一种可变形轮履复合行走机构

1.本发明涉及地面无人机动平台行走机构技术领域，具体是一种可变形轮履复合行走机构。


背景技术：

2.地面无人机动平台行走机构是保障平台完成特定军事任务的机动性和通过性重要保障，要能适应多种行走环境，包括城市铺装、泥地、雪地、沙地、松软等多种道路状况。
3.目前地面无人机动平台行走机构主流的有纯轮式行走机构、纯履带式行走机构和可重构变形轮履式行走机构。
4.独立轮式结构简单，良好的道路条件下高速行驶性能良好，且转向较灵活，其缺点是接地面积较小，接地比压较大，在湿滑地形下易出现打滑、深陷等失控情形；履带式行走机构接地比压小，地面附着力大，适合在雪地、泥泞道路等环境运动，缺点是由于履带的摩擦耗能，运动灵活性较轮式机构较差；基于可重构变形思路发展起来的轮履复合式行走机构，可以在轮式和履带式之间切换构型，可以兼具轮式和履带式的优点，但结构复杂、可靠性较差，这是其主要技术瓶颈，也是实际应用受限的主要原因。考虑机构复杂性因素，在当前地面无人机动平台可重构轮履结构中，以三角形
‑
类圆形转换结构为主流，该型机构可实现轮履形状在类圆形与正三角形之间转换，且面对复杂路况障碍，该构型可提供轮式滚动及三角履带绕轮架滑动两种运动方式，因为两种构型下，正三角形边长与类圆形直径尺寸相当，故在几何原理上三角形轮履构型不具备通过整体翻转实现翻越障碍的优势。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种可变形轮履复合行走机构，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种可变形轮履复合行走机构，包括：
8.用于使外部轮廓在扁长八边形和类圆形间变换的可变形轮履主架；
9.包覆在所述可变形轮履主架外边缘且可由所述可变形轮履主架带动改变形状的履带；
10.设置在所述可变形轮履主架内部中间位置用于驱动所述履带转动的履带驱动装置；以及
11.设置在所述可变形轮履主架外表面中部用于驱动所述可变形轮履主架翻转的轮履主架驱动装置。
12.作为本发明进一步的方案：所述履带的宽度方向中部开设引导孔。
13.作为本发明进一步的方案：所述可变形轮履主架包括相对固定设置的限位板、一端设置在两块限位板内部左右两侧的驱动三角轮组、用于带动驱动三角轮组水平滑动的变形驱动装置、设置在所述限位板相对面上斜对角处且能够竖直滑动的三角轮滑、设置在所
述限位板相对侧面顶端和底端中点处能够竖直滑动的纵向调节轮，所述纵向调节轮与其水平两侧的三角轮滑处于同一水平线，所述驱动三角轮组与三角轮滑间设置有用于带动三角轮滑滑动的连杆，所述纵向调节轮通过连杆与其水平两侧的三角轮滑铰接。
14.作为本发明进一步的方案：所述限位板包括设置在所述限位板水平左右两端中心处用于使所述驱动三角轮组水平滑动的驱动三角轮组滑动限位槽、竖直设置在所述限位板各个垂直端点处用于使所述三角轮滑实现竖直及水平滑动的三角轮滑滑动限位槽、设置在所述限位板顶端和底端中点处用于实现所述纵向调节轮竖直方向滑动的纵向调节轮滑动限位槽、设置在所述纵向调节轮滑动限位槽两侧用于保持所述纵向调节轮方向一定的纵向调节轮辅助滑动槽，以及设置在所述纵向调节轮滑动限位槽内侧的死点规避弹珠装置。
15.作为本发明进一步的方案：两个所述变形驱动装置水平设置在任意一个限位板外侧面中部的左右两端，且所述变形驱动装置的一端与所述驱动三角轮组的一端固定连接，所述变形驱动装置包括直流电机、与所述直流电机相连的丝杆、设置在丝杆上的丝杆滑块，所述丝杆滑块连接所述驱动三角轮组设置在所述限位板上的一端。
