本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)，具體涉及一種輪-履復(fù)合型無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)及其運(yùn)用。

背景技術(shù)：

在城市廢墟搜救和工程探險(xiǎn)勘測(cè)、災(zāi)害偵察、消防巡邏、救險(xiǎn)救援等復(fù)雜環(huán)境下事件的應(yīng)對(duì)中，人員的傷亡十分嚴(yán)重，為實(shí)現(xiàn)不以犧牲人員的生命為代價(jià)執(zhí)行高危任務(wù)的需求，開(kāi)發(fā)一種結(jié)合輪式行走和履帶越障功能的新型移動(dòng)平臺(tái)。

目前的無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)存在的問(wèn)題有，配備履帶式行走方式的移動(dòng)平臺(tái)，雖然擁有很強(qiáng)地面通過(guò)性和環(huán)境生存力，卻失去了機(jī)動(dòng)靈活快速響應(yīng)的特性，不足以應(yīng)對(duì)狀況兇險(xiǎn)的救援現(xiàn)場(chǎng)。擁有輪式驅(qū)動(dòng)的作戰(zhàn)平臺(tái)機(jī)動(dòng)靈活，反映快速，但地面通過(guò)性和環(huán)境適應(yīng)性較差。所以輪履復(fù)合行走方式是移動(dòng)平臺(tái)研究的熱點(diǎn)與趨勢(shì)。

國(guó)內(nèi)比較有名的沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所自行研制開(kāi)發(fā)的“靈蜥”系列化機(jī)器人，雖然是采用輪-履復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)，但履帶式行走方式配以直徑很小的輪子時(shí)，最大直線運(yùn)動(dòng)速度僅為40m/min，且無(wú)法原地旋轉(zhuǎn)，反映不夠靈活；履帶行走方式配以直徑較大的輪子時(shí)，越障功能削弱，載重變小。還有一些其他輪履復(fù)合機(jī)器人，只是做到簡(jiǎn)單粗暴的結(jié)合，輪履并不能實(shí)現(xiàn)自由切換，實(shí)現(xiàn)純輪、或純履的滾動(dòng)。國(guó)內(nèi)外普遍通用一種三角履帶總成是針對(duì)不同環(huán)境進(jìn)行輪履更換，更換意味著臨時(shí)改變車(chē)子構(gòu)造，且要自備兩種輪子，考慮到在無(wú)人作業(yè)平臺(tái)的工作環(huán)境下，對(duì)其自主性要求較高，人為更換輪履方式不適用實(shí)際環(huán)境；還有一種基于變胞原理的輪-履復(fù)合式，根據(jù)環(huán)境和工況的變化及任務(wù)需求，進(jìn)行自我重組和重構(gòu)。如采用的以色列g(shù)alileo公司研制的輪履復(fù)合式底盤(pán)的viper機(jī)器人。其底盤(pán)的履帶變形機(jī)構(gòu)可將履帶收縮于輪體內(nèi)或展開(kāi)成三角履帶狀，從而使機(jī)器人具有輪式和履帶式兩種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。但是這種變胞方式的復(fù)合可靠性難以保證，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，控制困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種輪-履復(fù)合型無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)及其運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了輪、履的自由切換，做到純輪、或純履的滾動(dòng)，而不是其中一種行走方式為主，另一種只起輔助作用或者只可短時(shí)啟用的缺點(diǎn)；同時(shí)裝有輪、履兩種行走模塊避免復(fù)雜環(huán)境下的人為更換；此外，這種復(fù)合方式切換簡(jiǎn)單，控制方便可靠。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種輪-履復(fù)合型無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)，包括車(chē)體、兩組履帶輪機(jī)構(gòu)、前橋、后橋，還包括四個(gè)輪履切換機(jī)構(gòu)，兩組履帶輪機(jī)構(gòu)對(duì)稱(chēng)設(shè)置在車(chē)體兩側(cè)，前橋設(shè)置在車(chē)體前端，后橋設(shè)置在車(chē)體后端，兩組履帶輪機(jī)構(gòu)對(duì)稱(chēng)設(shè)置在車(chē)體兩側(cè)，且位于前橋和后橋之間，兩個(gè)輪履切換機(jī)構(gòu)設(shè)置在同一組履帶輪機(jī)構(gòu)的內(nèi)壁兩端，與前橋同側(cè)的兩個(gè)輪履切換機(jī)構(gòu)分別與車(chē)體和前橋連接，與后橋同側(cè)的兩個(gè)輪履切換機(jī)構(gòu)分別與車(chē)體和后橋連接。

所述輪履切換機(jī)構(gòu)包括電缸、鉸接件、第一連桿、第二連桿、第三連桿和底座，電缸水平放置，推桿端朝向車(chē)橋，另一端通過(guò)鉸接件設(shè)置在車(chē)體上部，電缸的推桿頂端與第一連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一連桿的另一端與底座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，底座設(shè)置在車(chē)體下部，第一連桿中部有孔，與第二連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二連桿另一端與第三連桿中部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述轉(zhuǎn)動(dòng)連接處的第三連桿上設(shè)有限位塊，第三連桿水平放置，朝向車(chē)體的一端與底座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，朝向車(chē)橋的一端與車(chē)橋。

所述輪-履復(fù)合型無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)用，行走方式由履帶式向輪式切換時(shí)，此時(shí)電缸的推桿由縮回變?yōu)樯斐觯谝贿B桿的頂部由傾向車(chē)體變?yōu)樨Q直，電缸整體通過(guò)鉸接件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，第二連桿繞與第一連桿中間孔鉸接處，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，即與第一連桿的鉸接端向上升高，與第三連桿的鉸接端向下降低，由于第二連桿的運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)第三連桿繞與底座的鉸接處逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，連接車(chē)橋的一端自然將車(chē)輪放下，車(chē)輪著地后，電缸的推桿繼續(xù)伸出，將車(chē)體和兩組履帶輪機(jī)構(gòu)抬升，脫離地面，電缸的推桿繼續(xù)伸出，直至第一連桿完全豎直，與第二連桿重合，同時(shí)第三連桿上有限位塊抵住第二連桿，使得第二連桿一側(cè)被限位塊抵住，另一側(cè)被電缸的推桿推住，兩側(cè)都不能轉(zhuǎn)動(dòng)；此時(shí)連桿機(jī)構(gòu)為死點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)自鎖。

所述輪-履復(fù)合型無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)用，行走方式由輪式向履帶式切換時(shí)，此時(shí)電缸的推桿由伸出變?yōu)榭s回，第一連桿的頂部由豎直變?yōu)閮A向車(chē)體，連桿機(jī)構(gòu)脫離死點(diǎn)位置，第二連桿離開(kāi)豎直方向位置，結(jié)構(gòu)改變，電缸整體通過(guò)鉸接件逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，第二連桿繞與第一連桿中間孔鉸接處，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，即與第一連桿鉸接端向下降低，與第三連桿鉸接端向上升高，第二連桿的運(yùn)動(dòng)，拉動(dòng)第三連桿繞與底座的鉸接處順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，連接車(chē)橋的一端自然將車(chē)輪抬起，履帶輪機(jī)構(gòu)著地后，電缸的推桿繼續(xù)收縮，將車(chē)橋整體抬升，脫離地面，電缸的推桿繼續(xù)收縮，直至完全縮回。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）通過(guò)輪履切換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)輪履行走方式的完全切換，做到純輪、純履單一行走方式獨(dú)立行走；（2）通過(guò)電缸推動(dòng)切換機(jī)構(gòu)執(zhí)行功能，電缸任意位置可停，使得車(chē)橋角度、高度可調(diào)，實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)懸架結(jié)合。爬坡、爬樓梯角度可控，適應(yīng)性強(qiáng)；（3）利用連桿機(jī)構(gòu)的自鎖功能，使輪履切換后穩(wěn)定可靠，電缸動(dòng)作結(jié)束后不再受力。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明輪-履復(fù)合型無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明輪-履復(fù)合型無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)的三種形態(tài)示意圖，其中（a）為在平坦地面的輪式形態(tài)，（b）為越障形態(tài)，（c）為復(fù)雜地面的履帶形態(tài)。

圖3為本發(fā)明輪-履復(fù)合型無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)輪履的切換示意圖，其中（a）為切換至履帶狀態(tài)，（b）為切換至輪式狀態(tài)。

圖4為本發(fā)明輪-履復(fù)合型無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)的輪-履切換機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中（a）為切換至履帶狀態(tài)時(shí)的機(jī)構(gòu)位置狀態(tài)，（b）為切換至輪式狀態(tài)時(shí)的機(jī)構(gòu)位置狀態(tài)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

結(jié)合圖1，一種輪-履復(fù)合型無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)，包括車(chē)體1、兩組履帶輪機(jī)構(gòu)2（在具有自適應(yīng)能力輪-履復(fù)合變形移動(dòng)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)文獻(xiàn)中公開(kāi)）、前橋3、后橋4和四個(gè)輪履切換機(jī)構(gòu)5，兩組履帶輪機(jī)構(gòu)2對(duì)稱(chēng)設(shè)置在車(chē)體1兩側(cè)，前橋3設(shè)置在車(chē)體1前端，后橋4設(shè)置在車(chē)體1后端，兩組履帶輪機(jī)構(gòu)2對(duì)稱(chēng)設(shè)置在車(chē)體1兩側(cè)，且位于前橋3和后橋4之間，兩個(gè)輪履切換機(jī)構(gòu)5設(shè)置在同一組履帶輪機(jī)構(gòu)2的內(nèi)壁兩端，與前橋3同側(cè)的兩個(gè)輪履切換機(jī)構(gòu)5分別與車(chē)體1和前橋3連接，與后橋4同側(cè)的兩個(gè)輪履切換機(jī)構(gòu)5分別與車(chē)體1和后橋4連接。

本發(fā)明通過(guò)輪履切換機(jī)構(gòu)5實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的輪履切換功能，使其具有輪式、履式兩種行走方式；另外，輪履切換機(jī)構(gòu)5中的動(dòng)力源--電缸6的推桿任意位置可停，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)前橋3和后橋4抬升高度、角度的可控，主動(dòng)適應(yīng)不同路面狀況；輪履切換機(jī)構(gòu)5利用連桿機(jī)構(gòu)的自鎖功能，在切換為輪式行走方式時(shí)，電缸6的推桿在不撤回情況下，結(jié)構(gòu)固定不可變，而此時(shí)電缸6的推桿幾乎不受力。

結(jié)合圖3、圖4，所述輪履切換機(jī)構(gòu)5包括電缸6、鉸接件7、第一連桿8、第二連桿9、第三連桿10、底座11和若干根銷(xiāo)栓，電缸6水平放置，推桿端朝向車(chē)橋（分別朝向?qū)?yīng)的前橋3和后橋4），另一端通過(guò)鉸接件7設(shè)置在車(chē)體1上部。電缸6的推桿頂端與第一連桿8一端鉸接，第一連桿8的另一端與底座11鉸接，底座11設(shè)置在車(chē)體1下部，第一連桿8中部有孔，與第二連桿9一端鉸接，第二連桿9另一端與第三連桿10中部鉸接，所述鉸接處的第三連桿10上設(shè)有限位塊，第三連桿10水平放置，朝向車(chē)體1的一端與底座11鉸接，朝向車(chē)橋的一端與車(chē)橋（分別與對(duì)應(yīng)的前橋3和后橋4）固連。其中第一連桿8、第二連桿9、第三連桿10構(gòu)成連桿機(jī)構(gòu)。

所述輪-履復(fù)合型無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)用，行走方式由履帶式向輪式切換時(shí)，此時(shí)電缸6的推桿由縮回變?yōu)樯斐觯谝贿B桿8的頂部由傾向車(chē)體1變?yōu)樨Q直，電缸6整體通過(guò)鉸接件7順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，第二連桿9繞與第一連桿8中間孔鉸接處，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，即與第一連桿8的鉸接端向上升高，與第三連桿10的鉸接端向下降低，由于第二連桿9的運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)第三連桿10繞與底座11的鉸接處逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，連接車(chē)橋的一端自然將車(chē)輪放下，車(chē)輪著地后，電缸6的推桿繼續(xù)伸出，將車(chē)體1和兩組履帶輪機(jī)構(gòu)2抬升，脫離地面，電缸6的推桿繼續(xù)伸出，直至第一連桿8完全豎直，與第二連桿9重合，同時(shí)第三連桿10上有限位塊抵住第二連桿9，使得第二連桿9一側(cè)被限位塊抵住，另一側(cè)被電缸6的推桿推住，兩側(cè)都不能轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)連桿機(jī)構(gòu)為死點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)自鎖。地面?zhèn)鬟f給輪子的力最終有第二連桿9在豎直方向承受，電缸6只是在側(cè)邊扶住，保持結(jié)構(gòu)不變，幾乎不受力，避免了震動(dòng)可能對(duì)電推造成的損壞。（如圖3、圖4所示）。

所述輪-履復(fù)合型無(wú)人移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)用，行走方式由輪式向履帶式切換時(shí)，此時(shí)電缸6的推桿由伸出變?yōu)榭s回，第一連桿8的頂部由豎直變?yōu)閮A向車(chē)體1，連桿機(jī)構(gòu)脫離死點(diǎn)位置，第二連桿9離開(kāi)豎直方向位置，結(jié)構(gòu)改變，電缸6整體通過(guò)鉸接件7逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，第二連桿9繞與第一連桿8中間孔鉸接處，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，即與第一連桿8鉸接端向下降低，與第三連桿10鉸接端向上升高，第二連桿9的運(yùn)動(dòng)，拉動(dòng)第三連桿10繞與底座11的鉸接處順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，連接車(chē)橋的一端自然將車(chē)輪抬起，履帶輪機(jī)構(gòu)2著地后，電缸6的推桿繼續(xù)收縮，將車(chē)橋整體抬升，脫離地面，電缸6的推桿繼續(xù)收縮，直至完全縮回。（如圖3、圖4所示）。

爬樓梯過(guò)程：輪履切換機(jī)構(gòu)5將先接觸臺(tái)階一端的車(chē)橋（前橋3）抬升，超越臺(tái)階面高度，后橋4暫不抬升。平臺(tái)繼續(xù)前進(jìn)，履帶輪機(jī)構(gòu)2中的履帶接觸臺(tái)階，其中的履帶輪半徑高于臺(tái)階面，外齒與樓梯棱角接觸，并翻越樓梯棱角，此時(shí)要求輪子抬起伸出距離不能先于履帶輪抵到第二層臺(tái)階，不能阻擋履帶攀爬臺(tái)階。履帶順利爬上樓梯后，后橋4不抬升，起助推支撐作用，直至履帶完全脫離地面，登上樓梯，再將后橋4抬起。（如圖2所示）。

本發(fā)明通過(guò)輪履切換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)輪履行走方式的完全切換，做到純輪、純履單一行走方式獨(dú)立行走；通過(guò)電缸推動(dòng)切換機(jī)構(gòu)執(zhí)行功能，電缸任意位置可停，使得車(chē)橋角度、高度可調(diào)，實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)懸架結(jié)合；爬坡、爬樓梯角度可控，適應(yīng)性強(qiáng)；利用連桿機(jī)構(gòu)的自鎖功能，使輪履切換后穩(wěn)定可靠，電缸動(dòng)作結(jié)束后不再受力。