本發(fā)明主要涉及到機(jī)器行走裝置領(lǐng)域，特指一種輻條旋轉(zhuǎn)變形式輪履腿復(fù)合行走裝置，尤其適用于移動(dòng)機(jī)器人、工程車輛等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

眾所周知，用于火災(zāi)、礦難、核泄漏等危險(xiǎn)作業(yè)的小型地面移動(dòng)機(jī)器人以其體積小、成本低、生存能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)成為移動(dòng)機(jī)器人研究領(lǐng)域的又一熱點(diǎn)。移動(dòng)機(jī)器人最基本的行走方式有輪式、履帶式及腿式三種：其中輪式結(jié)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)、高速高效，然而其越障能力、適應(yīng)復(fù)雜地形的能力卻非常有限；履帶式行走裝置接地比壓小，能夠適應(yīng)沙土、泥濘等松軟地形，但同時(shí)也存在轉(zhuǎn)彎性較差、速度及效率較低等缺點(diǎn)；腿式結(jié)構(gòu)具有越障能力強(qiáng)、適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)，但是其行進(jìn)速度低、能耗高。

有從業(yè)者，提出一種輪履腿復(fù)合形式的結(jié)構(gòu)，它包括底盤和行進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，行進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括行進(jìn)動(dòng)力裝置、履帶驅(qū)動(dòng)輪和履帶從動(dòng)輪，底盤上安裝有三個(gè)以上變形輪部件，變形輪部件包括變形輪圈和變形切換機(jī)構(gòu)，變形輪圈包括由多個(gè)弧形輪圈片首尾鉸接相連成一個(gè)輪圈，輪圈的外側(cè)包裹有履帶，履帶用來與履帶驅(qū)動(dòng)輪和履帶從動(dòng)輪發(fā)生配合形成履帶驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；變形切換機(jī)構(gòu)采用的是絲杠螺母推動(dòng)“x”交叉型伸縮桿的鉸接點(diǎn)，以驅(qū)動(dòng)輪圈變形。也就是說，在驅(qū)動(dòng)下可以通過伸縮令相鄰弧形輪圈片之間發(fā)生位移從而改變輪圈的形狀和行進(jìn)姿態(tài)。在圓輪模式下，“x”交叉型伸縮桿的四個(gè)端點(diǎn)分別對(duì)四段圓弧輪圈形成支撐，起到輻條的作用，之所以要做成可伸縮的，是因?yàn)檩喨τ蓤A形變?yōu)椤啊扌巍钡倪^程中，兩相對(duì)的支撐點(diǎn)之間的距離l是不斷變化的。

通過長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn)，上述方案在實(shí)踐過程中仍然存在一些難以解決的問題：

1、由于變形輪的輪圈被分成了四段，因此必須在四個(gè)圓弧鉸接點(diǎn)形成支撐，才能使輪圈保持圓形。上述方案雖然在水平方向上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)有輪架作為支撐，但是在豎直方向上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)卻并沒有。雖然“x”型的輻條支撐于相鄰的兩個(gè)交接點(diǎn)之間，但是為了輪圈能夠變形，輪架和輻條都是可以伸長(zhǎng)的，因此輪架和輻條都只能給輪圈提供支撐力卻不能提供拉力，這都使得輪圈在豎直方向上缺乏保持力。當(dāng)水平方向受到擠壓力時(shí)，輪圈能夠在輪架的支撐下保持圓形；而當(dāng)豎直方向受到擠壓力時(shí)，輪圈則容易發(fā)生變形。

2、由于對(duì)伸縮桿長(zhǎng)度變化規(guī)律的限制，使得伸縮桿對(duì)輪圈的支撐點(diǎn)位置距離輪圈的受力點(diǎn)較遠(yuǎn)，經(jīng)計(jì)算可得，這就導(dǎo)致“x”型輻條對(duì)輪圈的支撐效果并不好，即輪圈的輪圈結(jié)構(gòu)的受力性能不好。

