CN110091934A - 一种自适应多足步行平台 - Google Patents

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Abstract

一种自适应多足步行平台，该装置包括：四个相同第一至第四腿部机构(A、B、C、D)和车架(E)组成。四个相同的第一至第四腿部机构均为闭链连杆机构，由单电机驱动行走，其中大腿杆为参数可变杆件，大腿杆参数锁死和释放的时间在整周期中所处的位置由凸轮机构控制，此凸轮与驱动曲柄耦合，可实现被动适应地形，在山地等复杂路面的运输，勘察等任务。采用四个相同的腿组对称布置，保证了平台的稳定性，在机械腿跨越时由变参杆引入的自由度提高了地形适应性，丰富了步行平台的适用场合。

Description

一种自适应多足步行平台
技术领域
本发明涉及一种自适应多足步行平台，具体的讲是一种被动适应地形腿机构步行平台；可用于探测侦查、野外运载的一种步行平台。
背景技术
将闭式运动链应用于步行运载平台的腿机构，每个腿机构由一个独立的电机驱动。较开链腿而言，在相同的材质、外载和速度级别的条件下，闭链杆系理论上只承受拉、压载荷，多为典型的二力杆件，使得闭链腿机构总体具有良好的刚度和稳定性。
现有的山地运输以履带式和轮式为主，如中国专利CN205087046U“多功能履带式山地运输车”。可以进行野外环境下的物资运输以及完成相应的工作，而与履带和轮式运输相比，腿式移动机构在自身结构和移动方式方面有一些独特的优势，包括：与地面以离散点接触，从而可以利用自身的结构特点克服地面的不连续性以及不平整性；可以抬起膝关节来跨越台阶、墙壁等特殊障碍；腿部机构体积小，从而在通过灌木丛或瓦砾堆时不易被绊住或卡住。这些特点使得腿式移动机构更适合在各种恶劣的地面环境中工作，作为探测、运输或作战等的移动平台。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种步行平台，相较于已有的腿式步行平台，具有被动适应地形的功能，在提高步行平台的地形适应性以及通过性等机动性能上具有良好的提高。
本发明的技术方案：
一种自适应多足步行平台由四个相同的第一至第四腿部机构和车架组成；所述的第一至第四腿部机构和车架实现固定连接。
通过上述连接，完成所述自适应多足步行平台组装；所述的第一至第四腿部机构均设置有一长度参数可变杆件，设置凸轮机构调整该长度参数的可变范围，由支撑相转至跨越相时，凸轮机构由锁死杆件长度转至释放杆件长度，跨越相触碰到障碍后，伴随迈腿运动，由障碍推动该杆件长度变化，被动适应地形，由跨越相转至支撑相时，凸轮机构继续将该长度锁死，腿机构沿固定足端轨迹运转。
所述的一种自适应多足步行平台的第一至第二腿部机构均由单电机驱动行走。
所述的第一腿部机构由左行走部，右行走部和动力部组成。
第二至第四腿部机构与第一腿部机构的杆件形状，机械结构以及装配方式完全相同；第一至第二腿部机构关于自适应多足步行平台纵向对称面镜像布置与第三至第四腿部机构关于自适应多足步行平台纵向对称面镜像布置。
左行走部包括：左曲柄，左三副杆，左二副杆，左大腿部，左小腿杆和足端。
右行走部与左行走部的杆件形状，机械结构以及装配方式完全相同，关于组腿机构镜像布置。
动力部包括：支座，电机，第一齿轮，第二齿轮，第三齿轮和四个凸轮。
所述的左大腿部包括：左连接块，左滑轨，左第一滑块，左第二滑块，两个左拉簧和左大腿杆。
左足端包括：左足连接块，左足。
本发明的有益效果：本发明在单自由度闭链腿机构中对杆件长度进行可调整化设计，实现在一个周期中固定的一段时间内杆件长度可变，具体来说是处于跨越相时大腿杆参数可变。此时腿机构为两自由度机构，而只有曲柄处含有一个驱动，多余的一个自由度可使腿机构足端根据地形来进行被动适应，相比现有的腿部机构当其机构尺寸确定完成之后，足端轨迹不再发生变化，其越障性能以及机动能力将不再发生变化，而对杆件进行可调整化设计，可以明显提升越障性能，通过台阶、墙壁、灌木丛或瓦砾堆等障碍，可用于探测侦查、运载等领域。
附图说明
