CN112722108A - 机动车的轮腿式结构、轮腿式机动车及轮腿式机动车组 - Google Patents

Abstract

本申请涉及机动车的轮腿式结构、轮腿式机动车及轮腿式机动车组，属于机动车领域，包括大腿，大腿连接有一空心轴，空心轴转动连接于车架，大腿内部具有容纳腔；大腿驱动单元，大腿驱动单元与空心轴连接，驱动空心轴进而驱动大腿摆动；小腿，小腿与大腿铰接；行星轮机构，行星轮机构的齿圈转动设置于车架并与扭转缓冲组件传动连接，行星轮机构的行星轮与小腿传动连接；小腿驱动电机，用于驱动行星轮机构；离合器，离合器设置于小腿驱动电机与所述行星轮机构的太阳轮之间；车轮，车轮转动设置于小腿的一端；轮毂电机，轮毂电机设置于车轮内部；通过上述方案能够实现在减小控制误差、提高控制准确度的基础上提高其减震效果。

Description

机动车的轮腿式结构、轮腿式机动车及轮腿式机动车组

技术领域

本发明涉及机动车的轮腿结构领域，尤其涉及机动车的轮腿式结构、轮腿式机动车及轮腿式机动车组。

背景技术

机动车的轮腿式结构兼具腿式运动的高通过性和轮式运动的高机动性的优点，因此，在山地机动车、工程抢险车以及军事等领域被广泛应用，能够应对各种复杂的地形，具有较好的路况适用能力，尤其是通过障碍的能力。现有的机动车在不同路况下行驶时，需要对其上的轮腿式结构进行姿势调整以满足不同路况的需要，例如，在高速机动地形中，就需要以轮式运动进行高速行驶；在非结构化地形中，需要以腿式运动翻越障碍。然而，现有的对机动车的轮腿式机构姿势调整一般是通过在轮腿式结构与机架之间设置弹簧或是通过设置液压油路实现浮动式连接的方式实现。但是弹簧在长期使用后，其弹性性能下降，导致控制误差较大；而液压油路过于依赖传感及操控系统，容易出现操作动作的滞后和控制故障、导致控制不准确，为了提高控制准确性，现有的尝试设计一种刚性机械结构传动的轮腿式机构来解决上述问题，但是刚性机械结构的轮腿式机构在减震方面又差强人意，不能与较好的减震效果达到平衡，现有的一般是在车轮与车架之间设置减震弹簧，但因为长期使用，减震弹簧的弹性性能在不断使用过程中逐渐削弱，致使失去或降低减震性能，那么，如何在调整轮腿式机构的姿势的过程中提高控制准确度的同时提高减震效果是目前亟待解决的问题。

发明内容

本申请是为了解决现有的机动车的轮腿式机构为了提高控制准确性采用刚性机械传动带动轮腿实现姿势的调整，虽然刚性机械传动误差小、控制准确度高，但是其同时也会导致其减震效果差，本申请解决的是如何在减小控制误差、提高控制准确度的同时提高其减震效果，本申请为机动车的轮腿式结构、轮腿式机动车及轮腿式机动车组用于解决上述问题，其具体为：

