CN111591363B - 一种高集成轮腿复合机构及运载平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高集成轮腿复合机构，包括车轮、小腿臂、轮腿复合驱动电机，用于将轮腿复合驱动电机动力分别传递给车轮或小腿臂的动力切换装置，以及用于分别锁定车轮或小腿臂的互斥式止锁装置，轮腿复合驱动电机的输出轴与动力切换装置的输入轴相连接，动力切换装置的第一输出轴与车轮轴连接，小腿臂的顶端套接在动力切换装置的第二输出轴上，车轮轴、动力切换装置的第一输出轴、第二输出轴同轴线设置，所述互斥式止锁装置位于车轮与小腿臂之间并且分别与与车轮轴和小腿臂固定连接。本发明可以实现轮式与腿式的快速切换，并且结构紧凑简单，易于实现，运动平稳，利于制造并推广。

Description

一种高集成轮腿复合机构及运载平台

技术领域

本发明涉及地面无人平台领域，尤其是一种高集成轮腿复合机构及运载平台。

背景技术

随着智能科学的发展，无人机动平台越来越成为人们关注的重点，各种无人车辆的研发成为科研领域的新潮。

现有的地面移动平台的行走机构包括轮式、履带式、腿式和这几种的复合形式。其中，轮式和履带式都比较常见，在装甲车辆和运输车辆上都有应用，而腿式行走机构大都用于仿生机器人，从原理上而言具有极好的越障能力，但由于结构和控制复杂，目前并未得到大规模应用。而轮腿复合式结构，其存在结构复杂、运动平稳性较差的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单紧凑、运动平稳可靠的高集成轮腿复合机构及运载平台。

为解决该问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高集成轮腿复合机构，包括车轮、小腿臂、轮腿复合驱动电机，用于将轮腿复合驱动电机动力分别传递给车轮或小腿臂的动力传动装置，以及用于分别锁定车轮或小腿臂的互斥式止锁装置，轮腿复合驱动电机的输出轴与动力传动装置的输入轴相连接，动力传动装置的第一输出轴与车轮轴连接，小腿臂的顶端套接在动力传动装置的第二输出轴上，车轮轴、动力传动装置的第一输出轴、第二输出轴同轴线设置，所述互斥式止锁装置位于车轮与小腿臂之间并且分别与与车轮轴和小腿臂固定连接。

进一步地，所述动力传动装置为行星减速器，轮腿复合驱动电机的输出轴与行星减速器的输入轴连接，所述行星减速器上的行星架输出轴作为第一输出轴与车轮轴连接，所述行星减速器的大齿圈作为第二输出轴，小腿臂的顶端套在行星减速器的大齿圈上并与所述大齿圈固接。

进一步地，所述互斥式止锁装置包括车轮制动盘和小腿臂制动盘、止锁部件，车轮制动盘和小腿臂制动盘与车轮轴同轴线设置，所述车轮制动盘套接在车轮轴上并与车轮轴固接，所述小腿臂制动盘套接在大齿圈上并与大齿圈固接，所述止锁部件横跨在车轮制动盘和小腿臂制动盘的外缘端，当止锁部件锁定车轮制动盘时，小腿臂的制动盘解除锁定，当止锁部件旋转锁定小腿臂制动盘时，车轮制动盘锁定解除锁定。

进一步地，所述止锁部件包括伺服电机，蜗杆轴以及与蜗杆轴啮合的蜗轮，所述伺服电机驱动蜗杆轴，蜗杆轴转动带动蜗轮旋转，在所述蜗轮的蜗轮轴两端分别设置带有缺口的止锁柱，两个所述止锁柱的缺口方向互补，所述蜗轮轴横跨在车轮制动盘和小腿臂制动盘上，所述车轮制动盘和小腿臂制动盘上开设有多个与止锁柱卡合的止锁口，当制动盘解除锁定时，所述止锁柱的缺口与制动盘的外缘留有间隙使制动盘旋转通过，当制动盘被锁住时，所述止锁柱的非缺口侧卡合在制动盘的止锁口中。