图1一种自适应多足步行平台的整体三维图
图2车架的三维图
图3腿机构的三维图
图4腿机构行走部的三维图
图5腿机构动力部的三维图
图6凸轮的三维图
图7腿机构行走部大腿部的三维图
图8腿机构行走部足端的三维图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示一种自适应多足步行平台由四个相同的第一至第四腿部机构A、B、C、D，和车架E组成；所述的第一至第四腿部机构A、B、C、D和车架E实现固定连接。
所述的一种自适应多足步行平台的第一至第四腿部机构A、B、C、D均由单电机驱动行走。
所述的第一腿部机构A由左行走部A-1，右行走部A-2和动力部A-3组成。
第二至第四腿部机构B、C、D与第一四腿部机构A的杆件形状，机械结构以及装配方式完全相同，第一至第二腿部机构A、B与第三至第四腿部机构C、D关于自适应多足步行平台镜像布置。
如图2所示，车架E为不锈钢钢管架，通过开设安装孔分别实现与第一至第四腿部机构A、B、C、D的固定连接。
通过上述连接，完成所述自适应多足步行平台组装；所述的第一至第四腿部机构A、B、C、D均设置有一长度参数可变杆件，设置凸轮机构调整该长度参数的可变范围，由支撑相转至跨越相时，凸轮机构由锁死杆件长度转至释放杆件长度，跨越相触碰到障碍后，伴随迈腿运动，由障碍推动该杆件长度变化，被动适应地形，由跨越相转至支撑相时，凸轮机构继续将该长度锁死，腿机构沿固定足端轨迹运转。
如图3所示，所述的第一腿部机构A为单电机驱动闭链连杆机构。
如图4所示，左行走部A-1包括：左曲柄A-1-1，左三副杆A-1-2，左二副杆A-1-3，左大腿部A-1-4，左小腿杆A-1-5和足端A-1-6。
所述的第一腿部机构左行走部A-1中部件的连接方式为：
左三副杆A-1-2为三角形杆件，三个顶角位置布置安装孔；左大腿部A-1-4三个顶角位置布置安装孔；左曲柄A-1-1通过端部的安装孔与左三副杆A-1-2一个顶角的安装孔通过装配轴实现转动连接；左三副杆A-1-2另一顶角的安装孔与左大腿部A-1-4一个顶角的安装孔通过装配轴实现转动连接；左二副杆A-1-3端部的安装孔与左三副杆A-1-2第三顶角的安装孔通过装配轴实现转动连接；左大腿部A-1-4另一顶角的安装孔与左小腿杆A-1-5端部的安装孔通过装配轴实现转动连接；左二副杆A-1-3另一端部的安装孔和左小腿杆A-1-5另一端部的安装孔通过装配轴实现转动连接；左小腿杆A-1-5和左足端A-1-6通过安装孔实现固定连接。
右行走部A-2与左行走部A-1的杆件形状，机械结构以及装配方式完全相同，关于第一腿部机构镜像布置。
如图5所示，动力部A-3包括：支座A-3-1，电机A-3-2，第一齿轮A-3-3，第二齿轮A-3-4，第三齿轮A-3-5和四个凸轮A-3-6。
所述动力部A-3中部件的连接方式为：
支座A-3-1通过安装孔与电机A-3-2实现固定连接；支座A-3-1的第一至第三安装孔分别于第一齿轮A-3-3、第二齿轮A-3-4、第三齿轮A-3-5通过装配轴实现转动连接；第一齿轮A-3-3通过装配轴、联轴器与电机A-3-2输出轴实现固定连接；第一齿轮A-3-3通过齿轮副与第二齿轮A-3-4实现传动；第二齿轮A-3-4通过齿轮副与第三齿轮A-3-5实现传动；第三齿轮A-3-5通过装配轴分别与四个凸轮A-3-6实现固定连接；左右两侧各两个凸轮A-3-6分别通过销连接实现固定连接。
如图6所示，所述的凸轮A-3-6为沟槽凸轮，沟槽外轮廓为圆形，内轮廓分为两部分，第一部分为圆弧形，内外轮廓之间沟槽宽度与滚子直径相同，锁死与滚子相连的移动副，实现固定轨迹行走，对应腿机构处于支撑相的阶段，第二部分凸轮内轮廓为成一定夹角的两条半径，释放与与滚子相连的移动副，实现被动适应行走，对应腿机构处于跨越相的阶段。
如图7所示，所述的左大腿部A-1-4包括：左连接块A-1-4-1，左滑轨A-1-4-2，左第一滑块A-1-4-3，左第二滑块A-1-4-4，两个左拉簧A-1-4-5和左大腿杆A-1-4-6。
所述左大腿部A-1-4中部件的连接方式为：