机动车的轮腿式结构，连接于机动车的车架，包括：

大腿，大腿连接有一空心轴，空心轴转动连接于车架，大腿内部具有容纳腔；

大腿驱动单元，大腿驱动单元与空心轴连接，驱动空心轴进而驱动大腿摆动；

小腿，小腿与大腿铰接；

行星轮机构，行星轮机构的齿圈转动设置于车架并与扭转缓冲组件传动连接，行星轮机构的行星轮与小腿传动连接；

小腿驱动电机，用于驱动行星轮机构；

离合器，离合器设置于小腿驱动电机与所述行星轮机构的太阳轮之间；

车轮，车轮转动设置于小腿；

优选的，离合器包括：

离合器定子，离合器定子设置于车架；

两个离合器转子，其中一个离合器转子与行星轮机构的太阳轮连接，另一个所述离合器转子与行星轮机构的齿圈连接。

优选的，扭转缓冲组件包括：

转动体，转动体与行星轮机构的齿圈传动连接；

止动件，止动件设置于车架并与转动体连接，止动件用于提供止动转动体转动的力。

优选的，止动件包括：

安装座，安装座内具有安装孔，安装孔内沿安装孔的圆周方向上设有转动槽，转动槽的圆心角小于5°，转动体安装于安装孔内，且转动体能够沿转动槽转动。

优选的，止动件为一弹簧，弹簧一端与车架连接，另一端与转动体连接；或，止动件为一扭簧，扭簧的一端与转动体连接，另一端设置于车架上。

优选的，转动体包括转动杆和外齿轮，外齿轮与转动杆的一端连接，外齿轮与行星轮机构的齿圈啮合传动连接。

优选的，行星轮机构与小腿之间通过链传动机构传动，链传动机构与行星轮机构之间连接有一转轴，链传动机构包括：

两个链轮，两个链轮设置于容纳腔内，其中一个链轮设置于小腿与大腿之间的铰接轴，另一个链轮设置于转轴，转轴转动设置于空心轴；

链条，链条设置于两个链轮之间。

优选的，大腿驱动单元包括：

大腿驱动电机；

行星齿轮，行星齿轮与大腿驱动电机传动连接；

主动齿轮，主动齿轮与行星齿轮的行星轮连接；

从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮啮合，且从动齿轮与空心轴连接。

一种轮腿式机动车，包括上述轮腿式机构，还包括：

车架，轮腿式机构设置于车架，轮腿式机构设置多个，多个轮腿式机构沿车架中心轴线对称设置。

一种轮腿式机动车组，包括上述机动车，机动车设置多个，多个机动车首尾铰接。

本发明通过设置大腿、小腿和车轮利用机械传动式结构控制轮腿的姿势调整，结构简单、容易控制，避免了传统因采用传感技术和操控系统导致控制滞后的问题，提高了控制准确性，同时大腿、小腿和车轮在不同路况下行驶时，既能够利用机械式连接保证刚性连接实现精确控制轮腿式机构的姿势调整，还能够在行驶过程中，利用扭转缓冲组件将在不同高度路面上的颠簸传递至扭转缓冲组件，利用扭转缓冲组件允许一定范围的扭转来缓冲车轮的刚性颠簸，从而实现减震的目的。

附图说明

图1为本发明中其中一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明中另外一种实施方式的结构示意图；

图3为图1中I处的放大图；

图4为图1中A-A截面图的放大图；

图5为轮腿式机动车的结构示意图；

图6为轮腿式机动车组的结构示意图。

图中，1、大腿驱动单元，101、行星齿轮，102、大腿驱动电机，103、主动齿轮，104、从动齿轮，2、车架，3、空心轴，4、大腿，5、链传动机构，501、链轮，502、链条，6、铰接轴，7、小腿，8、车轮，9、轮毂电机，10、转轴，11、行星轮机构，12、扭转缓冲组件，1201、转动体，1201a、转动杆，1201b、外齿轮，1202、止动件，1202a、安装座，1202b、安装孔，1202c、转动槽，1202d、套筒，1203、弹簧，13、离合器，1301、离合器转子，1302、离合器定子，14、小腿驱动电机。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明进行详细阐述。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1或图3-图4所示，本申请保护机动车的轮腿式结构、轮腿式机动车及轮腿式机动车组，该机动车的轮腿式结构连接在机动车的车架2上，其中，轮腿式结构主要包括大腿4、大腿驱动单元1、小腿7、行星轮机构11、小腿驱动电机14、离合器13和车轮8。

大腿4连接有一空心轴3，空心轴3通过轴承铰接在车架2上，使得空心轴3能够绕车架2转动，同时大腿驱动单元1与空心轴3连接，提供给空心轴3转动的动力，在空心轴3转动的同时进而驱动大腿4摆动一定的角度。

对于大腿驱动单元1的具体结构包括大腿驱动电机102和行星齿轮101、主动齿轮103和从动齿轮104，在本实施例中，大腿驱动电机102是采用具有抱闸制动功能的伺服电机，大腿驱动电机102固定在车架2上，行星齿轮101的太阳轮与大腿驱动电机102连接，行星齿轮101的行星轮连接有一主动齿轮103，主动齿轮103啮合有从动齿轮104，从动齿轮104与空心轴3固连。通过大腿驱动电机102驱动行星齿轮101并将动力传递至空心轴3，空心轴3的转动带动大腿4相对车架2的摆动，通过设置行星齿轮101，由于其采用了数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的性力相互平衡，同时多个行星轮啮合增多其啮合的齿数，进而增强传动平稳性。

