CN113954983B - 一种快速切换的行驶跳跃两用车及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速切换的行驶跳跃两用车及其工作方法。该行驶跳跃两用车包括车架，以及安装在车架上的多个两用车轮。两用车轮包括跳跃腿轮和动力装置。跳跃腿轮包括Z形支撑架、旋转杆、跳跃连杆和跳跃圆弧杆。Z形支撑架包括固定在一起的径向支撑杆和两根固定圆弧杆。旋转杆的中部与径向支撑杆的中部转动连接。旋转杆的两端与两根跳跃连杆的一端分别转动连接。两根跳跃连杆的另一端与两根跳跃连杆的一端分别转动连接。两根跳跃连杆的另一端与Z形支撑架上的两根固定圆弧杆的外端分别转动连接。本发明可以在轮式与腿式之间快速转换以提供跳跃能力，可以实现高速有效的越障，相比于传统的轮式或腿式越障方式速度更快，效率更高。

Description

一种快速切换的行驶跳跃两用车及其工作方法

技术领域

本发明属于车轮和跳跃腿之间快速转换技术领域，具体涉及一种快速切换的行驶跳跃两用车及其工作方法。

背景技术

随着技术的发展和进步，越来越多的越障小车机器人被更广泛的应用，现在常用的越障小车多为多轮辅助越障的轮式结构，或为机械结构和气动元件相结合组成机械腿越过障碍。轮式越障小车越障能力差，无法越过高度差过大的障碍；机械腿式越障机构越障能力强，但行动缓慢，越障效率低。因此综合两种结构的优点，弥补两者不足进行设计，设计出一种车轮和腿之间快速转换以进行车轮跳跃障碍小车，通过车轮与腿的相互转换进行跳跃，结构简单、高效越障，可以根据环境条件自动选择最合适的步态和模式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速切换的行驶跳跃两用车。

本发明一种快速切换的行驶跳跃两用车，包括车架，以及安装在车架上的多个两用车轮。两用车轮包括跳跃腿轮和动力装置。跳跃腿轮包括Z形支撑架、旋转杆、跳跃连杆和跳跃圆弧杆。所述的Z形支撑架包括固定在一起的径向支撑杆和两根固定圆弧杆。两根固定圆弧杆的一端与径向支撑杆的两端分别固定。两根固定圆弧杆的另一端分别位于径向支撑杆的相反侧。两根固定圆弧杆的圆心重合。旋转杆的中部与径向支撑杆的中部转动连接。旋转杆的两端与两根跳跃连杆的一端分别转动连接。两根跳跃连杆的另一端与两根跳跃连杆的一端分别转动连接。两根跳跃连杆的另一端与Z形支撑架上的两根固定圆弧杆的外端分别转动连接。两根固定圆弧杆和两根跳跃连杆能够交替相连，合围成圆形。所述的动力装置驱动跳跃腿轮中的Z形支撑架与旋转杆进行同步或异步转动。

作为优选，所述的Z形支撑架和旋转杆同步转动时，跳跃腿轮整体转动，形状保持不变；Z形支撑架和旋转杆异步转动时，跳跃腿轮在整体转动的同时变形保持不变，形成跳跃所需的推地力。

作为优选，所述的动力装置包括跳跃电机、动力电机和电机支撑架。所述的电机支撑架固定在车架上；跳跃电机和动力电机均安装在电机支撑架上。Z形支撑架由动力电机驱动旋转。旋转杆由跳跃电机驱动旋转。

作为优选，所述跳跃电机的输出轴穿过Z形支撑架，并与旋转杆固定。动力电机的输出轴与Z形支撑架的中部通过带传动连接。

作为优选，所述的Z形支撑架外侧中心位置的两侧对称固定有两个电磁铁；旋转杆内侧面上对中固定有两个受吸块。初始状态下，Z形支撑架中的径向支撑杆与旋转杆重合，两个受吸块与两个电磁铁分别对齐；电磁铁通电时对受吸块产生吸力。

作为优选，当跳跃腿轮滚动行进过程中产生的振动导致跳跃腿轮无法稳定保持滚动所需的圆形时，旋转杆相对于与Z形支撑架恢复到初始状态，且两个电磁铁通电，吸附对应的受吸块，增大跳跃腿轮保持形态的锁止力。

