專利名稱：走行裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機械式行走裝置，尤其涉及一種走行裝置。
背景技術：
在地面上移動時，相比于其他運動模式，輪式運動模式具備移動速度快、轉向靈活、結構簡單的優(yōu)點，但同時，輪式運動模式也存在跨越溝坎障礙能力不強、對于某些特殊地形無法適應等問題。

發(fā)明內容
針對背景技術中的問題，本發(fā)明提出了一種走行裝置，它由支架、6條機械腿、傳動裝置一和動力裝置組成；機械腿、傳動裝置一和動力裝置都設置于支架上；
所述機械腿由HOECKEN機構、調整機構和行走臂組成，支架兩側各設置有3套HOECKEN機構，6套HOECKEN機構同向設置；H0ECKEN機構的動力輸入端與傳動裝置一連接，HOECKEN機構的動力輸出端與行走臂連接；調整機構設置于HOECKEN機構和行走臂之間，調整機構用于對行走臂的姿態(tài)進行調整，以保證行走臂始終保持平動；傳動裝置一受動力裝置驅動。前述結構的原理是:利用HOECKEN機構特殊的運動原理，使走行裝置在行走時獲得較好的姿態(tài)平穩(wěn)性和速度平穩(wěn)性，同時也使得走行裝置可以跨越輪式運動所無法跨越的障礙，提高走行裝置對地形的適應性。其中，HOECKEN機構的原理圖如圖1所示，圖中的Θ表示動力輸入臂與水平方向的夾角，圖中的F點即相當于前述結構中的HOECKEN機構的動力輸入端，E點即相當于前述結構中的HOECKEN機構的動力輸出端，當動力輸入臂繞F點單向轉動時，E點沿一封閉的異形軌跡循環(huán)運動，其運動 軌跡如圖2所示。從其軌跡可以看出，當Θ在90°至270°范圍內變化時，E點的軌跡線最低段基本趨近于水平線，同時，現有理論已經證明，當Θ在90°至270°范圍內變化時，E點的運動速度近似于恒速，這就可以使運動時的姿態(tài)平穩(wěn)性和速度平穩(wěn)性都達到良好的效果。機械腿的具體結構可采用如下的優(yōu)選實施方案(如圖3所示):所述機械腿由動力輸入臂、傳動臂、限位臂一、行走臂、連接桿、限位臂二和平行臂組成；
動力輸入臂下端與支架轉動連接，連接處形成轉動副一，同時，動力輸入臂下端與傳動裝置一連接；限位臂一下端與支架轉動連接，連接處形成轉動副二 ；限位臂二下端與支架轉動連接，連接處形成轉動副三；
轉動副一、轉動副二、轉動副三順次設置，且位于同一水平面上；
動力輸入臂上端與傳動臂下端轉動連接，傳動臂上端與行走臂左上端轉動連接，傳動臂和行走臂的連接處形成轉動副四，傳動臂中部分別與限位臂一上端和連接桿的一端轉動連接，且限位臂一和傳動臂的連接處與連接桿和傳動臂的連接處同軸；連接桿另一端分別與限位臂二上端和平行臂下端轉動連接，且連接桿和限位臂二的連接處與連接桿和平行臂的連接處同軸；平行臂上端與行走臂的右上端轉動連接，平行臂和行走臂的連接處形成轉動副五，轉動副五與轉動副四位于同一水平面上；轉動副二和轉動副三之間的距離與連接桿兩端的轉動軸之間的距離相等；轉動副四和轉動副五之間的距離與連接桿兩端的轉動軸之間的距離相等；前述的動力輸入臂、傳動臂和限位臂一所組成的結構體即形成HOECKEN機構；連接桿、限位臂二和平行臂所組成的結構體即形成調整機構；動力輸入臂下端即為HOECKEN機構的動力輸入端；傳動臂上端即為HOECKEN機構的動力輸出端。