專(zhuān)利名稱(chēng)：復(fù)合輪-履-曲腿的越障行走系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合輪-履-曲腿的越障行走系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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 復(fù)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(qū)動(dòng)動(dòng)力較大，機(jī)動(dòng)靈活性欠佳；上述兩種越障 裝置對(duì)于90度直坡和超過(guò)輪直徑高度、履帶輪高度的障礙物無(wú)能為力。腿式機(jī)動(dòng)性好，但 控制復(fù)雜，且運(yùn)動(dòng)速度緩慢，對(duì)跨越高障礙需要具備比障礙長(zhǎng)的腿；目前的復(fù)合式綜合了上 述幾類(lèi)的優(yōu)點(diǎn)，但是均在某方面使用了單項(xiàng)的基本功能，這些復(fù)合式裝置需要根據(jù)地形變 化來(lái)控制行走機(jī)構(gòu)中的各個(gè)組成部件的位置和姿態(tài)，比如輪式腿的越障機(jī)構(gòu)，模仿了蟑螂 的移動(dòng)爬行，但是能達(dá)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(jī) 構(gòu)或平行四邊形前擺臂機(jī)構(gòu)，也很難做到數(shù)十倍的輪直徑長(zhǎng)度且具備大臂長(zhǎng)的扭力，以上 裝置對(duì)于全地形和很高的障礙(如懸崖、峭壁等數(shù)倍、數(shù)十倍腿高或輪高)均無(wú)能為力，對(duì) 于崎嶇路面的運(yùn)動(dòng)速度也不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有越障行走系統(tǒng)的局限性，提供了一種適 應(yīng)于各種地形環(huán)境，且速度高的復(fù)合輪_履_曲腿的越障行走系統(tǒng)。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種復(fù)合輪-履-曲腿的越障 行走系統(tǒng)，包括車(chē)體，該車(chē)體的兩側(cè)包裹能帶動(dòng)車(chē)體前進(jìn)的主動(dòng)式履帶結(jié)構(gòu)或支持車(chē)體滑 行的被動(dòng)式無(wú)驅(qū)動(dòng)履帶結(jié)構(gòu)，車(chē)體的兩側(cè)還安裝有至少4個(gè)車(chē)輪，該履帶結(jié)構(gòu)中的履帶輪 直徑小于車(chē)輪的直徑；每一車(chē)輪分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸與車(chē)體連接，每個(gè)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)軸上還樞接有 一根伸縮桿，伸縮桿上固定連接曲腿。 該曲腿至少為一條，也即可為單腿、雙腿、N(N > 3)腿。 本發(fā)明采用的另一種實(shí)施方式為一種復(fù)合輪-履-曲腿的群串越障行走系統(tǒng)，包 括若干首尾相連的車(chē)體，每一車(chē)體的兩側(cè)包裹能帶動(dòng)車(chē)體前進(jìn)的主動(dòng)式履帶結(jié)構(gòu)或支持車(chē) 體滑行的被動(dòng)式無(wú)驅(qū)動(dòng)履帶結(jié)構(gòu)，車(chē)體的兩側(cè)還安裝有至少4個(gè)車(chē)輪，該履帶結(jié)構(gòu)中的履 帶輪直徑小于車(chē)輪的直徑；每一車(chē)輪分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸與車(chē)體連接，每個(gè)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)軸上還樞 接有一根伸縮桿，伸縮桿上固定連接曲腿；每一車(chē)體的前方設(shè)置有與另一輛車(chē)體連接用的 插入桿，每一車(chē)體的尾部設(shè)置有連接用的插入孔，每一車(chē)體的尾部還設(shè)有鎖緊插入桿的鎖 緊裝置。 上述兩種方式中的伸縮桿為液壓伸縮桿或機(jī)械伸縮桿。 上述兩種方式中的曲腿外面套設(shè)曲腿套。該曲腿套上還可設(shè)置防滑釘。 具體來(lái)講，本發(fā)明所介紹的復(fù)合輪_履_曲腿的越障行走系統(tǒng)全地形越障礙方法
