CN103863434A - 一种形态变换式越障行走装置 - Google Patents

Abstract

本发明的形态变换式越障行走装置，包括支撑架，支撑架设置有多个行走机构；行走机构由L形支架、第一液压杆、第二液压杆、转动轮和第三转动轴壳组成，L形支架的两端为第一转动轴壳和第二转动轴壳；第一、第二液压杆处于伸出状态时：第三转动轴壳、水平支撑部和转动轮均处于水平状态；第一液压缸位于伸出、第二液压缸处于缩回状态时：水平支撑部处于竖直状态且第三转动轴壳的外壳着地。本发明的越障行走装置，既实现了在平坦的地面上快速行走和快速越过障碍物，又可在“昆虫”行走状态下越过不适于轮胎行驶的路面，极大地扩展了本发明的越障行走装置的使用范围，对***物品排查、危险区域搜求和复杂地形作战具有极高的价值和意义。

Description

一种形态变换式越障行走装置

技术领域

本发明涉及一种形态变换式越障行走装置，更具体的说，尤其涉及一种可以轮式或脚式行走的形态变换式越障行走装置。 

背景技术

在电子技术和自动化控制技术的迅速发展下，适于各种复杂环境下作业的机器人不断涌现，譬如在***物品排查、危险区域搜求和复杂地形作战等情况下，就需要适应各种复杂环境要求的机器人。但现有机器人一般采用轮式、履带式或多腿支撑式作为行走机构，对于轮式行走机构而言，具有结构简单、行走速度快的优点，但其不适于越障行走。对于履带式行走机构来说，不仅行走速度受到一定的限制，而且也无法越过体形较大的障碍物；对于多腿支撑式行走机构而言，虽然其行走速度十分有限，但适于越障和在高低不平的路面上行走。

    如果能将轮式行走和多腿行走结合起来，将会集它们的优点于一身，既适于在平坦道路上快速前行，又能在高低不平和障碍物多的区域爬行，能够使其在各种复杂的地形下作业。 

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可以轮式或脚式行走的形态变换式越障行走装置。

本发明的形态变换式越障行走装置，包括起固定和支撑作用的支撑架，支撑架下方的两侧对称地设置有多个行走机构；其特别之处在于：所述行走机构由L形支架、第一液压杆、第二液压杆、转动轮和第三转动轴壳组成，L形支架的两端部分别设置有与其相铰接的第一转动轴壳和第二转动轴壳，L形支架通过第一转动轴壳固定于支撑架上，第二转动轴壳上固定有竖直支撑部；所述竖直支撑部的下方设置有水平支撑部，转动轮和第三转动轴壳分别设置于水平支撑部的两端，第三转动轴壳内设置有用于驱使转动轮进行转动的行走电机；第二转动轴壳内设置有驱使水平支撑部转动的第二旋转电机；第一液压缸的两端分别与支撑架和L形支架的转折部相铰接，第二液压缸的两端分别与L形支架的转折部和竖直支撑部相铰接；第一液压缸、第二液压杆处于伸出状态时：L形支架的两边分别处于水平和竖直状态，第三转动轴壳、水平支撑部和转动轮均处于水平状态；第一液压缸位于伸出状态、第二液压缸处于缩回状态时：水平支撑部处于竖直状态且第三转动轴壳的外壳着地。

本发明的形态变换式越障行走装置，所述第一转动轴壳的内部设置有第一旋转电机，第一旋转电机的输出轴经下固定柱转动固定于支撑架上；所述第一液压缸经上固定柱转动固定于支撑架上，下固定柱与上固定柱的轴线处于同一直线上。

本发明的形态变换式越障行走装置，所述第二旋转电机的输出轴经传动轴与水平支撑部相固定，第三转动轴壳内设置有固定套筒，行走电机经固定套筒设置于第三转动轴壳中。

本发明的形态变换式越障行走装置，所述支撑架的上方设置有外壳，外壳上设置有用于图像和视频信息采集的摄像头。

本发明的有益效果是：本发明的形态变换式越障行走装置，通过在支撑架的下方设置多个由L形支架、第一液压杆、第二液压杆、第一旋转电机、第二旋转电机和第三转动轴壳组成的行走机构，通过第二旋转电机的驱使可使转动轮朝向前方或侧方，在第三转动轴壳中行走电机的驱使下可使整个行走装置纵向、横向运动，以越过障碍物；通过第一液压杆的缩回可使行走机构的第三转动轴壳外壳着地，在第一液压杆或第一旋转电机的驱使下可使整个装置以“昆虫”的形式横向和纵向运动，适于在复杂地面条件下行走。本发明的越障行走装置，通过转动轮的纵向和横向行走，以及“昆虫”式的横向和纵向行走，既实现了在平坦的地面上快速行走和快速越过障碍物，又可在“昆虫”行走状态下越过不适于轮胎行驶的路面，极大地扩展了本发明的越障行走装置的使用范围，对***物品排查、危险区域搜求和复杂地形作战具有极高的价值和意义。

