CN102490803B - 一种轮式联动越障行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可根据地形状况自动调整的轮式联动越障行走机构，该联动越障行走机构由至少一个行走轮以及轮子边缘的越障连杆组成。轮子直径相等，轮子和越障连杆上分别设有定位孔，由活动销轴通过定位孔将轮子和越障连杆连在一起，轮子上的定位孔位置的选择应最大限度地靠近于轮子的圆周，且各个轮子的定位孔到各自轴心孔的距离要一致。轮子的轴心孔连接动力驱动装置的驱动轴。该越障行走机构在平地上行走时为圆轮行走，和普通的轮式行走机构相同，碰到障碍物时越障连杆会搭在障碍物上，轮子借助于连杆的支撑作用从而完成越障，是一种高效率、高可靠性、机构简洁、越障能力较强的越障行走机构，可供移动机器人、越障车等需要在非平整地面行走的移动设备使用。

Description

一种轮式联动越障行走机构

技术领域

本发明属于移动机器人、越障车和障碍机构领域，具体涉及一种可自适应障碍物的越障行走机构。

背景技术

随着我国探险救援、航空航天、消防排爆、核能工业、军事侦察等众多领域的快速发展，迫切需要一种能在野外环境和复杂地形(如矿难现场、地震废墟)中自由行走和越障的移动设备，如机器人、探测车等。现有移动设备的行走机构大致可分为：轮式、履带式、多足式、混合式(如轮-履混合式、轮-腿混合式)和特殊形式(如蛇形滑动式、多边形翻滚式)。其中多足式和特殊形式大多属于仿生类行走机构，具有很强的越障能力与地形适应性，但这两类行走机构的机械结构复杂、控制难度极大、机动性相对较差，目前正处于研究与开发应用的初级阶段。履带经过一百多年的发展已经被证明是一种能适应复杂地形与恶劣环境的行走机构，不过它的缺点也很明显：笨重、需要大功率驱动器，因此，对于便携式或对功率有严格限制的移动设备来说履带并不合适。轮子早在三千多年前就已经出现，被认为是能量轮换效率最高的行走机构，轮子具有轻便简洁、高速度、高效率和控制简单等优势使得它经久不衰，但轮子面对野外环境和复杂地形时便显得无能为力。

发明内容

本发明的目的是提供一种机构简洁可靠、效率高、地表适应性好、越障能力强的轮式联动越障行走机构，适合于野外环境和复杂地形，可供移动机器人、越障车和越障机械等需要在非平整地面行走的移动设备使用。

本发明的技术方案如下：

一种轮式联动越障行走机构，其包括轮子与越障连杆，轮子有n个，直径相等，其中n可取1、2、3、4 …… ，即n为整数且≥1。轮子上设有定位孔，越障连杆也对应设有定位孔，由活动销轴通过定位孔将轮子和越障连杆连在一起。所述轮子上的定位孔位置的选择应最大限度地靠近于轮子的圆周，且各个轮子的定位孔到各自轴心孔的距离要一致。所述轮子的轴心孔与动力驱动装置的驱动轴连接。 

本发明联动越障行走机构在行走时可以有轮式行走方式与越障行走方式，并根据障碍物灵活地在这两种行走方式之间自动切换，在平坦硬质地表上行走时效率接近于普通车轮，遇到障碍物后行走方式自动切换，越过障碍物后行走方式自动切换，越障能力强，地面适应性好，无需控制系统的检测与控制，提高了可靠性与稳定性；使需要越障的移动设备的驱动控制系统简洁高效。该联动越障行走机构是一种高效率、高可靠性、机构简洁、越障能力较强的越障行走机构。

附图说明

图1是联动越障行走机构中轮子的结构图；

图2是联动越障行走机构中一种越障联杆的结构图；

图3是联动越障行走机构有两个轮子的示意图；

图4是图3的联动越障行走机构在轮式行走方式时某一瞬间效果图；

图5是图3的联动越障行走机构在越障行走方式时某一瞬间效果图； 

图6A-图6I是联动越障行走机构越障原理图；

图7是n=1时的联动越障行走机构效果图；

图8是n=3时的联动越障行走机构效果图； 

图9是n=4时的联动越障行走机构效果图。 

具体实施方法

以下结合附图进一步说明本发明的结构：

参见图1、图2和图3，以n=2即两个轮子为例，联动越障行走机构由两轮子1、3和一根越障连杆2组成。轮子的直径相等，这样便于利用这个行走机构越障。所有的轮子可由一个动力驱动装置（现有技术，图中未画出）通过与轮子的轴心孔5安装配合来实现驱动，也可每个轮子由一个动力驱动装置驱动，这个可以根据实际情况来选用。轮子上设有定位孔4，越障连杆2上设有定位孔7，通过活动销轴将轮子1与轮子3与越障连杆连在一起，轮子上的定位孔4位于靠近于轮子的圆周的位置。越障连杆的底部设有防滑齿6，它的两端有向上的折弯8，以便搭到障碍物上，并防止滑动，越障连杆2可以是金属、木质、塑料等任何能完成这一功能的材料。每个轮子的外圆周上也可以有类似于越障连杆的防滑齿。

