CN117622350A - 一种轮腿机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮腿机构，涉及轮腿式车辆的技术领域，包括轮组机构、大腿组件、小腿组件、连杆传动组件和直线驱动机构，小腿组件的一端与轮组机构连接、另一端与大腿组件铰接，大腿组件和小腿组件分别通过连杆传动组件与直线驱动机构连接，直线驱动机构和连杆传动组件分别与车身连接。本发明的轮腿机构体积尺寸较小、结构紧凑，同时适合轮式和腿式两种运动模式的轮腿系统，能够实现小的末端惯量和大的活动范围，重量机构大部分布置于大腿上端和中间，结构简便，节省空间。

Description

一种轮腿机构

技术领域

本发明涉及轮腿式车辆的技术领域，特别是涉及一种轮腿机构。

背景技术

轮腿式车辆是具备轮式、腿式以及复合式等多种移动形式的平台，通常由一个或多个轮子和几条可运动的腿组成，兼具轮式平台和仿生腿足式平台的优点，在应对不同路面环境时可以有不同的解决方案和策略，相比于单一移动形式而言更加机动灵活。当轮腿式车辆进行轮式运动时，类似于智能车或小型无人车，因而需要驱动器控制轮腿机构的伸缩；当以腿式运动时，可以通过驱动器调节腿的运动，从而控制轮腿式车辆的前进；常见的轮腿式车辆轮腿系统作动范围小，末端惯量较大，导致控制较为繁琐。

现有的轮腿式车辆由于腿部设计结构及驱动、传动方式不同，有些是基于液压驱动，有些是基于电机驱动，有些是直接传动，有些是多连杆传动。轮腿式车辆的轮腿机构一般采用电机或者液压进行驱动，传动方式有直接传动，多连杆传动等。采用电机驱动轮腿的方案，可以实现预期的腿部运动，但具有功率密度较小，布置不够紧凑，重量较大，末端转动惯量较大，导致控制精度、鲁棒性以及响应能力下降等缺点；采用液压驱动轮腿的方案，具有能量损失较大，传动效率低受温度影响大，易泄露等缺点。采用多连杆传动的方案，具有设计复杂，运动链长，存在积累误差且误差大，同时惯性力大，动载荷大，作动范围较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种轮腿机构，以解决上述现有技术存在的问题，使轮腿机构的质心上移并向车身集中，末端转动惯量较小，有轮式和腿式两种运动模式。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种轮腿机构，包括轮组机构、大腿组件、小腿组件、连杆传动组件和直线驱动机构，所述小腿组件的一端与所述轮组机构连接、另一端与所述大腿组件铰接，所述大腿组件和所述小腿组件分别通过所述连杆传动组件与所述直线驱动机构连接，所述直线驱动机构和所述连杆传动组件分别与车身连接。

优选的，所述大腿组件包括一片U型的大腿支架，所述大腿支架的下端铰接于所述小腿组件的两侧、上端两侧板上转动连接有一长轴。

优选的，所述连杆传动组件包括大腿连杆机构和小腿连杆机构，所述小腿连杆机构设置于所述长轴上且分别与所述直线驱动机构和小腿推杆连接，所述大腿连杆机构分别与所述大腿支架的上端和所述直线驱动机构铰接。

优选的，所述大腿连杆机构包括一对弧形连杆和一对直线连杆，所述直线驱动机构的两侧分别连接有一所述弧形连杆和一所述直线连杆，所述直线连杆的另一端均用于与所述车身铰接，所述弧形连杆的另一端均与所述大腿支架的上端铰接。

优选的，所述小腿连杆机构包括套筒和所述小腿推杆，所述套筒套设于所述长轴上且外壁上设置有两个连接耳，两个所述连接耳分别与所述直线驱动机构和所述小腿推杆铰接，所述小腿推杆的下端铰接于所述小腿组件上。

优选的，所述直线驱动机构与所述连接耳分别与一活动头的两端铰接，所述活动头与所述直线驱动机构铰接的一端铰接有一对所述直线连杆，所述直线连杆用于与所述车身铰接。

优选的，两个所述连接耳交错设置，且交错的圆心角为20°-100°，所述小腿推杆与所述小腿组件的铰接轴距离所述所述小腿组件与所述大腿组件的铰接轴10cm-20cm。

优选的，所述小腿组件包括小腿支架，所述小腿支架采用镂空框架，所述小腿支架的下端与所述轮组机构的转轴连接、上端与所述大腿组件通过销轴铰接。

优选的，所述轮组机构包括车轮和轮毂电机，所述车轮上设置有所述轮毂电机，所述轮毂电机与所述小腿组件的下端连接。

优选的，所述直线驱动机构包括两个电液作动器，两个所述电液作动器分别通过所述连杆传动组件驱动所述大腿组件和所述小腿组件运动。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的轮腿机构体积尺寸较小、结构紧凑，同时适合轮式和腿式两种运动模式的轮腿系统，能够实现小的末端惯量和大的活动范围，重量机构大部分布置于大腿上端和中间，结构简便，节省空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中轮腿机构的结构示意图一；

