[0001] 本发明涉及锁止技术领域，具体是一种可用于切换脚轮万向或定向的组合结构和运输工具。

[0002] 行李箱、平板推车等是日常生活中用于运输或搬运物品的常见工具，在运输或出行更加便捷的今天，这些工具的使用越来越频繁。但行李箱、平板推车类的运输工具，为了实现移动，要么设置的是定向的脚轮，移动自由度低；要么设置的是万向轮，某些场景下移动自由度太高，不易控制，甚至更容易发生碰撞；因此，有必要进一步的改进。

[0037] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

[0038] 第一个实施例，请参阅图1‑图4，本实施例中，一种可用于切换脚轮万向或定向的组合结构100，该组合结构100包括安装件140、偏转件130和锁定件110；所述安装件140上设置有安装孔141（在图6中），所述偏转件130通过转动轴120设置在所述安装孔141内，所述偏转件130的结构是凸轮结构，所述偏转件130外表面的其中一段设置有定向限位部；
所述安装件140上设置有滑动限位部，所述锁定件110滑动连接在所述滑动限位部内，所述锁定件110靠近所述安装孔141的一侧设置有锁定部，所述锁定部与所述定向限位部接触时能够驱动和限制所述转动轴120及偏转件130的转动。

[0039] 本实施例的一个示例中，参考图6、图7，安装件140可以采用万向脚轮座，万向脚轮座作为万向轮300、组合结构100的支撑。万向脚轮座的中部开设安装孔141；安装孔141一侧的万向脚轮表面开设有滑块轨道142，以构成所述的滑动限位部；滑块轨道142与锁定件110滑动连接；锁定件110能够在滑块轨道142的导向下，向着或背着安装孔141进行相对移动；进而与偏转件130的定向限位部接触（或接合）或分离，实现对转动轴120及偏转件130的定向限制或定向锁定，转动轴120被定向，那么安装在转动轴120上的脚轮（或万向轮300）也被定向；而锁定件110与定向限位部分离时，转动轴120可以自动的旋转；对转动轴120的定向限制与否，就可以对转动轴120连接的万向轮300进行万向和定向间的切换。

[0040] 本实施例的一个示例中，锁定件110可以采用锁定滑块，滑动板或者导块。以锁定滑块为例，分离状态：锁定滑块与转动轴120之间分离，转动轴120、偏转件130可自由转动，沿转动轴120的轴向方向的转动自由度不受约束。接合状态：接合前转动轴120自由转动，与锁定滑块会存在任意夹角。需要限制转动轴120的轴向转动自由度时，由于结构特异性，旋转最终都会达到接合状态。二者接合后作为一个整体，锁定滑块只具备沿滑块运动方向V（图2中，a、b、c表示不同的状态）的滑动自由度，进而限制了转动轴120的轴向转动自由度，达到锁定的目标状态。

[0041] 本实施例的一个示例中，偏转件130可以采用偏心凸轮，偏心凸轮外表面的其中一段设置有定向限位部，定向限位部包括：一段设置在所述偏心凸轮外表面的滑块接触面131，锁定部包括设置在所述锁定件110（如锁定滑块）靠近所述安装孔141一侧的锁定平面，锁定平面能够与滑块接触面131接合或分离。

[0042] 本实施例中，所述锁定件110受力在滑块轨道142限位下，按照滑块运动方向V向着偏心凸轮方向运动，偏心凸轮可自由转动，直至其滑块接触面131与锁定件110的锁定部接合，此时，偏心凸轮被锁定无法继续转动；另一方面，锁定件110受力（如复位弹簧113的作用下）在滑块轨道142限位下，按照滑块运动方向V向背着偏心凸轮方向运动，与偏心凸轮分离；偏心凸轮恢复转动自由度；如此，实现对转动轴120上万向轮300的定向和万向的切换，简单便捷；结构较为简单，传动效率高，所述组合结构100隐蔽性好，不占用较多空间。