作为优选，所述的车架包括轮间支撑杆和中间连接杆。中间连接杆的两端与两个轮间支撑杆的中部分别固定；两根轮间支撑杆均与中间连接杆垂直连接；两用车轮共有四个；四个两用车轮分别安装在两个轮间支撑杆的两端。

作为优选，两根固定圆弧杆和两根跳跃连杆的外侧均固定有橡胶轮胎。

该行驶跳跃两用车的运行如下：

当行驶跳跃两用车需要保持滚动行驶的状态时，跳跃腿轮包括Z形支撑架和旋转杆保持同向等速转动，带动车架运动。

当行驶跳跃两用车需要跳跃时，Z形支撑架与旋转杆发生差速转动，使得旋转杆相对于Z形支撑架发生正向旋转，带动跳跃圆弧杆向外翻转，形成对地面的推力；该推力带动行驶跳跃两用车脱离地面，整体跃起。当旋转杆相对于Z形支撑架转动到极限位置后，跳跃腿轮重新恢复圆形，使得行驶跳跃两用车跃起后稳定落地。

若行驶跳跃两用车落地后需要再次跳跃，则通过Z形支撑架与旋转杆的差速转动，带动旋转杆相对于Z形支撑架发生反向旋转，带动旋转杆复位，跳跃圆弧杆向外翻转，形成对地面的推力；该推力带动行驶跳跃两用车脱离地面，整体跃起。当旋转杆相对于Z形支撑架回复到初始位置时，跳跃腿轮重新恢复圆形，使得行驶跳跃两用车跃起后稳定落地。

本发明的具体有益效果是：

1.本发明可以在轮式与腿式之间快速转换以提供跳跃能力，可以实现高速有效的越障，相比于传统的轮式或腿式越障方式速度更快，效率更高。

2.本发明结构简单，越障能力强，相比于其他方式结构简单，重量更轻，对小车的负载压力更小，可以实现更高的跳跃。

3.本发明结构紧凑，状态稳定，在实现高度跳跃过程中更牢固，结实，抗冲击能力强。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中跳跃腿轮的结构示意图。

图3为本发明中车架的示意图。

图4为本发明中动力装置的结构示意图。

图5为本发明中Z形支撑架的安装示意图。

图6为本发明中跳跃腿轮与动力装置的安装示意图。

图7为本发明中跳跃腿轮的变形跳跃过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种快速切换的行驶跳跃两用车，包括车架2，以及分别安装在车架2四角的四个两用车轮。两用车轮包括跳跃腿轮1和动力装置3。跳跃腿轮1安装在车架上，由动力装置3提供滚动和跳跃的动力。

如图2，图4所示，跳跃腿轮1包括Z形支撑架1-1、旋转杆1-2、跳跃连杆1-3、跳跃圆弧杆1-4和橡胶轮胎1-5。Z形支撑架1-1包括固定在一起的径向支撑杆和两根固定圆弧杆。两根固定圆弧杆的一端与径向支撑杆的两端分别固定。两根固定圆弧杆的另一端分别位于径向支撑杆的相反侧。两根固定圆弧杆的圆心与径向支撑杆的中点重合。

旋转杆1-2的中部与径向支撑杆的中部转动连接。旋转杆1-2的两端与两根跳跃连杆1-3的一端分别转动连接。两根跳跃连杆1-3的另一端与两根跳跃连杆1-3的一端分别转动连接。两根跳跃连杆1-3的另一端与Z形支撑架1-1上的两根固定圆弧杆的外端分别转动连接。两根固定圆弧杆和两根跳跃连杆1-3的外侧均固定有橡胶轮胎1-5。四段橡胶轮胎1-5相互独立，且能够拼接形成一个完整的圆形轮胎，以提供更好的缓震性和抓地力。

初始状态下，旋转杆1-2与Z形支撑架1-1上的径向支撑杆重合(即夹角为0°)；两根固定圆弧杆和两根固定圆弧杆沿周向依次交替相连，拼接成一个完整圆形滚轮。当旋转杆1-2相对于Z形支撑架1-1发生转动时，能够带动两根固定圆弧杆分别绕对应的固定圆弧杆外端转动，固定圆弧杆旋转弹出时形成朝向下后方的推地力，该推地力能够带动行驶跳跃两用车进行跳跃前进。当两根固定圆弧杆向外翻转至极限位置后，将向内复位到初始位置，重新形成圆形滚轮，此时，旋转杆1-2并非处于初始位置，可以通过快速反向转动，带动下一次跳跃，也可以通过缓慢转动在避免跳跃的情况下回复到初始位置。

