复合轮履曲腿的越障行走系统.pdf

一种复合轮-履-曲腿的越障行走系统，包括车体，该车体的两侧包裹能带动车体前进的主动式履带结构或支持车体滑行的被动式无驱动履带结构，车体的两侧还安装有至少4个车轮，该履带结构中的履带轮直径小于车轮的直径；每一车轮分别通过驱动轴与车体连接，每个车轮驱动轴上还枢接有一根伸缩杆，每一伸缩杆上固定连接曲腿。该曲腿上还可套设曲腿套，且曲腿套可具有不同宽度、不同防滑钉及不同材质。该车体前方还设置有与另一辆车体连接用的插入杆，尾部设置有连接用的插入孔，尾部还设有锁紧插入杆的锁紧装置，以便将多辆车体首尾相连，锁定成串。本发明可用于平地地面、崎岖山地、沼泽、悬涯、河谷、海滩、高原等地形高速越障行驶。

1.  一种复合轮-履-曲腿的越障行走系统，包括车体，其特征在于，该车体的两侧包裹能带动车体前进的主动式履带结构或支持车体滑行的被动式无驱动履带结构，车体的两侧还安装有至少4个车轮，该履带结构中的履带轮直径小于车轮的直径；每一车轮分别通过驱动轴与车体连接，每个车轮的驱动轴上还枢接有一根伸缩杆，每一伸缩杆上固定连接曲腿。

2.  根据权利要求1所述的复合轮-履-曲腿的越障行走系统，其特征在于，所述曲腿为至少一条，且曲腿的曲率、腿长固定或可变。

3.  根据权利要求1所述的复合轮-履-曲腿的越障行走系统，其特征在于，所述车体的两侧安装六个车轮。

4.  根据权利要求1所述的复合轮-履-曲腿的越障行走系统，其特征在于，所述伸缩杆为液压伸缩杆或机械伸缩杆。

5.  根据权利要求1所述的复合轮-履-曲腿的越障行走系统，其特征在于，所述曲腿的外面套设曲腿套。

6.  根据权利要求5所述的复合轮-履-曲腿的越障行走系统，其特征在于，所述曲腿套上设置防滑钉。

7.  一种复合轮-履-曲腿的群串越障行走系统，其特征在于，包括若干首尾相连的车体，该车体的两侧包裹能带动车体前进的主动式履带结构或支持车体滑行的被动式无驱动履带结构，车体的两侧还安装有至少4个车轮，该履带结构中的履带轮直径小于车轮的直径；每一车轮分别通过驱动轴与车体连接，每个车轮的驱动轴上还枢接有一根伸缩杆，每一伸缩杆上固定连接曲腿；每一车体的前方设置有与另一辆车体连接用的插入杆，每一车体的尾部设置有连接用的插入孔，每一车体的尾部还设有锁紧插入杆的锁紧装置。