為
1.平原平整路面曲腿收縮至最短或卸下來(lái)，行走系統(tǒng)由傳統(tǒng)輪式系統(tǒng)完成(見(jiàn) 圖2)，即成為普通4輪或6輪乃至N輪車(chē)。適合普通道路的高速機(jī)動(dòng)。 2.丘陵山地、熱帶叢林曲腿展開(kāi)，根據(jù)山地的起伏程度改變伸縮桿和曲腿的長(zhǎng) 短，曲腿采用雙邊平衡接觸點(diǎn)方式進(jìn)行，可以用固定躍進(jìn)步態(tài)或自適應(yīng)步態(tài)等控制方式行 進(jìn)。固定躍進(jìn)步態(tài)指曲腿接觸地面和離開(kāi)地面的旋轉(zhuǎn)速度一致。自適應(yīng)步態(tài)是接觸地面時(shí) 緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)等待平衡控制點(diǎn)位置(其他曲腿接地)，離開(kāi)地面時(shí)快速轉(zhuǎn)動(dòng)，直至接觸地面時(shí)旋 轉(zhuǎn)速度變緩。 3.沼澤、水網(wǎng)、水中、海灘、雪地沼澤地、雪地應(yīng)更換為寬大的曲腿套和寬大的履 帶，水面水中使用密封車(chē)體，同時(shí)更換寬大的直擺腿套，運(yùn)動(dòng)控制使用類(lèi)魚(yú)式擺動(dòng)行進(jìn)(見(jiàn) 圖5)。
4.高原、雪山、峽谷、懸崖、峭壁數(shù)十個(gè)車(chē)體首尾相連成群串，盡量選擇平緩的斜 坡而非垂直的90度懸崖，曲腿套也可以更換為長(zhǎng)防滑釘?shù)那忍?圖8)，上高壁前采用前 面車(chē)體固定抓牢，后面車(chē)體頂推的行進(jìn)方式，并根據(jù)地形改變每個(gè)曲腿長(zhǎng)度尋找攀爬固定 點(diǎn)。大部分越過(guò)高壁后，采用前面車(chē)體群拖動(dòng)方式帶動(dòng)后面車(chē)體越障通過(guò)(見(jiàn)圖7)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為 1.本發(fā)明采用可控變長(zhǎng)的伸縮桿、可控變化的曲腿，曲腿的曲率和長(zhǎng)度以及曲腿 套可變換，從而可以根據(jù)地形動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)曲腿的邁進(jìn)步長(zhǎng)和曲腿的類(lèi)型，通過(guò)使用傳感器實(shí) 時(shí)探測(cè)地形，并通過(guò)計(jì)算機(jī)快速計(jì)算，自適應(yīng)控制液壓桿長(zhǎng)和曲腿曲率和曲腿長(zhǎng)，可以適應(yīng) 不同地形障礙高度和環(huán)境。曲腿的應(yīng)用改變了輪式行駛的歷史，利用了圓形輪滾動(dòng)阻力小 的力學(xué)原理，使用局部圓周輪的小阻力滾動(dòng)方式，避開(kāi)了滾動(dòng)輪必須全接觸地面難以越過(guò) 高障礙的情況，采用跨越障礙的腿式邁進(jìn)方式，使二者良好的結(jié)合起來(lái)，提高了跨越障礙的 速度，改變了目前機(jī)器人腿式越障裝置運(yùn)動(dòng)緩慢的弱點(diǎn)，是目前道路行進(jìn)的輪式車(chē)輛系統(tǒng) 的一次變革。 2.本發(fā)明裝置采用輪-履-曲腿組合方式，行走速度快，針對(duì)不同地形，采用輪、履
帶、曲腿的單獨(dú)或組合行駛方式，基本可以適應(yīng)全球的平原、山地、高原、海灘、沼澤、水網(wǎng)、