16.作为本发明进一步的方案：所述三角轮滑包括两个实心滑轮、一个凹槽滑轮、固定杆，实心滑轮、凹槽滑轮呈三角形状排布并通过固定杆连接实心滑轮、凹槽滑轮的转轴处。
17.作为本发明进一步的方案：所述驱动三角轮组包括两个相对设置三角轮滑、固定连杆，所述固定连杆的两端分别固定在两个三角轮滑的凹槽滑轮上，所述驱动三角轮组的凹槽滑轮设置在所述限位板上。
18.作为本发明进一步的方案：所述纵向调节轮包括三角轮滑、相对平行设置在所述三角轮滑上的导向曲轴，所述导向曲轴固定在所述凹槽滑轮两侧的固定杆上，所述纵向调节轮的凹槽滑轮和导向曲轴设置在所述限位板上。
19.作为本发明进一步的方案：所述履带驱动装置包括用于驱动履带转动的驱动主轮、用于连接外部动力机构进而带动所述驱动主轮转动的主轮驱动轴，所述驱动主轮设置在可变形轮履主架的内部中心位置，所述主轮驱动轴一端与驱动主轮键连接，另一端露在所述可变形轮履主架的外表面上。
20.作为本发明进一步的方案：所述轮履主架驱动装置为固定在所述可变形轮履主架外表面中心处的小齿轮。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置可变形轮履主架，利用多连杆运动规律，实现轮履构型在类圆形与扁长形之间灵活切换，通过驱动动力的转换及组合，可实现类圆形构型下履带与可变形轮履主架绕中心轴线的同步纯滚动、扁长构型下履带绕可变形轮履主架转动以及扁长构型下轮履与履带整体翻转三种运动姿态。在城市铺装等平坦硬质路况采用类圆形构型行驶，由于规避了履带与可变形轮履主架之间的相对滑动，提高了行走系统整体效率；面对松软泥泞路况采用扁长构型履带绕可变形轮履主架转动模式，可发挥履带式行走机构的优势特性；面对路况障碍采用扁长构型下履带与可变形轮履主架整体翻转运动方式，可实现对于障碍物的攀爬翻越，三种运动方式的有机组合，大大增强了平台行走机构的机动性能和通过性能。且本发明基于连杆运动规律，结构简单，易于养护和维修；两种构型对应连杆两种极限位置，构型易于保持稳定；变形驱动动力为直流电机，动作简单，可靠性高。
附图说明
22.图1为本发明机构爆炸视图；
23.图2为本发明扁长构型的立体结构示意图；
24.图3为本发明类圆构型的立体结构示意图；
25.图4为可变形轮履主架的立体结构示意图；
26.图5为限位板的结构示意图；
27.图6为三角轮滑的结构示意图；
28.图7为驱动三角轮组的结构示意图；
29.图8为纵向调节轮的结构示意图。
30.图中：1
‑
可变形轮履主架、11
‑
限位板、111
‑
驱动三角轮组滑动限位槽、112
‑
三角轮滑滑动限位槽、113
‑
纵向调节轮滑动限位槽、114
‑
纵向调节轮辅助滑动槽、115
‑
死点规避弹珠装置、12
‑
驱动三角轮组、121
‑
固定连杆、13
‑
变形驱动装置、131
‑
直流电机、132
‑
丝杆、133
‑
丝杆滑块、14
‑
三角轮滑、141
‑
实心滑轮、142
‑
凹槽滑轮、143
‑
固定杆、15
‑
纵向调节轮、151
‑
导向曲轴、16
‑
连杆、2
‑
履带、3
‑
履带驱动装置、31
‑
驱动主轮、32
‑
主轮驱动轴、4
‑
轮履主架驱动装置。
具体实施方式
31.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做出创造性劳动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。
