CN104249599B - 具有轮足复合推进功能的便携式移动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有轮足复合推进功能的便携式移动装置，属于机器人或无人车技术领域。本发明的便携式移动装置通过对车轮结构的特殊设计，使得车轮能展开成足式状态，也能收拢成轮式状态，实现了轮足复合推进功能，从而使得该装置具有复杂地形的适应能力。

Description

具有轮足复合推进功能的便携式移动装置

技术领域

本发明涉及机器人或无人车技术领域，具体涉及一种具有轮足复合推进功能的便携式移动装置。

背景技术

轮式推进系统在平坦路面上具有高效、高速、平稳的优点，但在山地、沼泽、松软地面、楼梯等非结构化路面情况下其越障性能较差。履带式推进系统具有不同地形适应能力强、接地比压小的优点，但其摩擦力大，能耗高，机动性差。足式推进系统具有很好的不同地貌适应性，对山地、碎石路等凹凸不平的路面具有很好的通过性，但具有结构和控制复杂、稳定性差、效率低等缺点；三种推进方式各有利弊。

为了提高轻小型便携式无人移动装置的越障性能，当前各发达国家特别是美国军方致力于开发非结构化环境下高性能行走技术，其中包括轮腿复合行走系统、履腿复合行走系统、轮履复合行走系统。即开发具有复合、变形功能的推进系统是当前的发展趋势与研究热点。

当前的一些无人移动装置往往不能满足适用多种路况，无法实现城市环境与野外环境的通用，而且爬楼梯对无人移动装置的推进系统是一个巨大的考验，反恐部队或单兵作战往往要配备适应不同环境的无人移动装置，因此，如何设计一种能够适应多种路况的通用移动装置，减少专用移动装置数量，提高基础移动装置的质量，从而提高移动装置的作业效能，降低其使用和维修成本成为了亟待解决的技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：设计出一种具有轮足复合推进功能的便携式移动装置，其具有复杂地形的适应能力。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有轮足复合推进功能的便携式移动装置，所述装置包括车体以及安装在所述车体上的多个相同尺寸的车轮，每个所述车轮包括第一车轮胎面、第二车轮胎面、第三车轮胎面，第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、驱动盘以及旋转盘，其中，第一车轮胎面与第一连杆、第二连杆以及驱动盘组成平行四连杆机构，第一连杆与第一车轮胎面、驱动盘以及旋转盘组成另一平行四连杆机构。

优选地，所述第一车轮胎面、第二车轮胎面和第三车轮胎面的面积相同。

优选地，所述车轮的个数为6个，分别为左前轮、右前轮、左中轮、右中轮、左后轮和右后轮；所述车体包括前轴、中轴和后轴；所述左前轮和右前轮安装在前轴上，左中轮和右中轮安装在中轴上，左后轮和右后轮安装在后轴上，且所述左中轮的偏距分别大于左前轮和左后轮的偏距，右中轮的偏距分别大于右前轮和右后轮的偏距。

优选地，每个所述车轮上采用与其旋转中心同心布置的方式安装有第一驱动电机，所述第一驱动电机通过电机套同心固定在所述驱动盘上，并通过轴套固定在旋转盘上，所述轴套与电机套通过滚动轴承连接。

优选地，所述装置还包括支撑架、第一齿轮、第二齿轮以及驱动轴，所述支撑架与车体固连，所述支撑架上固定有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴与第一齿轮连接，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第二齿轮与驱动轴固连，每个车轮通过与所述驱动盘固连的电机套与所述驱动轴连接。

优选地，所述装置还包括过孔式滑环，所述过孔式滑环的外转子固定在车体上，内转子固定在所述电机套上。

(三)有益效果

本发明的便携式移动装置通过对车轮结构的特殊设计，使得车轮能展开成足式状态，也能收拢成轮式状态，实现了轮足复合推进功能，从而使得该装置具有复杂地形的适应能力。

附图说明

图1是本发明的装置的主视图；

图2是本发明的装置的俯视图；

图3是本发明的装置中车轮在收拢状态的主视图；

图4是本发明的装置中车轮展成足式状态的主视图；

图5是本发明的装置中车轮的胎面结构示意图；

图6是本发明的装置中车轮的展开驱动剖视图；

图7是本发明的装置中车轮的展开驱动及旋转驱动在整车的结构布置图；

图8是本发明的装置中车轮的展开驱动及旋转驱动在整车结构布置的局部放大剖视图；

图9是本发明的装置在所有车轮展开后的结构示意图；

图10-1～图10-4是本发明的装置以稳定三角架步态行驶的示意图。

图中：

1车体；2车轮；3探测系统；4通信系统；5负载接插模块；

2-1左前轮；2-2右前轮；2-3左中轮；2-4右中轮；2-5左后轮，2-6右后轮；

a-1第一车轮胎面；b-1第二车轮胎面；c-1第三车轮胎面；a-2第一连杆；a-3第二连杆；b-2第三连杆；b-3第四连杆；c-2第五连杆；c-3第六连杆；I前轴；II中轴；III后轴；

