複合輪-履-曲腿的越障行走系統的製作方法

2023-10-07 12:24:29 1

專利名稱：複合輪-履-曲腿的越障行走系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種複合輪-履-曲腿的越障行走系統。
背景技術：
目前的越障裝置可分為輪式、履帶式、腿式及輪_履、輪-腿、履-腿、輪_履-腿 複合式等。輪式越障裝置主要利用了行星輪系的工作原理，適合平地和低障礙越障；履帶式 越障裝置接觸面大，適合沼澤地行駛，需要驅動動力較大，機動靈活性欠佳；上述兩種越障 裝置對於90度直坡和超過輪直徑高度、履帶輪高度的障礙物無能為力。腿式機動性好，但 控制複雜，且運動速度緩慢，對跨越高障礙需要具備比障礙長的腿；目前的複合式綜合了上 述幾類的優點，但是均在某方面使用了單項的基本功能，這些複合式裝置需要根據地形變 化來控制行走機構中的各個組成部件的位置和姿態，比如輪式腿的越障機構，模仿了蟑螂 的移動爬行，但是能達到的垂直翻越高度僅為輪式腿半徑的1. 2倍；比如前擺臂式越障機 構或平行四邊形前擺臂機構，也很難做到數十倍的輪直徑長度且具備大臂長的扭力，以上 裝置對於全地形和很高的障礙(如懸崖、峭壁等數倍、數十倍腿高或輪高)均無能為力，對 於崎嶇路面的運動速度也不高。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是，針對現有越障行走系統的局限性，提供了一 種適應於各種地形環境，且速度高的複合輪-履-曲腿的越障行走系統。為解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案為_種複合輪-履_曲腿的 越障行走系統，包括車體，該車體的兩側包裹能帶動車體前進的主動式履帶結構或支持車 體滑行的被動式無驅動履帶結構，車體的兩側還安裝有至少4個車輪，該履帶結構中的履 帶輪直徑小於車輪的直徑；每一車輪分別通過驅動軸與車體連接，每個車輪驅動軸上還樞 接有一根伸縮杆，伸縮杆上固定連接曲腿。該曲腿至少為一條，也即可為單腿、雙腿、N(N彡3)腿。本實用新型採用的另一種實施方式為一種複合輪_履-曲腿的群串越障行走系 統，包括若干首尾相連的車體，每一車體的兩側包裹能帶動車體前進的主動式履帶結構或 支持車體滑行的被動式無驅動履帶結構，車體的兩側還安裝有至少4個車輪，該履帶結構 中的履帶輪直徑小於車輪的直徑；每一車輪分別通過驅動軸與車體連接，每個車輪驅動軸 上還樞接有一根伸縮杆，伸縮杆上固定連接曲腿；每一車體的前方設置有與另一輛車體連 接用的插入杆，每一車體的尾部設置有連接用的插入孔，每一車體的尾部還設有鎖緊插入 杆的鎖緊裝置。上述兩種方式中的伸縮杆為液壓伸縮杆或機械伸縮杆。上述兩種方式中的曲腿外面套設曲腿套。該曲腿套上還可設置防滑釘。具體來講，本實用新型所介紹的複合輪-履-曲腿的越障行走系統全地形越障礙 方法為
3[0010]1.平原平整路面曲腿收縮至最短或卸下來，行走系統由傳統輪式系統完成(見 圖2)，即成為普通4輪或6輪乃至N輪車。適合普通道路的高速機動。2.丘陵山地、熱帶叢林曲腿展開，根據山地的起伏程度改變伸縮杆和曲腿的長 短，曲腿採用雙邊平衡接觸點方式進行，可以用固定躍進步態或自適應步態等控制方式行 進。固定躍進步態指曲腿接觸地面和離開地面的旋轉速度一致。自適應步態是接觸地面時 緩慢轉動等待平衡控制點位置(其他曲腿接地)，離開地面時快速轉動，直至接觸地面時旋 轉速度變緩。3.沼澤、水網、水中、海灘、雪地沼澤地、雪地應更換為寬大的曲腿套和寬大的履 帶，水面水中使用密封車體，同時更換寬大的直擺腿套，運動控制使用類魚式擺動行進(見 圖5)。4.高原、雪山、峽谷、懸崖、峭壁數十個車體首尾相連成群串，儘量選擇平緩的斜 坡而非垂直的90度懸崖，曲腿套也可以更換為長防滑釘的曲腿套(圖8)，上高壁前採用前 面車體固定抓牢，後面車體頂推的行進方式，並根據地形改變每個曲腿長度尋找攀爬固定 點。大部分越過高壁後，採用前面車體群拖動方式帶動後面車體越障通過(見圖7)。