前述的具體結構的機械腿的運動原理可由圖4的簡化示意圖示出，從圖中我們可以看出，HOECKEN機構和調整機構組合后形成了以連接桿為公共邊的兩個平行四邊形，從而使得機械腿只有一個自由度，僅需一個原動件即可帶動機械腿上的各個部分整體運動，可有效減少需要的電機數量，同時，該結構通過全機械方式來使行走臂在運動過程中始終保持平動，不需要通過電機來控制傳動臂和行走臂之間的角度。為了便于行走，本發(fā)明還采用如下的優(yōu)選方式來調整6條機械腿的運動狀態(tài):支架左側的3條機械腿分別記為左腿一、左腿二、左腿三，左腿一、左腿二、左腿三沿支架軸向順次設置；右側的3條機械腿分別記為右腿一、右腿二、右腿三，右腿一、右腿二、右腿三沿支架軸向順次設置；左腿一與右腿一位置對應，左腿二與右腿二位置對應，左腿三與右腿三位置對應；行走臂上端形成步態(tài)控制點，當步態(tài)控制點位于左向最大行程位置時，機械腿處于收縮態(tài)，當步態(tài)控制點位于右向最大行程位置時，機械腿處于舒展態(tài)；6條機械腿分為兩組，左腿二、右腿一和右腿三為一組，右腿二、左腿一和左腿三為另一組；同組機械腿上的HOECKEN機構的運動相位角度相同；不同組機械腿上的HOECKEN機構的運動相位角度相差180° ;當行走裝置處于靜止狀 態(tài)時，左腿二、右腿一和右腿三都處于收縮態(tài)，同時，右腿二、左腿一和左腿三都處于舒展態(tài)；動力裝置驅動傳動裝置一帶動機械腿運動時，6條機械腿在同一動力驅動下同步運動。前述方案使左腿二、右腿一和右腿三在行進時都保持一種步態(tài)，其余三條機械腿都保持另一種步態(tài)，當保持同一步態(tài)的三條機械腿離地時，另外三條腿與地面保持接觸對支架起支撐作用，從而使支架與地面的相對高度始終保持平穩(wěn)。為了降低走行裝置對動力裝置的要求，以及縮減電動機數量、降低成本和減小裝置自重，本發(fā)明還針對傳動裝置一提出了如下的優(yōu)選方案:所述傳動裝置一由輸入軸、前傳動軸、后傳動軸、前帶輪、后帶輪、兩個中間帶輪、兩條傳動帶和輸入帶輪組成；輸入軸兩端分別與左腿二和右腿二上的HOECKEN機構的動力輸入端傳動連接，前傳動軸兩端分別與左腿一和右腿一上的HOECKEN機構的動力輸入端傳動連接，后傳動軸兩端分別與左腿三和右腿三上的HOECKEN機構的動力輸入端傳動連接；兩個中間帶輪和輸入帶輪都設置于輸入軸上，前帶輪設置于前傳動軸上，后帶輪設置于后傳動軸上，其中一個中間帶輪和前帶輪之間通過第一傳動帶傳動連接，另一個中間帶輪和后帶輪之間通過第二傳動帶傳動連接；輸入帶輪受動力裝置驅動，
現有的采用腿式運動方式的裝置，一般都需要在裝置上設置大量的電機來控制腿的步態(tài)，而本發(fā)明巧妙地利用由HOECKEN機構構成的機械腿在支撐和移步的兩種運動狀態(tài)正好相差180°相位角的特點，只用一個電機即實現了對所有機械腿的控制，這可以大幅降低裝置的自重和成本?；谇笆龇桨?