CN107264661A - 一种步态可调足履式行走机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种步态可调足履式行走机构，包括足履***，驱动动力***和步态动力***；足履***包括驱动轮、两个张紧轮、缠绕于驱动轮和张紧轮上的履带以及足履保持架，两个张紧轮均与足履保持架固定连接；驱动动力***包括依次连接的驱动伺服电机、驱动减速机和花键传动轴，花键传动轴与驱动轮固定连接；步态动力***包括依次连接的步态调整伺服电机、同步传动副和步态减速机，步态减速机的输出端与足履保持架固定连接。本发明兼顾轮式和履带式驱动方式的优点，通过步态动力***实现轮式和履带式驱动方式的自由切换，从而提高地面无改稿人平台的全地域通行能力。
Description
技术领域
本发明涉及地面无人平台技术领域，具体是一种步态可调足履式行走机构。
背景技术
伴随着现代科技的迅猛发展，地面无人平台的发展水平日新月异，无论在军用领域还民用市场，地面无人平台都由其具备的机动性高、适应性强、人员风险低等优点得到了广泛深入的应用。对于地面无人平台来说，良好地形适应性是其最重要的性能之一，尤其是在越野环境下作业时，良好的通过性能更加不可或缺。当前主流的地面无人平台的驱动方式主要有轮式、履带式和轮履复合式三种方式。轮式结构简单，在铺装路面行驶速度快，机动性强，但由于轮式接地比压大，在泥泞，沙地及雪地等恶劣地形条件下容易出现打滑、沉陷等现象，通过性差，且难以克服壕沟、台阶等地形障碍，在野外环境应用中受到了较大的限制。而履带式驱动方式具有接地比压低、牵引力大、爬坡能力强等优点，在越野环境下具有较高的通过性，但存在机动性差、行驶速度慢、对路面破坏性大、转向性能较差、能耗较大等不足。传统轮履复合式的驱动方式希望兼顾轮式驱动的高机动性和履带式驱动的高通过性的特点，但是由于结构复杂、可靠性差，实际应用中受到了较大的限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种步态可调足履式行走机构，兼顾轮式和履带式驱动方式的优点，通过步态动力***实现轮式和履带式驱动方式的自由切换，从而提高地面无人平台的全地域通行能力。
本发明的技术方案为：
一种步态可调足履式行走机构，包括足履***，驱动足履***行走的驱动动力***和调整足履***步态的步态动力***；所述的足履***包括驱动轮、两个张紧轮、缠绕于驱动轮和张紧轮上的履带以及足履保持架，所述的两个张紧轮分别位于驱动轮的两侧，且履带的缠绕形状为菱形，菱形的两钝角拐点分别与驱动轮的顶端、底端接触，菱形的两锐角拐点分别与两个张紧轮接触，且所述的两个张紧轮均与足履保持架固定连接；所述的驱动动力***包括依次连接的驱动伺服电机、驱动减速机和花键传动轴，所述的花键传动轴与驱动轮固定连接；所述的步态动力***包括依次连接的步态调整伺服电机、同步传动副和步态减速机，步态减速机的输出端与足履保持架固定连接。
所述的驱动轮两圆形端面的外侧均设置有足履保持架，所述的两个张紧轮均通过张紧装置与足履保持架固定连接。
所述的步态可调足履式行走机构还包括用于固定驱动动力***和步态动力***的悬架***，所述的悬架***包括悬臂壳体、悬臂枢轴、滚动轴承、枢轴接头、驱动***固定环、环形的转接板、半轴和减振器，所述的驱动伺服电机、驱动减速机固定设置于悬臂壳体内，悬臂壳体外端相对的两个外侧壁上均固定连接一个悬臂枢轴，每个悬臂枢轴均通过滚动轴承与枢轴接头连接，枢轴接头与车身固定连接，悬臂壳体内端的一外侧壁上通过驱动***固定环与转接板固定连接，驱动减速机伸出到悬臂壳体外的部分与驱动***固定环固定连接，半轴的内侧法兰盘固定连接于转接板的内圈，转接板和半轴的内侧法兰盘均固定连接于步态减速机的固定壳体上，所述的减振器的底端铰接于转接板上，减振器的顶端通过接头铰接于车身。
所述的驱动伺服电机的传动轴上、所述的步态调整伺服电机的传动轴上均安装有失电式电磁制动器，其中，与驱动伺服电机连接的失电式电磁制动器固定连接于驱动减速机的壳体上，与步态调整伺服电机连接的失电式电磁制动器固定连接于转接板上。
所述的悬臂壳体设置于足履***的侧方，驱动减速机选用直角减速机。
所述的驱动减速机和花键传动轴通过联轴器连接，所述的联轴器位于半轴的空心长孔内。
所述的花键传动轴通过轮毂轴承与驱动轮连接，即花键传动轴与轮毂轴承的内圈固定连接，驱动轮与轮毂轴承的内圈法兰固定连接，所述的轮毂轴承的内圈与其内圈法兰固定连接，所述的半轴的外侧法兰与轮毂轴承的外圈固定连接。