动力装置3包括跳跃电机3-1、动力电机3-2、电机支撑架3-3、传动轮3-4、传送带3-5、旋转轴承3-6、电磁铁3-7和电源3-8。电机支撑架3-3固定在车架2上；跳跃电机3-1和动力电机3-2并排固定在电机支撑架3-3上。跳跃电机3-1的输出轴与Z形支撑架1-1的中部通过轴承连接；跳跃电机3-1的输出轴穿过Z形支撑架1-1后，与旋转杆1-2固定。因此，跳跃电机3-1能够带动旋转杆1-2转动，且不影响Z形支撑架1-1旋转。两个传动轮3-4与动力电机3-2的输出轴、Z形支撑架1-1的中部分别固定。两个传动轮3-4通过传送带3-5连接，使得动力电机3-2能够带动Z形支撑架1-1旋转。

当Z形支撑架1-1与旋转杆1-2保持等速转动的情况下，跳跃腿轮1的整体形状保持不变；当Z形支撑架1-1与旋转杆1-2差速转动的情况下，跳跃腿轮1发生变形，进行跳跃或复位。

两个电磁铁3-7对中镶嵌固定在Z形支撑架1-1外侧中心位置的两侧。旋转杆1-2对中固定有两个受吸块1-6。受吸块1-6采用能够被磁化的软磁性材料(如铁钴镍)。两个受吸块1-6到跳跃腿轮1中心轴线的距离与两个电磁铁3-7到跳跃腿轮1中心轴线的距离相等。电磁铁3-7由电池供电，由控制器控制通断电；当两个受吸块1-6与两个电磁铁3-7分别对齐并吸合时，使得跳跃腿轮1整体保持锁止状态，提高跳跃腿轮1处于圆形状态下的稳定性，提高跳跃腿轮1在复杂路面上的通过能力。

如图3所示，车架2包括轮间支撑杆2-1和中间连接杆2-2。中间连接杆2-2的两端与两个轮间支撑杆2-1的中部分别固定；两根轮间支撑杆2-1均与中间连接杆2-2垂直连接，成H形固定摆放，四个电机支撑架3-3分别固定在两个轮间支撑杆2-1两端。

如图5所示，Z形支撑架与动力装置3的连接结构，包括第一旋转轴承4-1、第二旋转轴承4-2和夹紧环4-3。第一旋转轴承4-1、第二旋转轴承4-2的外圈分别嵌入Z形支撑架1-1两侧的圆槽中；两个旋转轴承相互独立，分别通过对应圆槽的底面进行轴向定位，防止在Z形支撑架1-1绕轴旋转以及小车跳跃发生颠簸时产生轴向位移；夹紧环4-3共两个；两个夹紧环4-3均固定在跳跃电机3-1的输出轴上，分别抵住两个旋转轴承的内圈，用以进行两旋转轴承的轴向固定。

如图7所示，本发明中跳跃腿轮变形跳跃过程示意图，图示旋转箭头为跳跃腿轮1旋转方向，设此方向为正方向，从左至右是腿轮在跳跃过程中各个阶段结构视图；两个传动轮3-4的传动比为d2:d1；d1、d2分别位于跳跃电机上的传动轮和Z形支撑架1-1上的传动轮的直径；当跳跃腿轮1以轮式结构旋转带动小车向前运动时，跳跃电机3-1控制旋转杆1-2转动，动力电机3-2通过带传动，带动Z形支撑架1-1的转动，使得旋转杆1-2与Z形支撑架1-1同向等速旋转，实现相对静止，跳跃腿轮1维持轮式结构持续运动；当需要跳跃障碍时跳跃电机3-1转速降低，使Z形支撑架1-1相对于旋转杆1-2正方向转动，从而带动跳跃连杆1-4相对旋转杆1-2正方向转动，进而使跳跃圆弧杆1-4相对Z形支撑架1-1的固定圆弧杆正方向转动，以达到跳跃的目的，当旋转杆1-2旋转至与跳跃连杆1-4处于同一水平线时，跳跃装置全部展开，小车跳跃跳过障碍，Z形支撑架1-1继续相对旋转杆1-2正方向旋转，此时跳跃连杆1-4继续相对旋转杆1-2正方向转动，跳跃圆弧杆1-4相对Z形支撑架1-1的固定圆弧杆反方向转动，当Z形支撑架1-1的固定圆弧杆与跳跃圆弧杆1-4重新形成一个完整的圆时，旋转杆1-2与Z形支撑架1-1恢复等速转动，相对静止，跳跃动作停止，恢复为轮式结构继续前进。

