CN102616297B

CN102616297B - 轮腿复合式运动平台

Info

Publication number: CN102616297B
Application number: CN201210103942.3A
Authority: CN
Inventors: 沈林成; 谢海斌; 马磊; 王奇; 朱效洲; 程子龙; 黄安琪
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2032-04-11
Also published as: CN102616297A

Abstract

一种轮腿复合式运动平台，包括机架以及连接于机架底部的两个以上的前部轮腿组件、两个以上的后部轮腿组件，机架包括通过铰接在一起的前部身板和后部身板，前部轮腿组件和后部轮腿组件均包括大腿摆臂、车轮机构以及小腿摆臂，大腿摆臂的一端铰接于机架上并可绕铰点摆动，大腿摆臂的另一端与小腿摆臂的一端相连形成肘部并可绕肘部摆动形成折叠，车轮机构装设于小腿摆臂中段处，小腿摆臂的底部末端设有用来完成行走的足部。本发明具有结构简单紧凑、运动平稳可靠、操控性好、运动模态切换简单、越障能力强等优点。

Description

轮腿复合式运动平台

技术领域

本发明主要涉及到运动设备领域，特指一种采用轮腿复合式设计的运动平台。

背景技术

目前，在运动平台的运动机构中，普遍采用轮式、腿式和履带式。轮式运动机构具有结构简单、运动速度快的优点，但是不适于跨越壕沟、楼梯等障碍，越障能力差；腿式运动机构具有高通过性，能够适应复杂的地面运动环境，但运动速度较慢、机构和控制复杂；履带式运动机构在松软、不平坦地形等自然环境中有较强的通行能力和良好的适应性，但存在摩擦阻力较大、自重大、机构复杂、能耗较高等缺点。

有从业者提出轮腿组合式结构，但常规的组合却存在以下问题：

（1）腿式机构对轮式机构影响较强，轮式运动状态重心高，所以不能充分发挥轮式机构结构简单、运动高效的特点。同时，在设计腿式移动方式中也要考虑到轮式结构的影响。

（2）在模态转换过程中一般需要专门的转换和调整机构，增加了机构的复杂度。同时，由于模态切换的复杂性直接降低了运动效率。

（3）部分轮腿复合式运动平台中腿式运动仅仅是作为轮式运动的辅助，没有完全发挥出腿式运动越障能力强的特点，运动平台的平稳性也较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、运动平稳可靠、操控性好、运动模态切换简单、越障能力强的轮腿复合式运动平台。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种轮腿复合式运动平台，包括机架以及连接于机架底部的两个以上的前部轮腿组件、两个以上的后部轮腿组件，所述机架包括通过铰接在一起的前部身板和后部身板，所述前部轮腿组件和后部轮腿组件均包括大腿摆臂、车轮机构以及小腿摆臂，所述大腿摆臂的一端铰接于机架上并可绕铰点摆动，所述大腿摆臂的另一端与小腿摆臂的一端相连形成肘部并可绕肘部摆动形成折叠，所述车轮机构装设于小腿摆臂中段处，所述小腿摆臂的底部末端设有用来完成行走的足部。

作为本发明的进一步改进：

所述前部轮腿组件中大腿摆臂的一端通过前摆动机构铰接于机架上，大腿摆臂的另一端通过前部肘关节电机驱动器转轴与前部肘关节电机驱动器相连接构成前部轮腿组件的肘关节，位于前部轮腿组件上的前车轮机构包括前部车轮转轴与前部车轮，所述车轮机构连接在前部车轮支撑件转轴上，所述前部车轮支撑件转轴固定于前部车轮支撑件上，所述前部车轮支撑件与前部肘关节电机驱动器相连。

所述前摆动机构包括前部侧摆驱动电机、前部侧摆驱动电机转轴、前部横摆驱动电机转轴以及前部横摆驱动电机，所述前部侧摆驱动电机转轴通过前部髋关节连接板连接于机架上，所述前部侧摆驱动电机与前部横摆驱动电机连接，所述前部横摆驱动电机转轴与大腿摆臂相连。

所述后部轮腿组件中大腿摆臂的一端通过后摆动机构铰接于机架的底部上，所述大腿摆臂的另一端通过后部肘关节电机驱动器转轴与后部肘关节电机驱动器相连接构成后部轮腿组件的肘关节；位于后部轮腿组件上的后车轮机构包括后部车轮转轴、后部车轮、后部车轮驱动电机转轴和后部车轮电机驱动器，所述后部车轮电机驱动器通过连接板与后部肘关节电机驱动器相连接。