8.  根据权利要求7所述的复合轮-履-曲腿的越障行走系统，其特征在于，所述伸缩杆为液压伸缩杆或机械伸缩杆。

9.  根据权利要求7所述的复合轮-履-曲腿的越障行走系统，其特征在于，所述曲腿的外面套设曲腿套。

10.  根据权利要求7所述的复合轮-履-曲腿的越障行走系统，其特征在于，所述曲腿套上设置防滑钉。

复合轮-履-曲腿的越障行走系统
技术领域
本发明涉及一种复合轮-履-曲腿的越障行走系统。
背景技术
目前的越障装置可分为轮式、履带式、腿式及轮-履、轮-腿、履-腿、轮-履-腿复合式等。轮式越障装置主要利用了行星轮系的工作原理，适合平地和低障碍越障；履带式越障装置接触面大，适合沼泽地行驶，需要驱动动力较大，机动灵活性欠佳；上述两种越障装置对于90度直坡和超过轮直径高度、履带轮高度的障碍物无能为力。腿式机动性好，但控制复杂，且运动速度缓慢，对跨越高障碍需要具备比障碍长的腿；目前的复合式综合了上述几类的优点，但是均在某方面使用了单项的基本功能，这些复合式装置需要根据地形变化来控制行走机构中的各个组成部件的位置和姿态，比如轮式腿的越障机构，模仿了蟑螂的移动爬行，但是能达到的垂直翻越高度仅为轮式腿半径的1.2倍；比如前摆臂式越障机构或平行四边形前摆臂机构，也很难做到数十倍的轮直径长度且具备大臂长的扭力，以上装置对于全地形和很高的障碍(如悬崖、峭壁等数倍、数十倍腿高或轮高)均无能为力，对于崎岖路面的运动速度也不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有越障行走系统的局限性，提供了一种适应于各种地形环境，且速度高的复合轮-履-曲腿的越障行走系统。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种复合轮-履-曲腿的越障行走系统，包括车体，该车体的两侧包裹能带动车体前进的主动式履带结构或支持车体滑行的被动式无驱动履带结构，车体的两侧还安装有至少4个车轮，该履带结构中的履带轮直径小于车轮的直径；每一车轮分别通过驱动轴与车体连接，每个车轮驱动轴上还枢接有一根伸缩杆，伸缩杆上固定连接曲腿。
该曲腿至少为一条，也即可为单腿、双腿、N(N≥3)腿。
本发明采用的另一种实施方式为一种复合轮-履-曲腿的群串越障行走系统，包括若干首尾相连的车体，每一车体的两侧包裹能带动车体前进的主动式履带结构或支持车体滑行的被动式无驱动履带结构，车体的两侧还安装有至少4个车轮，该履带结构中的履带轮直径小于车轮的直径；每一车轮分别通过驱动轴与车体连接，每个车轮驱动轴上还枢接有一根伸缩杆，伸缩杆上固定连接曲腿；每一车体的前方设置有与另一辆车体连接用的插入杆，每一车体的尾部设置有连接用的插入孔，每一车体的尾部还设有锁紧插入杆的锁紧装置。
上述两种方式中的伸缩杆为液压伸缩杆或机械伸缩杆。
上述两种方式中的曲腿外面套设曲腿套。该曲腿套上还可设置防滑钉。
具体来讲，本发明所介绍的复合轮-履-曲腿的越障行走系统全地形越障碍方法为：
1.平原平整路面：曲腿收缩至最短或卸下来，行走系统由传统轮式系统完成(见图2)，即成为普通4轮或6轮乃至N轮车。适合普通道路的高速机动。
2.丘陵山地、热带丛林：曲腿展开，根据山地的起伏程度改变伸缩杆和曲腿的长短，曲腿采用双边平衡接触点方式进行，可以用固定跃进步态或自适应步态等控制方式行进。固定跃进步态指曲腿接触地面和离开地面的旋转速度一致。自适应步态是接触地面时缓慢转动等待平衡控制点位置(其他曲腿接地)，离开地面时快速转动，直至接触地面时旋转速度变缓。
3.沼泽、水网、水中、海滩、雪地：沼泽地、雪地应更换为宽大的曲腿套和宽大的履带，水面水中使用密封车体，同时更换宽大的直摆腿套，运动控制使用类鱼式摆动行进(见图5)。
4.高原、雪山、峡谷、悬崖、峭壁：数十个车体首尾相连成群串，尽量选择平缓的斜坡而非垂直的90度悬崖，曲腿套也可以更换为长防滑钉的曲腿套(图8)，上高壁前采用前面车体固定抓牢，后面车体顶推的行进方式，并根据地形改变每个曲腿长度寻找攀爬固定点。大部分越过高壁后，采用前面车体群拖动方式带动后面车体越障通过(见图7)。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明采用可控变长的伸缩杆、可控变化的曲腿，曲腿的曲率和长度以及曲腿套可变换，从而可以根据地形动态调节曲腿的迈进步长和曲腿的类型，通过使用传感器实时探测地形，并通过计算机快速计算，自适应控制液压杆长和曲腿曲率和曲腿长，可以适应不同地形障碍高度和环境。曲腿的应用改变了轮式行驶的历史，利用了圆形轮滚动阻力小的力学原理，使用局部圆周轮的小阻力滚动方式，避开了滚动轮必须全接触地面难以越过高障碍的情况，采用跨越障碍的腿式迈进方式，使二者良好的结合起来，提高了跨越障碍的速度，改变了目前机器人腿式越障装置运动缓慢的弱点，是目前道路行进的轮式车辆系统的一次变革。
