，轮胎的承载能力和结构强度得到大幅增强。轮胎整体采用了分层结构，便于对轮辐和轮毂进行单独的更换，提高了轮胎的使用寿命和经济性。本专利采用的非充气设计，可有效提高轮胎在特殊场景的适用性。轮胎在特殊场景的适用性。轮胎在特殊场景的适用性。


技术研发人员：嵇浩南 陆俊杰 仲琨 卫丹丹 刘若环宇
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/6/26