CN101774409A - 一种自适应海底复杂地形的复合轮式行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应海底复杂地形的复合轮式行走机构，它包括铰接式车架和安装在车架两侧具有独立驱动系统的复合轮系。所述复合轮系由前、后连接板以及安装于前、后连接板上具有独立驱动系统的前轮、中轮和后轮，所述前轮、中轮、后轮之间有链轮，所述链轮通过链条相互传递动力，所述前、后连接板又跟油缸和车架铰接。本发明采用主动控制的方式进行越障，可越过2倍于轮胎直径的台阶、凸台，可跨过小于轮系中前后轮距的壕沟，可适应高低起伏的路面，使轮胎与地面连续接触，最大程度地获得路面附着力，有效的提高在海底复杂路况下的动力性能以及工作效率。本发明的行走机构简单紧凑，运动高效灵活，成本低廉，适应范围广，稳定性好，可靠性高。

Description

一种自适应海底复杂地形的复合轮式行走机构

技术领域

本发明属于机械制造领域，涉及一种自适应海底复杂地形的复合轮式行走机构，可用于恶劣条件下的深海资源开采系统和集矿系统。

背景技术

目前，适应各种地形的行走方式主要有轮式、履带式、腿足式以及混合式，它们各具不同的地形运动特性；

1.轮式行走方式的特点是效率高、灵活性高，与悬挂、轮胎形式的设计结合，可以得到较高的通过性能和抗侧翻的能力。各国的月球车方案均首推轮式设计。且在军用领域轮式方案已经逐渐成为各国战场运输的主力平台，轮式装甲车造价和维修费用低，由于驱动方式和悬挂形式的改进，其通过性能、稳定性能已经不逊于履带式装甲车。

2.履带行走方式是轮式移动机构的拓展，接地比压小，通过性能和越野机动性强，具有良好的牵引附着性能，适合于在松软地面和凹凸不平的地面上行走，其适应地形的方式是破坏性的，且能耗大。

3.腿足式移动方式采用了类似人、兽或昆虫用脚迈步移动的运动方式，地形适应性广泛。在崎岖松软的地表上行走时具有良好的能耗特性，但结构复杂，且难以控制，尤其是行走重心移动及稳定性问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种满足海底复杂地形，多变地质环境下，具有高越障、跨沟、爬坡性能，可低速稳定行驶的自适应海底复杂地形的复合轮式行走机构。

本发明的技术方案是：一种自适应海底复杂地形的复合轮式行走机构，该机构包括铰接式车架及安装在所述铰接式车架两侧具有独立动力系统的复合轮系，所述复合轮系由行走机构、动力系统，传动系统和液压系统构成；

所述行走机构包括前连接板、前轮、中轮、后轮、后连接板；其中，所述前轮和中轮通过连接轴分别安装在所述前连接板上，所述后轮通过连接轴安装在所述后连接板上，所述前连接板和所述后连接板通过连接轴铰接在一起；

所述传动系统包括3个单链轮，双链轮，三链轮和链条；其中，所述双链轮通过链条与设置在所述连接轴上的单链轮连接，通过链条与设置在连接轴上的所述三链轮连接，所述三链轮通过链条和链条分别与设置在所述连接轴上的单链轮和设置在所述连接轴上的单链轮连接；

所述动力系统的输出轴与所述双链轮固接。

所述液压系统包括2个油缸，所述2油缸的一端与前连接板的连杆铰接，所述的其中油缸另一端通过连杆与所述铰接式车架铰接，所述另一个油缸另一端通过连杆与所述后连接板铰接。

所述动力系统为马达。

优选的是：所述三链轮的轴线和所述双链轮的轴线的水平距离是所述前链轮的轴线和所述双链轮的轴线的水平距离的2倍。

所述三链轮的轴线垂直相交于所述中链轮的轴线和所述后链轮的轴线的水平距离的中心点。

本发明的效果：由于采用上述技术方案，本发明采用链轮传递提出一种与地面连续接触的复合轮式行走方式，采用主动控制的方式进行越障，整个机构由四个复合轮系组成，有较大的接地比压，既可在坚硬的底质上行走，又可在稀泥底质上行走。可在恶劣环境下，如海底、沙漠及山地等地区作业，且运动高效灵活，稳定性强。2)攀越台阶、凸台等障碍时，前轮抬起，由前轮的拖动作用及后轮系的推力使复合轮系越过台阶、凸台等障碍物。最大跨沟宽度为复合轮系前后轮的轴间距。地质适应性较强。