进一步地，靠近所述车轮制动盘的外缘上设有车轮制动盘位置传感器。

进一步地，所述车轮制动盘位置传感器为光电传感器。

进一步地，靠近所述小腿臂制动盘处设置有小腿臂制动盘位置传感器。

进一步地，所述小腿臂制动盘位置传感器为编码器，在所述大齿圈上固接有齿轮，并且该齿轮与编码器同轴的小齿轮啮合后将小腿臂制动盘的位置信息传递给编码器。

进一步地，还包括大腿臂悬架及大腿臂驱动装置，所述大腿臂悬架的一端与大腿臂驱动装置相连接，另一端套接在车轮轴上。

本发明还提供了一种高集成轮腿复合运载平台，平台采用上面所述的高集成轮腿复合机构。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果是：

本发明一种高集成轮腿复合机构，通过使用动力传动装置使得使用一套动力驱动装置即可驱动车轮或小腿臂，从而使得轮腿复合机构结构紧凑，通过使用互斥式止锁装置使得同一时间只有车轮或小腿臂工作，从而使得在铺装路面车轮工作状态时，小腿臂收起不影响车轮旋转，运载平台可快速行进；在极端越野路面时，轮式运动转变成腿式行走，用于跨越台阶及实现奔跑、跳跃等动作。本发明可以实现轮式与腿式的快速切换，并且结构紧凑简单，易于实现，运动平稳，利于制造并推广。

附图说明

图1为实施例中轮腿复合机构的立体结构示意图；

图2为实施例中轮腿复合机构原理图；

图3为实施例中提供的轮腿复合机构动力复用机构原理图；

图4为实施例中提供的互斥式止锁装置示意图；

图5为实施例中止锁部件示意图；

图6为轮式行走模式示意图；

图7为腿式上台阶模式示意图；

图8为腿式跳跃模式示意图；

图9为实施例中运载平台轮式和腿式行走状态示意图；

具体实施方式

图1至图9示出了本发明一种高集成轮腿复合机构的具体实施例，如图1、图2、图3所示，包括车轮、小腿臂、轮腿复合驱动电机、用于将轮腿复合驱动电机动力分别传递给车轮或小腿臂的动力传动装置，以及用于分别锁定车轮或小腿臂的互斥式止锁装置，轮腿复合驱动电机的输出轴与动力传动装置的输入轴相连接，动力传动装置的第一输出轴与车轮轴连接，小腿臂的顶端套接在动力传动装置的第二输出轴上，车轮轴、动力传动装置的第一输出轴、第二输出轴同轴线设置，所述互斥式止锁装置位于车轮与小腿臂之间并且分别与与车轮轴和小腿臂固定连接。本实施例通过使用动力传动装置使得使用一套动力驱动装置即可驱动车轮或小腿臂，从而使得轮腿复合机构结构紧凑，通过使用互斥式止锁装置使得同一时间只有车轮或小腿臂工作，从而使得在铺装路面车轮工作状态时，小腿臂收起不影响车轮旋转，运载平台可快速行进；在极端越野路面时，轮式运动转变成腿式行走，用于跨越台阶及实现奔跑、跳跃等动作。本发明可以实现轮式与腿式的快速切换，并且结构紧凑简单，易于实现，

本实施例中，如图2、图3所示，所述动力传动装置为行星减速器，轮腿复合驱动电机的输出轴与行星减速器的输入轴连接，所述行星减速器上的行星架输出轴作为第一输出轴与车轮轴连接，所述行星减速器的大齿圈作为第二输出轴，小腿臂的顶端套在行星减速器的大齿圈上，与所述大齿圈固接。本实施例中将行星减速器作为动力传动装置，轮腿复合驱动电机的输出轴输入到行星减速器的太阳轮上，进行减速后，经常规的行星架输出轴作为第一输出轴与车轮轴连接给车轮轴提供动力，本实施例中创造性的将大齿圈作为第二输出轴，小腿臂的顶端套在行星减速器的大齿圈上后，大齿圈旋转既可以带动小腿臂运动。通过分别制动行星架和大齿圈，即实现了将轮腿复合驱动电机的输出轴动力向大齿圈和行星架传递，从而实现动力的分动传输。而且只使用一套动力驱动装置即可驱动车轮或小腿臂，小腿臂直接套接在大齿圈上，使轮腿复合机构结构紧凑简单，达到高集成的目的。