另外，行星齿轮101在结构上充分利用了内啮合承载能力大和内齿圈本身的可容体积，从而有利于缩小其外廓尺寸，使其体积小，质量小，结构非常紧凑，且承载能力大。在大腿驱动电机102驱动空心轴3转动，进而实现大腿4相对车架2的摆动一定角度后，对于大腿4的锁定是利用电机的抱闸制动功能将大腿4锁定在此位置的，因此不需要额外的锁止件对大腿4进行锁止；另外，在大腿4内部还具有容纳腔，用于安装带动小腿7摆动的传动部分。

行星轮机构11的齿圈转动设置在车架2上，因此行星轮机构11中的齿圈能够在外部动力作用下相对车架2产生转动，同时齿圈还与一扭转缓冲组件12传动连接，齿圈的转动传递至扭转缓冲组件12上，利用扭转缓冲组件12缓冲齿圈的转动；行星轮机构11的行星轮与小腿7传动连接，即行星齿轮101机构能够将动力传递至小腿7，对于小腿7而言，小腿7通过轴承铰接在大腿4的远离与空心轴3连接的一端，小腿7能够相对大腿4摆动；行星轮机构11带动小腿7相对大腿4摆动。

对于行星轮机构11带动小腿7的摆动是利用离合器13实现动力的切换的，离合器13连接在小腿驱动电机14与行星轮机构11的太阳轮之间，当需要小腿7摆动时，离合器13闭合，实现动力传递，当不需要小腿7摆动时，离合器13切断，实现动力断开，在离合器13切断后，小腿7通过传动部分以及行星齿轮101与扭转缓冲组件12传动连接，当小腿7被迫小范围摆动时，将其摆动传递给扭转缓冲组件12进行减震。

而小腿7相对大腿4的摆动是通过小腿驱动电机14直接或间接带动的，小腿驱动电机14与离合器13连接，小腿7的摆动的动力是通过小腿驱动电机14-离合器13-行星轮机构11的太阳轮-小腿7进行传递的，在本实施例中，该小腿驱动电机14同样采用具有抱闸制动功能的伺服电机，小腿7相对大腿4摆动一定角度后同样是利用驱动电机的抱闸制动功能将小腿7锁定在此位置的，因此，对于小腿7而言仍然不需要单独设置锁止件对其进行锁止。上述车轮8转动设置在小腿7远离与大腿4铰接的一端，车轮8的行走依靠设置在其内部的轮毂电机9带动，该轮毂电机9在本实施例中是具备制动功能的直流无刷电机或永磁同步电机以及集成在电机上的电机减速机组件实现驱动以及制动的。

或者，该车轮8也可以利用外部牵引力驱动。

通过设置大腿4、小腿7和车轮8，因此该轮腿式机构在不同路况下可以实现轮式驱动模式、轮腿式驱动模式和腿式驱动模式。

在轮式驱动模式下，该模式适用平坦且能够高速通过的路况中，轮毂电机9带动车轮8在路面上以轮式运动进行高速行驶，实现机动车的高机动性的目的。

在轮腿式驱动模式下，该模式较适用在左右方向倾斜不平的路况下，通过控制大腿驱动电机102控制大腿4或/和小腿驱动电机14控制小腿7摆动，进而控制整个轮腿式机构中车轮8与车架2的相对距离，使得该侧的轮腿式机构适应当前路面的倾斜，始终保证车架2基本水平，避免机动车翻车的可能，同时轮毂电机9驱动车轮8转动以满足车轮8在路面上的行驶。

在腿式模式下，该模式适用在垂直方向具有障碍时的路况下，通过控制大腿驱动电机102控制摆动和/或小腿驱动电机14控制摆动，进而控制整个轮腿式机构中车轮8与车架2的相对距离，利用大腿4或小腿7摆动实现轮腿式机构跨过障碍，此时轮毂电机9不转，整个机动车几乎在停止状态下越障。

通过机械结构式的大腿4、小腿7和车轮8控制轮腿式机构的姿势调整，不会产生控制滞后性，控制准确，能够实现在提高其控制准确度的基础上提高该轮腿式结构的减震效果。

进一步的，上述离合器13包括离合器定子1302和两个离合器转子1301。

离合器定子1302，离合器定子1302固定在车架2上；

其中一个离合器转子1301与行星轮机构11的太阳轮连接，另一个离合器转子1301与行星轮机构11的齿圈连接，齿圈与该离合器转子1301能够相对车架2转动，同时齿圈还与上述扭转缓冲组件12传动连接。