1-1驱动盘；1-2旋转盘；

z1第一驱动电机；z2电机套；z3轴套；z4滚动轴承；z5过孔式滑环；

d1第二驱动电机；d3驱动轴；d2支撑架；d4滑动轴承；

e1第一孔；e2第二孔；e3中心线；

g1第一齿轮；g2第二齿轮。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种具有轮足复合推进功能的便携式移动装置，包括车体1、6个相同尺寸的车轮2，车轮2安装在车体1上。车体1上方可具有用于安装负载的齿状负载接插模块5，可实现对不同负载的搭载。该装置还可以包括现有的探测系统3和通信系统4。

如图2所示，6个车轮分别为左前轮2-1、右前轮2-2、左中轮2-3、右中轮2-4、左后轮2-5、右后轮2-6。左前轮2-1、右前轮2-2分布在车体1的前轴I上，左中轮2-3、右中轮2-4分布在车体1的中轴II上，左后轮2-5、右后轮2-6分布在车体1的后轴III上，其中，左中轮2-3的偏距大于左前轮2-1的偏距，二者偏距的差为b，也大于左后轮2-5的偏距，偏距的差也为b，右中轮2-4的偏距大于右前轮2-2的偏距，二者偏距的差为b，也大于右后轮2-6的偏距，差也为b，b值大于或等于车轮的宽度，这样安装是为了避免在车轮展开后直径变大导致车轮之间产生干涉。

如图3所示，每个车轮包括第一车轮胎面a-1、第二车轮胎面b-1、第三车轮胎面c-1，第一连杆a-2、第二连杆a-3、第三连杆b-2、第四连杆b-3、第五连杆c-2、第六连杆c-3、驱动盘1-1、旋转盘1-2，所组成的空间可展机构为单自由度机构，其中，第一车轮胎面a-1与第一连杆a-2、第二连杆a-3以及驱动盘1-1、旋转盘1-2组成一个独立的单自由度机构。第一车轮胎面a-1与第一连杆a-2、第二连杆a-3以及驱动盘1-1组成平行四连杆机构ABDE，第一连杆a-2与第一车轮胎面a-1，驱动盘1-1及旋转盘1-2组成平行四连杆机构OABC。每个车轮2由3组相同的杆系组成。驱动盘1-1固定，旋转盘1-2逆时针旋转一定的角度可将车轮2展开成足式状态，顺时针旋转即可实现轮足收拢，实现轮足复合功能。

如图4所示，第一车轮胎面a-1、第二车轮胎面b-1、第三车轮胎面c-1所占面积相同，因此所占的角度均为120度，其中，如图5所示，每个胎面上具有第一孔e1和第二孔e2。第一孔e1和第二孔e2相对于中心线e3对称，实现了三个胎面组成整圆的轮子状态，并且在展开成足式状态时，可实现对轮足的稳定支撑。

如图6、图7所示，每个车轮2采用与车轮旋转中心同心布置的方式安装了第一驱动电机，第一驱动电机z1通过电机套z2同心固定在驱动盘1-1上，实现对空间可展机构的直接驱动。其中，第一驱动电机z1的动力输出轴与轴套z3固定，并通过轴套z3与旋转盘1-2固定，实现将动力输出至旋转盘1-2，轴套z3与电机套z2通过滚动轴承z4连接，以降低旋转盘1-2绕驱动盘1-1旋转时的摩擦阻力。

如图8所示，车轮2采用独立驱动的方式进行驱动，用于旋转驱动的第二驱动电机通过偏置布置的方式实现，通过两个齿轮实现动力的传递。第二驱动电机d1固定在与车体1固连(固定连接)的支撑架d2上，第二驱动电机d1的输出轴与第一齿轮g1连接，第一齿轮g1与第二齿轮g2啮合，第二齿轮g2与驱动轴d3固连，驱动轴d3通过滑动轴承d4与车体1实现旋转支撑，车轮2通过与驱动盘1-1固连的电机套z2与驱动轴d3连接并实现对车轮2的独立驱动。车轮2的第一驱动电机z1在装置移动时随车轮旋转，采用过孔式滑环z5实现对第一驱动电机z1的供电及通信，过孔式滑环z5的外转子与车体1固定，内转子与电机套z2固定，实现了对旋转的第一驱动电机z1的供电与通信。

可对本发明的装置进行步态控制，以初始状态车轮相位为零计算，通过第二驱动电机d1将右前轮2-2、左中轮2-3、右后轮2-6旋转30度，然后6个车轮2通过第一驱动电机z1展开成足式状态，此时，左前轮2-1、右中轮2-4、左后轮2-5着地，右前轮2-2、左中轮2-3、右后轮2-6悬空，如图10-1、图10-2所示，其中图10-2中的黑点表示着地的点，白点表示悬空的点。随着车轮的旋转，左前轮2-1、右中轮2-4、左后轮2-5悬空，右前轮2-2、左中轮2-3、右后轮2-6着地，此步态交替进行，任一瞬时都有交叉三点着地，形成了三角架稳定行驶步态。