左连接块A-1-4-1通过安装孔与左滑轨A-1-4-2端部的安装孔实现固定连接；左连接块A-1-4-1通过安装孔与支座A-3-1第三安装孔实现转动连接；左第一滑块A-1-4-3与左滑轨A-1-4-2移动连接；左第二滑块A-1-4-4与滑轨A-1-4-2移动连接；第一滑块A-1-4-3与第二滑块A-1-4-4通过轴销与两个左拉簧A-1-4-5连接；左大腿杆A-1-4-6通过端部的安装孔与左小腿杆A-1-5实现转动连接；左大腿杆A-1-4-6与左第一滑块A-1-4-3通过安装孔实现固定连接。
通过上述连接，完成所述左大腿部A-1-4的组装，左大腿杆A-1-4-6长端的凸轮滚子与凸轮A-3-6内部的凸轮连接，凸轮机构在腿机构处于支撑相时锁死杆件长度，实现固定轨迹行走，处于跨越相时释放杆件长度，实现自适应行走。
如图8所示，左足端A-1-6包括：左足连接块A-1-6-1，左足A-1-6-2。
左足端A-1-6中部件的连接方式为：
左足连接块A-1-6-1和左足A-1-6-2通过安装孔实现固定连接；左足连接块A-1-6-1通过开设安装孔和左小腿杆A-1-5实现固定连接。

Claims (6)

1.一种自适应多足步行平台，其特征在于：
一种自适应多足步行平台由四个相同的第一至第四腿部机构(A、B、C、D)，和车架(E)组成；所述的第一至第四腿部机构(A、B、C、D)和车架(E)实现固定连接；
所述的一种自适应多足步行平台的第一至第四腿部机构(A、B、C、D)均由单电机驱动行走；
所述的第一腿部机构(A)由左行走部(A-1)，右行走部(A-2)和动力部(A-3)组成；
第二至第四腿部机构(B、C、D)与第一腿部机构(A)的杆件形状，机械结构以及装配方式完全相同；第一和第二腿部机构(A、B)关于自适应多足步行平台纵向对称面镜像布置；第三和第四腿部机构(C、D)关于自适应多足步行平台纵向对称面镜像布置；
车架(E)为不锈钢钢管架，通过开设安装孔分别实现与第一至第四腿部机构(A、B、C、D)的固定连接；
通过上述连接，完成所述自适应多足步行平台组装；所述的第一至第四腿部机构(A、B、C、D)均设置有一长度参数可变杆件，设置凸轮机构调整杆件长度的变化范围，由支撑相转至跨越相时，凸轮机构由锁死杆件长度转至释放杆件长度；跨越相触碰到障碍后，伴随迈腿运动，由障碍推动该杆件长度变化，被动适应地形，由跨越相转至支撑相时，凸轮机构继续将该长度锁死，腿机构沿固定足端轨迹运转。
2.根据权利要求1所述的一种自适应多足步行平台，其第一腿部机构特征在于：
所述的第一腿部机构(A)为单电机驱动闭链连杆机构；
所述的第一腿部机构左行走部(A-1)包括：左曲柄(A-1-1)，左三副杆(A-1-2)，左二副杆(A-1-3)，左大腿部(A-1-4)，左小腿杆(A-1-5)和足端(A-1-6)；
所述的第一腿部机构左行走部(A-1)中部件的连接方式为：
左三副杆(A-1-2)为三角形杆件，三个顶角位置布置安装孔；左大腿部(A-1-4)三个顶角位置布置安装孔；左曲柄(A-1-1)通过端部的安装孔与左三副杆(A-1-2)长端锐角顶点处的安装孔通过装配轴实现转动连接；左三副杆(A-1-2)另一锐角顶点处的安装孔与左大腿部(A-1-4)折弯顶点处的安装孔通过装配轴实现转动连接；左二副杆(A-1-3)端部的安装孔与左三副杆(A-1-2)钝角顶点处的安装孔通过装配轴实现转动连接；左大腿部(A-1-4)短端顶点处的安装孔与左小腿杆(A-1-5)端部的安装孔通过装配轴实现转动连接；左二副杆(A-1-3)另一端部的安装孔和左小腿杆(A-1-5)中部的安装孔通过装配轴实现转动连接；左小腿杆(A-1-5)长端安装孔和左足端(A-1-6)安装孔实现固定连接；
第一腿部机构右行走部(A-2)与左行走部(A-1)的杆件形状，机械结构以及装配方式完全相同，关于第一腿部机构纵向对称面镜像布置；其中右曲柄与左曲柄(A-1-1)通过中心的轴孔连接和孔周围均布的安装孔实现固定连接，相位相差180度。
3.根据权利要求1所述的一种自适应多足步行平台，其动力部特征在于：