，發(fā)明人對其進行了進一步改進，將其與輪子相結合，獲得一種具備雙運動模式的車輛，具體方案為:所述支架上還設置有四個車輪、傳動裝置二和傳動切換裝置；同時，行走臂上還設置有伸縮裝置，伸縮裝置的伸縮方向與行走臂的軸向平行；支架兩側各設置2個車輪，車輪與傳動裝置二傳動連接；傳動切換裝置控制動力裝置與傳動裝置一和傳動裝置二之間的傳動關系；當動力裝置與傳動裝置二傳動連接時，傳動裝置一無動力輸入，支架通過輪子運動，此時伸縮裝置處于收縮狀態(tài)；當動力裝置與傳動裝置一傳動連接時，傳動裝置二無動力輸入，支架通過機械腿運動，此時伸縮裝置處于伸展狀態(tài)。這種雙運動模式的車輛對地形的適應能力較強，可以作為特種工程車輛或探測機器人使用。伸展狀態(tài)的伸縮裝置除了可以起將車輪抬高的作用外，還可以對行走臂的長度進行調節(jié)，從而調整行走臂與地面的相對位置，以保證行走臂與地面保持良好接觸，最終保證支架在行走過程中始終保持水平姿態(tài)，因此，還可將伸縮裝置單獨用于走行裝置上(即不與車輪結合)，以提高走行裝置對地形的適應能力。本發(fā)明的有益技術效果是:提出了一種全新的走行裝置，該走行裝置對地形的適應能力較強，結構簡單、自重輕，對動力系統(tǒng)的要求十分低。


圖1、HOECKEN機構原理示意 圖2、HOECKEN機構上動力輸出端的運動軌跡示意 圖3、機械腿結構示意 圖4、機械腿原理示意 圖5、基于本發(fā)明的走行裝置的雙運動模式車輛的結構側視示意 圖6、雙運動模式車輛的結構俯視示意 圖7、傳動裝置一結構示意 圖中各個標記所對應的部件和位置分別為:支架1、動力輸入臂2、傳動臂3、限位臂一
4、行走臂5、連接桿6、限位臂二 7、平行臂8、輸入軸9、前傳動軸10、后傳動軸11、前帶輪12、后帶輪13、兩個中間帶輪14、兩條傳動帶15、輸入帶輪16、左腿一 L1、左腿二 L2、左腿三L3、右腿一 Rl、右腿二 R2、右腿三R3、轉動副一 A、轉動副二 B、轉動副三C、轉動副四D、轉動副五G0
具體實施例方式一種走行裝置，其特征在于:它由支架1、6條機械腿、傳動裝置一和動力裝置組成；機械腿、傳動裝置一和動力裝置都設置于支架I上；
所述機械腿由HOECKEN機構、調整機構和行走臂5組成，支架I兩側各設置有3套HOECKEN機構，6套HOECKEN機構同向設置；H0ECKEN機構的動力輸入端與傳動裝置一連接，HOECKEN機構的動力輸出端與行走臂5連接；調整機構設置于HOECKEN機構和行走臂5之間，調整機構用于對行走臂5的姿態(tài)進行調整，以保證行走臂5始終保持平動；傳動裝置一受動力裝置驅動。進一步地，所述機械腿由動力輸入臂2、傳動臂3、限位臂一 4、行走臂5、連接桿6、限位臂二 7和平行臂 8組成；
動力輸入臂2下端與支架I轉動連接，連接處形成轉動副一 A，同時，動力輸入臂2下端與傳動裝置一連接；
限位臂一 4下端與支架I轉動連接，連接處形成轉動副二 B ；限位臂二 7下端與支架(I)轉動連接，連接處形成轉動副三C ；
轉動副一 A、轉動副二 B、轉動副三C順次設置，且位于同一水平面上；
動力輸入臂2上端與傳動臂3下端轉動連接，傳動臂3上端與行走臂5左上端轉動連接，傳動臂3和行走臂5的連接處形成轉動副四D，傳動臂3中部分別與限位臂一 4上端和連接桿6的一端轉動連接，且限位臂一 4和傳動臂3的連接處與連接桿6和傳動臂3的連接處同軸；連接桿6另一端分別與限位臂二 7上端和平行臂8下端轉動連接，且連接桿6和限位臂二 7的連接處與連接桿6和平行臂8的連接處同軸；