当需要小腿7摆动时，小腿驱动电机14通过与之连接的离合器转子1301带动太阳轮转动，太阳轮驱动行星轮转动，同时行星轮自身也产生自转，在转动时，行星轮通过传动部分实现小腿7的摆动。

当小腿7摆动一定角度后，小腿驱动电机14抱闸制动，此时车轮8在路面上产生的颠簸传递至小腿7，进而传递至行星轮机构11的行星轮、由于此时的太阳轮不转动，因此行星轮带动齿圈出现小范围转动，齿圈的转动传动至扭转缓冲组件12，扭转缓冲组件12缓冲该部分转动，实现对小腿7的减震。

通过设置行星轮机构11以及配合离合器13工作，能够根据需要选择行星轮机构11传动的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。而且，它还可以实现运动的合成与分解以及实现各种变速的复杂的运动。并且，利用行星轮机构11实现动力的切换，可以减少对离合器13的设置，一定程度上优化轮腿式机构在车架2上的安装和布局，可以通过将行星轮机构11与离合器13、小腿驱动电机14集成的方式直接整体安装在机架上，提高安装便捷性。

进一步的，对于扭转缓冲组件12的结构，具体包括转动体1201和止动件1202，转动体1201与行星轮机构11的齿圈传动连接，止动件1202设置于车架2并与转动体1201连接，止动件1202用于提供止动转动体1201转动的力，不仅减小了轮腿式机构的因震动带来的零部件的损坏，而且还提高机动车的舒适性。

进一步的，在本实施例中，止动件1202包括一安装座1202a，安装座1202a内具有安装孔1202b，安装孔1202b内沿安装孔1202b的圆周方向上设有转动槽1202c，转动槽1202c的圆心角小于5°，具体可以根据路面崎岖情况大致设置转动槽1202c的圆心角，在安装孔1202b内安装有套筒1202d，套筒1202d的外圆周壁上设有凸耳，凸耳插入转动槽1202c内，使得套筒1202d能够在转动槽1202c内小范围转动，转动体1201可以采用楔键安装在套筒1202d内，利用楔键与套筒1202d的内圆周壁之间的挤压力将滚动体固定在套筒1202d内，转动体1201转动则会带动套筒1202d在转动槽1202c内小范围转动，转动槽1202c能够对转动体1201限位和锁止，以补偿车轮8颠簸以致小腿7产生小范围摆动，起到减震的目的。

在一个实施例中，如图2所示的，上述止动件1202为一弹簧1203，弹簧1203一端与车架2连接，另一端与转动体1201连接，转动体1201在行星轮机构11带动下转动时会压缩弹簧1203，弹簧1203的反向弹力对转动体1201缓冲以实现减震目的。

在一个实施例中，上述止动件1202也可为一扭簧，扭簧的一端与转动体1201连接，另一端设置于车架2上，当转动体1201转动时，扭簧的扭力阻止转动体1201转动，以达到缓冲减震的目的。

进一步的，上述转动体1201包括转动杆1201a和外齿轮1201b，外齿轮1201b与转动杆1201a的一端连接，外齿轮1201b与行星轮机构11的齿圈啮合传动连接，在制动件为一弹簧1203时，转动杆1201a转动设置在车架2上，同时转动杆1201a与弹簧1203的一端连接，弹簧1203的另一端连接在车架2上。而在制动件为扭簧时，转动杆1201a的设置与上述方式相同，但当止动件1202包括安装座1202a及安装座1202a内的安装孔1202b和转动槽1202c时，转动杆1201a是转动安装在转动槽1202c内，此时的转动杆1201a会相对安装座1202a在转动槽1202c内小范围转动，以实现减震的目的。

对于上述行星轮机构11与小腿7之间的传动连接具体是通过链传动机构5实现的，链传动机构5与行星轮机构11之间连接有一转轴10，链传动机构5包括两个链轮501和连接在两个链轮501之间的链条502。

