专利名称：走行装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械式行走装置，尤其涉及一种走行装置。
背景技术：
在地面上移动时，相比于其他运动模式，轮式运动模式具备移动速度快、转向灵活、结构简单的优点，但同时，轮式运动模式也存在跨越沟坎障碍能力不强、对于某些特殊地形无法适应等问题。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种走行装置，它由支架、6条机械腿、传动装置一和动力装置组成；机械腿、传动装置一和动力装置都设置于支架上；
所述机械腿由HOECKEN机构、调整机构和行走臂组成，支架两侧各设置有3套HOECKEN机构，6套HOECKEN机构同向设置；H0ECKEN机构的动力输入端与传动装置一连接，HOECKEN机构的动力输出端与行走臂连接；调整机构设置于HOECKEN机构和行走臂之间，调整机构用于对行走臂的姿态进行调整，以保证行走臂始终保持平动；传动装置一受动力装置驱动。前述结构的原理是:利用HOECKEN机构特殊的运动原理，使走行装置在行走时获得较好的姿态平稳性和速度平稳性，同时也使得走行装置可以跨越轮式运动所无法跨越的障碍，提高走行装置对地形的适应性。其中，HOECKEN机构的原理图如图1所示，图中的Θ表示动力输入臂与水平方向的夹角，图中的F点即相当于前述结构中的HOECKEN机构的动力输入端，E点即相当于前述结构中的HOECKEN机构的动力输出端，当动力输入臂绕F点单向转动时，E点沿一封闭的异形轨迹循环运动，其运动 轨迹如图2所示。从其轨迹可以看出，当Θ在90°至270°范围内变化时，E点的轨迹线最低段基本趋近于水平线，同时，现有理论已经证明，当Θ在90°至270°范围内变化时，E点的运动速度近似于恒速，这就可以使运动时的姿态平稳性和速度平稳性都达到良好的效果。机械腿的具体结构可采用如下的优选实施方案(如图3所示):所述机械腿由动力输入臂、传动臂、限位臂一、行走臂、连接杆、限位臂二和平行臂组成；
动力输入臂下端与支架转动连接，连接处形成转动副一，同时，动力输入臂下端与传动装置一连接；限位臂一下端与支架转动连接，连接处形成转动副二 ；限位臂二下端与支架转动连接，连接处形成转动副三；
转动副一、转动副二、转动副三顺次设置，且位于同一水平面上；
动力输入臂上端与传动臂下端转动连接，传动臂上端与行走臂左上端转动连接，传动臂和行走臂的连接处形成转动副四，传动臂中部分别与限位臂一上端和连接杆的一端转动连接，且限位臂一和传动臂的连接处与连接杆和传动臂的连接处同轴；连接杆另一端分别与限位臂二上端和平行臂下端转动连接，且连接杆和限位臂二的连接处与连接杆和平行臂的连接处同轴；平行臂上端与行走臂的右上端转动连接，平行臂和行走臂的连接处形成转动副五，转动副五与转动副四位于同一水平面上；转动副二和转动副三之间的距离与连接杆两端的转动轴之间的距离相等；转动副四和转动副五之间的距离与连接杆两端的转动轴之间的距离相等；前述的动力输入臂、传动臂和限位臂一所组成的结构体即形成HOECKEN机构；连接杆、限位臂二和平行臂所组成的结构体即形成调整机构；动力输入臂下端即为HOECKEN机构的动力输入端；传动臂上端即为HOECKEN机构的动力输出端。前述的具体结构的机械腿的运动原理可由图4的简化示意图示出，从图中我们可以看出，HOECKEN机构和调整机构组合后形成了以连接杆为公共边的两个平行四边形，从而使得机械腿只有一个自由度，仅需一个原动件即可带动机械腿上的各个部分整体运动，可有效减少需要的电机数量，同时，该结构通过全机械方式来使行走臂在运动过程中始终保持平动，不需要通过电机来控制传动臂和行走臂之间的角度。为了便于行走，本发明还采用如下的优选方式来调整6条机械腿的运动状态:支架左侧的3条机械腿分别记为左腿一、左腿二、左腿三，左腿一、左腿二、左腿三沿支架轴向顺次设置；右侧的3条机械腿分别记为右腿一、右腿二、右腿三，右腿一、右腿二、右腿三沿支架轴向顺次设置；左腿一与右腿一位置对应，左腿二与右腿二位置对应，左腿三与右腿三位置对应；行走臂上端形成步态控制点，当步态控制点位于左向最大行程位置时，机械腿处于收缩态，当步态控制点位于右向最大行程位置时，机械腿处于舒展态；6条机械腿分为两组，左腿二、右腿一和右腿三为一组，右腿二、左腿一和左腿三为另一组；同组机械腿上的HOECKEN机构的运动相位角度相同；不同组机械腿上的HOECKEN机构的运动相位角度相差180° ;当行走装置处于静止状 态时，左腿二、右腿一和右腿三都处于收缩态，同时，右腿二、左腿一和左腿三都处于舒展态；动力装置驱动传动装置一带动机械腿运动时，6条机械腿在同一动力驱动下同步运动。