平行臂8上端與行走臂5的右上端轉動連接，平行臂8和行走臂5的連接處形成轉動副五G,轉動副五G與轉動副四D位于同一水平面上；
轉動副二 B和轉動副三C之間的距離與連接桿6兩端的轉動軸之間的距離相等；轉動副四D和轉動副五G之間的距離與連接桿6兩端的轉動軸之間的距離相等；
前述的動力輸入臂2、傳動臂3和限位臂一 4所組成的結構體即形成HOECKEN機構；連接桿6、限位臂二 7和平行臂8所組成的結構體即形成調整機構；動力輸入臂2下端即為HOECKEN機構的動力輸入端；傳動臂3上端即為HOECKEN機構的動力輸出端。進一步地，支架I左側的3條機械腿分別記為左腿一 L1、左腿二 L2、左腿三L3，左腿一 L1、左腿二 L2、左腿三L3沿支架I軸向順次設置；右側的3條機械腿分別記為右腿一R1、右腿二 R2、右腿三R3，右腿一 R1、右腿二 R2、右腿三R3沿支架I軸向順次設置；左腿一LI與右腿一 Rl位置對應，左腿二 L2與右腿二 R2位置對應，左腿三L3與右腿三R3位置對應； 行走臂5上端形成步態(tài)控制點，當步態(tài)控制點位于左向最大行程位置時，機械腿處于收縮態(tài)，當步態(tài)控制點位于右向最大行程位置時，機械腿處于舒展態(tài)；
6條機械腿分為兩組，左腿二 L2、右腿一 Rl和右腿三R3為一組，右腿二 R2、左腿一 LI和左腿三L3為另一組；同組機械腿上的HOECKEN機構的運動相位角度相同；不同組機械腿上的HOECKEN機構的運動相位角度相差180° ;當行走裝置處于靜止狀態(tài)時，左腿二 L2、右腿一 Rl和右腿三R3都處于收縮態(tài)，同時，右腿二 R2、左腿一 LI和左腿三L3都處于舒展態(tài)；動力裝置驅動傳動裝置一帶動機械腿運動時，6條機械腿在同一動力驅動下同步運動。進一步地，所述傳動裝置一由輸入軸9、前傳動軸10、后傳動軸11、前帶輪12、后帶輪13、兩個中間帶輪14、兩條傳動帶15和輸入帶輪16組成；
輸入軸9兩端分別與左腿二 L2和右腿二 R2上的HOECKEN機構的動力輸入端傳動連接，前傳動軸10兩端分別與左腿一 LI和右腿一 Rl上的HOECKEN機構的動力輸入端傳動連接，后傳動軸11兩端分別與左腿三L3和右腿三R3上的HOECKEN機構的動力輸入端傳動連接；兩個中間帶輪14和輸入帶輪16都設置于輸入軸9上，前帶輪12設置于前傳動軸10上，后帶輪13設置于后傳動軸11上，其中一個中間帶輪14和前帶輪12之間通過第一傳動帶15傳動連接，另一個中間帶輪14和后帶輪13之間通過第二傳動帶15傳動連接；輸入帶輪16受動力裝置驅動。進一步地，所述支架I上還設置有四個車輪、傳動裝置二和傳動切換裝置；同時，行走臂5上還設置有伸縮裝置，伸縮裝置的伸縮方向與行走臂5的軸向平行；支架I兩側各設置2個車輪，車輪與傳動裝置二傳動連接；傳動切換裝置控制動力裝置與傳動裝置一和傳動裝置二之間的傳動關系；
當動力裝置與傳動裝置二傳動連接時，傳動裝置一無動力輸入，支架I通過輪子運動，此時伸縮裝置處于收縮狀態(tài)；當動力裝置與傳動裝置一傳動連接時，傳動裝置二無動力輸入，支架I通過機械腿運動 ，此時伸縮裝置處于伸展狀態(tài)。
權利要求