附图说明

图1为本发明的行走装置处于纵向行走状态时的立体图；

图2为本发明中行走机构的立体结构示意图；

图3为本发明中行走机构的***图；

图4为本发明的行走装置处于横向行走状态时的立体图；

图5为本发明的行走装置处于“昆虫”行走状态时的结构示意图。

图中：1支撑架，2 L形支架，3第一转动轴壳，4第二转动轴壳，5第一液压杆，6第二液压杆，7竖直支撑部，8第三转动轴壳，9水平支撑部，10转动轮，11下固定柱，12上固定柱，13第二旋转电机，14传动轴，15轴承，16行走电机，17外壳，18摄像头，19固定套筒。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示给出了本发明的形态变换式越障行走装置的立体图，其包括支撑架1和设置于支撑架1下方的多个行走机构，支撑架1起固定和支撑作用，所示的行走机构对称地固定于支撑架1的下方。如图2和图3所示，分别给出了本发明中行走机构的立体图和***图，所示的行走机构由L形支架2、第一转动轴壳3、第二转动轴壳4、第一液压缸5、第二液压杆6、竖直支撑部7、第三转动轴壳8、水平支撑部9和转动轮10组成，所示的第一转动轴壳3固定于L形支架2上侧的端部，第二转动轴壳4固定于L形支架2下侧的端部。第一转动轴壳3中设置有第一旋转电机，第一旋转电机的输出轴与下固定柱11固定在一起，下固定柱11通过轴承转动地固定于支撑架1上；所示的第一液压杆5活塞杆的端部铰接于L形支架2的转折处，第一液压杆5缸体的端部通过上固定柱12与支撑架1相固定。上固定柱12可转动地固定于支撑架1上，且上固定柱12与下固定柱11的轴线在同一直线上，以使第一旋转电机可驱使L形支架2和第一液压杆5同时绕下固定柱11转动。

所示的第二转动轴壳4的下方为竖直支撑部7，水平支撑部9位于竖直支撑部7的下方，水平支撑部9为第三转动轴壳8的一部分，第三转动轴壳8和转动轮10分别位于水平支撑部9的两端。第三转动轴壳8内设置有行走电机16和固定套筒19，行走电机16通过固定套筒19固定于第三转动轴壳8的内部；行走电机16用于驱使转动轮10进行转动。所示的第二转动电机13设置于第二转动杆轴壳4中，第二转动电机13的输出轴经转动轴14与水平支撑部9相固定。第二转动电机13转动的过程中，可驱使第三转动轴壳8、水平支撑部9和转动轮10在垂直于竖直支撑部7的平面内进行转动，以使整个行走装置可由纵向行走状态转化为横向行走状态。

如图所示，第二液压杆6活塞杆的末端铰接于竖直支撑部7上，第二液压杆6缸体的末端铰接于L形支架2的转折处。当第一液压杆5处于伸出状态时，L形支架2的两条边分别处于水平和竖直状态，随着第一液压缸5的不断缩回会驱使L形支架2绕第一转动轴壳3的轴线逐渐转动，以便驱使第三转动轴壳8、水平支撑部9和转动轮10离开地面一定高度。当第二液压杆6的活塞杆处于伸出状态时，第三转动轴壳8、水平支撑部9和转动轮10处于水平状态，此时转动轮10与地面接触，行走装置依靠转动轴14进行行走；当第二液压杆6的活塞杆处于缩回状态时，第三转动轴壳8、水平支撑部9和转动轮10处于竖直状态，此时第三转动轴壳8的外壳与地面相接处，整个行走装置以“昆虫”状态的形式进行行走。所示的支撑架1的上方设置有外壳17，外壳17上设置有摄像头18，以便进行现场图片和视频信息的采集。

本发明的越障行走装置的工作原理为：

当前方的道路平坦、可以通过转动轮10行走时，第一液压杆5、第二液压缸6均处于伸出状态，以使转动轮10与地面接触；第一旋转电机不工作，使L形支架2与支撑架1处于相对固定的状态；第二旋转电机13不转动，以使转动轮10的转动方向朝向前方；此时，通过行走电机16的工作，可驱使整个行走装置纵向行走，为正常前行状态。