所述的步态调整伺服电机位于悬臂壳体的上方，所述的同步传动副包括主动同步带轮、从动同步带轮以及缠绕于主动同步带轮和从动同步带轮上的同步带，主动同步带轮与步态调整伺服电机的传动轴固定连接，从动同步带轮与步态减速机的输入端固定连接。
所述的减振器的底端铰接于转接板的中部。
本发明的优点：
（1）、本发明中履带在驱动轮和两侧张紧轮共同作用下构成菱形的几何形状；步态动力***通过足履保持架带动张紧轮，从而调整履带和张紧轮围绕驱动轮轴心旋转，从而获得不同步态，改变平台的离地间隙和姿态，适应多种复杂地形，因此能够极大地提高了地面无人平台的地形适应性。
（2）、本发明的足履***可根据需求大范围调节履带的接近角，具备良好的越障、攀爬能力。
（3）、本发明的驱动动力***和步态动力***独立运行，可以在不同车速下完成步态的调整，进一步提高地面无人平台对各种复杂地形的适应性。
（4）、本发明的驱动动力***布置于在悬臂壳体内，结构紧凑，空间利用率高。
（5）、本发明的步态动力***采用同步传动副和步态减速机组成的减速装置，具有减速比大、静音、抗冲击、可靠性高、质量轻等优点。
附图说明
图1是本发明的立体图。
图2是本发明的主视图。
图3是图2中的A-A剖面图。
图4是本发明悬架***的结构示意图。
图5是本发明图2中的B-B剖面图。
图6是本发明在铺装路面条件下的应用结构示意图。
图7是本发明在松软、泥泞路面条件下的应用结构示意图。
图8是本发明在涉水或地面障碍较高条件下的应用结构示意图。
具体实施方式
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。
见图1和图2，一种步态可调足履式行走机构，包括足履***，驱动足履***行走的驱动动力***，调整足履***步态的步态动力***，以及用于固定驱动动力***和步态动力***的悬架***；
见图5，足履***包括驱动轮401、两个张紧轮402、缠绕于驱动轮401和张紧轮402上的履带403以及足履保持架404，两个张紧轮402分别位于驱动轮401的两侧，且履带403的缠绕形状为菱形，菱形的两钝角拐点分别与驱动轮401的顶端、底端接触，菱形的两锐角拐点分别与两个张紧轮402接触，驱动轮401两圆形端面的外侧均设置有足履保持架404，两个张紧轮402均通过张紧装置405与足履保持架404固定连接；
见图3，驱动动力***包括依次连接的驱动伺服电机101、直角减速机102、联轴器103、花键传动轴104和轮毂轴承105，花键传动轴104与轮毂轴承的内圈固定连接，驱动轮与轮毂轴承的内圈法兰固定连接，所述的轮毂轴承的内圈与其内圈法兰固定连接；步态动力***包括依次连接的步态调整伺服电机201、同步传动副和步态减速机205，同步传动副包括主动同步带轮202、从动同步带轮204以及缠绕于主动同步带轮202和从动同步带轮204上的同步带203，主动同步带轮202与步态调整伺服电机201的传动轴固定连接，从动同步带轮204与步态减速机205的输入端205b固定连接，步态减速机205的输出端205c与足履保持架404固定连接；其中，驱动伺服电机101的传动轴上、步态调整伺服电机201的传动轴上均安装有失电式电磁制动器106，206，与驱动伺服电机101连接的失电式电磁制动器106固定连接于驱动减速机102的壳体上，与步态调整伺服电机201连接的失电式电磁制动器206固定连接于转接板306上；
见图4，悬架***包括悬臂壳体301、悬臂枢轴302、滚动轴承303、枢轴接头304、驱动***固定环305、环形的转接板306、半轴307和减振器308，悬臂壳体301设置于足履***4的侧方，驱动伺服电机101、直角减速机102固定设置于悬臂壳体301内，悬臂壳体301外端相对的两个外侧壁上均固定连接有一个悬臂枢轴302，每个悬臂枢轴302均通过滚动轴承303与枢轴接头304连接，枢轴接头304与车身固定连接，悬臂壳体301内端的一外侧壁上通过驱动***固定环305与转接板306固定连接，直角减速机102伸出到悬臂壳体301外的部分与驱动***固定环305固定连接，半轴307的内侧法兰盘设置于转接板306的内圈，转接板306和半轴307的内侧法兰盘均固定连接于步态减速机205的固定壳体205a上，半轴307的外侧法兰与轮毂轴承105的外圈固定连接，联轴器103位于半轴307的空心长孔内，减振器308的底端铰接于转接板306的中部上，减振器308的顶端通过接头铰接于车身上。
本发明的工作原理：
（1）、步态调整：步态调整伺服电机201启动，步态调整伺服电机201通过同步传动副带动步态减速机205运动，步态减速机205带动足履保持架404沿驱动轮401轴心旋转，从而改变足履***的步态；