1.一種走行裝置，其特征在于:它由支架(1)、6條機械腿、傳動裝置一和動力裝置組成；機械腿、傳動裝置一和動力裝置都設置于支架(I)上； 所述機械腿由HOECKEN機構、調整機構和行走臂(5)組成，支架(I)兩側各設置有3套H0ECKEN機構，6套HOECKEN機構同向設置；H0ECKEN機構的動力輸入端與傳動裝置一連接，HOECKEN機構的動力輸出端與行走臂(5)連接；調整機構設置于HOECKEN機構和行走臂(5)之間，調整機構用于對行走臂(5)的姿態(tài)進行調整，以保證行走臂(5)始終保持平動；傳動裝置一受動力裝置驅動。
2.根據權利要求1所述的走行裝置，其特征在于:所述機械腿由動力輸入臂(2)、傳動臂(3)、限位臂一(4)、行走臂(5)、連接桿(6)、限位臂二(7)和平行臂(8)組成； 動力輸入臂(2)下端與支架(I)轉動連接，連接處形成轉動副一(A)，同時，動力輸入臂(2)下端與傳動裝置一連接； 限位臂一(4)下端與支架(I)轉動連接，連接處形成轉動副二(B);限位臂二(7)下端與支架(I)轉動連接，連接處形成轉動副三(C)； 轉動副一(A)、轉動副二(B)、轉動副三(C)順次設置，且位于同一水平面上； 動力輸入臂(2)上端與傳動臂(3)下端轉動連接，傳動臂(3)上端與行走臂(5)左上端轉動連接，傳動臂(3)和行走臂(5)的連接處形成轉動副四(D)，傳動臂(3)中部分別與限位臂一(4)上端和連接桿(6)的一端轉動連接，且限位臂一(4)和傳動臂(3)的連接處與連接桿(6)和傳動臂(3)的連接處同軸；連接桿(6)另一端分別與限位臂二(7)上端和平行臂(8)下端轉動連接，且連接桿(6)和限位臂二(7)的連接處與連接桿(6)和平行臂(8)的連接處同軸； 平行臂(8)上端與行走臂(5)的右上端轉動連接，平行臂(8)和行走臂(5)的連接處形成轉動副五(G)，轉動副五(G)與轉動副四(D)位于同一水平面上； 轉動副二(B)和轉動副三(C)之間的距離與連接桿(6)兩端的轉動軸之間的距離相等；轉動副四(D)和轉動副五(G)之間的距離與連接桿(6)兩端的轉動軸之間的距離相等；前述的動力輸入臂(2)、傳動臂(3)和限位臂一(4)所組成的結構體即形成HOECKEN機構；連接桿(6)、限位臂二(7)和平行臂(8)所組成的結構體即形成調整機構；動力輸入臂(2)下端即為HOECKEN機構的動力輸入端；傳動臂(3)上端即為HOECKEN機構的動力輸出端。
3.根據權利要求2所述的走行裝置，其特征在于:支架(I)左側的3條機械腿分別記為左腿一(LI)、左腿二(L2)、左腿三(L3)，左腿一(LI)、左腿二(L2)、左腿三(L3)沿支架(I)軸向順次設置；右側的3條機械腿分別記為右腿一(Rl)、右腿二(R2)、右腿三(R3)，右腿一(R1)、右腿二(R2)、右腿三(R3)沿支架(I)軸向順次設置；左腿一(LI)與右腿一(Rl)位置對應，左腿二(L2)與右腿二(R2)位置對應，左腿三(L3)與右腿三(R3)位置對應； 行走臂(5)上端形成步態(tài)控制點，當步態(tài)控制點位于左向最大行程位置時，機械腿處于收縮態(tài)，當步態(tài)控制點位于右向最大行程位置時，機械腿處于舒展態(tài)； 6條機械腿分為兩組，左腿二(L2)、右腿一(Rl)和右腿三(R3)為一組，右腿二(R2)、左腿一(LI)和左腿三(L3)為另一組；同 