[0043] 本实施例的一个示例中，所述锁定件110连接有驱动件，所述滑动限位部与锁定件110之间连接有弹性件，所述驱动件用于驱使所述锁定件110朝向所述偏转件130所在方向运动，所述弹性件能够在所述驱动件不工作时驱使所述锁定部与定向限位部分离。

[0044] 在一些场景中，驱动件设置在外部结构上，例如：行李箱200、平板推车等；可参考图6、图15。

[0045] 其中，驱动件可以采用手驱方式，例如：提拉滑块203、锁定杆404等，也可以采用电驱方式；例如：微型电机、马达等。

[0046] 在一些场景中，弹性件可以是弹片、弹簧、橡胶条等。

[0047] 本实施例的一个示例中，安装件140上开设有复位弹簧槽位143，复位弹簧槽位143内容纳复位弹簧113；可参考图6。

[0048] 本示例中，所述驱动件包括驱动传递线205和致动器，所述驱动传递线205的一端穿过所述安装件140开设的穿线孔延伸至所述锁定件110并与所述锁定件110连接，所述驱动传递线205的另一端连接所述致动器。

[0049] 其中，驱动传递线205可以采用钢丝、绳、碳纤维丝等，致动器可以采用微型电机、马达等。

[0050] 在本实施例的一个示例中，如图1‑图3所示，所述偏转件130为偏心凸轮，或等角螺线旋转块130’。

[0051] 当采用偏心凸轮时，存在死点，仅作为可选项。

[0052] 图2中的a、b、c给出了几种状态；由于偏心凸轮为左右对称结构，当滑块运动方向V与偏心凸轮对称轴1302重合时，偏心凸轮在切点处（偏心凸轮切平面1301与偏心凸轮对称轴1302的交点）的受力方向指向旋转轴心，相对坐标上的水平方向的分力为零，失去了使偏心凸轮旋转的切向偏转力，使接触点位置形成卡死的状态（简称：死点）；其中，该接触点位置可以由偏心凸轮切平面1301、偏心凸轮对称轴1302确定。

[0053] 故，优选等角螺线旋转块130’。其采用非对称螺旋线设计，优点是螺旋结构的线条是连续的，有益于锁定件110和转动轴120（也可以称为旋转杆）上偏转件130的平滑接触、接合，故而优选采用等角螺线旋转块130’。根据等角螺线的定义可知：螺线上任意一点的切线方向与切点和旋转中心的连线的夹角相同，即任意去向角相同，即等角螺线的任意一个切点的法向方向始终与轴心连线存在一个相同夹角；如图21所示，X表征是相同夹角。

[0054] 使切点处法线方向上的外部作用力，分解出垂直于切点和旋转中心连线的分力，为转动轴120的旋转运动提供驱动力。

[0055] 由等角螺线的性质可知：去向角的大小可以控制螺旋线的弯曲程度（去向角越大曲曲线越平滑，去向角越小曲线越弯曲），进而控制在缩小螺线径向空间平面尺寸的条件下，增大转动轴120的直径，便于提升转动轴120的强度。

[0056] 此外，为增大防止转动轴120受外力导致的反方向转动的抵抗能力；优选的，增大阻力臂，即增大螺线切面和锁定滑块的接触面，从而增大阻力力臂，可以有效提升防止反向偏转的阻力。

[0057] 本实施例中，偏转件130的非旋转对称结构包括但不限于等角螺线，渐开线螺线，阿基米德螺旋线，斐波那契螺旋线等相似非旋转对称结构；以及其他可以限制可自由旋转的轴到指定方向的结构。