图2为本发明实施例中轮腿机构的结构示意图二；

图3为本发明实施例中轮腿机构的结构示意图三；

图4为本发明实施例中轮腿机构的结构示意图四；

图5为本发明实施例中轮腿机构中腿部伸展前的结构示意图；

图6为本发明实施例中轮腿机构中腿部伸展后的结构示意图；

其中：1-电液作动器，2-大腿支架，3-长轴，4-弧形连杆，5-直线连杆，6-小腿支架，7-套筒，8-连接耳，9-小腿推杆，10-活动头，11-轮毂电机，12-车轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种轮腿机构，以解决现有技术存在的问题，使轮腿机构的质心上移并向车身集中，末端转动惯量较小，有轮式和腿式两种运动模式。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图6所示：本实施例提供了一种轮腿机构，包括轮组机构、大腿组件、小腿组件、连杆传动组件和直线驱动机构，小腿组件的一端与轮组机构连接、另一端与大腿组件铰接，大腿组件和小腿组件分别通过连杆传动组件与直线驱动机构连接，直线驱动机构和连杆传动组件分别与车身连接。

作为优选的一种实施方案，本实施例中大腿组件包括一片U型的大腿支架2，大腿支架2采用镂空框架，可减轻重量，大腿支架2的下端铰接于小腿组件的两侧、上端两侧板上转动连接有一长轴3。

作为优选的一种实施方案，本实施例中连杆传动组件包括大腿连杆机构和小腿连杆机构，小腿连杆机构设置于长轴3上且分别与直线驱动机构和小腿推杆9连接，大腿连杆机构分别与大腿支架2的上端和直线驱动机构(电液作动器1的顶杆)铰接。

作为优选的一种实施方案，本实施例中大腿连杆机构包括一对弧形连杆4(或者直杆，只要起到铰接和轴向固定作动杆一端的作用就可以)和一对直线连杆5，直线驱动机构(电液作动器1的顶杆)的两侧分别连接有一弧形连杆4和一直线连杆5，直线连杆5的另一端均用于与车身铰接，弧形连杆4的另一端均与大腿支架2的上端铰接。

小腿连杆机构包括套筒7和小腿推杆9，套筒7套设于长轴3上且外壁上设置有两个连接耳8，套筒7在长轴3上通过轴肩实现其轴向约束，套筒和长轴之间设置有间隙能够相对转动，两个连接耳8分别与直线驱动机构(电液作动器1的顶杆)和小腿推杆9铰接，小腿推杆9的下端铰接于小腿组件上，进而将运动传动至小腿支架6，使之绕铰接轴转动。

作为优选的一种实施方案，本实施例中直线驱动机构(电液作动器1的顶杆)与连接耳8分别与一活动头10的两端铰接，活动头10与直线驱动机构(电液作动器1的顶杆)铰接的一端铰接有一对直线连杆5，直线连杆5用于与车身铰接。

作为优选的一种实施方案，本实施例中两个连接耳8交错设置，且交错的圆心角为20°-100°，小腿推杆9与小腿组件的铰接轴距离小腿组件与大腿组件的铰接轴10cm-20cm，便于小腿推杆9推动小腿支架6绕铰接轴转动。本实施例中使用较少的连杆驱动大腿和小腿，活动范围大。本实施例中大腿和小腿的电液作动器1的作动杆伸缩范围为0-45cm，大腿作动杆与大腿直接相连后，大腿的摆动运动范围为20°-70°，小腿的电液作动器1的作动杆与连接耳相连后，便随大腿的电液作动器1一起平移运动，进而带动连接耳上交错连接的小腿推杆9绕铰接轴摆动，小腿推杆9不设置在小腿与大腿的铰接轴上，便可驱动小腿绕铰接轴摆动，小腿相对于大腿的摆动运动范围为30°-110°，如图6所示。本实施例的轮腿机构简单(连杆机构相对较少)、体积尺寸较小、结构紧凑，能够实现小的末端惯量和大的活动范围。

作为优选的一种实施方案，本实施例中小腿组件包括小腿支架6，小腿支架6采用镂空框架，可减轻重量，小腿支架6的下端与轮组机构的转轴连接、上端与大腿组件通过销轴铰接。

作为优选的一种实施方案，本实施例中轮组机构包括车轮12和轮毂电机11，车轮12上设置有轮毂电机11，轮毂电机11与小腿组件的下端连接，实现车轮12的自动转动。

作为优选的一种实施方案，本实施例中直线驱动机构包括两个电液作动器1，两个电液作动器1分别通过连杆传动组件驱动大腿组件和小腿组件运动。本实施例中通过电液作动器1和较少的连杆，实现了轮腿式车辆轮腿的运动，将电液作动器1布置于大腿上侧且中部的位置，结构紧凑，节省空间。