可以看出，本发明可使车轮2展开成足式状态(所有车轮展开时状态如图9所示)，使车轮直径变大(可变大1.8倍)，可提高装置的离地间隙，可适应侧倾坡、松软土壤、碎石路、楼梯、沼泽地等各种复杂地形环境，可爬越大于车轮半径1.5倍的障碍，实现对垂直障碍、楼梯、乱石堆等非结构化路面的攀爬。并可以根据需要控制展开车轮的展开角度，实现不同轮径的需要，还可以通过对不同侧边的车轮实现不同角度的展开，实现移动装置的侧倾坡移动能力，车轮收拢时又可以变为轮式状态，因此，本发明的装置可实现轮行移动方式及步行移动方式之间的变换。该装置采用六轮三轴式布置方式，提高了移动稳定性及爬坡性能。另外，该装置通过轻小型结构设计，可运用于士兵随身携带，执行侦察、探测、武器搭载。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种具有轮足复合推进功能的便携式移动装置，其特征在于，所述装置包括车体(1)以及安装在所述车体(1)上的多个相同尺寸的车轮(2)，每个所述车轮(2)包括第一车轮胎面(a-1)、第二车轮胎面(b-1)、第三车轮胎面(c-1)，第一连杆(a-2)、第二连杆(a-3)、第三连杆(b-2)、第四连杆(b-3)、第五连杆(c-2)、第六连杆(c-3)、驱动盘(1-1)以及旋转盘(1-2)，其中，第一车轮胎面(a-1)与第一连杆(a-2)、第二连杆(a-3)以及驱动盘(1-1)组成一个平行四连杆机构，第一连杆(a-2)与第一车轮胎面(a-1)、驱动盘(1-1)以及旋转盘(1-2)组成另一平行四连杆机构；

所述第一车轮胎面(a-1)、第二车轮胎面(b-1)和第三车轮胎面(c-1)的面积相同；每个胎面上具有第一孔(e1)和第二孔(e2)；第一孔(e1)和第二孔(e2)相对于中心线(e3)对称；

所述车轮(2)的个数为6个，分别为左前轮(2-1)、右前轮(2-2)、左中轮(2-3)、右中轮(2-4)、左后轮(2-5)和右后轮(2-6)；所述车体(1)包括前轴(Ⅰ)、中轴(Ⅱ)和后轴(Ⅲ)；所述左前轮(2-1)和右前轮(2-2)安装在前轴(Ⅰ)上，左中轮(2-3)和右中轮(2-4)安装在中轴(Ⅱ)上，左后轮(2-5)和右后轮(2-6)安装在后轴(Ⅲ)上，且所述左中轮(2-3)的偏距分别大于左前轮(2-1)和左后轮(2-5)的偏距，所述左中轮(2-3)的偏距与左前轮(2-1)的偏距的差为b，所述左中轮(2-3)的偏距与左后轮(2-5)的偏距的差也为b，右中轮(2-4)的偏距分别大于右前轮(2-2)和右后轮(2-6)的偏距，右中轮(2-4)的偏距与右前轮(2-2)的偏距的差为b，右中轮(2-4)的偏距与右后轮(2-6)的偏距的差也为b，b值大于或等于车轮的宽度；

所述装置还包括支撑架(d2)、第一齿轮(g1)、第二齿轮(g2)以及驱动轴(d3)，所述支撑架(d2)与车体(1)固连，所述支撑架(d2)上固定有第二驱动电机(d1)，所述第二驱动电机(d1)的输出轴与第一齿轮(g1)连接，所述第一齿轮(g1)与第二齿轮(g2)啮合，所述第二齿轮(g2)与驱动轴(d3)固连，每个车轮(2)通过与所述驱动盘(1-1)固连的电机套(z2)与所述驱动轴(d3)连接；通过第二驱动电机(d1)将右前轮(2-2)、左中轮(2-3)、右后轮(2-6)旋转30度，然后6个车轮(2)通过第一驱动电机(z1)展开成足式状态，此时，左前轮(2-1)、右中轮(2-4)、左后轮(2-5)着地，右前轮(2-2)、左中轮(2-3)、右后轮(2-6)悬空，随着车轮的旋转，左前轮(2-1)、右中轮(2-4)、左后轮(2-5)悬空，右前轮(2-2)、左中轮(2-3)、右后轮(2-6)着地，此步态交替进行，任一瞬时都有交叉三点着地，形成三角架稳定行驶步态。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述车轮(2)上采用与其旋转中心同心布置的方式安装有第一驱动电机(z1)，所述第一驱动电机(z1)通过电机套(z2)同心固定在所述驱动盘(1-1)上，并通过轴套(z3)固定在旋转盘(1-2)上，所述轴套(z3)与电机套(z2)通过滚动轴承(z4)连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括过孔式滑环(z5)，所述过孔式滑环(z5)的外转子固定在车体(1)上，内转子固定在所述电机套(z2)上。