32.请参阅图1，本发明实施例中，一种可变形轮履复合行走机构，包括用于使外部轮廓在扁长八边形和类圆形间变换的可变形轮履主架1；包覆在所述可变形轮履主架1外边缘且可由所述可变形轮履主架带动改变形状的履带2；设置在所述可变形轮履主架1内部中间位置用于驱动所述履带2转动的履带驱动装置3；以及设置在所述可变形轮履主架1外表面中部用于驱动所述可变形轮履主架翻转的轮履主架驱动装置4。
33.具体的，请参阅图1，所述履带2由高耐磨橡胶制作，所述履带的宽度方向中部开设引导孔，用于和履带驱动部件3的驱动主轮31的轮齿相啮合，实现履带驱动部件3带动履带2转动，履带包覆在所述可变形轮履主架1的外边缘，会随着可变形轮履主架的构型变化而改变外形，当可变形轮履主架1构型为类圆形时，履带外形为类圆形，当所述可变形轮履主架1构型为扁长八边形时，履带2的形状为扁长八边形。
34.具体的，请参阅图4，所述可变形轮履主架结构1包括相对固定设置的限位板11、驱动三角轮组12、变形驱动装置13、三角轮滑14、纵向调节轮15、连杆16。
35.具体的，请参阅图4、6，所述八个三角轮滑14设置在两块限位板11相对侧面上的共八个垂直拐点处，所述三角轮滑14包括两个实心滑轮141、一个凹槽滑轮142、三个等长的固定杆143，如图6，实心滑轮、凹槽滑轮呈正三角形状排布并通过等长的固定杆143连接实心滑轮、凹槽滑轮的转轴处进行固定，两只实心滑轮141端面共面，凹槽滑轮142与实心滑轮141端面不共面，从而避免了限位板11与三角滑轮14的运动干涉摩擦，所述三角轮滑14上的实心滑轮141、凹槽滑轮142能够进行360
°
转动，所述三角轮滑14的凹槽滑轮设置在所述限
位板11上并能进行竖直及水平滑动，所述三角轮滑14用于调整可变形轮履主架1的构型姿态。
36.具体的，请参阅图4、7，所述两个驱动三角轮组12的一端分别设置在两块限位板内部左右两端，所述驱动三角轮组12包括两个相对设置三角轮滑14、固定连杆121，如图7，所述固定连杆的两端分别固定在两个三角轮滑14的凹槽滑轮142上，所述驱动三角轮组12上的凹槽滑轮142设置在所述限位板11上，带动驱动三角轮组12在限位板11上水平滑动，所述驱动三角轮组12用于调整可变形轮履主架1的构型姿态。
37.具体的，请参阅图4、8，所述纵向调节轮15设置在所述限位板11相对侧面顶端和底端中点处，两块限位板上共设置有4个纵向调节轮，所述纵向调节轮与其水平两侧的三角轮滑14处于同一水平线，所述纵向调节轮15包括三角轮滑14、相对平行设置在所述三角轮滑上的导向曲轴151，如图8，所述导向曲轴151固定在所述凹槽滑轮142两侧的固定杆143上，所述导向曲轴未与固定杆连接的一端，设置有圆柱形的卡扣，所述纵向调节轮15的凹槽滑轮142和导向曲轴151设置在所述限位板11上使所述纵向调节轮15能在限位板11竖直滑动，所述纵向调节轮15用于调整可变形轮履主架1的构型姿态。
38.具体的，请参阅图4、5，相对设置的两块限位板11通过左右两侧各两根的螺柱组件固定在一起，所述螺柱组件包括一根长螺柱和四只螺母组成，每块限位板内外两侧各由一只螺母锁紧定位，每块限位板11左右两侧开设有4个螺孔，用于安装螺柱组件，所述限位板11左右对称；所述限位板11包括驱动三角轮组滑动限位槽111、三角轮滑滑动限位槽112、纵向调节轮滑动限位槽113、纵向调节轮辅助滑动槽114以及死点规避弹珠装置115；所述驱动三角轮组滑动限位槽111设置在每块所述