[0058] 如图3所示，在一个示例中，给出了转动轴120带动的等角螺线旋转块130’和可滑动的锁定滑块接合前的三种状态；在图3中，a所示，此时滑块接触面131与锁定平面的相对位置，可直接接合，达到目标锁定状态；b所示：当等角螺线截止处的断点处于锁定滑块的台阶上平面时，由于滑块接触面131与锁定滑块存在锐角夹角，断点（螺线外轮廓突变点视为断点）沿着台阶上平面进行V1方向滑动，进而达到e所示的状态；c所示：当等角螺线断点处于锁定滑块的台阶上平面与下平面之间时，断点沿着台阶上平面进行V2方向滑动，仍会有存在如图2中c所示的死点的可能，优选的设置滑块的高低平面差，当断点与轴心连线和滑块运动方向保持平行时（即死点位置），锁定滑块左侧上平面右端优先与等角螺线外缘接触，使等角螺线旋转块130’绕着轴向转动。到达图3中d位置时，已避开死点，将继续保持转动趋势直至图3中e的锁定位置。

[0059] 在本实施例的一个示例中，如图4所示，所述定向限位部包括：一段设置在所述偏转件130外表面的滑块接触面131，或两段以上设置在所述偏转件130外表面的滑块接触面131；
所述锁定部包括设置在所述锁定件110靠近所述安装孔141一侧的锁定平面，所述锁定平面与所述滑块接触面131的数量相同。

[0060] 本示例中，滑块接触面131可以设置为一段（即等角螺线原平面1201），也可以设置为两段，或三段；优选的是两段，接合时共有4对，共8个面接触，作用于锁定的高效稳定；即第一接触面1311、第二接触面1312（或等角螺线旋转块中的等角螺线原平面1201、等角螺线增加平面1203）；第一阻力力臂1202小于第二阻力力臂1204的数值；图4中，F0表示反向转动趋势；F1表示抵抗反向偏转力。

[0061] 相应的，锁定件110设置有锁定平面一111、锁定平面二112，与第一接触面1311、第二接触面1312（在图12中）对应，图4给出了锁定件110、滑块接触面131配合的几种改进示例。

[0062] 在本实施例的一个示例中，可参考图6，所述偏转件130上开设有调节孔，所述调节孔内螺纹连接有调节顶丝146，所述调节顶丝146用于限定所述偏转件130在所述转动轴120上的位置。

[0063] 在本实施例的一个示例中，可参考图5‑图13，上述组合结构100可以应用在行李箱200。行李箱200的万向轮支撑杆视为转动轴120；组合结构100限制万向轮支撑杆沿杆轴向方向的转动自由度，使4个万向轮300指向特定的4个方向后，不能保持统一运动方向，互相制约，达到限制4只万向轮300运动的目的，从而使行李箱200保持原地静止状态。

[0064] 例如：采用万向轮300的平板推车等运输工具，拖动或拉动时不易保持运动方向，平板推车的定向轮在拖车等运输设备需要指定位置停放时，不够灵活，本组合结构100可以应用到这些运输工具上，增加灵活性。

[0065] 因此，本组合结构100适用于需要限定脚轮到指定方向的行李箱200和平板推车等日常用具。通过切换万向轮300或定向轮，便于适应使用场景，有利于在装置等受限空间内（例如旅行拉杆行李箱等），提供锁定万向轮300的结构方案。

[0066] 在第二个实施例中，如图5‑图13所示，一种运输工具，所述运输工具可以是行李箱200，也可以是平板推车，均包括所述的组合结构100，所述运输工具的底部转动设置有两个以上的万向轮300；所述组合结构100用于对部分万向轮300进行锁定，以使该部分万向轮
300可切换为万向或定向。

[0067] 本实施例的一个示例中，所述运输工具为行李箱200。

[0068] 一般的，行李箱200的底部设置有四个万向轮300，也有的设置三个或六个等等；对其中两个进行组合结构100的加装，以实现万向和定向的自由切换。

[0069] 本示例中，在行李箱200上部设有锁定支撑座204，锁定支撑座204内置有方便手部提拉的提拉滑块203，提拉滑块203内设有腔体，腔体内置有单头V形弹片202，单头V形弹片202的凸点伸出提拉滑块203的弹片限位孔201；提拉滑块203末端连接驱动传递线205，驱动传递线205另一端穿过行李箱200底部，并与安装件140上的锁定滑块连接，锁定滑块沿滑块轨道142滑动。