（2）、足履***行走：驱动伺服电机101带动直角减速机102转动，直角减速机102通过联轴器103带动花键传动轴104转动，花键传动轴104带动驱动轮401转动，从而使缠绕于驱动轮401上的履带403转动带动足履***行走。
见图6，仅驱动轮401触地，本行走机构相当于传统轮式行走机构，与地面接触面积减小，接地比压增大，从而降低与地面的摩擦阻力，从而能够在铺装路面上快速机动；见图7，在松软、泥泞路面条件下，履带403的一条边触地，即驱动轮401和一侧张紧轮402及两者之间的履带403共同承受地面载荷，触地面积最大，接地比压降低，从而提高地面无人平台的通过性；见图8，在涉水或地面障碍较高的条件下，足履***的长轴垂直于地面，仅依靠一侧张紧轮402传递地面载荷，驱动轮401仅提供履带403的驱动力，本实施例情况下，可将地面无人平台的离地间隙最大化，从而大大提高平台的地形适应性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种步态可调足履式行走机构，其特征在于：包括足履***，驱动足履***行走的驱动动力***和调整足履***步态的步态动力***；所述的足履***包括驱动轮、两个张紧轮、缠绕于驱动轮和张紧轮上的履带以及足履保持架，所述的两个张紧轮分别位于驱动轮的两侧，且履带的缠绕形状为菱形，菱形的两钝角拐点分别与驱动轮的顶端、底端接触，菱形的两锐角拐点分别与两个张紧轮接触，且所述的两个张紧轮均与足履保持架固定连接；所述的驱动动力***包括依次连接的驱动伺服电机、驱动减速机和花键传动轴，所述的花键传动轴与驱动轮固定连接；所述的步态动力***包括依次连接的步态调整伺服电机、同步传动副和步态减速机，步态减速机的输出端与足履保持架固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种步态可调足履式行走机构，其特征在于：所述的驱动轮两圆形端面的外侧均设置有足履保持架，所述的两个张紧轮均通过张紧装置与足履保持架固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种步态可调足履式行走机构，其特征在于：所述的步态可调足履式行走机构还包括用于固定驱动动力***和步态动力***的悬架***，所述的悬架***包括悬臂壳体、悬臂枢轴、滚动轴承、枢轴接头、驱动***固定环、环形的转接板、半轴和减振器，所述的驱动伺服电机、驱动减速机固定设置于悬臂壳体内，悬臂壳体外端相对的两个外侧壁上均固定连接一个悬臂枢轴，每个悬臂枢轴均通过滚动轴承与枢轴接头连接，枢轴接头与车身固定连接，悬臂壳体内端的一外侧壁上通过驱动***固定环与转接板固定连接，驱动减速机伸出到悬臂壳体外的部分与驱动***固定环固定连接，半轴的内侧法兰盘固定连接于转接板的内圈，转接板和半轴的内侧法兰盘均固定连接于步态减速机的固定壳体上，所述的减振器的底端铰接于转接板上，减振器的顶端通过接头铰接于车身。
4.根据权利要求3所述的一种步态可调足履式行走机构，其特征在于：所述的驱动伺服电机的传动轴上、所述的步态调整伺服电机的传动轴上均安装有失电式电磁制动器，其中，与驱动伺服电机连接的失电式电磁制动器固定连接于驱动减速机的壳体上，与步态调整伺服电机连接的失电式电磁制动器固定连接于转接板上。
5.根据权利要求3所述的一种步态可调足履式行走机构，其特征在于：所述的悬臂壳体设置于足履***的侧方，驱动减速机选用直角减速机。
6.根据权利要求3所述的一种步态可调足履式行走机构，其特征在于：所述的驱动减速机和花键传动轴通过联轴器连接，所述的联轴器位于半轴的空心长孔内。
7.根据权利要求3所述的一种步态可调足履式行走机构，其特征在于：所述的花键传动轴通过轮毂轴承与驱动轮连接，即花键传动轴与轮毂轴承的内圈固定连接，驱动轮与轮毂轴承的内圈法兰固定连接，所述的轮毂轴承的内圈与其内圈法兰固定连接，所述的半轴的外侧法兰与轮毂轴承的外圈固定连接。
8.根据权利要求3所述的一种步态可调足履式行走机构，其特征在于：所述的步态调整伺服电机位于悬臂壳体的上方，所述的同步传动副包括主动同步带轮、从动同步带轮以及缠绕于主动同步带轮和从动同步带轮上的同步带，主动同步带轮与步态调整伺服电机的传动轴固定连接，从动同步带轮与步态减速机的输入端固定连接。
9.根据权利要求3所述的一种步态可调足履式行走机构，其特征在于：所述的减振器的底端铰接于转接板的中部。
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