本發(fā)明主要涉及到機器行走裝置領(lǐng)域，特指一種直線驅(qū)動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置，尤其適用于移動機器人、工程車輛等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

眾所周知，用于火災、礦難、核泄漏等危險作業(yè)的小型地面移動機器人以其體積小、成本低、生存能力強、運動靈活等特點成為移動機器人研究領(lǐng)域的又一熱點。移動機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)運行平穩(wěn)、高速高效，然而其越障能力、適應復雜地形的能力卻非常有限；履帶式行走裝置接地比壓小，能夠適應沙土、泥濘等松軟地形，但同時也存在轉(zhuǎn)彎性較差、速度及效率較低等缺點；腿式結(jié)構(gòu)具有越障能力強、適應性好的優(yōu)點，但是其行進速度低、能耗高。

有從業(yè)者，提出一種輪履腿復合形式的結(jié)構(gòu)，它包括底盤和行進驅(qū)動機構(gòu)，行進驅(qū)動機構(gòu)包括行進動力裝置、履帶驅(qū)動輪和履帶從動輪，底盤上安裝有三個以上變形輪部件，變形輪部件包括變形輪圈和變形切換機構(gòu)，變形輪圈包括由多個弧形輪圈片首尾鉸接相連成一個輪圈，輪圈的外側(cè)包裹有履帶，履帶用來與履帶驅(qū)動輪和履帶從動輪發(fā)生配合形成履帶驅(qū)動狀態(tài)；變形切換機構(gòu)采用的是絲杠螺母推動“x”交叉型伸縮桿的鉸接點，以驅(qū)動輪圈變形。也就是說，在驅(qū)動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姿態(tài)。在圓輪模式下，“x”交叉型伸縮桿的四個端點分別對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，是因為輪圈由圓形變?yōu)椤啊扌巍钡倪^程中，兩相對的支撐點之間的距離l是不斷變化的。

通過長期的研究發(fā)現(xiàn)，上述方案在實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，因此必須在四個圓弧鉸接點形成支撐，才能使輪圈保持圓形。上述方案雖然在水平方向上的兩個鉸接點有輪架作為支撐，但是在豎直方向上的兩個鉸接點卻并沒有。雖然“x”型的輻條支撐于相鄰的兩個交接點之間，但是為了輪圈能夠變形，輪架和輻條都是可以伸長的，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。當水平方向受到擠壓力時，輪圈能夠在輪架的支撐下保持圓形；而當豎直方向受到擠壓力時，輪圈則容易發(fā)生變形。

2、由于對伸縮桿長度變化規(guī)律的限制，使得伸縮桿對輪圈的支撐點位置距離輪圈的受力點較遠，經(jīng)計算可得，這就導致“x”型輻條對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，包含有滑動副，當滑動副配合較緊密時，容易導致卡死，伸縮不靈活使得變形不可靠；當滑動副配合較為松動時，運動副間的間隙較大，使得伸縮桿的晃動大，導致整個輪圈結(jié)構(gòu)的空程增大，即輪圈不能夠保持圓形，會降低運動精度與結(jié)構(gòu)可靠度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(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)簡單緊湊、運動方式靈活、地形適應能力強的直線驅(qū)動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種直線驅(qū)動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置，包括輪圈、行進驅(qū)動機構(gòu)和變形輪部件，所述輪圈的外側(cè)包裹有履帶，所述變形輪部件包括固定輪架、伸展輪架、變形電機以及履帶支撐輪組，所述履帶支撐輪組安裝于固定輪架和/或伸展輪架上；所述固定輪架與伸展輪架形成水平布置的狀態(tài)并在輪圈徑向方向?qū)喨M行支撐，所述固定輪架的一端與輪圈接觸，所述伸展輪架的一端與輪圈接觸，另一端套設于固定輪架內(nèi)；在所述變形電機的驅(qū)動下，所述伸展輪架在所述固定輪架內(nèi)的滑槽中滑動，在輪圈的徑向方向?qū)喨M行撐開或收縮的操作。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述伸展輪架安裝于絲桿傳動機構(gòu)上，所述絲桿傳動機構(gòu)包括沿著固定輪架方向布置的絲桿和通過螺紋連接于絲桿上的螺母，所述伸展輪架連接于螺母上，所述變形電機用來驅(qū)動絲桿轉(zhuǎn)動，以帶著螺母以及伸展輪架完成直線運動。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述履帶支撐輪組包括兩組，一組支撐輪安裝于所述固定輪架上，另一組支撐輪安裝于伸展輪架上。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述行進驅(qū)動機構(gòu)包括行驅(qū)動電機、履帶驅(qū)動輪和履帶從動輪。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述輪圈包括由多個弧形輪圈片首尾鉸接相連而成，所述履帶用來與履帶驅(qū)動輪和履帶從動輪發(fā)生配合形成履帶驅(qū)動狀態(tài)。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述輪圈包括由兩個弧形輪圈片鉸接相連而成，兩個鉸接點的連線為輪圈的直徑方向，且與所述固定輪架的布置方向垂直。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述履帶支撐輪組始終保持與輪圈接觸以對輪圈進行支撐。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明的直線驅(qū)動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置，令行進驅(qū)動方式更加簡單，大大減少了傳動機構(gòu)，不僅簡化了結(jié)構(gòu)，還能提高驅(qū)動效率；通過去掉了伸縮桿的滑動副，使得機構(gòu)更加可靠。