2.本发明装置采用轮-履-曲腿组合方式，行走速度快，针对不同地形，采用轮、履带、曲腿的单独或组合行驶方式，基本可以适应全球的平原、山地、高原、海滩、沼泽、水网、悬崖、河谷等任何地形的快速行走，也可作为其他星球的登陆探测车使用。
3.本发明装置采用插入杆、插入孔的首尾群串方式连接，具有仿生(蜈蚣)的爬行效果，越障能力强，可以翻越数倍，乃至数十倍轮高的障碍(见图7)。
4.可换的曲腿套，提供了各种长度、粗细、密度的防滑钉，使本发明能适应各种不同的地形环境，抓地、防滑、固定效果好。
5.本发明的曲腿还可更换为直摆腿(见图5)，再配合上密封车体，使本发明适用于水中行驶。
6.本发明两侧的履带可设计成主动或被动型，便于底盘接触障碍时的驱动越障或滑行，特殊情况下可以去掉。
附图说明
图1为标准6轮越障车俯视图(6轮单曲腿)；
图2为标准6轮越障车轮式行驶状态(曲腿收起或未装)；
图3为标准6轮越障车曲腿式行驶状态(6轮单曲腿)；
图4为标准6轮越障车曲腿式行驶状态(6轮双曲腿)；
图5为标准6轮越障车水中直摆腿行驶状态；
图6为标准6轮越障车越障状态(6轮单曲腿)；
图7为标准6轮越障车群串翻越高障碍状态(6轮单曲腿)；
图8为具有不同防滑钉的曲腿套示意图。
图9为本发明曲腿规格示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1-图9所示，本发明一实施例包括一车体2，该车体2的两侧包裹能带动车体2前进的主动式履带结构或无驱动的被动式履带结构(28、29)，该履带结构(28、29)为公知结构，在此不再重述。车体2的两侧还安装有六个车轮3，当然，车体2的两侧不局限于安装六个车轮的形式，其也可是四个、八个或更多，但至少有四个车轮。该履带结构(28、29)中的履带轮直径小于车轮3的直径，使履带结构(28、29)只在触碰凸起障碍时起作用。每一车轮3分别通过驱动轴5与车体2连接，该驱动轴5上还枢接有至少一根伸缩杆4，在本实施例中采用液压伸缩杆，但本发明的伸缩杆4也不局限于这种形式，比如，其还可采用机械伸缩杆。每一伸缩杆4上固定连接套设曲腿套的曲腿13，该曲腿13可采用固定曲率，也可采用可变曲率，曲腿的规格见图9所示：曲腿13由第一段A及第二段B组成，且第一段A是以驱动轴5为圆心的一段圆弧，第二段B为过渡圆弧；该曲腿套可具有不同宽度、不同材质，且曲腿套上还可设置防滑钉。该车体2的前方设置有与另一辆车体连接用的插入杆1，车体2的尾部设置有连接用的插入孔12，车体2的尾部还设有锁紧插入杆1的锁紧装置，以便于多个车体2首尾相连，锁定成串。
车体2两侧的驱动轴5设计为可独立驱动和同步驱动两种行驶模式，独立驱动和同步驱动模式都已是成熟的技术，因而在此不再熬述。该独立驱动模式用于越障环境，同步驱动模式用于规则的障碍环境和平缓的障碍环境以及正常道路环境的高速行驶。
使用时，如图2所示，对于平原平整路面的快速行驶：曲腿13收缩至最短或卸下来，该行走系统由传统轮式系统完成，即成为普通4轮或6轮乃至N轮车，适合普通道路的高速机动。
如图3-图4，对于丘陵山地、热带丛林：曲腿13展开，根据山地的起伏程度改变曲腿13的长短，曲腿13采用三个平衡接触点(该平衡接触点是指车体两边至少保证共3个曲腿接地，使车体平衡)方式进行，可以用固定跃进步态或自适应步态等控制方式行进。针对障碍平缓的环境采用固定跃进步态，使曲腿13接触地面和离开地面的旋转速度一致，这样控制简易，转速快，行驶速度高。针对障碍不平缓的环境，采用自适应步态，即每个曲腿的摆动是根据地形环境来决定的，接触地面时缓慢转动等待平衡接触点位置，离开地面时快速转动，直至接触地面时旋转速度变缓，这样仿生爬行，两侧曲腿13交替迈进。
如图6，翻越低矮障碍的曲腿情况，可根据环境采用同步驱动两侧各个曲腿和自适应驱动各个曲腿，以控制步态和平衡接地点。
对于沼泽、水网、海滩、雪地：沼泽地、雪地应更换为宽大的曲腿套和宽大的履带。
如图5，本发明在水中使用时可采用密封车体，同时更换宽大的直摆腿套，运动控制使用类鱼式摆动行进。
如图7，对于高原、雪山、峡谷、悬崖、峭壁：遇到障碍时，数十个车体2首尾相连成群串，尽量选择平缓的斜坡而非垂直的90度悬崖，曲腿套也可以更换为长防滑钉6的曲腿套(如图8)，上高壁前采用前面车体固定抓牢，后面车体顶推的行进方式，并根据地形改变每个曲腿13的长度寻找攀爬固定点。大部分越过高壁后，采用前面的车体群拖动方式带动后面车体越障通过。