[发明专利]同步伸缩变形式轮履腿复合行走装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及到机器行走装置领域，特指一种同步伸缩变形式轮履腿复合行走装置，尤其适用于移动机器人、工程车辆等领域。

背景技术

众所周知，用于火灾、矿难、核泄漏等危险作业的小型地面移动机器人以其体积小、成本低、生存能力强、运动灵活等特点成为移动机器人研究领域的又一热点。移动机器人最基本的行走方式有轮式、履带式及腿式三种：其中轮式结构运行平稳、高速高效，然而其越障能力、适应复杂地形的能力却非常有限；履带式行走装置接地比压小，能够适应沙土、泥泞等松软地形，但同时也存在转弯性较差、速度及效率较低等缺点；腿式结构具有越障能力强、适应性好的优点，但是其行进速度低、能耗高。

有从业者，提出一种轮履腿复合形式的结构，它包括底盘和行进驱动机构，行进驱动机构包括行进动力装置、履带驱动轮和履带从动轮，底盘上安装有三个以上变形轮部件，变形轮部件包括变形轮圈和变形切换机构，变形轮圈包括由多个弧形轮圈片首尾铰接相连成一个轮圈，轮圈的外侧包裹有履带，履带用来与履带驱动轮和履带从动轮发生配合形成履带驱动状态；变形切换机构采用的是丝杠螺母推动“X”交叉型伸缩杆的铰接点，以驱动轮圈变形。也就是说，在驱动下可以通过伸缩令相邻弧形轮圈片之间发生位移从而改变轮圈的形状和行进姿态。在圆轮模式下，“X”交叉型伸缩杆的四个端点分别对四段圆弧轮圈形成支撑，起到辐条的作用，之所以要做成可伸缩的，是因为轮圈由圆形变为“∞形”的过程中，两相对的支撑点之间的距离L是不断变化的。

通过长期的研究发现，上述方案在实践过程中仍然存在一些难以解决的问题：

1、由于变形轮的轮圈被分成了四段，因此必须在四个圆弧铰接点形成支撑，才能使轮圈保持圆形。上述方案虽然在水平方向上的两个铰接点有轮架作为支撑，但是在竖直方向上的两个铰接点却并没有。虽然“X”型的辐条支撑于相邻的两个交接点之间，但是为了轮圈能够变形，轮架和辐条都是可以伸长的，因此轮架和辐条都只能给轮圈提供支撑力却不能提供拉力，这都使得轮圈在竖直方向上缺乏保持力。当水平方向受到挤压力时，轮圈能够在轮架的支撑下保持圆形；而当竖直方向受到挤压力时，轮圈则容易发生变形。

2、由于对伸缩杆长度变化规律的限制，使得伸缩杆对轮圈的支撑点位置距离轮圈的受力点较远，经计算可得，这就导致“X”型辐条对轮圈的支撑效果并不好，即轮圈的轮圈结构的受力性能不好。

3、“X”型辐条采用伸缩杆，包含有滑动副，当滑动副配合较紧密时，容易导致卡死，伸缩不灵活使得变形不可靠；当滑动副配合较为松动时，运动副间的间隙较大，使得伸缩杆的晃动大，导致整个轮圈结构的空程增大，即轮圈不能够保持圆形，会降低运动精度与结构可靠度。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、运动方式灵活、地形适应能力强的同步伸缩变形式轮履腿复合行走装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

包括轮圈、行进驱动机构和变形轮部件，所述轮圈的外侧包裹有履带，所述变形轮部件包括变形电机和三根以上的支撑丝杆，所述变形电机位于轮圈的中部，所述支撑丝杆上通过螺纹配合安装有螺母接头，所述螺母接头与轮圈接触形成联动支撑，所述支撑丝杆均通过传动部件与所述变形电机的输出端相连并在变形电机驱动下转动，在所述支撑丝杆的转动过程中，所述螺母接头会在支撑丝杆上平移令轮圈改变形状。

作为本发明的进一步改进：所述支撑丝杆与变形电机之间通过锥齿轮组件相连并完成传动。

作为本发明的进一步改进：所述轮圈上设置铰接孔用来与螺母接头形成铰接支撑。

作为本发明的进一步改进：所述轮圈在周向方向上分成若干瓣弧形轮圈片，相邻弧形轮圈片之间采用铰接的方式连接。

作为本发明的进一步改进：所述弧形轮圈片的瓣数与支撑丝杆的数量一致。

作为本发明的进一步改进：所述支撑丝杆为四根，所述弧形轮圈片为四瓣。

作为本发明的进一步改进：所述支撑丝杆与轮圈的接触支撑点位于相邻弧形轮圈片之间的铰接点位置处。

作为本发明的进一步改进：所述行进驱动机构包括行进动力装置、履带驱动轮和履带从动轮。

作为本发明的进一步改进：所述履带用来与履带驱动轮和履带从动轮发生配合形成履带驱动状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：