本發(fā)明主要涉及到機器行走裝置領(lǐng)域，特指一種同步伸縮變形式輪履腿復(fù)合行走裝置，尤其適用于移動機器人、工程車輛等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

眾所周知，用于火災(zāi)、礦難、核泄漏等危險作業(yè)的小型地面移動機器人以其體積小、成本低、生存能力強、運動靈活等特點成為移動機器人研究領(lǐng)域的又一熱點。移動機器人最基本的行走方式有輪式、履帶式及腿式三種：其中輪式結(jié)構(gòu)運行平穩(wěn)、高速高效，然而其越障能力、適應(yīng)復(fù)雜地形的能力卻非常有限；履帶式行走裝置接地比壓小，能夠適應(yīng)沙土、泥濘等松軟地形，但同時也存在轉(zhuǎn)彎性較差、速度及效率較低等缺點；腿式結(jié)構(gòu)具有越障能力強、適應(yīng)性好的優(yōu)點，但是其行進速度低、能耗高。

有從業(yè)者，提出一種輪履腿復(fù)合形式的結(jié)構(gòu)，它包括底盤和行進驅(qū)動機構(gòu)，行進驅(qū)動機構(gòu)包括行進動力裝置、履帶驅(qū)動輪和履帶從動輪，底盤上安裝有三個以上變形輪部件，變形輪部件包括變形輪圈和變形切換機構(gòu)，變形輪圈包括由多個弧形輪圈片首尾鉸接相連成一個輪圈，輪圈的外側(cè)包裹有履帶，履帶用來與履帶驅(qū)動輪和履帶從動輪發(fā)生配合形成履帶驅(qū)動狀態(tài)；變形切換機構(gòu)采用的是絲杠螺母推動“x”交叉型伸縮桿的鉸接點，以驅(qū)動輪圈變形。也就是說，在驅(qū)動下可以通過伸縮令相鄰弧形輪圈片之間發(fā)生位移從而改變輪圈的形狀和行進姿態(tài)。在圓輪模式下，“x”交叉型伸縮桿的四個端點分別對四段圓弧輪圈形成支撐，起到輻條的作用，之所以要做成可伸縮的，是因為輪圈由圓形變?yōu)椤啊扌巍钡倪^程中，兩相對的支撐點之間的距離l是不斷變化的。

通過長期的研究發(fā)現(xiàn)，上述方案在實踐過程中仍然存在一些難以解決的問題：

1、由于變形輪的輪圈被分成了四段，因此必須在四個圓弧鉸接點形成支撐，才能使輪圈保持圓形。上述方案雖然在水平方向上的兩個鉸接點有輪架作為支撐，但是在豎直方向上的兩個鉸接點卻并沒有。雖然“x”型的輻條支撐于相鄰的兩個交接點之間，但是為了輪圈能夠變形，輪架和輻條都是可以伸長的，因此輪架和輻條都只能給輪圈提供支撐力卻不能提供拉力，這都使得輪圈在豎直方向上缺乏保持力。當水平方向受到擠壓力時，輪圈能夠在輪架的支撐下保持圓形；而當豎直方向受到擠壓力時，輪圈則容易發(fā)生變形。

2、由于對伸縮桿長度變化規(guī)律的限制，使得伸縮桿對輪圈的支撐點位置距離輪圈的受力點較遠，經(jīng)計算可得，這就導致“x”型輻條對輪圈的支撐效果并不好，即輪圈的輪圈結(jié)構(gòu)的受力性能不好。

3、“x”型輻條采用伸縮桿，包含有滑動副，當滑動副配合較緊密時，容易導致卡死，伸縮不靈活使得變形不可靠；當滑動副配合較為松動時，運動副間的間隙較大，使得伸縮桿的晃動大，導致整個輪圈結(jié)構(gòu)的空程增大，即輪圈不能夠保持圓形，會降低運動精度與結(jié)構(gòu)可靠度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、運動方式靈活、地形適應(yīng)能力強的同步伸縮變形式輪履腿復(fù)合行走裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