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(cè)車(chē)使用。 3.本發(fā)明裝置采用插入桿、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(qiáng)，可以翻越數(shù)倍，乃至數(shù)十倍輪高的障礙(見(jiàn)圖7)。 4.可換的曲腿套，提供了各種長(zhǎng)度、粗細(xì)、密度的防滑釘，使本發(fā)明能適應(yīng)各種不 同的地形環(huán)境，抓地、防滑、固定效果好。 5.本發(fā)明的曲腿還可更換為直擺腿(見(jiàn)圖5)，再配合上密封車(chē)體，使本發(fā)明適用 于水中行駛。 6.本發(fā)明兩側(cè)的履帶可設(shè)計(jì)成主動(dòng)或被動(dòng)型，便于底盤(pán)接觸障礙時(shí)的驅(qū)動(dòng)越障或 滑行，特殊情況下可以去掉。


圖1為標(biāo)準(zhǔn)6輪越障車(chē)俯視圖(6輪單曲腿)； 圖2為標(biāo)準(zhǔn)6輪越障車(chē)輪式行駛狀態(tài)(曲腿收起或未裝)；
圖3為標(biāo)準(zhǔn)6輪越障車(chē)曲腿式行駛狀態(tài)(6輪單曲腿)； 圖4為標(biāo)準(zhǔn)6輪越障車(chē)曲腿式行駛狀態(tài)(6輪雙曲腿)； 圖5為標(biāo)準(zhǔn)6輪越障車(chē)水中直擺腿行駛狀態(tài)； 圖6為標(biāo)準(zhǔn)6輪越障車(chē)越障狀態(tài)(6輪單曲腿)； 圖7為標(biāo)準(zhǔn)6輪越障車(chē)群串翻越高障礙狀態(tài)(6輪單曲腿)； 圖8為具有不同防滑釘?shù)那忍资疽鈭D。 圖9為本發(fā)明曲腿規(guī)格示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。 如圖1-圖9所示，本發(fā)明一實(shí)施例包括一車(chē)體2，該車(chē)體2的兩側(cè)包裹能帶動(dòng)車(chē)體 2前進(jìn)的主動(dòng)式履帶結(jié)構(gòu)或無(wú)驅(qū)動(dòng)的被動(dòng)式履帶結(jié)構(gòu)(28、29)，該履帶結(jié)構(gòu)(28、29)為公知 結(jié)構(gòu)，在此不再重述。車(chē)體2的兩側(cè)還安裝有六個(gè)車(chē)輪3，當(dāng)然，車(chē)體2的兩側(cè)不局限于安裝 六個(gè)車(chē)輪的形式，其也可是四個(gè)、八個(gè)或更多，但至少有四個(gè)車(chē)輪。該履帶結(jié)構(gòu)(28、29)中 的履帶輪直徑小于車(chē)輪3的直徑，使履帶結(jié)構(gòu)(28、29)只在觸碰凸起障礙時(shí)起作用。每一 車(chē)輪3分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸5與車(chē)體2連接，該驅(qū)動(dòng)軸5上還樞接有至少一根伸縮桿4，在本實(shí) 施例中采用液壓伸縮桿，但本發(fā)明的伸縮桿4也不局限于這種形式，比如，其還可采用機(jī)械 伸縮桿。每一伸縮桿4上固定連接套設(shè)曲腿套的曲腿13，該曲腿13可采用固定曲率，也可 采用可變曲率，曲腿的規(guī)格見(jiàn)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(qū)動(dòng)軸5為圓心的一段圓弧，第二段B為過(guò)渡圓??；該曲腿套可具有不同寬度、不同材質(zhì)， 且曲腿套上還可設(shè)置防滑釘。該車(chē)體2的前方設(shè)置有與另一輛車(chē)體連接用的插入桿l，車(chē)體 2的尾部設(shè)置有連接用的插入孔12，車(chē)體2的尾部還設(shè)有鎖緊插入桿1的鎖緊裝置，以便于 多個(gè)車(chē)體2首尾相連，鎖定成串。 車(chē)體2兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)軸5設(shè)計(jì)為可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和同步驅(qū)動(dòng)兩種行駛模式，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和
同步驅(qū)動(dòng)模式都已是成熟的技術(shù)，因而在此不再熬述。該獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模式用于越障環(huán)境，同步