附图说明

图1是本发明自适应海底复杂地形的复合轮式行走机构的立体结构示意图。

图2是本发明的复合轮系结构示意图。

图3是本发明的复合轮系去除后接板的结构示意图。

图4本发明的复合轮系的侧视图。

图5是本发明应用实例中在翻越障碍的示意图。

图6是本发明应用实例中在跨越壕沟的示意图。

图7是本发明应用实例中在崎岖路面的示意图。

图中：

1.连杆                    14.三链轮

2.油缸                    15.单链轮

3.油缸                    16.链条

4.连杆                    17.马达

5.前连接板                18.链条

6.前轮                    19.链条

7.中轮                   20.链条

8.后轮                   21.铰接式车架

9.后连接板               22.连接轴

10.连杆                  23.连接轴

11.单链轮                24.连接轴

12.双链轮                25.连接轴

13.单链轮

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的阐述。

如图1所示，本发明自适应海底复杂地形的复合轮式行走机构，该机构包括铰接式车架21和复合轮系构成，2个铰接式车架连接在一起，车架两侧安装分别安装复合轮系。

如图2、3所示，本发明的复合轮系结构示意图。该复合轮系由行走机构，动力系统，传动系统和液压系统构成；行走机构包括前连接板5、前轮6、中轮7、后轮8和后连接板9；液压系统包括油缸2和油缸3；传动系统包括3个单链轮，双链轮12，三链轮13和链条；动力系统为马达17；其中，前轮6通过连接轴22安装在前连接板5，中轮7连接轴23安装在前连接板5上，后轮8通过连接轴24安装在后连接板9上，前连接板5和后连接板9通过连接轴25铰接在一起，连接轴22上设有单链轮11，连接轴23上设有单链轮13，连接轴24上设有单链轮15，连接轴25上设有三链轮14；马达17与的输出轴与双链轮12固接，双链轮12通过链条20和链条18分别与单链轮11和三链轮14连接组传动，三链轮14通过链条19和链条16分别与单链轮13和单链轮15连接传动；油缸2和油缸3的一端与前连接板5的连杆4铰接，油缸2另一端通过连杆1与铰接式车架21铰接，油缸3另一端通过连杆10与后连接板9铰接。

如图4所示，发明的复合轮系的侧视图，三链轮14的轴线和双链轮12的轴线的水平距离为L1，前链轮11的轴线和双链轮12的轴线的水平距离为L2，2L1＝L2。中链轮13的轴线和后链轮15的轴线的水平距离为L3，三链轮14的轴线垂直相交于L3的中心点。

如图5所示，本发明复合轮式行走机构在跨越径障碍

车辆在平地行驶，当检测到该障碍物时，边走边将油缸2收缩，油缸3浮动，使前车架的左右轮系中的前轮6抬升，前轮6放在障碍物上，然后油缸2伸长，油缸3回到初始位置后，油缸2和油缸3自锁，使前轮系中的前轮6、中轮7和后轮8在一条直线上，即水平地行驶状态，车体继续前行，利用链轮的传动、前车架的左右轮系的驱动及后车架的左右轮系的推动作用，前车架的左右轮系的中轮7、后轮8依次到达障碍物上，前车架的左右轮系中的油缸2和3解锁(断开油压)，前车架的左右轮系的三个轮处于自适应状态，全部接触地面。后车架的左右轮系重复上述前轮系的动作，利用链轮的传动、后车架的左右轮系的驱动及前车架的左右轮系的拖动作用，后车架的左右轮系全部到达障碍物上，此过程中车辆处于行驶状态。