本实施例的轮腿机构具体工作原理如下：当轮腿式车辆进行腿部运动时，车辆给定大(小)腿的电液作动器1信号，大(小)腿的电液作动器1收到信号后，其电机驱动柱塞泵，柱塞泵输出流量，使得电液作动器1两腔产生压力差，从而实现对大(小)腿进行驱动。大腿的电液作动器1的顶杆运动时，由于于大腿内侧板式铰接关系，从而拉动大腿内侧板使大腿实现相应的运动；小腿的电液作动器1的顶杆运动时，由于各处的铰接关系，从而电液作动器1的顶杆拉动活动头10，活动头10拉动轴上的套筒7，套筒7绕轴转动，进一步作用于小腿推杆9，小腿推杆9拉动小腿实现相应的运动。当轮腿式车辆进行轮式运动时，车辆给定大(小)腿的电液作动器1信号，通过电液作动器1的柱塞泵控制大(小)腿作动杆的运动，从而实现主动悬架的作用，增加轮式运动的平顺性。

本实施例的轮腿式车辆的轮腿系统，安装于大腿上端，主要部件液压作动器坚固、重量轻、连接点较少，具备完整功能的整体，其作用于较少连杆机构后，完成了腿部的预期运动，满足了轮腿式车辆轮式运动的布置和活动范围需求，解决了大多数用于轮腿式车辆的轮腿系统的不足和缺陷，能够实现运动需求，同时可靠耐用。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种轮腿机构，其特征在于：包括轮组机构、大腿组件、小腿组件、连杆传动组件和直线驱动机构，所述小腿组件的一端与所述轮组机构连接、另一端与所述大腿组件铰接，所述大腿组件和所述小腿组件分别通过所述连杆传动组件与所述直线驱动机构连接，所述直线驱动机构和所述连杆传动组件分别与车身连接。

2.根据权利要求1所述的轮腿机构，其特征在于：所述大腿组件包括一片U型的大腿支架，所述大腿支架的下端铰接于所述小腿组件的两侧、上端两侧板上转动连接有一长轴。

3.根据权利要求2所述的轮腿机构，其特征在于：所述连杆传动组件包括大腿连杆机构和小腿连杆机构，所述小腿连杆机构设置于所述长轴上且分别与所述直线驱动机构和小腿推杆连接，所述大腿连杆机构分别与所述大腿支架的上端和所述直线驱动机构铰接。

4.根据权利要求3所述的轮腿机构，其特征在于：所述大腿连杆机构包括一对弧形连杆和一对直线连杆，所述直线驱动机构的两侧分别连接有一所述弧形连杆和一所述直线连杆，所述直线连杆的另一端均用于与所述车身铰接，所述弧形连杆的另一端均与所述大腿支架的上端铰接。

5.根据权利要求3所述的轮腿机构，其特征在于：所述小腿连杆机构包括套筒和所述小腿推杆，所述套筒套设于所述长轴上且外壁上设置有两个连接耳，两个所述连接耳分别与所述直线驱动机构和所述小腿推杆铰接，所述小腿推杆的下端铰接于所述小腿组件上。

6.根据权利要求5所述的轮腿机构，其特征在于：所述直线驱动机构与所述连接耳分别与一活动头的两端铰接，所述活动头与所述直线驱动机构铰接的一端铰接有一对所述直线连杆，所述直线连杆用于与所述车身铰接。

7.根据权利要求5所述的轮腿机构，其特征在于：两个所述连接耳交错设置，且交错的圆心角为20°-100°，所述小腿推杆与所述小腿组件的铰接轴距离所述所述小腿组件与所述大腿组件的铰接轴10cm-20cm。

8.根据权利要求1所述的轮腿机构，其特征在于：所述小腿组件包括小腿支架，所述小腿支架采用镂空框架，所述小腿支架的下端与所述轮组机构的转轴连接、上端与所述大腿组件通过销轴铰接。

9.根据权利要求1所述的轮腿机构，其特征在于：所述轮组机构包括车轮和轮毂电机，所述车轮上设置有所述轮毂电机，所述轮毂电机与所述小腿组件的下端连接。

10.根据权利要求1所述的轮腿机构，其特征在于：所述直线驱动机构包括两个电液作动器，两个所述电液作动器分别通过所述连杆传动组件驱动所述大腿组件和所述小腿组件运动。