所述动力部(A-3)包括：支座(A-3-1)，电机(A-3-2)，第一齿轮(A-3-3)，第二齿轮(A-3-4)，第三齿轮(A-3-5)和四个凸轮(A-3-6)；
动力部(A-3)中部件的连接方式为：
支座(A-3-1)通过安装孔与电机(A-3-2)实现固定连接；支座(A-3-1)的第一至第三安装孔分别与第一齿轮(A-3-3)、第二齿轮(A-3-4)、第三齿轮(A-3-5)通过装配轴实现转动连接；第一齿轮(A-3-3)通过装配轴、联轴器与电机(A-3-2)输出轴实现固定连接；第一齿轮(A-3-3)通过齿轮副与第二齿轮(A-3-4)实现传动；第二齿轮(A-3-4)通过齿轮副与第三齿轮(A-3-5)实现传动；第三齿轮(A-3-5)通过装配轴分别与四个凸轮(A-3-6)实现固定连接；左右两侧各两个凸轮(A-3-6)分别通过销连接实现固定连接；
所述的a凸轮(A-3-6)为沟槽凸轮，沟槽外轮廓为圆形，内轮廓分为两部分，第一部分为圆弧形，内外轮廓之间沟槽宽度与滚子直径相同，锁死与滚子相连的移动副，实现固定轨迹行走，对应腿机构处于支撑相的阶段，第二部分凸轮内轮廓为成一定夹角的两条半径，释放与与滚子相连的移动副，实现被动适应行走，对应腿机构处于跨越相的阶段。
4.根据权利要求2所述的一种自适应多足步行平台，其所述的第一腿部机构左大腿部特征在于：
所述的第一腿部机构左大腿部(A-1-4)包括：左连接块(A-1-4-1)，左滑轨(A-1-4-2)，左第一滑块(A-1-4-3)，左第二滑块(A-1-4-4)，两个左拉簧(A-1-4-5)和左大腿杆(A-1-4-6)；
左大腿部(A-1-4)中部件的连接方式为：
左连接块(A-1-4-1)通过安装孔与左滑轨(A-1-4-2)端部的安装孔实现固定连接；左连接块(A-1-4-1)通过安装孔与支座(A-3-1)第三安装孔实现转动连接；左第一滑块(A-1-4-3)与左滑轨(A-1-4-2)移动连接；左第二滑块(A-1-4-4)与滑轨(A-1-4-2)移动连接；第一滑块(A-1-4-3)与第二滑块(A-1-4-4)通过轴销与两个左拉簧(A-1-4-5)连接；左大腿杆(A-1-4-6)通过端部的安装孔与左小腿杆(A-1-5)实现转动连接；左大腿杆(A-1-4-6)与左第一滑块(A-1-4-3)通过安装孔实现固定连接；
通过上述连接，完成所述a左大腿部(A-1-4)的组装，a左大腿杆(A-1-4-6)长端的凸轮滚子与a凸轮(A-3-6)内部的凸轮连接，凸轮机构在腿机构处于支撑相时锁死杆件长度，实现固定轨迹行走，处于跨越相时释放杆件长度，实现自适应行走。
5.根据权利要求3所述的一种自适应多足步行平台，其特征在于：
所述的a凸轮(A-3-6)与a左大腿杆(A-1-4-6)连接形成的凸轮机构为直动滚子从动件对心盘式凸轮，a凸轮(A-3-6)与a左、右曲柄通过齿轮机构连接，具有相同的旋转周期，a左大腿杆(A-1-4-6)长度锁死状态与a组腿机构(A)的支撑相阶段对应，释放状态与跨越相对应，在支撑相时保持a组腿机构(A)的支撑能力，在跨越相时获得地形自适应能力，由支撑相转至跨越相后，a左大腿杆(A-1-4-6)释放，当a左足端(A-1-6)接触到障碍时，地形障碍推动a左足端(A-1-6)使a左大腿杆(A-1-4-6)长度缩短适应地形，由跨越相转至支撑相时，由两个a左拉簧(A-1-4-5)用拉力将a左大腿杆(A-1-4-6)复位，由a凸轮(A-3-6)上的沟槽结构锁死滚子位置，将a左大腿杆(A-1-4-6)长度锁死，a组腿机构(A)实现固定轨迹行走。
6.根据权利要求2所述的一种自适应多足步行平台，其特征在于:
a左足端(A-1-6)包括：a左足连接块(A-1-6-1)，a左足(A-1-6-2)；
a左足端(A-1-6)中部件的连接方式为：
a左足连接块(A-1-6-1)和a左足(A-1-6-2)通过安装孔实现固定连接；a左足连接块(A-1-6-1)通过开设安装孔和a左小腿杆(A-1-5)实现固定连接。
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