1.一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构,其特征在于,包括固定在机器人机体上的动力机(1),动力机(1)的输出轴上同轴固定有传动轴(2),传动轴(2)的一端固定有呈圆柱状的转动中心(3),转动中心(3)周向均匀固定有多个辐条(4),辐条(4)的端部滑动连接有足端(8),且滑动方向与辐条(4)的轴向平行,辐条(4)与足端(8)之间通过设置压缩弹簧(5)来实现弹性滑动连接;
传动轴(2)转动时,足端(8)触地受力,足端(8)和辐条(4)克服压缩弹簧(5)的弹力沿着辐条(4)的轴向发生相对移动;并且,压缩弹簧(5)的缓冲作用下,转动过程中传动轴(2)的轴心离地距离保持不变;
所述足端(8)远离辐条(4)的一端设置有球体;
所述压缩弹簧(5)的弹性系数为k时,能够使得,转动过程中传动轴(2)的轴心离地距离保持不变;弹性系数k的计算步骤包括:S1,确定传动轴(2)的轴心离地距离x、辐条(4)与地面夹角θ与期望压缩弹簧(5)弹性系数k之间的关系,公式为:其中,mg为单个辐条轮所受到的力,l为压缩弹簧(5)处于自然状态时转动中心(3)圆心到足端(8)末端球心的距离;
S2,选择不同的传动轴(2)的轴心离地距离x代入S1的公式中,计算在辐条(4)与地面夹角θ变化范围内,压缩弹簧(5)弹性系数k;
S3,计算S1所得压缩弹簧(5)弹性系数k的方差,选择方差最小时的传动轴(2)的轴心离地距离x为最终的传动轴(2)的轴心离地距离;
S4,将最终选取的传动轴(2)的轴心离地距离x代入S1的公式中,计算在辐条(4)与地面夹角θ变化范围内,压缩弹簧(5)弹性系数k,确定k的变化范围;
S5,在压缩弹簧(5)弹性系数k的变化范围内选择不同的值代入S1的公式中,计算在辐条(4)与地面夹角θ变化范围内,传动轴(2)的轴心离地距离x;
S6,计算S5所得传动轴(2)的轴心离地距离x的方差,选择方差最小时的压缩弹簧(5)弹性系数k为最终的压缩弹簧(5)弹性系数。
2.根据权利要求1所述的一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构,其特征在于,所述足端(8)的一端设置有圆柱形空腔,辐条(4)远离转动中心(3)的一端设置有圆柱端,并能够与圆柱形空腔相互配合;辐条(4)的圆柱端固定有滑块(6),足端(8)上设置有类U型槽(7),类U型槽(7)内开设有滑动槽(12),滑块(6)与滑动槽(12)相互配合并滑动连接;压缩弹簧(5)套设在辐条(4)的圆柱端上,压缩弹簧(5)的一端与足端(8)设有圆柱形空腔的一端相触,另一端与辐条(4)和其圆柱端形成的台阶面接触。
3.根据权利要求2所述的一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构,其特征在于,所述类U型槽(7)还包括边缘槽(9),边缘槽(9)一端延伸至足端(8)的端部,并形成缺口,安装时,滑块(6)和边缘槽(9)的缺口进入,并沿着边缘槽(9)移动到类U型槽(7)的底部后,再转动足端(8)能够使滑块(6)进入到滑动槽(12)。
4.权利要求1所述的辐条轮机构中压缩弹簧的弹性系数的计算方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,确定传动轴(2)的轴心离地距离x、辐条(4)与地面夹角θ与期望压缩弹簧(5)弹性系数k之间的关系,公式为:其中,mg为单个辐条轮所受到的力,l为压缩弹簧(5)处于自然状态时转动中心(3)圆心到足端(8)末端球心的距离;
S2,选择不同的传动轴(2)的轴心离地距离x代入S1的公式中,计算在辐条(4)与地面夹角θ变化范围内,压缩弹簧(5)弹性系数k;
S3,计算S1所得压缩弹簧(5)弹性系数k的方差,选择方差最小时的传动轴(2)的轴心离地距离x为最终的传动轴(2)的轴心离地距离;
S4,将最终选取的传动轴(2)的轴心离地距离x代入S1的公式中,计算在辐条(4)与地面夹角θ变化范围内,压缩弹簧(5)弹性系数k,确定k的变化范围;
S5,在压缩弹簧(5)弹性系数k的变化范围内选择不同的值代入S1的公式中,计算在辐条(4)与地面夹角θ变化范围内,传动轴(2)的轴心离地距离x;
S6,计算S5所得传动轴(2)的轴心离地距离x的方差,选择方差最小时的压缩弹簧(5)弹性系数k为最终的压缩弹簧(5)弹性系数。
5.根据权利要求4所述的缩弹簧的弹性系数的计算方法,其特征在于,S1中,确定传动轴(2)的轴心离地距离x、辐条(4)与地面夹角θ与期望压缩弹簧(5)弹性系数k之间的关系的具体步骤包括:S11,设辐条数为n,压缩弹簧(5)形变量为Δl,期望的传动轴(2)轴心高度为x,辐条(4)与地面之间夹角为θ,θ的范围为 单个辐条轮所受到的力为mg;将足端(8)所受力进行分解,忽略足端(8)与辐条(4)之间的摩擦力,则沿着辐条方向的力为:F=mgsinθ (1‑1)
S22,辐条轮机构转动过程中传动轴(2)的轴心离地距离的期望值x需满足:式中,j为机体高度比例;
S23,为了使辐条轮机构转动过程中传动轴(2)的轴心离地距离保持为x,压缩弹簧(5)的形变量随辐条(4)与地面之间夹角θ的变化需要满足以下关系:l+Δl)sinθ=x (1‑4)
可写为:
S24,根据胡克定律可知:
F=‑kΔl (1‑6)
将(1‑1)和(1‑5)带入式(1‑6)中,可得传动轴(2)的轴心离地距离保持为x、辐条(4)与地面夹角θ与期望压缩弹簧(5)弹性系数k之间的关系:变形后,得: