一种半轮足式越障机构及越障车制造技术

一种半轮足式越障机构及越障车，包括主轴和转动连接于主轴上的内轮臂和外轮臂，所述内轮臂上安装有内半轮和用于驱动内半轮转动的内半轮驱动电机，外轮臂上安装有外半轮和用于驱动外半轮转动的外半轮驱动电机；主轴上设有带动内轮臂摆动的摆臂驱动电机，主轴上还设有控制内轮臂和外轮臂始终反向运动的共轴反转机构；所述内半轮或外半轮上安装有并联内半轮和外半轮工作的驱动并联器；所述内轮臂和外轮臂之间形成有便于内半轮和外半轮爬坡的爬坡夹角α；与现有技术相比，通过设计两个半轮足式相结合的越障机构，使得该越障机构载重能力和加速能力完全等同于轮式结构，而越障灵活性接近于足式结构，并能在本身轻量化的前提下实现大负载的越障工作。现大负载的越障工作。现大负载的越障工作。

【技术实现步骤摘要】
一种半轮足式越障机构及越障车


[0001]本专利技术涉及越障机构
，具体涉及一种半轮足式越障机构及越障车。

技术介绍

[0002]随着车辆自主操控的AI时代的到来，车辆的地形适应能力的提升也显得尤其迫切，但是目前真正具备越障能力的车辆距离普遍应用仍然比较遥远。
[0003]目前现有技术中越障比较常见的结构包括轮式、履带式和足式，但是这三大类结构都存在各自的短板，例如都无法独立完成作为负重载体的复杂地形行进能力，其中轮式结构虽然负载强，行进速度快，但越障能力较差，遇到泥地容易打滑，遇到台阶无法逾越，履带式结构虽然解决了轮式结构越障能力差的弱点，但是其结构过于复杂，导致本身重量过大、结构复杂，不利于后期维护保养，足式结构常见与现在的机器人、机器狗等仿生机械，但由于足式跨步的特性，其负载能力普遍偏弱，且结构复杂、可靠性不高。
[0004]轮足式结构作为一种新型结构，其结合了轮式结构行进速度快和足式结构运动灵活的优点，开始出现在一些特定应用中，目前现有技术中轮足式结构包括全轮足式和半轮式两大形式，但这两大形式目前现有的技术都存在以下明显的缺陷：1、全轮足式结构，这种结构是在机械足上直接安装常规带驱动能力的轮子进行运动的方式，虽然结合了轮式结构速度快和足式结构运动灵活的优点，但是负载能力及其有限，原因是当越障需要抬腿时，整个设备即失去一个支撑点，即使是四足车辆，其抬腿动作对负载能力和重心的影响也是非常明显的，所以这种结构的最大缺陷是负载能力不足，同时为了兼顾平衡和负载，需要额外增加平衡装置，其结构比较复杂。
[0005]2、半轮式结构，这种结构是利用带驱动能力的半轮替代传统的轮子，兼顾了轮子的滚动前进和腿足的跨步动作，这种结构虽然兼顾了轮式结构的快速前进和足式结构的跨步动作并且具备较好的负载能力，但是明显存在两大缺陷：a、跨步动作仅限于半轮直径的范围，缺乏腿足的交叉跨步动作，极大的限制了其越障能力，且无法避免传统轮子打滑的缺陷，b、能效比低，当半轮处于悬空状态时，其驱动电机仍必须正常运转，此时电机输出的是无效功率，所以这种结构的能效比仅为传统电驱的50%左右。
[0006]中国专利号CN111976855公开了一种单驱动六杆机构可变形轮越障机器人，由第一至第四单驱动轮(A、B、C、D)、车体(E)、传动系统(F)和被动车轴(G)组成；第一至第四单驱动轮均为单自由度六连杆机构，对称布置在车体两侧；每个单驱动轮包括：曲柄、短连杆、长连杆、上半轮、下半轮。四个单驱动轮统一由传动系统的电机驱动。
[0007]上述这种越障机器人通过设计具有不同尺寸上半轮和下半轮组合的驱动轮，但上半轮和下半轮为具有开口的弧形结构，当需要对越障机器人进行负重越障时，上半轮和下半轮容易受力变形，影响整体的负重越障效果。