该联动越障行走机构可安装于移动机器人、越障车等移动设备上，安装此越障机构的数量不限。

安装该联动越障行走机构时，只须将轮子上的定位孔与越障连杆上的定位孔通过活动销轴连接在一起，将动力装置输出轴装在轮子的轴心孔上即可，越障连杆2位于该机构中轮子的同侧，所有轮子的定位孔高度和朝向应相同。

联动越障行走机构有两种行走形式：轮式行走形式和越障行走形式。越障行走机构在行走时可根据地面平坦与否在这两种行走模式间自动切换，在较平坦地面行走时为轮式行走模式，遇到障碍物时自动切换成越障行走模式。

参见图4、图5、图6A-图6I，联动越障行走机构的行走原理为：

平坦路面情况下，当装有该行走机构的移动装置行走在平坦硬质地面时，轮子1与轮子3的行走方式是轮形，行走效率和用相同直径的轮子作为行走机构相同。

在有障碍物情况下，若是轮子先碰到障碍物时且碰到障碍物那点的高度高于轮子半径时，那么首先轮子会在原地旋转直到越障连杆搭到障碍物上；其次随着轮子的向前进，碰到障碍物的轮子便以轮子上的定位孔为支点，绕着这点转动，这时的支撑物为越障连杆2；最后，碰到障碍物的轮子便旋转越过障碍物。

有障碍物情况下，若是越障连杆2先碰到障碍物，那么这时随着轮子的向前进，越障连杆便会搭到障碍物上，最靠近障碍物的轮子便以轮子上的定位孔为支点，绕着这点转动，这时的支撑物为越障连杆2，这时的轮子便旋转越过障碍物。

有障碍物情况下，当有多个轮子组成的越障行走机构时，假使前轮已经越过，这时的后面的轮子还未越过障碍物时，那么随着轮子的转动，总会有越障连杆2搭在障碍物上，那么后面靠近障碍物的轮子便以轮子上的定位孔为支点，绕着这点转动，这时的支撑物为越障连杆2，轮子便旋转越过障碍物。

有障碍物情况下，当障碍物已被轮子越过后，假使障碍物宽度很大时，这时行走方式和平坦路面的行走方式相同。

当行走在柔软地表(如沙滩、泥泞、雪地等)时，那么这时的行走和普通的地面行走方式相同，只不过越障连杆会起到一定的分散压力的作用，比单独使用轮子在这些地面行走时效率高些。

当然，参见图7、图8和图9 ，联动越障行走机构的轮子可根据实际需要选择1个、3个、4个或者更多。对于直径相同的轮，当越障能力要求较高时选用轮子数n=1时的联动越障行走机构，当负载能力要求较高时选用轮子数多的联动越障行走机构。轮子的数量和越障连杆不同的组合可以形成多种行走机构。 

Claims (3)

1.一种轮式联动越障行走机构，其特征在于：包括轮子与越障连杆(2)，所述轮子有n个，直径相等，其中n为整数且≥1，所述轮子和越障连杆(2)上分别设有定位孔(4、7)，由活动销轴通过定位孔(4、7)将轮子和越障连杆连在一起，所述轮子上的定位孔(4)位置的选择应最大限度地靠近于轮子的圆周，且各个轮子的定位孔到各自轴心孔的距离要一致；所述轮子的轴心孔（5）连接动力驱动装置的驱动轴；所述越障行走机构在平坦地面行走时为轮式行走模式，遇到障碍物时自动切换成越障行走模式：

（1）平坦路面情况下，所述行走机构的轮子与轮子的行走方式是轮式行走模式，行走效率和用相同直径的轮子作为行走机构相同；

（2）在有障碍物情况下，若是轮子先碰到障碍物时且碰到障碍物那点的高度高于轮子半径时，首先轮子会在原地旋转直到越障连杆搭到障碍物上；随着轮子向前进，碰到障碍物的轮子便以轮子上的定位孔为支点，绕着这点转动，这时的支撑物为越障连杆；最后，碰到障碍物的轮子便旋转越过障碍物；

（3）在有障碍物情况下，若是越障连杆先碰到障碍物，这时随着轮子的前进，越障连杆搭到障碍物上，最靠近障碍物的轮子便以轮子上的定位孔为支点，绕着这点转动，这时的支撑物为越障连杆，轮子便旋转越过障碍物。

2.根据权利要求1所述的轮式联动越障行走机构，其特征在于：所述越障连杆的底部有防滑齿(6)。

3.根据权利要求1或2所述的轮式联动越障行走机构，其特征在于：所述越障连杆两端设有向上的折弯(8)。