驅(qū)動(dòng)模式用于規(guī)則的障礙環(huán)境和平緩的障礙環(huán)境以及正常道路環(huán)境的高速行駛。 使用時(shí)，如圖2所示，對(duì)于平原平整路面的快速行駛曲腿13收縮至最短或卸下
來(lái)，該行走系統(tǒng)由傳統(tǒng)輪式系統(tǒng)完成，即成為普通4輪或6輪乃至N輪車(chē)，適合普通道路的
高速機(jī)動(dòng)。 如圖3-圖4，對(duì)于丘陵山地、熱帶叢林曲腿13展開(kāi)，根據(jù)山地的起伏程度改變曲 腿13的長(zhǎng)短，曲腿13采用三個(gè)平衡接觸點(diǎn)(該平衡接觸點(diǎn)是指車(chē)體兩邊至少保證共3個(gè) 曲腿接地，使車(chē)體平衡)方式進(jìn)行，可以用固定躍進(jìn)步態(tài)或自適應(yīng)步態(tài)等控制方式行進(jìn)。針 對(duì)障礙平緩的環(huán)境采用固定躍進(jìn)步態(tài)，使曲腿13接觸地面和離開(kāi)地面的旋轉(zhuǎn)速度一致，這 樣控制簡(jiǎn)易，轉(zhuǎn)速快，行駛速度高。針對(duì)障礙不平緩的環(huán)境，采用自適應(yīng)步態(tài)，即每個(gè)曲腿的 擺動(dòng)是根據(jù)地形環(huán)境來(lái)決定的，接觸地面時(shí)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)等待平衡接觸點(diǎn)位置，離開(kāi)地面時(shí)快 速轉(zhuǎn)動(dòng)，直至接觸地面時(shí)旋轉(zhuǎn)速度變緩，這樣仿生爬行，兩側(cè)曲腿13交替邁進(jìn)。
如圖6，翻越低矮障礙的曲腿情況，可根據(jù)環(huán)境采用同步驅(qū)動(dòng)兩側(cè)各個(gè)曲腿和自適 應(yīng)驅(qū)動(dòng)各個(gè)曲腿，以控制步態(tài)和平衡接地點(diǎn)。 對(duì)于沼澤、水網(wǎng)、海灘、雪地沼澤地、雪地應(yīng)更換為寬大的曲腿套和寬大的履帶。
5
如圖5，本發(fā)明在水中使用時(shí)可采用密封車(chē)體，同時(shí)更換寬大的直擺腿套，運(yùn)動(dòng)控 制使用類(lèi)魚(yú)式擺動(dòng)行進(jìn)。 如圖7，對(duì)于高原、雪山、峽谷、懸崖、峭壁遇到障礙時(shí)，數(shù)十個(gè)車(chē)體2首尾相連成 群串，盡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(zhǎng)防滑釘6的曲腿 套(如圖8)，上高壁前采用前面車(chē)體固定抓牢，后面車(chē)體頂推的行進(jìn)方式，并根據(jù)地形改變 每個(gè)曲腿13的長(zhǎng)度尋找攀爬固定點(diǎn)。大部分越過(guò)高壁后，采用前面的車(chē)體群拖動(dòng)方式帶動(dòng) 后面車(chē)體越障通過(guò)。
權(quán)利要求
一種復(fù)合輪-履-曲腿的越障行走系統(tǒng)，包括車(chē)體，其特征在于，該車(chē)體的兩側(cè)包裹能帶動(dòng)車(chē)體前進(jìn)的主動(dòng)式履帶結(jié)構(gòu)或支持車(chē)體滑行的被動(dòng)式無(wú)驅(qū)動(dòng)履帶結(jié)構(gòu)，車(chē)體的兩側(cè)還安裝有至少4個(gè)車(chē)輪，該履帶結(jié)構(gòu)中的履帶輪直徑小于車(chē)輪的直徑；每一車(chē)輪分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸與車(chē)體連接，每個(gè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)軸上還樞接有一根伸縮桿，每一伸縮桿上固定連接曲腿。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合輪-履-曲腿的越障行走系統(tǒng)，其特征在于，所述曲腿為至少一條，且曲腿的曲率、腿長(zhǎng)固定或可變。