[0070] 本实施例的一个示例中，安装件140可以是脚轮座，脚轮座上设有安装孔141，安装孔141内安装带杆轴承144，带杆轴承144上安装有转动轴120，转动轴120上安装脚轮旋转杆301，或者，带杆轴承144上直接脚轮旋转杆301，脚轮旋转杆301上套有偏心凸轮，或等角螺线旋转块130’；
本示例中，偏心凸轮可以通过内卡簧145限位约束在脚轮旋转杆301上。

[0071] 本实施例的一个示例中，偏转件130如偏心凸轮或等角螺线旋转块130’通过调节顶丝146与脚轮旋转杆301固定连接，并可通过调节顶丝146调节脚轮旋转杆301和偏转件130（即偏心凸轮或等角螺线旋转块130’）之间的角度；
等角螺线旋转块130’依据等角螺线的特殊形状设计，在与其配合的锁定滑块作用下，可进行统一方向的偏转旋转运动，直至锁定。

[0072] 上述实施例中，万向轮300转定向轮执行过程：通过提拉行李箱200上的提拉滑块203，提拉滑块203在锁定支撑座204内滑动，提拉滑块203在运动过程中，提拉滑块203上的凸点滑落入弹片限位孔201，此时提拉滑块203和锁定支撑座204之间的位置相对锁定。提拉滑块203滑动时，驱动传递线205将滑动动作通过行李箱200底部的脚轮座上的孔传递给脚轮座上的锁定滑块。锁定滑块沿牵引方向直线滑动，锁定滑块接触到等角螺线旋转块130’后，推动等角螺线旋转块130’和脚轮旋转杆301旋转并接合，达到锁定万向轮300成定向轮的目的。

[0073] 在一些场景中，由调节顶丝146可预先设置的四只万向轮300转变成指向不同方向，运动方向不统一，达到锁定的目的；如图6、图20所示；图20中a、b表示两种不同定向的示例。

[0074] 定向轮转万向轮300执行过程：按压单头V形弹片202的凸点，使其脱离锁定支撑座204上的弹片限位孔201；同时脚轮座上的锁定滑块失去驱动传递线205的牵拉约束，在复位弹簧113的作用下回到初始位置，锁定滑块与等角螺线旋转块130’之间互不干涉，定向轮恢复成万向轮300。

[0075] 在本实施例的一个示例中，如图11、图12所示，根据等角螺线性质：等角螺线任意两个螺线段之间经过缩放后，螺线完全重合。所以，等角螺线的外形的旋转块（或等角螺线旋转块130’）在曲率相同时相等，由去向角控制的曲率作为等角螺线旋转块130’的特征区分。

[0076] 在本实施例的一个示例中，对于等角螺线，由于外力F外作用于切面时与切面的夹角恒为90°，等角螺线去向角恒大于90°，即等角螺线的任意一个切点的法线方向与切点和轴心连线始终不共线，即始终存在一个切线方向的偏转力，推动旋转运动。

[0077] 由作用力分析可知外部作用力F外提供的切向偏转力满足公式：F切=COS∠(180°‑a°)×F外 ，
其中，去向角a°的取值范围为90°≤a°≤180°，所以去向角越大，即角a°越大提供的切向偏转力F切越大，更容易推动等角螺线的外形的旋转块偏转。

[0078] 相应的去向角越大，曲率越平滑，在相同旋转范围的条件下，与旋转中心处曲线相切处的所能容下的轴直径更小，优选的增大相切转动杆的轴的直径，相同材料下便于提升杆强度。等角螺线应用于组合结构100时，应当小于万向轮300所能扫过的最大外缘空间，防止超出万向轮300外缘空间，造成额外干扰。