所述后摆动机构包括后部侧摆驱动电机转轴、后部侧摆驱动电机、后部横摆驱动电机以及后部横摆驱动电机转轴，所述后部侧摆驱动电机转轴通过中后部髋关节连接板连接在机架上，所述后部侧摆驱动电机与后部横摆驱动电机连接，所述后部横摆驱动电机转轴与后部大腿摆臂相连接。

所述前部身板与一铰接机构轴套连接，所述铰接机构转轴固定于铰接机构轴套内并与一铰接机构驱动电机转轴相连，所述后部身板与铰接机构转轴相连，所述铰接机构驱动电机的驱动端与铰接机构轴套相连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明中，轮腿运动模式切换简单，仅需前、后轮腿系统的折叠与伸展，这样大大降低了模态切换的复杂程度，提高了运输效率。

2、本发明中轮式运动方式与腿式运动方式相互独立，完成状态切换之后，轮式运动机构与腿式运动机构完全区分开，轮式运动中，腿式机构折叠与机架联接为一体。腿式运动方式中，轮式机构位置较高，无法干扰腿式运动。

3、本发明中，机架结构采用铰接机构联接，正常运动状态下，铰接机构锁死使机架成为一个整体。在遇到狭隘路段尤其是如狭小的直角弯路时，铰接机构配合腿式运动方式能够提高平台的通过性。

4、本发明中具有轮腿复合运动模式，在轮式运动过程中可以通过调整轮腿系统各关节驱动器的相对位置释放轮式运动机构的约束，提高特殊地形的越障能力和运动速度。

5、本发明运动平台的平稳性可控，可通过调整机构各关节驱动器使运动平台在通过障碍物时始终保持机架的平稳。

6、本发明中，轮式运动状态下对于非结构化道路（例如各种倾斜的障碍路等等）具有较强的适应性，能够通过各关节驱动器协调运动使运动平台比普通轮式运动平台更加顺畅的通过非结构化道路。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中前部轮腿组件的结构示意图。

图3是本发明中后部轮腿组件的结构示意图。

图4本发明中后部轮腿组件处于折叠状态时的结构示意图。

图5是本发明处于轮式运动状态时的侧视结构示意图。

图6是本发明处于腿式运动状态时的侧视结构示意图。

图7是本发明处于轮式运动状态发生转向时的俯视结构示意图。

图8是本发明处于腿式运动状态发生转向通过直角墙时的结构示意图。

图9是本发明处于轮式运动状态利用轮腿组件外摆通过倾斜障碍路时的结构示意图。

图10是本发明处于轮腿复合运动状态通过高低起伏路时的结构示意图。

图例说明：

1、机架；101、前部身板；102、铰接机构轴套；103、铰接机构转轴；104、铰接机构驱动电机转轴；105、铰接机构驱动电机；106、后部身板；2、前部轮腿组件；3、后部轮腿组件；4、直角墙；5、倾斜障碍路；6、高低起伏路；201、前部髋关节连接板；202、前部侧摆驱动电机转轴；203、前部侧摆驱动电机；204、前部横摆驱动电机；205、前部横摆驱动电机转轴；206、前部大腿摆臂；207、前部肘关节电机驱动器转轴；208、前部肘关节电机驱动器；209、前部车轮支撑件；210、前部车轮转轴；211、前部车轮支撑件转轴；212、前部车轮；213、前部小腿摆臂；214、前足部；301、后部髋关节连接板；302、后部侧摆驱动电机转轴；303、后部侧摆驱动电机；304、后部横摆驱动电机；305、后部横摆驱动电机转轴；306、后部大腿摆臂；307、后部肘关节电机驱动器转轴；308、后部肘关节电机驱动器；309、连接板；310、后部车轮转轴；311、后部车轮电机驱动器；312、后部车轮驱动电机转轴；313、后部车轮；314、后部小腿摆臂；315、后足部。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1～图7所示，本发明的轮腿复合式运动平台，包括机架1以及连接于机架1底部的前部轮腿组件2和后部轮腿组件3，机架1包括通过铰接在一起的前部身板101和后部身板106，前部身板101和后部身板106之间可以产生相对转动以改变两者的相对位置。本实施例中，前部轮腿组件2为两个，对称布置于前部身板101的左右两侧；后部轮腿组件3也为两个，对称布置于后部身板106的左右两侧。在其他实施例中，也可以根据实际需要，采用四个或四个以上的前部轮腿组件2和/或后部轮腿组件3。前部轮腿组件2和后部轮腿组件3均包括大腿摆臂、车轮机构以及小腿摆臂，大腿摆臂的一端铰接于机架1上并可绕铰点摆动，大腿摆臂的另一端与小腿摆臂的一端相连形成肘部并可绕肘部摆动形成折叠，车轮机构装设于小腿摆臂中段处。小腿摆臂的底部末端设有用来完成行走的足部。