其中，两个链轮501设置在大腿4的容纳腔内，其中一个链轮501设置于小腿7与大腿4之间的铰接轴6，另一个链轮501设置在转轴10上，转轴10通过轴承铰接在空心轴3内。通过设置链轮501链条502既能够满足传动需要，还能够保证传动比，不会出现打滑现象。

本申请还包括轮腿式机动车，如图5所示的，包括上述轮腿式机构，除此之外，还包括车架2，轮腿式机构设置在车架2上，轮腿式机构设置多个，在本实施例中设置四个，四个轮腿式机构沿车架2的中心轴对称设置在车架2的左右两侧。

本申请还保护一种轮腿式机动车组，如图6所示的，包括上述机动车，机动车设置多个，多个机动车首尾铰接形成机动车组。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.机动车的轮腿式结构，连接于机动车的车架，其特征在于，包括：

大腿，所述大腿连接有一空心轴，所述空心轴转动连接于所述车架，所述大腿内部具有容纳腔；

大腿驱动单元，所述大腿驱动单元与所述空心轴连接，驱动所述空心轴进而驱动所述大腿摆动；

小腿，所述小腿与所述大腿铰接；

行星轮机构，所述行星轮机构的齿圈转动设置于所述车架并与扭转缓冲组件传动连接，所述行星轮机构的行星轮与所述小腿传动连接；

小腿驱动电机，用于驱动所述行星轮机构；

离合器，所述离合器设置于所述小腿驱动电机与所述行星轮机构的太阳轮之间；

车轮，所述车轮转动设置于所述小腿。

2.根据权利要求1所述的机动车的轮腿式结构，其特征在于，所述离合器包括：

离合器定子，所述离合器定子设置于所述车架；

两个离合器转子，其中一个所述离合器转子与所述行星轮机构的太阳轮连接，另一个所述离合器转子与所述行星轮机构的齿圈连接。

3.根据权利要求1所述的机动车的轮腿式结构，其特征在于，所述扭转缓冲组件包括：

转动体，所述转动体与所述行星轮机构的齿圈传动连接；

止动件，所述止动件设置于所述车架并与所述转动体连接，所述止动件用于提供止动所述转动体转动的力。

4.根据权利要求3所述的机动车的轮腿式结构，其特征在于，所述止动件包括：

安装座，所述安装座内具有安装孔，所述安装孔内沿所述安装孔的圆周方向上设有转动槽，所述转动槽的圆心角小于5°，所述转动体安装于所述安装孔内，且所述转动体能够沿所述转动槽转动。

5.根据权利要求3所述的机动车的轮腿式结构，其特征在于，所述止动件为一弹簧，所述弹簧一端与所述车架连接，另一端与所述转动体连接；或，

所述止动件为一扭簧，所述扭簧的一端与所述转动体连接，另一端设置于所述车架上。

6.根据权利要求3-5任意一项所述的机动车的轮腿式结构，其特征在于，所述转动体包括转动杆和外齿轮，所述外齿轮与所述转动杆的一端连接，所述外齿轮与所述行星轮机构的齿圈啮合传动连接。

7.根据权利要求1所述的机动车的轮腿式结构，其特征在于，所述行星轮机构与所述小腿之间通过链传动机构传动，所述链传动机构与所述行星轮机构之间连接有一转轴，所述链传动机构包括：

两个链轮，两个所述链轮设置于所述容纳腔内，其中一个所述链轮设置于所述小腿与所述大腿之间的铰接轴，另一个所述链轮设置于所述转轴，所述转轴转动设置于所述空心轴；

链条，所述链条设置于两个所述链轮之间。

8.根据权利要求1所述的机动车的轮腿式结构，其特征在于，所述大腿驱动单元包括：

大腿驱动电机；

行星齿轮，所述行星齿轮与所述大腿驱动电机传动连接；

主动齿轮，所述主动齿轮与所述行星齿轮的行星轮连接；

从动齿轮，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合，且所述从动齿轮与所述空心轴连接。

9.一种轮腿式机动车，包括权利要求1-8任意一项所述的轮腿式机构，其特征在于，还包括：

车架，所述轮腿式机构设置于所述车架，所述轮腿式机构设置多个，多个所述轮腿式机构沿所述车架中心轴线对称设置。

10.一种轮腿式机动车组，包括权利要求9所述的机动车，其特征在于，所述机动车设置多个，多个机动车首尾铰接。

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