本实施例中，如图4、图5所示，所述互斥式止锁装置包括车轮制动盘和小腿臂制动盘、止锁部件，车轮制动盘和小腿臂制动盘与车轮轴同轴线设置，所述车轮制动盘套接在车轮轴上并与车轮轴固接，所述小腿臂制动盘套接在大齿圈上并与大齿圈固接，所述止锁部件横跨在车轮制动盘和小腿臂制动盘的外缘端，当止锁部件锁定车轮制动盘时，小腿臂制动盘解除锁定，当止锁部件旋转锁定小腿臂制动盘时，车轮制动盘锁定解除锁定。当车轮制动盘被锁定时，车轮轴由于与车轮制动盘固接，使得车轮轴以及驱动车轮轴的行星架输出轴停止转动，轮腿复合驱动电机驱动大齿圈转动，带动套接在大齿圈上的小腿臂转动，实现小腿臂的运动。当小腿臂制动盘被锁定时，与小腿臂制动盘固接的小腿臂被锁定，进而使得与小腿臂固接的大齿圈制动，从而轮腿复合驱动电机驱动行星轮运动，致使行星架输出轴驱动车轮轴转动，车轮转动。本实施例通过在车轮制动盘和小腿臂制动盘的外缘端横跨一个可旋转的止锁部件，在止锁部件旋转时，一个制动盘锁定另一个制动盘则解除锁定，实现互斥式止锁。从而使得轮式和腿式状态切换自如。

本实施例中，如图1、图5所示，所所述止锁部件包括伺服电机，蜗杆轴以及与蜗杆轴啮合的蜗轮，所述伺服电机驱动蜗杆轴，蜗杆轴转动带动蜗轮旋转，在所述蜗轮的蜗轮轴两端分别设置带有缺口的止锁柱，两个所述止锁柱的缺口方向互补，所述蜗轮轴横跨在车轮制动盘和小腿臂制动盘上，所述车轮制动盘和小腿臂制动盘上开设有多个与止锁柱卡合的止锁口，当制动盘解除锁定时，所述止锁柱的缺口与制动盘的外缘留有间隙使制动盘旋转通过，当制动盘被锁住时，所述止锁柱的非缺口侧卡合在制动盘的止锁口中。本实施例通过方向互补的两个带有缺口的止锁柱，在一个止锁柱的缺口对准其中一个制动盘时，另外一个止锁柱的非缺口侧卡合在另一个制动盘的止锁口锁定该制动盘，在蜗轮旋转180后，止锁柱上的非缺口侧变换成缺口侧，被锁定的制动盘解除锁定，而同时原未被锁定的制动盘由于止锁柱的旋转，缺口侧变成非缺口侧，卡合在止锁口处，锁定了原未被锁定的制动盘。

本实施例中，如图4所示，靠近所述车轮制动盘的外缘上设有车轮制动盘位置传感器。位置传感器探测车轮制动盘上止锁口的位置，为止锁部件提供制动盘上止锁口的位置信息，从而准确止锁。在所述小腿臂制动盘附近设置有小腿制动盘位置传感器。所述小腿臂制动盘位置传感器通过固接在大齿圈上的齿轮将小腿臂制动盘的位置信息传递给小腿臂制动盘位置传感器。小腿臂制动盘位置传感器探测到小腿臂制动盘的位置信息，为止锁部件提供制动盘上止锁口的位置信息，从而准确止锁。本实施例中，车轮制动盘的位置传感器使用的是光电传感器探测制动盘上的止锁口，而小腿臂制动盘位置传感器使用的编码器，编码器上的信号通过固接在大齿圈上的齿轮及与编码器同轴的小齿轮啮合减速后传递给编码器的，当然也可以对车轮制动盘和小腿臂制动盘使用相同的位置传感器，本实施例的目的主要是为了在有限的空间内实现轮腿复合机构的高度集成。

本实施例中，如图1所示，还包括大腿臂悬架及大腿臂驱动电机，所述大腿臂悬架的一端与大腿臂驱动装置相连接，另一端套接在车轮轴上。如图6、图7、图8所示，在平坦的路面上采用轮式方式行驶，大腿臂悬架悬挂在车架上，在大腿臂驱动电机的作用下大腿臂悬架可带动车轮轴进而带动车轮随着路面的起伏而摆动；在极端越野路面时，采用腿式方式行走，大腿臂悬架驱动电机驱动大腿臂悬架摆动，车轮轴在大腿臂悬架摆动的作用下作为轴关节摆动，小腿臂在轮腿复合驱动电机的作用下驱动小腿臂转动。轮式运动转变成腿式行走，用于跨越台阶及实现奔跑、跳跃等动作。