本实施例中，前部身板101与铰接机构轴套102通过螺栓直接连接，铰接机构转轴103固定于铰接机构轴套102内，并与铰接机构驱动电机转轴104相连，后部身板106与铰接机构转轴103直接相连；铰接机构驱动电机105与铰接机构轴套102相连接达到驱动铰接机构的目的（参见图1）。

参见图2，前部轮腿组件2包括前部大腿摆臂206、前部车轮支撑件209、前部车轮212、前部小腿摆臂213以及前足部214，前部大腿摆臂206的一端通过前摆动机构铰接于机架1上，前部大腿摆臂206的另一端通过前部肘关节电机驱动器转轴207与前部肘关节电机驱动器208相连接构成前部轮腿组件2的肘关节，其转动范围0°～90°，满足腿式运动的同时也满足了轮腿系统的折叠要求。本实施例中，该前摆动机构包括前部侧摆驱动电机203、前部侧摆驱动电机转轴202、前部横摆驱动电机转轴205以及前部横摆驱动电机204。前部侧摆驱动电机转轴202通过前部髋关节连接板201连接于机架1上，使前部轮腿组件2具有侧向摆动自由度。前部侧摆驱动电机203与前部横摆驱动电机204通过螺栓直接连接，前部横摆驱动电机转轴205与前部大腿摆臂206相连接使前部轮腿组件2具有横向摆动自由度。前部车轮支撑件209通过螺栓与前部肘关节电机驱动器208相连接，前部车轮转轴210与前部车轮212组成的车轮机构连接在前部车轮支撑件转轴211上，前部车轮支撑件转轴211固定于前部车轮支撑件209的轴套内。前部小腿摆臂213通过螺栓连接于前部车轮支撑件209上，前部小腿摆臂213的底部末端设有前足部214。

参见图3和图4，后部轮腿组件3包括后部大腿摆臂306、后部车轮313、后部小腿摆臂314以及后足部315，后部大腿摆臂306的一端通过后摆动机构铰接于机架1的底部上，后部大腿摆臂306的另一端通过后部肘关节电机驱动器转轴307与后部肘关节电机驱动器308相连接构成后部轮腿组件3的肘关节，其转动范围0°～90°，满足腿式运动的同时也满足了轮腿系统的折叠要求。本实施例中，后摆动机构包括后部侧摆驱动电机转轴302、后部侧摆驱动电机303、后部横摆驱动电机304以及后部横摆驱动电机转轴305。后部侧摆驱动电机转轴302通过中后部髋关节连接板301连接在机架1上，使后部轮腿组件3具有侧向摆动自由度。后部侧摆驱动电机303与后部横摆驱动电机304通过螺栓直接连接。后部横摆驱动电机转轴305与后部大腿摆臂306相连接使后部轮腿组件3具有横向摆动自由度。后部车轮电机驱动器311通过连接板309与后部肘关节电机驱动器308相连接，后部车轮转轴310与后部车轮313组成的车轮机构连接在后部车轮驱动电机转轴312上，为轮式运动提供动力。后部小腿摆臂314通过螺栓连接于后部车轮电机驱动器311上，后部小腿摆臂314底部的末端设有后足部315。

当本发明处于轮式运动状态时，如图4和如图5所示，前部大腿摆臂206和前部小腿摆臂213通过前部肘关节电机驱动器转轴207与前部肘关节电机驱动器208的转动可以折叠成一体，后部小腿摆臂314和后部大腿摆臂306通过后部肘关节电机驱动器308的转动可以折叠成为一体，由后部车轮电机驱动器311驱动后部车轮转轴310、后部车轮313转动完成驱动。

当本发明处于腿式运动状态时，如图6所示，前部大腿摆臂206和前部小腿摆臂213通过前部肘关节电机驱动器转轴207与前部肘关节电机驱动器208的转动可以伸展开，后部小腿摆臂314和后部大腿摆臂306通过后部肘关节电机驱动器308的转动可以伸展开，伸展开后的前部轮腿组件2和后部轮腿组件3就完成了轮式运动模式向腿式运动模式的切换。

如图8所示，当本发明处于腿式运动方式通过直角墙4时，通过机架1上的铰接机构，令前部身板101和后部身板106之间产生相对转动，这就可以使腿式运动方式能够通过更狭小的曲折空间，提高轮腿复合式运动平台的通过性。