3、“x”型輻條采用伸縮桿，包含有滑動(dòng)副，當(dāng)滑動(dòng)副配合較緊密時(shí)，容易導(dǎo)致卡死，伸縮不靈活使得變形不可靠；當(dāng)滑動(dòng)副配合較為松動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)副間的間隙較大，使得伸縮桿的晃動(dòng)大，導(dǎo)致整個(gè)輪圈結(jié)構(gòu)的空程增大，即輪圈不能夠保持圓形，會(huì)降低運(yùn)動(dòng)精度與結(jié)構(gòu)可靠度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、運(yùn)動(dòng)方式靈活、地形適應(yīng)能力強(qiáng)的輻條旋轉(zhuǎn)變形式輪履腿復(fù)合行走裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種輻條旋轉(zhuǎn)變形式輪履腿復(fù)合行走裝置，包括輪圈、行進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和變形輪部件，所述輪圈的外側(cè)包裹有履帶，所述行進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、履帶驅(qū)動(dòng)輪和履帶從動(dòng)輪，所述履帶驅(qū)動(dòng)輪和履帶從動(dòng)輪固定于固定輪架上，所述固定輪架沿著輪圈的徑向方向布置且兩端與輪圈接觸形成支撐；所述變形輪部件包括變形輻條和變形電機(jī)，所述變形輻條為兩根以上，呈交叉狀布置并連接于輪圈的中心位置，所述變形輻條的兩端分別于位于輪圈上開設(shè)的滑槽內(nèi)，所述滑槽沿著輪圈的周向方向開設(shè)；所述變形電機(jī)的輸出端與變形輻條相連，并用來驅(qū)動(dòng)變形輻條轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變相鄰變形輻條之間的夾角，所述變形輻條在滑槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)令輪圈改變形狀。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述滑槽開設(shè)于輪圈的側(cè)面，為沿輪圈圓周方向的弧形滑槽。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：每根所述變形輻條的兩端均設(shè)有柱狀凸起，所述柱狀凸起分別嵌于輪圈的滑槽內(nèi)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述變形輻條為兩根，通過交叉布置形成x狀。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述輪圈在周向方向上分成若干瓣弧形輪圈片，所述弧形輪圈片之間采用鉸接的方式。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述輪圈包括由多個(gè)弧形輪圈片首尾鉸接相連而成，所述輪圈的外側(cè)包裹有履帶，所述履帶用來與履帶驅(qū)動(dòng)輪和履帶從動(dòng)輪發(fā)生配合形成履帶驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述弧形輪圈片的數(shù)量與變形輻條與輪圈的接觸支撐點(diǎn)數(shù)量一致。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述變形輻條與輪圈的接觸支撐點(diǎn)位于弧形輪圈片之間的鉸接點(diǎn)附近處。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明的輻條旋轉(zhuǎn)變形式輪履腿復(fù)合行走裝置，令行進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式更加簡(jiǎn)單，大大減少了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，還能提高驅(qū)動(dòng)效率；通過去掉了伸縮桿的滑動(dòng)副，使得機(jī)構(gòu)更加可靠。

2、本發(fā)明的輻條旋轉(zhuǎn)變形式輪履腿復(fù)合行走裝置，在豎直方向的鉸接點(diǎn)處設(shè)置變形輻條，直接為其提供支撐力。當(dāng)在圓輪模式下時(shí)，變形輻條對(duì)輪圈的支撐點(diǎn)可以很靠近輪圈的受力點(diǎn)，這樣能夠?qū)喨π纬珊芎玫刂巫饔茫^好地改善了輪圈的受力結(jié)構(gòu)。

3、本發(fā)明的輻條旋轉(zhuǎn)變形式輪履腿復(fù)合行走裝置，履帶接地長(zhǎng)度大，降低了接地比壓，同時(shí)進(jìn)一步將單支撐輪組改為多支撐輪組，使得底盤支撐點(diǎn)向履帶裝置中間靠近，不僅增大了履帶接地長(zhǎng)度，還使得履帶接地段受力更加均勻，有效降低了履帶裝置的接地比壓。

附圖說明

圖1是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中的立體分解結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中處于輪式模式時(shí)變形輪部件的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖4是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中處于腿式模式時(shí)變形輪部件的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖5是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中處于輪式模式時(shí)變形輪部件的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中處于履式模式時(shí)變形輪部件的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖例說明：

1、輪圈；2、變形電機(jī)；3、變形輻條；4、滑槽；5、驅(qū)動(dòng)電機(jī)；6、履帶驅(qū)動(dòng)輪；7、履帶從動(dòng)輪；8、固定輪架；10、履帶；101、弧形輪圈片。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1～圖6所示，本發(fā)明的輻條旋轉(zhuǎn)變形式輪履腿復(fù)合行走裝置，包括輪圈1、行進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和變形輪部件，該行進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)5、履帶驅(qū)動(dòng)輪6和履帶從動(dòng)輪7，履帶驅(qū)動(dòng)輪6和履帶從動(dòng)輪7固定于固定輪架8上，固定輪架8沿著輪圈1的徑向方向布置且兩端與輪圈1接觸形成支撐。變形輪部件包括變形輻條3和變形電機(jī)2，變形輻條3為兩根以上，呈交叉狀布置并連接于輪圈1的中心位置，變形輻條3的兩端分別于位于輪圈1上開設(shè)的滑槽4內(nèi)，該滑槽4沿著輪圈1的周向方向開設(shè)。變形電機(jī)2的輸出端與變形輻條3相連，并用來驅(qū)動(dòng)變形輻條3轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變相鄰變形輻條3之間的夾角，變形輻條3在滑槽4內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，最終令輪圈1改變形狀，從而形成圓輪、履帶或者直腿。這樣變形輪部件2就可根據(jù)工作地形的不同分別以圓輪、履帶或者直腿的方式行進(jìn)，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜地形，具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)能力和越障能力。

在具體應(yīng)用實(shí)例中，滑槽4開設(shè)于輪圈1的側(cè)面，為沿輪圈1圓周方向的弧形滑槽4，每根變形輻條3的兩端均設(shè)有柱狀凸起，柱狀凸起分別嵌于輪圈1的滑槽4內(nèi)。