與現有技術相比，本實用新型所具有的有益效果為本實用新型的優點與積極效果為1.本實用新型採用可控變長的伸縮杆、可控變化的曲腿，曲腿的曲率和長度以及 曲腿套可變換，從而可以根據地形動態調節曲腿的邁進步長和曲腿的類型，通過使用傳感 器實時探測地形，並通過計算機快速計算，自適應控制液壓杆長和曲腿曲率和曲腿長，可以 適應不同地形障礙高度和環境。曲腿的應用改變了輪式行駛的歷史，利用了圓形輪滾動阻 力小的力學原理，使用局部圓周輪的小阻力滾動方式，避開了滾動輪必須全接觸地面難以 越過高障礙的情況，採用跨越障礙的腿式邁進方式，使二者良好的結合起來，提高了跨越障 礙的速度，改變了目前機器人腿式越障裝置運動緩慢的弱點，是目前道路行進的輪式車輛 系統的一次變革。2.本實用新型裝置採用輪-履-曲腿組合方式，行走速度快，針對不同地形，採用 輪、履帶、曲腿的單獨或組合行駛方式，基本可以適應全球的平原、山地、高原、海灘、沼澤、 水網、懸崖、河谷等任何地形的快速行走，也可作為其他星球的登陸探測車使用。3.本實用新型裝置採用插入杆、插入孔的首尾群串方式連接，具有仿生(蜈蚣)的 爬行效果，越障能力強，可以翻越數倍，乃至數十倍輪高的障礙(見圖7)。4.可換的曲腿套，提供了各種長度、粗細、密度的防滑釘，使本實用新型能適應各 種不同的地形環境，抓地、防滑、固定效果好。5.本實用新型的曲腿還可更換為直擺腿(見圖5)，再配合上密封車體，使本實用 新型適用於水中行駛。6.本實用新型兩側的履帶可設計成主動或被動型，便於底盤接觸障礙時的驅動越 障或滑行，特殊情況下可以去掉。

圖1為標準6輪越障車俯視圖(6輪單曲腿)；圖2為標準6輪越障車輪式行駛狀態(曲腿收起或未裝)；[0024]圖3為標準6輪越障車曲腿式行駛狀態(6輪單曲腿)；圖4為標準6輪越障車曲腿式行駛狀態(6輪雙曲腿)；圖5為標準6輪越障車水中直擺腿行駛狀態；圖6為標準6輪越障車越障狀態(6輪單曲腿)；圖7為標準6輪越障車群串翻越高障礙狀態(6輪單曲腿)；圖8為具有不同防滑釘的曲腿套示意圖。圖9為本實用新型曲腿規格示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳述。如圖1-圖9所示，本實用新型一實施例包括一車體2，該車體2的兩側包裹能帶 動車體2前進的主動式履帶結構或無驅動的被動式履帶結構(28、29)，該履帶結構(28、29) 為公知結構，在此不再重述。車體2的兩側還安裝有六個車輪3，當然，車體2的兩側不局限 於安裝六個車輪的形式，其也可是四個、八個或更多，但至少有四個車輪。該履帶結構(28、 29)中的履帶輪直徑小於車輪3的直徑，使履帶結構(28、29)只在觸碰凸起障礙時起作用。 每一車輪3分別通過驅動軸5與車體2連接，該驅動軸5上還樞接有至少一根伸縮杆4，在 本實施例中採用液壓伸縮杆，但本實用新型的伸縮杆4也不局限於這種形式，比如，其還可 採用機械伸縮杆。每一伸縮杆4上固定連接套設曲腿套的曲腿13，該曲腿13可採用固定曲 率，也可採用可變曲率，曲腿的規格見圖9所示曲腿13由第一段A及第二段B組成，且第 一段A是以驅動軸5為圓心的一段圓弧，第二段B為過渡圓弧；該曲腿套可具有不同寬度、 不同材質，且曲腿套上還可設置防滑釘。該車體2的前方設置有與另一輛車體連接用的插 入杆1，車體2的尾部設置有連接用的插入孔12，車體2的尾部還設有鎖緊插入杆1的鎖緊 裝置，以便於多個車體2首尾相連，鎖定成串。車體2兩側的驅動軸5設計為可獨立驅動和同步驅動兩種行駛模式，獨立驅動和 同步驅動模式都已是成熟的技術，因而在此不再熬述。該獨立驅動模式用于越障環境，同步 驅動模式用於規則的障礙環境和平緩的障礙環境以及正常道路環境的高速行駛。使用時，如圖2所示，對於平原平整路面的快速行駛曲腿13收縮至最短或卸下 來，該行走系統由傳統輪式系統完成，即成為普通4輪或6輪乃至N輪車，適合普通道路的 高速機動。如圖3-圖4，對於丘陵山地、熱帶叢林曲腿13展開，根據山地的起伏程度改變曲 腿13的長短，曲腿13採用三個平衡接觸點(該平衡接觸點是指車體兩邊至少保證共3個 曲腿接地，使車體平衡)方式進行，可以用固定躍進步態或自適應步態等控制方式行進。