如图9所示，当本发明处于轮式运动方式通过倾斜障碍路5时，该倾斜障碍路5的路面一侧上翘、另一侧平直，在轮式运动过程中可以通过调整前部侧摆驱动电机203与后部侧摆驱动电机303的转动角度使前部车轮212、后部车轮313能够接触倾斜路面顺利通行。在通过这种倾斜障碍路5时，本发明以轮式运动方式为主，就能够有效提高运动效率，提高了特殊地形的越障能力和运动速度。

如图10所示，当发明处于轮腿复合运动方式通过高低起伏路6时，该高低起伏路6的路面左侧低于右侧。通过这种障碍路段时，位于机架1右侧的前部轮腿组件2和后部轮腿组件3折叠变换为轮式运动状态，位于机架1左侧的前部轮腿组件2和后部轮腿组件3则伸展开以腿式运动状态运动。在这种复合运动方式下，本发明轮腿复合式运动平台能够通过一侧较高另一侧较低的狭隘路段，同时保证运动的平稳性，这一点对于运送伤员等具有重要意义。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种轮腿复合式运动平台，其特征在于：包括机架（1）以及连接于机架（1）底部的两个以上的前部轮腿组件（2）、两个以上的后部轮腿组件（3），所述机架（1）包括通过铰接在一起的前部身板（101）和后部身板（106），所述前部轮腿组件（2）和后部轮腿组件（3）均包括大腿摆臂、车轮机构以及小腿摆臂，所述大腿摆臂的一端铰接于机架（1）上并可绕铰点摆动，所述大腿摆臂的另一端与小腿摆臂的一端相连形成肘部并可绕肘部摆动形成折叠，所述车轮机构装设于小腿摆臂中段处，所述小腿摆臂的底部末端设有用来完成行走的足部；

所述前部轮腿组件（2）中大腿摆臂的一端通过前摆动机构铰接于机架（1）上，大腿摆臂的另一端通过前部肘关节电机驱动器转轴（207）与前部肘关节电机驱动器（208）相连接构成前部轮腿组件（2）的肘关节，位于前部轮腿组件（2）上的前车轮机构包括前部车轮转轴（210）与前部车轮（212），所述车轮机构连接在前部车轮支撑件转轴（211）上，所述前部车轮支撑件转轴（211）固定于前部车轮支撑件（209）上，所述前部车轮支撑件（209）与前部肘关节电机驱动器（208）相连；

所述前摆动机构包括前部侧摆驱动电机（203）、前部侧摆驱动电机转轴（202）、前部横摆驱动电机转轴（205）以及前部横摆驱动电机（204），所述前部侧摆驱动电机转轴（202）通过前部髋关节连接板（201）连接于机架（1）上，所述前部侧摆驱动电机（203）与前部横摆驱动电机（204）连接，所述前部横摆驱动电机转轴（205）与大腿摆臂相连。

2.根据权利要求1所述的轮腿复合式运动平台，其特征在于：所述后部轮腿组件（3）中大腿摆臂的一端通过后摆动机构铰接于机架（1）的底部上，所述大腿摆臂的另一端通过后部肘关节电机驱动器转轴（307）与后部肘关节电机驱动器（308）相连接构成后部轮腿组件（3）的肘关节；位于后部轮腿组件（3）上的后车轮机构包括后部车轮转轴（310）、后部车轮（313）、后部车轮驱动电机转轴（312）和后部车轮电机驱动器（311），所述后部车轮电机驱动器（311）通过连接板（309）与后部肘关节电机驱动器（308）相连接。

3.根据权利要求2所述的轮腿复合式运动平台，其特征在于：所述后摆动机构包括后部侧摆驱动电机转轴（302）、后部侧摆驱动电机（303）、后部横摆驱动电机（304）以及后部横摆驱动电机转轴（305），所述后部侧摆驱动电机转轴（302）通过后部髋关节连接板（301）连接在机架（1）上，所述后部侧摆驱动电机（303）与后部横摆驱动电机（304）连接，所述后部横摆驱动电机转轴（305）与后部大腿摆臂（306）相连接。

4.根据权利要求1所述的轮腿复合式运动平台，其特征在于：所述前部身板（101）与一铰接机构轴套（102）连接，所述铰接机构转轴（103）固定于铰接机构轴套（102）内并与一铰接机构驱动电机转轴（104）相连，所述后部身板（106）与铰接机构转轴（103）相连，所述铰接机构驱动电机（105）的驱动端与铰接机构轴套（102）相连接。