2、本發(fā)明的直線驅(qū)動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置，作為關(guān)鍵部件的變形輪部件結(jié)構(gòu)簡單且能夠自鎖，正常運行過程中變形電機不需提供保持力，圓輪模式下，伸展輪架與固定輪架可視為一體，使得分布于輪架同側(cè)的兩段圓弧輪圈與輪架構(gòu)成穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，因此圓形輪圈具有很好地結(jié)構(gòu)受力性。

3、本發(fā)明的直線驅(qū)動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置，履帶接地長度大，降低了接地比壓；進一步將單支撐輪組改為多支撐輪組，使得底盤支撐點向履帶裝置中間靠近，不僅增大了履帶接地長度，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。本發(fā)明采用絲杠螺母驅(qū)動之后，既能夠提供支撐力也能夠提供拉力。即在豎直方向受擠壓力時，輪圈在輪架拉力的作用下，依然能夠保持圓形。

附圖說明

圖1是本發(fā)明在具體應用實例中的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明在具體應用實例中變形輪部件的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3是本發(fā)明在具體應用實例中處于履帶模式時的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖例說明：

1、輪圈；101、弧形輪圈片；2、變形電機；3、固定輪架；4、伸展輪架；5、絲桿；6、驅(qū)動電機；7、履帶驅(qū)動輪；8、履帶從動輪；9、履帶；10、電機座；11、履帶支撐輪組；12、滑槽；13、導軌。

具體實施方式

以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

如圖1～圖3所示，本發(fā)明的直線驅(qū)動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置，包括行進驅(qū)動機構(gòu)和變形輪部件，該行進驅(qū)動機構(gòu)包括行進動力裝置6、履帶驅(qū)動輪7和履帶從動輪8。變形輪部件包括固定輪架3、伸展輪架4、變形電機2以及履帶支撐輪組11，履帶支撐輪組11安裝于固定輪架3和/或伸展輪架4上，履帶支撐輪組11始終保持與輪圈1接觸以對輪圈1進行支撐。固定輪架3與伸展輪架4形成水平布置的狀態(tài)并在輪圈1徑向方向?qū)喨?進行支撐，固定輪架3的一端與輪圈1接觸，伸展輪架4的一端與輪圈1接觸，另一端套設于固定輪架3內(nèi)，在變形電機2的驅(qū)動下，伸展輪架4可以在固定輪架3內(nèi)的滑槽12中滑動，從而在輪圈1的徑向方向完成對輪圈1撐開或收縮的操作，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，能夠適應各種復雜地形，具有很強的機動能力和越障能力。