限位板11水平左右两端中心处，所述驱动三角轮组滑动限位槽111为圆角矩形槽孔，所述驱动三角轮组12的两个凹槽滑轮142分别卡接在两块限位板11相对的驱动三角轮组滑动限位槽111内，所述驱动三角轮组12能够在驱动三角轮组滑动限位槽111上水平滑动，实现两套驱动三角轮组12的水平运动导向和限位；所述三角轮滑滑动限位槽112竖直设置在每个限位板11的四个垂直拐点处，即所述限位板11斜对角处，所述三角轮滑滑动限位槽112为带有圆角矩形带转角的槽孔，每个限位板11上的四个三角轮滑滑动限位槽112呈左右上下对称设置，所述三角轮滑14的凹槽滑轮142卡接在三角轮滑滑动限位槽112内，所述三角轮滑14能够在三角轮滑滑动限位槽112上竖直及水平滑动，实现三角轮滑14的运动导向和限位；所述纵向调节轮滑动限位槽113竖直设置在所述限位板11顶端和底端中点处，每块限位板11中部上下端各设置一个纵向调节轮滑动限位槽113，所述纵向调节轮辅助滑动槽114设置在所述纵向调节轮滑动限位槽113两侧，所述纵向调节轮滑动限位槽113为一端开口的圆角矩形槽口，所述纵向调节轮辅助滑动槽114为开口窄矩形槽，其大小能够恰好放置下所述导向曲轴151一端的圆柱形卡扣，所述纵向调节轮15的凹槽滑轮142卡接在纵向调节轮滑动限位槽113内，所述导向曲轴151一端的圆柱形卡扣卡接在纵向调节轮辅助滑动槽114内，所述纵向调节轮15能够在纵向调节轮滑动限位槽113内竖直上下滑动，所述导向曲轴151能够在纵向调节轮辅助滑动槽114内竖直上下滑动，所述纵向调节轮滑动限位槽113实现纵向调节轮15的导向和限位，所述纵向调节轮辅助滑动槽114实现导向曲轴151的导向以及对纵向调节轮15的三角轮滑进行限位的功能，可保持纵向调节轮15三角形结构的一边始终水平；死点规避弹珠装置115设置在所述纵向调节轮滑动限位槽113内侧，在三角轮滑14运动到相应槽孔转角位置，即纵向调节轮从动到相应位
置，连杆16共线，出现死点时，利用死点规避弹珠装置115的弹珠弹力打破连杆的共线状态，实现死点跨越，使得可变形轮履主架1的构型得以继续调整。
39.具体的，请参阅图1
‑
4，所述三角轮滑14通过连杆16与驱动三角轮组12相连，设置在三角轮滑14与驱动三角轮组12间的连杆16连接三角轮滑一端固定连接，该连杆16连接驱动三角轮组12的一端为铰接，所述纵向调节轮15通过连杆16与其水平两侧的三角轮滑14铰接，设置在所述纵向调节轮15与三角轮滑14之间的连杆16与其两端的纵向调节轮15及三角轮滑14均为铰接连接，所述连杆16用于实现驱动三角轮组12、三角轮滑14、纵向调节轮15间的运动传递，每块限位板11上的驱动三角轮组12、三角轮滑14、纵向调节轮15以及连杆16间形成完整的闭环结构；共两个所述变形驱动装置13水平设置在任意一块限位板11外侧面中部的左右两端，所述变形驱动装置13包括直流电机131、与所述直流电机相连的丝杆132、设置在丝杆上的丝杆滑块133，所述丝杆滑块固连所述驱动三角轮组12设置在所述限位板11上的凹槽滑轮142，提供让驱动三角轮组12水平移动的动力，实现带动驱动三角轮组水平移动；所述变形驱动装置13通过丝杆滑块133带动驱动三角轮组12沿驱动三角轮组滑动限位槽111的最左端移动至最右端，驱动三角轮组12通过连杆带动三角轮滑14沿三角轮滑滑动限位槽112最底端移动至顶端转角处，突破死点位置后继续移动至水平段端点位置，进而三角轮滑14通过连杆16带动纵向调节轮15沿纵向调节轮滑动限位槽113最低端向上滑动，直至所述纵向调节轮15的导向曲轴151滑动至纵向调节轮辅助滑动槽的最顶端，由此实现将所述可变形轮履主架1的扁长八边形构型转换成类圆形构型，如图2、3，当需要将可变形轮履主架1类圆形构型转变成扁长八边形构型时，只要通过变形驱动装置13带动驱动三角轮组由驱动三角轮组滑动限位槽111运动回另一个端点，进而带动三角轮滑14、纵向调节轮15也在其对应的槽孔上运动至另一端点即可实现。