油缸2、油缸3与轮组中前轮6、中轮7、后轮8的运动配合使车辆平稳下台阶，避免严重冲击。在前车架左右轮系中的前轮6行驶至台阶之前，油缸2与油缸3自锁，保持刚性。车辆继续前进，直至前轮6、中轮7驶过台阶，油缸2伸长，油缸3保持刚性，使前车架左右轮系往台阶下方摆动，直至前轮6接触地面。车辆继续行驶，前车架左右轮系中的后轮8驶过台阶以后，油缸2和油缸3均断开油压，前车架左右轮系绕前轮6往下方摆动，三个轮处于自适应状态。后车架的左右轮系下台阶重复前车架左右轮系的动作。

如图6所示，本发明复合轮式行走机构在跨越壕沟

车辆前方遇到壕沟，检测到壕沟间距小于轮系中前后轮距。前车架左右轮系油缸2与油缸3自锁，使轮系的前轮6、中轮7、后轮8与铰接式车架21保持平行状态。跨沟过程中车辆保持油缸2和油缸3处于自锁状态，每个轮系中至少一个轮胎接触地面，保障车辆稳定通过壕沟地形。

如图7所示，本发明复合轮式行走机构在崎岖路面

当车辆行驶在崎岖路面，即障碍物上升与下降高度小于轮胎半径，轮组系中的油缸2和3解锁(断开油压)，油缸2和油缸3浮动，即油缸可根据轮胎的受力自由伸缩，每个轮系中的前轮6、中轮7、后轮8均处于自适应状态。通过油缸2和油缸3的自由伸缩，适应路面高低起伏(障碍物高度小于轮胎半径)，轮胎与地面连续接触。将轮系所受的重力均匀分布到三个轮胎上，最大程度地获得路面附着力，有效的提高在海底复杂路况下的动力性能以及工作效率。

Claims (4)

1.一种自适应海底复杂地形的复合轮式行走机构，该机构包括铰接式车架(21)及安装在所述铰接式车架(21)两侧具有独立动力系统的复合轮系，其特征在于，所述复合轮系由行走机构、动力系统，传动系统和液压系统构成；

所述行走机构包括前连接板(5)、前轮(6)、中轮(7)、后轮(8)、后连接板(9)；其中，所述前轮(6)通过连接轴(22)和所述中轮(7)通过连接轴(23)分别安装在所述前连接板(5)上，所述后轮(8)通过连接轴(24)安装在所述后连接板(9)上，所述前连接板(5)和所述后连接板(9)通过连接轴(25)铰接在一起；

所述传动系统包括3个单链轮，双链轮(12)，三链轮(14)和链条；其中，所述双链轮(12)通过链条(20)与设置在所述连接轴(22)上的所述单链轮(11)连接，通过链条(18)与设置在连接轴(25)上的所述三链轮(14)连接，所述三链轮(14)通过链条(19)和链条(16)分别与设置在所述连接轴(23)上的单链轮(13)和设置在所述连接轴(24)上的单链轮(15)连接；所述动力系统的输出轴与所述双链轮(12)固接；

所述液压系统包括油缸(2)和油缸(3)，所述油缸(2)和所述油缸(3)的一端与前连接板(5)的连杆(4)铰接，所述油缸(2)另一端通过连杆(1)与所述铰接式车架(21)铰接，所述油缸(3)另一端通过连杆(10)与所述后连接板(9)铰接。

2.根据权利要求1所述的自适应海底复杂地形的复合轮式行走机构，其特征在于，所述三链轮(14)的轴线和所述双链轮(12)的轴线的水平距离是所述前链轮(11)的轴线和所述双链轮(12)的轴线的水平距离的2倍。

3.根据权利要求1或2所述的自适应海底复杂地形的复合轮式行走机构，其特征在于，所述三链轮(14)的轴线垂直相交于所述中链轮(13)的轴线和所述后链轮(15)的轴线的水平距离的中心点。

4.根据权利要求1所述的自适应海底复杂地形的复合轮式行走机构，其特征在于，所述动力系统为马达(17)。

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