組機械腿上的HOECKEN機構的運動相位角度相同；不同組機械腿上的HOECKEN機構的運動相位角度相差180° ;當行走裝置處于靜止狀態(tài)時，左腿二(L2)、右腿一(Rl)和右腿三(R3)都處于收縮態(tài)，同時，右腿二(R2)、左腿一(LI)和左腿三(L3)都處于舒展態(tài)；動力裝置驅動傳動裝置一帶動機械腿運動時，6條機械腿在同一動力驅動下同步運動。
4.根據權利要求3所述的走行裝置，其特征在于:所述傳動裝置一由輸入軸(9)、前傳動軸(10)、后傳動軸(11)、前帶輪(12)、后帶輪(13)、兩個中間帶輪(14)、兩條傳動帶(15)和輸入帶輪(16)組成； 輸入軸(9)兩端分別與左腿二(L2)和右腿二(R2)上的HOECKEN機構的動力輸入端傳動連接，前傳動軸(10)兩端分別與左腿一(LI)和右腿一(Rl)上的HOECKEN機構的動力輸入端傳動連接，后傳動軸(11)兩端分別與左腿三(L3 )和右腿三(R3 )上的HOECKEN機構的動力輸入端傳動連接； 兩個中間帶輪(14)和輸入帶輪(16)都設置于輸入軸(9)上，前帶輪(12)設置于前傳動軸(10)上，后帶輪(13)設置于后傳動軸(11)上，其中一個中間帶輪(14)和前帶輪(12)之間通過第一傳動帶(15)傳動連接，另一個中間帶輪(14)和后帶輪(13)之間通過第二傳動帶(15)傳動連接；輸入帶輪(16)受動力裝置驅動。
5.根據權利要求4所述的走行裝置，其特征在于:所述支架(I)上還設置有四個車輪、傳動裝置二和傳動切換裝置；同時，行走臂(5)上還設置有伸縮裝置，伸縮裝置的伸縮方向與行走臂(5)的軸向平行； 支架(I)兩側各設置2個車輪，車輪與傳動裝置二傳動連接；傳動切換裝置控制動力裝置與傳動裝置一和傳動裝置二之間的傳動關系； 當動力裝置與傳動裝置二傳動連接時，傳動裝置一無動力輸入，支架(I)通過輪子運動，此時伸縮裝置處于收縮狀態(tài)；當動力裝置與傳動裝置一傳動連接時，傳動裝置二無動力輸入，支架(I)通過機械腿運動，此時`伸縮裝置處于伸展狀態(tài)。
全文摘要
一種走行裝置，它由支架、6條機械腿、傳動裝置一和動力裝置組成；機械腿、傳動裝置一和動力裝置都設置于支架上；所述機械腿由HOECKEN機構、調整機構和行走臂組成，支架兩側各設置有3套HOECKEN機構，6套HOECKEN機構同向設置；HOECKEN機構的動力輸入端與傳動裝置一連接，HOECKEN機構的動力輸出端與行走臂連接；調整機構設置于HOECKEN機構和行走臂之間，調整機構用于對行走臂的姿態(tài)進行調整，以保證行走臂始終保持平動；傳動裝置一受動力裝置驅動。本發(fā)明的有益技術效果是提出了一種全新的走行裝置，該走行裝置對地形的適應能力較強，結構簡單、自重輕，對動力系統(tǒng)的要求十分低。
文檔編號B62D57/032GK103223985SQ20131016622
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月8日 優(yōu)先權日2013年5月8日
發(fā)明者楊志剛, 劉群, 羅佳偉, 陳堯, 王棋, 顧紹峰, 付豪, 喻思維, 孔蓉 申請人:重慶交通大學