40.具体的，请参阅图1，所述履带驱动装置3包括用于驱动履带2转动的驱动主轮31、用于连接外部动力机构进而带动所述驱动主轮转动的主轮驱动轴32，所述驱动主轮为大小与所述限位板相近的带诱导齿圆轮，所述驱动主轮31设置在可变形轮履主架1的内部中心位置，所述主轮驱动轴32一端与所述驱动主轮31键连接，另一端露在所述可变形轮履主架1的外表面上；所述驱动主轮31的齿轮中心处开设带键槽的通孔，所述主轮驱动轴32为台阶轴结构，两段均开设半圆键槽，较细一段插入驱动主轮31，与驱动主轮31通过键连接传动，端面开设内螺纹孔，通过旋合在内螺纹孔内的限位螺栓和自身轴肩实现在驱动主轮31上的轴向定位，所述主轮驱动轴32较粗段的半圆键槽用于和外部减速机轴以键连接传动，外部减速机实现对主轮驱动轴32的支撑和定位，并为主轮驱动轴32提供动力，带动所述主轮驱动轴32转动进而带动驱动主轮31转动，所述驱动主轮31通过其外廓的轮齿叉拨传动履带2，带动履带2转动，实现在扁长八边形构型下履带2绕可变形轮履主架1转动的运动姿态。
41.具体的，请参阅图1，所述轮履主架驱动装置4为固定在所述可变形轮履主架1外表面中心处的小齿轮。所述轮履主架驱动装置4可实现绕自身中心轴线360度的旋转，所述轮履主架驱动装置4通过5个轮毂螺栓及螺母紧固件固定在所述限位板外表面的中心处，所述轮履主架驱动装置4通过与外部动力机构的啮合接受外部动力机构输入的转矩，外部动力机构带动轮履主架驱动装置4转动，轮履主架驱动装置4通过轮毂螺栓带动可变形轮履主架1转动，实现在扁长八边形及类圆形构型下，可变形轮履主架1带着履带2共同翻转。
42.本发明结构新颖，运行稳定，本发明的可变形轮履主架1基于多连杆运动原理，通
过变形驱动装置13带动驱动三角轮组12在限位板11相应槽孔内滑动，进而带动三角轮滑14和纵向调节轮15从动，实现可变形轮履主架1在类圆形和扁长形构型间转换，进而带动履带2在类圆形和扁长八边形外形间变换，且本发明的可变形轮履主架1还可绕中心轴线进行360度的旋转。本发明在使用时，当所述可变形轮履主架1构型为类圆形时，通过轮履主架驱动装置4带动可变形轮履主架1转动，进而使所述可变形轮履主架1与履带2共同转动，适用于在城市铺装等平坦硬质路况下行驶，规避了履带与可变形轮履主架之间的相对滑动，进而提高了行走系统整体效率；当所述可变形轮履主架1构型为扁长八边形时，能够通过轮履主架驱动装置4带动可变形轮履主架1转动，进而使所述可变形轮履主架1与履带2共同转动，适用于路况障碍情形，可实现对于障碍物的攀爬翻越；或者可变形轮履主架1构型为扁长八边形时，通过履带驱动装置3仅带动履带2转动，实现可变形轮履主架1不动，履带2包覆可变形轮履主架1并绕可变形轮履主架1转动，适用于松软泥泞路况，可发挥履带式行走机构的优势特性。
43.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
44.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。