在本實(shí)施例中，變形輻條3為兩根，通過交叉布置形成x狀。當(dāng)輪圈1處于圓輪狀態(tài)時(shí)，兩變形輻條3向中間靠攏，嵌于滑槽4內(nèi)的柱狀凸起對(duì)輪圈1起支撐作用。當(dāng)需要切換運(yùn)動(dòng)模態(tài)時(shí)，變形電機(jī)2驅(qū)動(dòng)兩根變形輻條3旋轉(zhuǎn)，當(dāng)柱狀凸起到達(dá)滑槽4的另一端時(shí)便推動(dòng)輪圈1與變形輻條3一起展開，最終變?yōu)槁膸Ｊ??？梢岳斫猓冃屋棗l3的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要來選擇，以滿足輪圈1實(shí)際變形的需要，這都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。從多根變形輻條3的設(shè)計(jì)來看，實(shí)際上是將傳統(tǒng)單支撐輪組改為多支撐輪組，使得底盤支撐點(diǎn)向履帶裝置中間靠近。

在具體應(yīng)用實(shí)例中，圓輪模式還可設(shè)計(jì)成完全中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，這將更加有利于行進(jìn)時(shí)的動(dòng)平衡。

在具體應(yīng)用實(shí)例中，輪圈1在周向方向上分成若干瓣弧形輪圈片101，弧形輪圈片101之間采用鉸接的方式，鉸接點(diǎn)處可以形成彎折，以保證輪圈1的變形，滿足最終輪圈1形態(tài)的需要。如，輪圈1可以包括由多個(gè)弧形輪圈片101首尾鉸接相連成一個(gè)輪圈1，輪圈1的外側(cè)包裹有履帶10（如橡膠履帶），履帶10用來與履帶驅(qū)動(dòng)輪6和履帶從動(dòng)輪7發(fā)生配合形成履帶驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。而變形輪部件可以令相鄰弧形輪圈片101之間發(fā)生位移從而改變輪圈1的形狀，從而形成圓輪、履帶或者直腿。

在較佳的實(shí)施例中，變形輻條3與輪圈1的接觸支撐點(diǎn)位于弧形輪圈片101之間的鉸接點(diǎn)附近處。

在具體應(yīng)用實(shí)例中，固定輪架8呈水平方向布置，變形輻條3可轉(zhuǎn)動(dòng)至豎直方向。

也正是采用了本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)形式，令行進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式更加簡(jiǎn)單，大大減少了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，還能提高驅(qū)動(dòng)效率。本發(fā)明在豎直方向的鉸接點(diǎn)處設(shè)置變形輻條3，直接為其提供支撐力。當(dāng)在圓輪模式下時(shí)，變形輻條3對(duì)輪圈1的支撐點(diǎn)可以很靠近輪圈1的受力點(diǎn)，這樣能夠?qū)喨?形成很好地支撐作用，較好地改善了輪圈1的受力結(jié)構(gòu)。在上述結(jié)構(gòu)中，履帶10接地長(zhǎng)度大，降低了接地比壓，同時(shí)進(jìn)一步將單支撐輪組改為多支撐輪組，使得底盤支撐點(diǎn)向履帶裝置中間靠近，不僅增大了履帶10接地長(zhǎng)度，還使得履帶10接地段受力更加均勻，有效降低了履帶裝置的接地比壓。

將本發(fā)明應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人之后，使得移動(dòng)機(jī)器人能夠根據(jù)所處地狀況不同分別以圓輪、履帶或者直腿的形式行進(jìn)，既能以輪式運(yùn)動(dòng)模式在平坦硬路面運(yùn)動(dòng)，也能以履帶式運(yùn)動(dòng)模式在松軟地形上行走，還能夠以腿式運(yùn)動(dòng)模式在崎嶇不平的地形行走，能夠以合理的運(yùn)動(dòng)模式在不同復(fù)雜地面高效地運(yùn)動(dòng)。在較為平坦地形行進(jìn)時(shí)，變形輪的輪圈1呈圓形，橡膠履帶10包裹在輪圈1之上充當(dāng)“輪胎”，機(jī)器人為輪式模式。在較為松軟的地形行進(jìn)時(shí)，變形輪的輪圈1呈“∞形”，履帶驅(qū)動(dòng)輪6、履帶從動(dòng)輪7以及承重輪將橡膠履帶10支起，形成履帶式行走裝置，使得整個(gè)履帶行走裝置前進(jìn)。在亂石及臺(tái)階的崎嶇地形行進(jìn)時(shí)，變形輪的輪圈1呈“∞形”，整個(gè)腿式結(jié)構(gòu)繞著輸入軸公轉(zhuǎn)，機(jī)器人以直腿方式行進(jìn)。本發(fā)明的方案新穎，輪、履、腿式之間相互切換方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，行進(jìn)速度快、能耗低、機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)，爬坡、越障、跨溝能力強(qiáng)。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。