前述方案使左腿二、右腿一和右腿三在行进时都保持一种步态，其余三条机械腿都保持另一种步态，当保持同一步态的三条机械腿离地时，另外三条腿与地面保持接触对支架起支撑作用，从而使支架与地面的相对高度始终保持平稳。为了降低走行装置对动力装置的要求，以及缩减电动机数量、降低成本和减小装置自重，本发明还针对传动装置一提出了如下的优选方案:所述传动装置一由输入轴、前传动轴、后传动轴、前带轮、后带轮、两个中间带轮、两条传动带和输入带轮组成；输入轴两端分别与左腿二和右腿二上的HOECKEN机构的动力输入端传动连接，前传动轴两端分别与左腿一和右腿一上的HOECKEN机构的动力输入端传动连接，后传动轴两端分别与左腿三和右腿三上的HOECKEN机构的动力输入端传动连接；两个中间带轮和输入带轮都设置于输入轴上，前带轮设置于前传动轴上，后带轮设置于后传动轴上，其中一个中间带轮和前带轮之间通过第一传动带传动连接，另一个中间带轮和后带轮之间通过第二传动带传动连接；输入带轮受动力装置驱动，
现有的采用腿式运动方式的装置，一般都需要在装置上设置大量的电机来控制腿的步态，而本发明巧妙地利用由HOECKEN机构构成的机械腿在支撑和移步的两种运动状态正好相差180°相位角的特点，只用一个电机即实现了对所有机械腿的控制，这可以大幅降低装置的自重和成本。基于前述方案，发明人对其进行了进一步改进，将其与轮子相结合，获得一种具备双运动模式的车辆，具体方案为:所述支架上还设置有四个车轮、传动装置二和传动切换装置；同时，行走臂上还设置有伸缩装置，伸缩装置的伸缩方向与行走臂的轴向平行；支架两侧各设置2个车轮，车轮与传动装置二传动连接；传动切换装置控制动力装置与传动装置一和传动装置二之间的传动关系；当动力装置与传动装置二传动连接时，传动装置一无动力输入，支架通过轮子运动，此时伸缩装置处于收缩状态；当动力装置与传动装置一传动连接时，传动装置二无动力输入，支架通过机械腿运动，此时伸缩装置处于伸展状态。这种双运动模式的车辆对地形的适应能力较强，可以作为特种工程车辆或探测机器人使用。伸展状态的伸缩装置除了可以起将车轮抬高的作用外，还可以对行走臂的长度进行调节，从而调整行走臂与地面的相对位置，以保证行走臂与地面保持良好接触，最终保证支架在行走过程中始终保持水平姿态，因此，还可将伸缩装置单独用于走行装置上(即不与车轮结合)，以提高走行装置对地形的适应能力。本发明的有益技术效果是:提出了一种全新的走行装置，该走行装置对地形的适应能力较强，结构简单、自重轻，对动力系统的要求十分低。
图1、HOECKEN机构原理示意 图2、HOECKEN机构上动力输出端的运动轨迹示意 图3、机械腿结构示意 图4、机械腿原理示意 图5、基于本发明的走行装置的双运动模式车辆的结构侧视示意 图6、双运动模式车辆的结构俯视示意 图7、传动装置一结构示意 图中各个标记所对应的部件和位置分别为:支架1、动力输入臂2、传动臂3、限位臂一
4、行走臂5、连接杆6、限位臂二 7、平行臂8、输入轴9、前传动轴10、后传动轴11、前带轮12、后带轮13、两个中间带轮14、两条传动带15、输入带轮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、转动副一 A、转动副二 B、转动副三C、转动副四D、转动副五G0
具体实施例方式一种走行装置，其特征在于:它由支架1、6条机械腿、传动装置一和动力装置组成；机械腿、传动装置一和动力装置都设置于支架I上；
所述机械腿由HOECKEN机构、调整机构和行走臂5组成，支架I两侧各设置有3套HOECKEN机构，6套HOECKEN机构同向设置；H0ECKEN机构的动力输入端与传动装置一连接，HOECKEN机构的动力输出端与行走臂5连接；调整机构设置于HOECKEN机构和行走臂5之间，调整机构用于对行走臂5的姿态进行调整，以保证行走臂5始终保持平动；传动装置一受动力装置驱动。进一步地，所述机械腿由动力输入臂2、传动臂3、限位臂一 4、行走臂5、连接杆6、限位臂二 7和平行臂 8组成；
动力输入臂2下端与支架I转动连接，连接处形成转动副一 A，同时，动力输入臂2下端与传动装置一连接；
限位臂一 4下端与支架I转动连接，连接处形成转动副二 B ；限位臂二 7下端与支架(I)转动连接，连接处形成转动副三C ；
转动副一 A、转动副二 B、转动副三C顺次设置，且位于同一水平面上；