该行驶跳跃两用车的跳跃方法如下：

步骤一、当本发明为轮式结构进行水平方向的移动时，驱动旋转杆1-2与Z形支撑架1-1同向等速旋转，实现相对静止，同时电源3-8向电磁铁3-7通电产生磁力，与旋转杆1-2上的受吸块相互吸引，以达到进一步固定Z形支撑架1-1与旋转杆1-2的目的，使跳跃腿轮1维持轮式结构持续运动。

步骤二、当本发明需要进行跳跃越障时，电源3-8停止供电，电磁铁3-7磁力消失，同时跳跃电机3-1转速降低，使Z形支撑架1-1相对于旋转杆1-2正方向转动，从而带动跳跃连杆1-4相对旋转杆1-2正方向转动，进而使跳跃圆弧杆1-4相对Z形支撑架1-1的固定圆弧杆正方向转动，以达到跳跃的目的，当旋转杆1-2旋转至与跳跃连杆1-4处于同一水平线时，跳跃装置全部展开，小车跳跃越过障碍。

步骤三、Z形支撑架1-1继续相对旋转杆1-2正方向旋转，此时跳跃连杆1-4依旧相对旋转杆1-2正方向转动，跳跃圆弧杆1-4相对Z形支撑架1-1的固定圆弧杆反方向相对转动，当Z形支撑架1-1的固定圆弧杆与跳跃圆弧杆1-4形成一个完整的圆弧时，旋转杆1-2与Z形支撑架1-1恢复等速转动，相对静止，跳跃动作停止，跳跃腿轮1恢复轮式结构。

步骤四：跳跃腿轮1恢复轮式结构后，旋转杆1-2与Z形支撑架1-1继续等速转动，继续带动小车向前水平直线运动；若行驶跳跃两用车需要再次跳跃，则通过提高跳跃电机3-1转速，控制Z形支撑架1-1相对于旋转杆1-2反向转动，即可使得跳跃腿轮1再次变形，带动行驶跳跃两用车跳起。

若此时地面颠簸，跳跃腿轮1无法稳定保持轮式结构，则控制Z形支撑架1-1相对于旋转杆1-2以不会使得行驶跳跃两用车跳起的速度反向转动复位后电磁铁重新通电，提高跳跃腿轮1保持轮式结构的锁止力。

Claims (7)

1.一种快速切换的行驶跳跃两用车，包括车架(2)，以及安装在车架(2)上的多个两用车轮；其特征在于：所述的两用车轮包括跳跃腿轮(1)和动力装置(3)；跳跃腿轮(1)包括Z形支撑架(1-1)、旋转杆(1-2)、跳跃连杆(1-3)和跳跃圆弧杆(1-4)；所述的Z形支撑架(1-1)包括固定在一起的径向支撑杆和两根固定圆弧杆；两根固定圆弧杆的一端与径向支撑杆的两端分别固定；两根固定圆弧杆的另一端分别位于径向支撑杆的相反侧；两根固定圆弧杆的圆心重合；旋转杆(1-2)的中部与径向支撑杆的中部转动连接；旋转杆(1-2)的两端与两根跳跃连杆(1-3)的一端分别转动连接；两根跳跃连杆(1-3)的另一端与两根跳跃圆弧杆(1-4)的一端分别转动连接；两根跳跃圆弧杆(1-4)的另一端与Z形支撑架(1-1)上的两根固定圆弧杆的外端分别转动连接；两根固定圆弧杆和两根跳跃圆弧杆(1-4)能够交替相连，合围成圆形；所述的动力装置(3)驱动跳跃腿轮(1)中的Z形支撑架(1-1)与旋转杆(1-2)进行同步或异步转动；