包括輪圈、行進驅(qū)動機構(gòu)和變形輪部件，所述輪圈的外側(cè)包裹有履帶，所述變形輪部件包括變形電機和三根以上的支撐絲桿，所述變形電機位于輪圈的中部，所述支撐絲桿上通過螺紋配合安裝有螺母接頭，所述螺母接頭與輪圈接觸形成聯(lián)動支撐，所述支撐絲桿均通過傳動部件與所述變形電機的輸出端相連并在變形電機驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，在所述支撐絲桿的轉(zhuǎn)動過程中，所述螺母接頭會在支撐絲桿上平移令輪圈改變形狀。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述支撐絲桿與變形電機之間通過錐齒輪組件相連并完成傳動。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述輪圈上設(shè)置鉸接孔用來與螺母接頭形成鉸接支撐。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述輪圈在周向方向上分成若干瓣弧形輪圈片，相鄰弧形輪圈片之間采用鉸接的方式連接。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述弧形輪圈片的瓣數(shù)與支撐絲桿的數(shù)量一致。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述支撐絲桿為四根，所述弧形輪圈片為四瓣。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述支撐絲桿與輪圈的接觸支撐點位于相鄰弧形輪圈片之間的鉸接點位置處。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述行進驅(qū)動機構(gòu)包括行進動力裝置、履帶驅(qū)動輪和履帶從動輪。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述履帶用來與履帶驅(qū)動輪和履帶從動輪發(fā)生配合形成履帶驅(qū)動狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明的同步伸縮變形式輪履腿復(fù)合行走裝置，令行進驅(qū)動方式更加簡單，大大減少了傳動機構(gòu)，不僅簡化了結(jié)構(gòu)，還能提高驅(qū)動效率；通過去掉了伸縮桿的滑動副，使得機構(gòu)更加可靠。把原來可伸長的輻條改進為由絲杠螺母驅(qū)動的長度可控的輻條，給輪圈提供保持力。

2、本發(fā)明的同步伸縮變形式輪履腿復(fù)合行走裝置，由于絲杠螺母的自鎖作用，在圓輪模式下構(gòu)成穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，能夠較好地對圓形輪圈形成支撐作用。

3、本發(fā)明的同步伸縮變形式輪履腿復(fù)合行走裝置，履帶接地長度大，降低接地比壓；多根支撐絲桿和支撐絲桿上的螺母接頭形成了多支撐輪組，使得底盤支撐點向履帶裝置中間靠近，不僅增大了履帶接地長度，還使得履帶接地段受力更加均勻，有效降低了履帶裝置的接地比壓。

附圖說明

圖1是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中的立體分解結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中變形輪部件的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖4是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中支撐絲桿的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中處于輪式模式的示意圖。

圖6是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中處于履帶模式的示意圖。

圖例說明：

1、輪圈；101、瓣弧形輪圈片；2、支撐絲桿；3、變形電機；4、電機座；5、錐齒輪組件；51、大錐齒輪；52、小錐齒輪；6、螺母接頭；7、錐齒輪座；8、鉸接孔。

具體實施方式

以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

如圖1～圖6所示，本發(fā)明的同步伸縮變形式輪履腿復(fù)合行走裝置，包括輪圈1、行進驅(qū)動機構(gòu)和變形輪部件，輪圈1上繞設(shè)有履帶（圖中未示），該行進驅(qū)動機構(gòu)可以根據(jù)實際需要來選擇，一般采用包括行進動力裝置、履帶驅(qū)動輪和履帶從動輪的結(jié)構(gòu)。變形輪部件包括變形電機3和三根以上的支撐絲桿2，變形電機3位于輪圈1的中部，安裝于電機座4上，支撐絲桿2上通過螺紋配合安裝有螺母接頭6，螺母接頭6與輪圈1接觸形成聯(lián)動支撐，支撐絲桿2均通過傳動部件與變形電機3的輸出端相連，并在變形電機3驅(qū)動下轉(zhuǎn)動。在支撐絲桿2的轉(zhuǎn)動過程中，螺母接頭6會在支撐絲桿2上平移，從而令輪圈1改變形狀，從而形成圓輪、履帶或者直腿。這樣變形輪部件就可根據(jù)工作地形的不同分別以圓輪、履帶或者直腿的方式行進，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜地形，具有很強的機動能力和越障能力。

