一种新型全方位移动轮的研制

杨芳 苏向东 范贞

摘 要：轮子是车子的“脚”，轮胎是车子的“鞋”。一双灵活的“脚”，就能赋予车更灵动的生命力。而此次我们将要探索走近的是一种新型全方位移动轮的研究与制作，该新型作品面对多种应用领域的需求，对轮子灵活性的需求及独特的外观进行创新性的设计，该设计是对现有常见的轮子进行大量次数的分析改进，而制作成型的一种新型可全方位移动的轮子，该产品是结合受力及理论分析和试验研究综合考虑之下而完成的一种新型全方位移动轮。

关键词：车；新型全方位移动轮；外观；灵活性

目前我国轮子形式比较单一，灵活性较差。在生活领域的应用中，为了提高箱子灵活性又发明了万向轮式旅行箱，这些旅行箱对行驶环境路况具有很大要求，这使得旅行箱在各种环境下使用特别不便，给很多人增添了烦恼。有一部分“手推车”使用三脚轮，这样轮子的功能被扩展了，除了可以在平地上推动，还能够完成“爬楼梯”这样高难度的“动作”。除了在我们身边的生活中有需求这样多功能轮子的拓展，在遥远的太空领域中也同样需要这样一双灵活的“脚”，如太空小车就需要这样的“脚”，可以在细砂碎石的路况下完成勘测工作，在不同的路况中来回穿梭，行动自如。

在以上问题可以说明，灵活“脚”对一辆车的重要性。新型的车轮可使车辆的使用范围更加广泛，因此，可见设计一种新型全方位移动轮子，对于扩展车的使用范围的重要性。

1 新型全方位移动轮的研究目的

这种新型全方位移动轮能满足多种应用领域的各种灵活性需要，应用范围要广，适用性要大。例如：新型汽车领域，太空小车领域，机器人领域及行李箱等都需要灵活轮子的领域。此轮子不但拥有万向轮的灵活特点，还可以适应凹凸不平的沙粒路面，进行轻松全方位移动，大大增加了轮子承载体的适应性及灵活性，使一些靠人力移动的车不再是“硬拖”“硬拉”“硬拽”，给人们以便捷，高效的生活，而对于一些非人力驱动的车，可以大大提升其运动的灵活性及对路况的适应性。

2 研究的内容及解决方法

在新型全方位移动轮的研制过程中，主要研究的内容包括：合理设计轮毂形状；小轮个数分布及偏转角度；达到灵活性的前提下，对轮子简化结构，达到轻便，节省材料及增加灵活的特点；小轮支架与轮毂连接处采用一定角度旋转的设计，增加其全方位移动的特点；主要针对奇数个小轮分布进行方案研究等。

在研究的过程中也存在了许多问题，研究者也采取了相应的解决措施：结构上的设计问题，采用“整体大轮，边缘小轮”的设计理念，主要针对轮毂形状，小轮个数分布及小轮偏转角度设计的合理性及整体设计的协调性问题。对其解决方法是对整体进行受力分析及选择稳定的数学几何图形来进行设计，并参考相关具体实例数据进行具体分析；材料选择的合理性问题.采取的解决方法是不同领域可根据需要选择不同的材料，具体材料通过试验和数据综合进行解决的 ；细节设计和3D技术制作等问题。

为实现轮子的全方位移动的功能，并将此新型全方位移动轮应用在多种科技领域，如生活用品领域，航天领域，汽车领域及机器人领域等，满足多种领域对轮子灵活性的需求，其实物制作和细节很重要。采用的相应的解决方法是切实地利用3D打印技术并进行实践制作，部分细节问题与相关技术人员共同分析。

3 新型全方位移动轮结构的设计介绍

新型全方位移动轮的结构设计：采用“整体大轮，边缘小轮”的设计理念，主要针对轮毂形状，小轮个数分布及小轮偏转角度进行试验分析，将各个方向上的力合理的利用其结构特点分布到各个方向上去，关于整轮和小轮尺寸的设计及整体的比例问题，试验人员进行了多次的实验并找到了相对合理的比例及尺寸。其轮毂侧面采用“I”型設计，其正面采用正多边形设计，边缘小轮支架采用拱形设计，轮毂内部采用较稳定且承受能力较强的“圆形孔”设计，此设计可以减轻轮子本身重量，间接增加其灵活度。通过大量的实验结果显示，小轮的偏转角度为45度时，整体“大轮”更稳定。其小轮的制作轮廓采用圆弧形且材料及形状采用多种类型设计，目的是能适用于多种地面环境且使用时改变方向更加方便灵活。这种新型全方位移动轮的制作是利用CATIA软件进行三维设计，并结合3D打印技术进行制作。在实际应用中，材料的最终选择可以根据不同需求选择合适材料，从而实现轮子的全方位移动功能。

4 新型全方位移动轮的创新之处

此种新型全方位移动轮未来的发展方向应面向多个领域，如生活用品领域，航天领域，汽车领域及机器人领域等，它的创新之处包括：新型全方位移动轮将单轮与万向轮的特点很融洽的相结合；新型全方位移动轮将改变人们原有“车的脚”认识观念，一改传统车轮的固有形态；其轮子结构设计依据“分力”的力学理论基础，给轮子的设计带来了新的研制和发展思路；其外形结构上的创新设计，整體外形新颖，改变传统轮子的固有圆形外观；采用3D打印科技技术，在制作方面引领科技前沿，并带动新兴科技的发展，实现多个科技领域的应用，提升“车”技术的快速发展，给人们以便捷，先进的生活品质，同时也推动汽车行业，乃至航天事业的进步。

5 结语

新型全方位移动轮的投入使用，将会把车子的“脚”带进一个新的科技高度，它的使用将在未来科技领域展开一个新的篇章，我们也期待它技术发展的成熟，从而造福于全人类，乃至全宇宙。

参考文献：

[1] 周大威.全方位移动半自主控制清扫机器人的研究.哈尔滨工业大学，2000.

[2] 张海兵.轮式全方位移动机构的研究.哈尔滨工业大学，2001.

[3] 濮良贵.机械设计第九版.高等教育出版社，2013.

项目名称：辽宁省省级大创项目资助（项目编号：201510144025）

作者简介：

杨芳（1994-），女，辽宁鞍山人，本科，交通运输专业；

苏向东（1971-），男，辽宁沈阳人，教师；

范贞（1993-），男，辽宁北票人，本科，车辆工程专业。