[0079] 综上，在确保旋转中心处支撑转动轴120的直径不会过小影响强度和最外旋转范围不会太大时，尽量增大去向角，增大F切使偏转更容易，得出优选的去向角的取值范围为99°‑110°之间。

[0080] 本实施例的行李箱200，增加组合结构100，实现受限空间下的直线运动转换为旋转运动，优选的设置等角螺线旋转块为偏转件130，偏转件130的厚度范围应与箱底或脚轮座底面和滚轮上沿有不低于1mm的间隙。且等角螺线旋转块厚度不宜太薄，避免变形进而影响锁定滑块和等角螺线旋转块的接合效率；综上h的取值范围为：3mm≤h≤H‑2mm；其中，H：滚轮上沿与箱底或脚轮座底面之间的距离，h：等角螺线旋转块的厚度；具体参数如图13所示。

[0081] 在第三个实施例中，如图14‑图19所示，所述运输工具为平板推车。

[0082] 本实施例的一个示例中，所述组合结构100设置在所述平板推车的前端；所述平板推车包括平板推车车身400、推车把手；如图15所示，推车把手安装在平板推车车身400的左端（记为前端），平板推车车身400底部转动安装四个万向轮300。

[0083] 其中，安装件140与平板推车车身400为一体式结构，在平板推车车身400底部开设锁定件限定槽402，作为滑块轨道142使用，锁定件限定槽402上滑动连接锁定板405，构成组合结构100中的锁定件110；在平板推车车身400底部设置拉簧固定孔401，拉簧固定孔401与锁定板405之间连接平面复位拉簧（相当于复位弹簧113）406；锁定板405连接驱动传递线205的一端，驱动传递线205的另一端连接锁定杆404，锁定杆404滑动连接在推车把手开设的锁定杆限定槽403内。

[0084] 位于平板推车车身400前端的两个万向轮300的脚轮旋转杆301上设置有螺线旋转块（或等角螺线凸块130’），构成定制万向轮310，其余两个万向轮300是通用万向轮320。

[0085] 本示例中，通过锁定件110和定制万向轮310的锁定和释放，达到对两只前端的定制万向轮310的特定方向限定的目的；定制万向轮310被锁定是视为定向轮。

[0086] 在一个实施例中，当两只定向轮的前进方向不能保持一致时，即可限制平板推车的地面移动能力；锁定杆404脱离锁定杆限定槽403，同时平面复位拉簧406做功，使锁定件110和螺线旋转块分离，定向轮恢复成万向轮300状态，解锁防滑功能。

[0087] 实践中，可通过在平板推车的两个通用万向轮320悬空时锁定两定制万向轮310的运动方向，改善后的刹停状态可防止平板推车跑动伤人、伤物。

[0088] 在第四个实施例中，如图17‑图19所示，所述组合结构100设置在所述平板推车的后端。

[0089] 与组合结构100设置在所述平板推车的前端类似；后端的两个万向轮300作为定制万向轮310，前端的两个万向轮300是通用万向轮320。

[0090] 通过锁定件110和定制万向轮310的锁定和释放，达到对万向轮300的特定方向限定的目的。原理与前示例一致。

[0091] 本实施例的一个示例中，通用万向轮320可以改为定向轮；这样的话，定制万向轮310被锁定时，平板推车的移动方向被进一步的限定。

[0092] 本实施例的一个示例中，平板推车前后4只脚轮均为万向轮300，由于万向轮300的灵活性，平板推车在指定区域停放时，4只万向轮十分便捷。但仍由于万向轮300的灵活性，使平板推车在拖动时由于惯性的影响不易控制，容易偏离拖动方向。

[0093] 可通过控制平板推车的两个后轮悬空时，锁定或解锁两轮的运动方向，达到切换两轮定向或万向的状态，兼顾灵活性和操控性。

[0094] 本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

[0095] 应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。