在本實例中，支撐絲桿2為四根，以保證較佳的聯(lián)動支撐效果，也能夠有效保證輪圈1變形后的姿態(tài)。

在具體應(yīng)用實例中，支撐絲桿2與變形電機3之間通過錐齒輪組件5相連并完成傳動，錐齒輪組件5包括安裝于錐齒輪座7上的大錐齒輪51和小錐齒輪52。可以理解，只要能夠滿足變形電機3對支撐絲桿2的傳動，任何形式的傳動部件均是可以的，例如齒輪傳動、軸傳動等也都應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

在本實例中，輪圈1在周向方向上分成若干瓣弧形輪圈片101，相鄰弧形輪圈片101之間采用鉸接的方式，鉸接點處可以形成彎折，以保證輪圈1的變形，滿足最終輪圈1形態(tài)的需要?？梢岳斫?，輪圈1可以根據(jù)實際的變形需要來選擇弧形輪圈片101的數(shù)量，但都應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本實例中由于支撐絲桿2為四根，所以瓣數(shù)也為四個，作為優(yōu)選可以選擇讓弧形輪圈片101的數(shù)量與支撐絲桿2保持一致。

在較佳的實施例中，螺母接頭6與輪圈1的接觸支撐點位于弧形輪圈片101之間的鉸接點位置處，輪圈1上設(shè)置鉸接孔8用來與螺母接頭6形成鉸接支撐。

也正是采用了本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)形式，令行進驅(qū)動方式更加簡單，大大減少了傳動機構(gòu)，不僅簡化了結(jié)構(gòu)，還能提高驅(qū)動效率；且去掉了伸縮桿的滑動副，使得機構(gòu)更加可靠。由于螺母接頭6的自鎖作用，在圓輪模式下構(gòu)成了穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，能夠較好地對圓形輪圈形成支撐作用。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式之后，履帶接地長度大，降低接地比壓；多根支撐絲桿2和支撐絲桿2上的螺母接頭6形成了多支撐輪組，使得底盤支撐點向履帶裝置中間靠近，不僅增大了履帶接地長度，還使得履帶接地段受力更加均勻，有效降低了履帶裝置的接地比壓。

將本發(fā)明應(yīng)用于移動機器人之后，使得移動機器人能夠根據(jù)所處地狀況不同分別以圓輪、履帶或者直腿（當壓縮至最低狀態(tài)即為腿式結(jié)構(gòu)）的形式行進，既能以輪式運動模式在平坦硬路面運動，也能以履帶式運動模式在松軟地形上行走，還能夠以腿式運動模式在崎嶇不平的地形行走，能夠以合理的運動模式在不同復(fù)雜地面高效地運動。在較為平坦地形行進時，變形輪的輪圈1呈圓形，橡膠履帶包裹在輪圈1之上充當“輪胎”，機器人為輪式模式。在較為松軟的地形行進時，變形輪的輪圈1呈“∞形”，將橡膠履帶支起，形成履帶式行走裝置，履帶驅(qū)動電機通過同步帶傳動驅(qū)動驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，使得整個履帶行走裝置前進。在亂石及臺階的崎嶇地形行進時，變形輪的輪圈1呈“∞形”，整個腿式結(jié)構(gòu)繞著輸入軸公轉(zhuǎn)，機器人以直腿方式行進。本發(fā)明的方案新穎，輪、履、腿式之間相互切換方便，結(jié)構(gòu)簡單，行進速度快、能耗低、機動能力強，爬坡、越障、跨溝能力強。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。