技术实现思路

[0008]本专利技术是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种多模式切换、适用于大负载
越障工作的半轮足式越障机构及越障车。
[0009]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种半轮足式越障机构，包括主轴和转动连接于主轴上的内轮臂和外轮臂，所述内轮臂上安装有内半轮和用于驱动内半轮转动的内半轮驱动电机，外轮臂上安装有外半轮和用于驱动外半轮转动的外半轮驱动电机；所述主轴上设有带动内轮臂摆动的摆臂驱动电机，主轴上还设有控制内轮臂和外轮臂始终反向运动的共轴反转机构；所述内半轮或外半轮上安装有并联内半轮和外半轮工作的驱动并联器；所述内轮臂和外轮臂之间形成有便于内半轮和外半轮爬坡的爬坡夹角α。
[0010]作为本专利技术的一种优选方案，所述内轮臂和外轮臂连接于共轴反转机构的相对两侧，内轮臂的运动方向始终与外轮臂的运动方向相反。
[0011]作为本专利技术的一种优选方案，所述摆臂驱动电机带动内轮臂和外轮臂往复摆动形成跨步频率，外半轮和内半轮的转速相同，且外半轮和内半轮的转速与跨步频率相对应。
[0012]作为本专利技术的一种优选方案，所述内轮臂和外轮臂摆动至夹角为0度时内半轮和外半轮之间通过驱动并联器相连，内半轮和外半轮组成完整轮子结构。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，所述驱动并联器包括壳体和与壳体转动连接的转动轴，壳体上设有带动转动轴轴向移动的推轴电机，壳体固定连接于内半轮或外半轮上，内半轮中部形成有与转动轴相对应的内半轮转动轴，外半轮中部形成有与转动轴相对应的外半轮转动轴。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，所述壳体一侧形成有与壳体转动连接的传动底座，传动底座与壳体之间设有传动轴承。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，所述传动底座上设有与转动轴端部同步转动的传动块，传动块与转动轴转动连接，且传动块中部与传动底座转动连接，内半轮转动轴或外半轮转动轴上形成有与传动块相卡接的卡槽。
[0016]作为本专利技术的一种优选方案，所述推轴电机上安装有用于带动转动轴轴向移动的滑盘，传动轴上形成有沿传动轴径向方向设置的环筋，滑盘夹持式设置于环筋上。
[0017]作为本专利技术的一种优选方案，所述内半轮和外半轮爬坡夹角α为αmin
‑
αmax,αmin=［arcsin［(R
‑
r)/2］/L］X2，αmax=［arcsin［(R+r)/2］/L］X2，内半轮和外半轮尺寸相同，内半轮驱动电机和外半轮驱动电机尺寸相同，内轮臂和外轮臂长度相同，其中R为内半轮或外半轮的半径，r为内半轮驱动电机或外半轮驱动电机的电机半径，L为内轮臂或外轮臂长度。
[0018]一种越障车，包括半轮足式越障机构。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、通过设计两个半轮足式相结合的越障机构，使得该越障机构载重能力和加速能力完全等同于轮式结构，而越障灵活性接近于足式结构，并能在本身轻量化的前提下实现大负载的越障工作；2、通过半轮替代小腿功能，与轮臂配合后能实现完整机械足的功能，实现了最大程度的结构简化，同时能解决轮式结构的轮子打滑问题；3、通过设计联动内半轮和外半轮的驱动并联器，使得内半轮和外半轮在驱动并联器作用下同步转动，实现内半轮驱动电机和外半轮驱动电机并联工作有效实现了电机能量输出利用率的最大化；4、越障机构可切换至全轮驱动模态或跨步越障模态或爬坡模态，可根据实际需要
对越障机构的运动状态进行切换，使得越障机构具有更好的越障效果。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的结构示意图；图2是驱动并联器的安装示意图；图3是跨步越障模态的越障车示意图；图4是跨步越障模态的运动状态图；图5是全轮驱动模态的越障车示意图；图6是全轮驱动模态的越障车结构示意图；图7是驱动并联器的主视图；图8是驱动并联器的结构示意图；图9是非传动状态的驱动并联器示意图；图10是传动状态的驱动并联器示意图；图11是驱动并联器的使用状态示意图；图12是爬坡模式的运动状态图；图13是爬坡模式的最高越障高度示意图；图14是爬坡模式的最高越障高度原理图；图15是爬坡模式的最小夹角状态图；图16是装载伸缩结构的越障机构示意图；附图标记：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半轮足式越障机构，包括主轴（1）和转动连接于主轴（1）上的内轮臂（2）和外轮臂（3），其特征在于，所述内轮臂（2）上安装有内半轮（4）和用于驱动内半轮（4）转动的内半轮驱动电机（8），外轮臂（3）上安装有外半轮（5）和用于驱动外半轮（5）转动的外半轮驱动电机（9）；所述主轴（1）上设有带动内轮臂（2）摆动的摆臂驱动电机（6），主轴（1）上还设有控制内轮臂（2）和外轮臂（3）始终反向运动的共轴反转机构（7）；所述内半轮（4）或外半轮（5）上安装有并联内半轮（4）和外半轮（5）工作的驱动并联器（10）；所述内轮臂（2）和外轮臂（3）之间形成有便于内半轮（4）和外半轮（5）爬坡的爬坡夹角α。2.根据权利要求1所述的一种半轮足式越障机构，其特征在于，所述内轮臂（2）和外轮臂（3）连接于共轴反转机构（7）的相对两侧，内轮臂（2）的运动方向始终与外轮臂（3）的运动方向相反。3.根据权利要求2所述的一种半轮足式越障机构，其特征在于，所述摆臂驱动电机（6）带动内轮臂（2）和外轮臂（3）往复摆动形成跨步频率，外半轮（5）和内半轮（4）的转速相同，且外半轮（5）和内半轮（4）的转速与跨步频率相对应。4.根据权利要求1所述的一种半轮足式越障机构，其特征在于，所述内轮臂（2）和外轮臂（3）摆动至夹角为0度时内半轮（4）和外半轮（5）之间通过驱动并联器（10）相连，内半轮（4）和外半轮（5）组成完整轮子结构。5.根据权利要求4所述的一种半轮足式越障机构，其特征在于，所述驱动并联器（10）包括壳体（101）和与壳体（101）转动连接的转动轴（102），壳体（101）上设有带动转动轴（102）轴向移动的推轴电机（105），壳体（101）固定连接于内半轮（4）或外半轮（5）上，内半轮（4）中部形成有与...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙小平，张裕，阮翔，史亮，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十二研究所，
类型：发明
国别省市：