当遇到可越过的障碍物时，靠近障碍物的行走机构中，通过第一液压杆5的缩回，驱使第三转动轴壳8、水平支撑部9和转动轮10离开地面一定高度，而后方的行走机构正常前行，以使靠近障碍物的行走机构越过障碍物。待行走机构越过障碍物后，通过第一液压杆5活塞杆的伸出，驱使转动轮10重新着地，按照同样的方式，所有的行走机构依次越过障碍物。这种越障方式可越过高度不是很大的物体。

当遇到通过抬升L形支架2不可逾越的障碍物时，只能通过绕道而走的方式。此时，第一液压缸5、第二液压杆6均处于伸出状态，且第一旋转地电机不工作，第二旋转电机13驱使水平支撑部9、第三转动轴壳8和转动轮10进行90°转动，此时转动轮10由纵向行驶状态转化为了横向形式状态，如图4所示。通过行走电机16的驱动进行横向行驶。待过了障碍物所在的区域后，再通过第二旋转电机13的驱使，将转动轮10由横向行驶状态变为纵向行驶状态，即可继续前行。此种行驶方式，可绕过体形较大的障碍物。

当遇到泥泞、杂草丛生、砾石满地的路况，利用转动轮10已不能正常行驶的情况下，此时就需要采用“昆虫”式的多脚行走方式，以便在复杂路面上可靠行走。在采用“昆虫”行走方式时，也分为纵向“昆虫”行走和横向“昆虫”行走。在变换的过程中，第一液压杆5的活塞杆首先回缩，以驱使第三转动轴壳8和转动轮10离开地面一定高度；然后第二液压杆6缩回，驱使第三转动轴壳8和转动轮10由水平状态变为竖直状态，并使第三转动轴壳8的外壳着地；这种由转动轮10着地变换为第三转动轴壳8外壳着地的过程中，各行走机构应逐次进行，以保持整个行走装置始终处于平衡状态。

在整个行走装置变换为“昆虫”状态后，如果要实现“昆虫”纵向行走，第二液压杆6保持缩回状态不变，第一液压杆5的活塞杆稍稍缩回，以使第三转动轴壳的外壳离开地面，然后第一旋转电机驱使L形支架2朝前方转动一定角度，然后第一液压杆5伸出，使第三转动轴壳8的外壳着地，随后第一旋转电机驱使L形支架2朝后方旋转，即可驱使整个行走装置纵向前行。在“昆虫”纵向行走的情况下，通过第二液压杆6的间断的缩回和伸出，即可实现整个装置的横向行走。在“昆虫”行走状态下，可越过诸多复杂的地形，适于各种路况。 

Claims (4)

1.一种形态变换式越障行走装置，包括起固定和支撑作用的支撑架（1），支撑架下方的两侧对称地设置有多个行走机构；其特征在于：所述行走机构由L形支架（1）、第一液压杆（5）、第二液压杆（6）、转动轮（10）和第三转动轴壳（8）组成，L形支架的两端部分别设置有与其相铰接的第一转动轴壳（3）和第二转动轴壳（4），L形支架通过第一转动轴壳固定于支撑架上，第二转动轴壳上固定有竖直支撑部（7）；所述竖直支撑部的下方设置有水平支撑部（9），转动轮和第三转动轴壳分别设置于水平支撑部的两端，第三转动轴壳内设置有用于驱使转动轮进行转动的行走电机（16）；第二转动轴壳内设置有驱使水平支撑部转动的第二旋转电机（13）；第一液压缸的两端分别与支撑架和L形支架的转折部相铰接，第二液压缸的两端分别与L形支架的转折部和竖直支撑部相铰接；第一液压缸、第二液压杆处于伸出状态时：L形支架的两边分别处于水平和竖直状态，第三转动轴壳、水平支撑部和转动轮均处于水平状态；第一液压缸位于伸出状态、第二液压缸处于缩回状态时：水平支撑部处于竖直状态且第三转动轴壳的外壳着地。

2.根据权利要求1所述的形态变换式越障行走装置，其特征在于：所述第一转动轴壳（3）的内部设置有第一旋转电机，第一旋转电机的输出轴经下固定柱（11）转动固定于支撑架（1）上；所述第一液压缸（5）经上固定柱（12）转动固定于支撑架上，下固定柱与上固定柱的轴线处于同一直线上。

3.根据权利要求1或2所述的形态变换式越障行走装置，其特征在于：所述第二旋转电机（13）的输出轴经传动轴（14）与水平支撑部（9）相固定，第三转动轴壳（8）内设置有固定套筒（19），行走电机（16）经固定套筒设置于第三转动轴壳中。

4.根据权利要求1或2所述的形态变换式越障行走装置，其特征在于：所述支撑架（1）的上方设置有外壳（17），外壳上设置有用于图像和视频信息采集的摄像头（18）。

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