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合輪_履_曲腿的越障行走系統(tǒng)，其特征在于，所述車(chē)體的 兩側(cè)安裝六個(gè)車(chē)輪。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合輪_履_曲腿的越障行走系統(tǒng)，其特征在于，所述伸縮桿 為液壓伸縮桿或機(jī)械伸縮桿。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合輪_履_曲腿的越障行走系統(tǒng)，其特征在于，所述曲腿的 外面套設(shè)曲腿套。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合輪-履-曲腿的越障行走系統(tǒng)，其特征在于，所述曲腿套 上設(shè)置防滑釘。
7. —種復(fù)合輪-履-曲腿的群串越障行走系統(tǒng)，其特征在于，包括若干首尾相連的車(chē) 體，該車(chē)體的兩側(cè)包裹能帶動(dòng)車(chē)體前進(jìn)的主動(dòng)式履帶結(jié)構(gòu)或支持車(chē)體滑行的被動(dòng)式無(wú)驅(qū)動(dòng) 履帶結(jié)構(gòu)，車(chē)體的兩側(cè)還安裝有至少4個(gè)車(chē)輪，該履帶結(jié)構(gòu)中的履帶輪直徑小于車(chē)輪的直 徑；每一車(chē)輪分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸與車(chē)體連接，每個(gè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)軸上還樞接有一根伸縮桿，每一 伸縮桿上固定連接曲腿；每一車(chē)體的前方設(shè)置有與另一輛車(chē)體連接用的插入桿，每一車(chē)體 的尾部設(shè)置有連接用的插入孔，每一車(chē)體的尾部還設(shè)有鎖緊插入桿的鎖緊裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合輪-履-曲腿的越障行走系統(tǒng)，其特征在于，所述伸縮桿 為液壓伸縮桿或機(jī)械伸縮桿。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合輪-履-曲腿的越障行走系統(tǒng)，其特征在于，所述曲腿的 外面套設(shè)曲腿套。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合輪-履-曲腿的越障行走系統(tǒng)，其特征在于，所述曲腿 套上設(shè)置防滑釘。
全文摘要
一種復(fù)合輪-履-曲腿的越障行走系統(tǒng)，包括車(chē)體，該車(chē)體的兩側(cè)包裹能帶動(dòng)車(chē)體前進(jìn)的主動(dòng)式履帶結(jié)構(gòu)或支持車(chē)體滑行的被動(dòng)式無(wú)驅(qū)動(dòng)履帶結(jié)構(gòu)，車(chē)體的兩側(cè)還安裝有至少4個(gè)車(chē)輪，該履帶結(jié)構(gòu)中的履帶輪直徑小于車(chē)輪的直徑；每一車(chē)輪分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸與車(chē)體連接，每個(gè)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)軸上還樞接有一根伸縮桿，每一伸縮桿上固定連接曲腿。該曲腿上還可套設(shè)曲腿套，且曲腿套可具有不同寬度、不同防滑釘及不同材質(zhì)。該車(chē)體前方還設(shè)置有與另一輛車(chē)體連接用的插入桿，尾部設(shè)置有連接用的插入孔，尾部還設(shè)有鎖緊插入桿的鎖緊裝置，以便將多輛車(chē)體首尾相連，鎖定成串。本發(fā)明可用于平地地面、崎嶇山地、沼澤、懸涯、河谷、海灘、高原等地形高速越障行駛。
文檔編號(hào)B62D57/028GK101758866SQ201010110569
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者李劍川 申請(qǐng)人:李劍川