在具體應用實例中，伸展輪架4安裝于絲桿傳動機構(gòu)上，絲桿傳動機構(gòu)包括沿著固定輪架3方向布置的絲桿5和通過螺紋連接于絲桿5上的螺母，伸展輪架4連接于螺母上，變形電機2用來驅(qū)動絲桿5轉(zhuǎn)動，以帶著螺母以及伸展輪架4完成直線運動。可以理解，絲桿傳動機構(gòu)僅為若干直線傳動機構(gòu)中的一種，其他類型的直線傳動機構(gòu)，只要是能夠滿足固定輪架3與伸展輪架4之間運動需要的任何結(jié)構(gòu)形式均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，例如氣缸、液壓缸、齒輪齒條等結(jié)構(gòu)方式。

在具體應用實例中，輪圈1在周向方向上分成兩個半圈，兩個半圈之間采用鉸接的方式，在伸展輪架4在輪圈1的徑向方向?qū)喨?進行撐開或收縮操作時，鉸接點處形成彎折，以保證輪圈1的變形，滿足最終輪圈1形態(tài)的需要?？梢岳斫猓喨?也可以根據(jù)實際的需要，沿著圓周方向分成若干個鉸接點，這可以根據(jù)實際的變形需要來選擇，但都應在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。如，輪圈1可以包括由多個弧形輪圈片101首尾鉸接相連而成，輪圈1的外側(cè)包裹有履帶9（如橡膠履帶），履帶9用來與履帶驅(qū)動輪7和履帶從動輪8發(fā)生配合形成履帶驅(qū)動狀態(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。本實例中，所述輪圈1包括由兩個弧形輪圈片101鉸接相連而成，兩個鉸接點的連線為輪圈1的直徑方向，且與所述固定輪架3的布置方向垂直。

在具體應用實例中，履帶支撐輪組11包括兩組，一組支撐輪安裝于固定輪架3上，另一組支撐輪安裝于伸展輪架4上。

在具體應用實例中，圓輪模式可設計成完全中心對稱結(jié)構(gòu)，有利于行進時的動平衡。

在具體應用實例中，還可以在固定輪架3處設置導軌13，令伸展輪架4沿著導軌13運動，以保證運動的可靠性。

采用上述結(jié)構(gòu)之后，當輪圈1為圓形時，伸展輪架4處于收縮狀態(tài)，行進驅(qū)動機構(gòu)中的驅(qū)動電機驅(qū)動輪架旋轉(zhuǎn)，為輪式行走方式。兩組支撐輪對稱地靠攏在輪心兩側(cè)，減小轉(zhuǎn)動慣量以提高圓輪的加減速性能。當輪圈1變形后，履帶驅(qū)動輪7內(nèi)置輪轂電機，可直接驅(qū)動履帶9行進。此時伸展輪架4往外伸出，帶動支撐輪組1遠離固定輪架上的支撐輪組2，這樣就形成了多支撐點的履帶結(jié)構(gòu)。當輪圈1變形后，行進驅(qū)動機構(gòu)中的驅(qū)動電機6驅(qū)動輪架旋轉(zhuǎn)，為翻轉(zhuǎn)腿式行進。

也正是采用了本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)，令行進驅(qū)動方式簡單，減少了傳動機構(gòu)，不僅簡化了結(jié)構(gòu)，還能提高驅(qū)動效率；去掉了伸縮桿的滑動副，使得機構(gòu)更加可靠。作為關(guān)鍵部件的變形輪部件結(jié)構(gòu)簡單且能夠自鎖，正常運行過程中變形電機2不需提供保持力，圓輪模式下，伸展輪架4與固定輪架3可視為一體，使得分布于輪架同側(cè)的兩段圓弧輪圈1與輪架構(gòu)成穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，因此圓形輪圈1具有很好地結(jié)構(gòu)受力性。履帶9接地長度大，降低接地比壓；將單支撐輪組改為多支撐輪組，使得底盤支撐點向履帶裝置中間靠近，不僅增大了履帶9接地長度，還使得履帶9接地段受力更加均勻，有效降低了履帶裝置的接地比壓。本發(fā)明采用絲桿傳動機構(gòu)之后，既能夠提供支撐力也能夠提供拉力。即在豎直方向受擠壓力時，輪圈1在輪架拉力的作用下，依然能夠保持圓形。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術(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和潤飾，應視為本發(fā)明的保護范圍。