所述的Z形支撑架(1-1)外侧中心位置的两侧对称固定有两个电磁铁(3-7)；旋转杆(1-2)内侧面上对中固定有两个受吸块(1-6)；初始状态下，Z形支撑架(1-1)中的径向支撑杆与旋转杆(1-2)重合，两个受吸块(1-6)与两个电磁铁(3-7)分别对齐；电磁铁(3-7)通电时对受吸块(1-6)产生吸力；

当跳跃腿轮(1)滚动行进过程中产生的振动导致跳跃腿轮(1)无法稳定保持滚动所需的圆形时，旋转杆(1-2)相对于Z形支撑架(1-1)恢复到初始状态，且两个电磁铁(3-7)通电，吸附对应的受吸块(1-6)，增大跳跃腿轮(1)保持形态的锁止力。

2.根据权利要求1所述的一种快速切换的行驶跳跃两用车，其特征在于：所述的Z形支撑架(1-1)和旋转杆(1-2)同步转动时，跳跃腿轮(1)整体转动，形状保持不变；Z形支撑架(1-1)和旋转杆(1-2)异步转动时，跳跃腿轮(1)在整体转动的同时变形保持不变，形成跳跃所需的推地力。

3.根据权利要求1所述的一种快速切换的行驶跳跃两用车，其特征在于：所述的动力装置(3)包括跳跃电机(3-1)、动力电机(3-2)和电机支撑架(3-3)；所述的电机支撑架(3-3)固定在车架(2)上；跳跃电机(3-1)和动力电机(3-2)均安装在电机支撑架(3-3)上；Z形支撑架(1-1)由动力电机(3-2)驱动旋转；旋转杆(1-2)由跳跃电机(3-1)驱动旋转。

4.根据权利要求3所述的一种快速切换的行驶跳跃两用车，其特征在于：所述跳跃电机(3-1)的输出轴穿过Z形支撑架(1-1)，并与旋转杆(1-2)固定；动力电机(3-2)的输出轴与Z形支撑架(1-1)的中部通过带传动连接。

5.根据权利要求1所述的一种快速切换的行驶跳跃两用车，其特征在于：所述的车架(2)包括中间连接杆(2-2)和两个轮间支撑杆(2-1)；中间连接杆(2-2)的两端与两个轮间支撑杆(2-1)的中部分别固定；两根轮间支撑杆(2-1)均与中间连接杆(2-2)垂直连接；两用车轮共有四个；四个两用车轮分别安装在两个轮间支撑杆(2-1)的两端。

6.根据权利要求1所述的一种快速切换的行驶跳跃两用车，其特征在于：两根固定圆弧杆和两根跳跃圆弧杆(1-4)的外侧均固定有橡胶轮胎(1-5)。

7.如权利要求1所述的一种快速切换的行驶跳跃两用车的工作方法，其特征在于：当行驶跳跃两用车需要保持滚动行驶的状态时，Z形支撑架(1-1)和旋转杆(1-2)保持同向等速转动，带动车架运动；

当行驶跳跃两用车需要跳跃时，Z形支撑架(1-1)与旋转杆(1-2)发生差速转动，使得旋转杆(1-2)相对于Z形支撑架(1-1)发生正向旋转，带动跳跃圆弧杆(1-4)向外翻转，形成对地面的推力；该推力带动行驶跳跃两用车脱离地面，整体跃起；当旋转杆(1-2)相对于Z形支撑架(1-1)转动到极限位置后，跳跃腿轮(1)重新恢复圆形，使得行驶跳跃两用车跃起后稳定落地；

若行驶跳跃两用车落地后需要再次跳跃，则通过Z形支撑架(1-1)与旋转杆(1-2)的差速转动，带动旋转杆(1-2)相对于Z形支撑架(1-1)发生反向旋转，带动旋转杆(1-2)复位，跳跃圆弧杆(1-4)向外翻转，形成对地面的推力；该推力带动行驶跳跃两用车脱离地面，整体跃起；当旋转杆(1-2)相对于Z形支撑架(1-1)回复到初始位置时，跳跃腿轮(1)重新恢复圆形，使得行驶跳跃两用车跃起后稳定落地。

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