本发明还提供了一种高集成轮腿复合运载平台，如图9所示，采用多个上述的高集成轮腿复合机构，依靠多个大腿臂臂悬架与车架相连接，大腿臂悬架在大腿臂驱动装置的作用下，带动大腿臂运动，实现轮式到腿式的运动。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高集成轮腿复合机构，包括车轮、小腿臂、轮腿复合驱动电机，其特征在于：还包括用于将轮腿复合驱动电机动力分别传递给车轮或小腿臂的动力传动装置，以及用于分别锁定车轮或小腿臂的互斥式止锁装置，轮腿复合驱动电机的输出轴与动力传动装置的输入轴相连接，动力传动装置的第一输出轴与车轮轴连接，小腿臂的顶端套接在动力传动装置的第二输出轴上，车轮轴、动力传动装置的第一输出轴、第二输出轴同轴线设置，所述互斥式止锁装置位于车轮与小腿臂之间并且分别与与车轮轴和小腿臂固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种高集成轮腿复合机构，其特征在于：所述动力传动装置为行星减速器，轮腿复合驱动电机的输出轴与行星减速器的输入轴连接，所述行星减速器上的行星架输出轴作为第一输出轴与车轮轴连接，所述行星减速器的大齿圈作为第二输出轴，小腿臂的顶端套在行星减速器的大齿圈上并与所述大齿圈固接。

3.根据权利要求2所述的一种高集成轮腿复合机构，其特征在于：所述互斥式止锁装置包括车轮制动盘和小腿臂制动盘、止锁部件，车轮制动盘和小腿臂制动盘与车轮轴同轴线设置，所述车轮制动盘套接在车轮轴上并与车轮轴固接，所述小腿臂制动盘套接在大齿圈上并与小腿臂固接，所述止锁部件横跨在车轮制动盘和小腿臂制动盘的外缘端，当止锁部件锁定车轮制动盘时，小腿臂的制动盘解除锁定，当止锁部件旋转锁定小腿臂制动盘时，车轮制动盘锁定解除锁定。

4.根据权利要求3所述的一种高集成轮腿复合机构，其特征在于：所述止锁部件包括伺服电机，蜗杆轴以及与蜗杆轴啮合的蜗轮，所述伺服电机驱动蜗杆轴，蜗杆轴转动带动蜗轮旋转，在所述蜗轮的蜗轮轴两端分别设置带有缺口的止锁柱，两个所述止锁柱的缺口方向互补，所述蜗轮轴横跨在车轮制动盘和小腿臂制动盘上，所述车轮制动盘和小腿臂制动盘上开设有多个与止锁柱卡合的止锁口，当制动盘解除锁定时，所述止锁柱的缺口与制动盘的外缘留有间隙使制动盘旋转通过，当制动盘被锁住时，所述止锁柱的非缺口侧卡合在制动盘的止锁口中。

5.根据权利要求4所述的一种高集成轮腿复合机构，其特征在于：靠近所述车轮制动盘的外缘上设有车轮制动盘位置传感器。

6.根据权利要求5所述的一种高集成轮腿复合机构，其特征在于：所述车轮制动盘位置传感器为光电传感器。

7.根据权利要求4所述的一种高集成轮腿复合机构，其特征在于：靠近所述小腿臂制动盘处设置有小腿臂制动盘位置传感器。

8.根据权利要求7所述的一种高集成轮腿复合机构，其特征在于：所述小腿臂制动盘位置传感器为编码器，在所述大齿圈上固接有齿轮，并且该齿轮与编码器同轴的小齿轮啮合后将小腿臂制动盘的位置信息传递给编码器。

9.根据权利要求1所述的一种高集成轮腿复合机构，其特征在于：还包括大腿臂悬架及大腿臂驱动装置，所述大腿臂悬架的一端与动力驱动装置相连接，另一端套接在车轮轴上。

10.一种高集成轮腿复合运载平台，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的高集成轮腿复合机构。

Images