針 對障礙平緩的環境採用固定躍進步態，使曲腿13接觸地面和離開地面的旋轉速度一致，這 樣控制簡易，轉速快，行駛速度高。針對障礙不平緩的環境，採用自適應步態，即每個曲腿的 擺動是根據地形環境來決定的，接觸地面時緩慢轉動等待平衡接觸點位置，離開地面時快 速轉動，直至接觸地面時旋轉速度變緩，這樣仿生爬行，兩側曲腿13交替邁進。如圖6，翻越低矮障礙的曲腿情況，可根據環境採用同步驅動兩側各個曲腿和自適 應驅動各個曲腿，以控制步態和平衡接地點。對於沼澤、水網、海灘、雪地沼澤地、雪地應更換為寬大的曲腿套和寬大的履帶。[0038]如圖5，本實用新型在水中使用時可採用密封車體，同時更換寬大的直擺腿套，運 動控制使用類魚式擺動行進。如圖7，對於高原、雪山、峽谷、懸崖、峭壁遇到障礙時，數十個車體2首尾相連成 群串，儘量選擇平緩的斜坡而非垂直的90度懸崖，曲腿套也可以更換為長防滑釘6的曲腿 套(如圖8)，上高壁前採用前面車體固定抓牢，後面車體頂推的行進方式，並根據地形改變 每個曲腿13的長度尋找攀爬固定點。大部分越過高壁後，採用前面的車體群拖動方式帶動 後面車體越障通過。
權利要求一種複合輪 履 曲腿的越障行走系統，包括車體，其特徵在於，該車體的兩側包裹能帶動車體前進的主動式履帶結構或支持車體滑行的被動式無驅動履帶結構，車體的兩側還安裝有至少4個車輪，該履帶結構中的履帶輪直徑小於車輪的直徑；每一車輪分別通過驅動軸與車體連接，每個車輪的驅動軸上還樞接有一根伸縮杆，每一伸縮杆上固定連接曲腿。
2.根據權利要求1所述的複合輪-履-曲腿的越障行走系統，其特徵在於，所述曲腿為 至少一條，且曲腿的曲率、腿長固定或可變。
3.根據權利要求1所述的複合輪-履-曲腿的越障行走系統，其特徵在於，所述車體的 兩側安裝六個車輪。
4.根據權利要求1所述的複合輪-履-曲腿的越障行走系統，其特徵在於，所述伸縮杆 為液壓伸縮杆或機械伸縮杆。
5.根據權利要求1所述的複合輪-履-曲腿的越障行走系統，其特徵在於，所述曲腿的 外面套設曲腿套。
6.根據權利要求5所述的複合輪-履-曲腿的越障行走系統，其特徵在於，所述曲腿套 上設置防滑釘。
7.一種複合輪-履-曲腿的群串越障行走系統，其特徵在於，包括若干首尾相連的車 體，該車體的兩側包裹能帶動車體前進的主動式履帶結構或支持車體滑行的被動式無驅動 履帶結構，車體的兩側還安裝有至少4個車輪，該履帶結構中的履帶輪直徑小於車輪的直 徑；每一車輪分別通過驅動軸與車體連接，每個車輪的驅動軸上還樞接有一根伸縮杆，每一 伸縮杆上固定連接曲腿；每一車體的前方設置有與另一輛車體連接用的插入杆，每一車體 的尾部設置有連接用的插入孔，每一車體的尾部還設有鎖緊插入杆的鎖緊裝置。
8.根據權利要求7所述的複合輪-履-曲腿的越障行走系統，其特徵在於，所述伸縮杆 為液壓伸縮杆或機械伸縮杆。
9.根據權利要求7所述的複合輪-履-曲腿的越障行走系統，其特徵在於，所述曲腿的 外面套設曲腿套。
10.根據權利要求9所述的複合輪-履-曲腿的越障行走系統，其特徵在於，所述曲腿 套上設置防滑釘。
專利摘要一種複合輪-履-曲腿的越障行走系統，包括車體，該車體的兩側包裹能帶動車體前進的主動式履帶結構或支持車體滑行的被動式無驅動履帶結構，車體的兩側還安裝有至少4個車輪，該履帶結構中的履帶輪直徑小於車輪的直徑；每一車輪分別通過驅動軸與車體連接，每個車輪驅動軸上還樞接有一根伸縮杆，每一伸縮杆上固定連接曲腿。該曲腿上還可套設曲腿套，且曲腿套可具有不同寬度、不同防滑釘及不同材質。該車體前方還設置有與另一輛車體連接用的插入杆，尾部設置有連接用的插入孔，尾部還設有鎖緊插入杆的鎖緊裝置，以便將多輛車體首尾相連，鎖定成串。本實用新型可用於平地地面、崎嶇山地、沼澤、懸崖、河谷、海灘、高原等地形高速越障行駛。
文檔編號B62D57/028GK201660033SQ20102011484
公開日2010年12月1日 申請日期2010年2月12日 優先權日2010年2月12日
發明者李劍川 申請人:李劍川