动力输入臂2上端与传动臂3下端转动连接，传动臂3上端与行走臂5左上端转动连接，传动臂3和行走臂5的连接处形成转动副四D，传动臂3中部分别与限位臂一 4上端和连接杆6的一端转动连接，且限位臂一 4和传动臂3的连接处与连接杆6和传动臂3的连接处同轴；连接杆6另一端分别与限位臂二 7上端和平行臂8下端转动连接，且连接杆6和限位臂二 7的连接处与连接杆6和平行臂8的连接处同轴；
平行臂8上端与行走臂5的右上端转动连接，平行臂8和行走臂5的连接处形成转动副五G,转动副五G与转动副四D位于同一水平面上；
转动副二 B和转动副三C之间的距离与连接杆6两端的转动轴之间的距离相等；转动副四D和转动副五G之间的距离与连接杆6两端的转动轴之间的距离相等；
前述的动力输入臂2、传动臂3和限位臂一 4所组成的结构体即形成HOECKEN机构；连接杆6、限位臂二 7和平行臂8所组成的结构体即形成调整机构；动力输入臂2下端即为HOECKEN机构的动力输入端；传动臂3上端即为HOECKEN机构的动力输出端。进一步地，支架I左侧的3条机械腿分别记为左腿一 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轴向顺次设置；右侧的3条机械腿分别记为右腿一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轴向顺次设置；左腿一LI与右腿一 Rl位置对应，左腿二 L2与右腿二 R2位置对应，左腿三L3与右腿三R3位置对应； 行走臂5上端形成步态控制点，当步态控制点位于左向最大行程位置时，机械腿处于收缩态，当步态控制点位于右向最大行程位置时，机械腿处于舒展态；
6条机械腿分为两组，左腿二 L2、右腿一 Rl和右腿三R3为一组，右腿二 R2、左腿一 LI和左腿三L3为另一组；同组机械腿上的HOECKEN机构的运动相位角度相同；不同组机械腿上的HOECKEN机构的运动相位角度相差180° ;当行走装置处于静止状态时，左腿二 L2、右腿一 Rl和右腿三R3都处于收缩态，同时，右腿二 R2、左腿一 LI和左腿三L3都处于舒展态；动力装置驱动传动装置一带动机械腿运动时，6条机械腿在同一动力驱动下同步运动。进一步地，所述传动装置一由输入轴9、前传动轴10、后传动轴11、前带轮12、后带轮13、两个中间带轮14、两条传动带15和输入带轮16组成；
输入轴9两端分别与左腿二 L2和右腿二 R2上的HOECKEN机构的动力输入端传动连接，前传动轴10两端分别与左腿一 LI和右腿一 Rl上的HOECKEN机构的动力输入端传动连接，后传动轴11两端分别与左腿三L3和右腿三R3上的HOECKEN机构的动力输入端传动连接；两个中间带轮14和输入带轮16都设置于输入轴9上，前带轮12设置于前传动轴10上，后带轮13设置于后传动轴11上，其中一个中间带轮14和前带轮12之间通过第一传动带15传动连接，另一个中间带轮14和后带轮13之间通过第二传动带15传动连接；输入带轮16受动力装置驱动。进一步地，所述支架I上还设置有四个车轮、传动装置二和传动切换装置；同时，行走臂5上还设置有伸缩装置，伸缩装置的伸缩方向与行走臂5的轴向平行；支架I两侧各设置2个车轮，车轮与传动装置二传动连接；传动切换装置控制动力装置与传动装置一和传动装置二之间的传动关系；
当动力装置与传动装置二传动连接时，传动装置一无动力输入，支架I通过轮子运动，此时伸缩装置处于收缩状态；当动力装置与传动装置一传动连接时，传动装置二无动力输入，支架I通过机械腿运动 ，此时伸缩装置处于伸展状态。
权利要求
1.一种走行装置，其特征在于:它由支架(1)、6条机械腿、传动装置一和动力装置组成；机械腿、传动装置一和动力装置都设置于支架(I)上； 所述机械腿由HOECKEN机构、调整机构和行走臂(5)组成，支架(I)两侧各设置有3套H0ECKEN机构，6套HOECKEN机构同向设置；H0ECKEN机构的动力输入端与传动装置一连接，HOECKEN机构的动力输出端与行走臂(5)连接；调整机构设置于HOECKEN机构和行走臂(5)之间，调整机构用于对行走臂(5)的姿态进行调整，以保证行走臂(5)始终保持平动；传动装置一受动力装置驱动。
2.根据权利要求1所述的走行装置，其特征在于:所述机械腿由动力输入臂(2)、传动臂(3)、限位臂一(4)、行走臂(5)、连接杆(6)、限位臂二(7)和平行臂(8)组成； 动力输入臂(2)下端与支架(I)转动连接，连接处形成转动副一(A)，同时，动力输入臂(2)下端与传动装置一连接； 限位臂一(4)下端与支架(I)转动连接，连接处形成转动副二(B);限位臂二(7)下端与支架(I)转动连接，连接处形成转动副三(C)； 转动副一(A)、转动副二(B)、转动副三(C)顺次设置，且位于同一水平面上； 动力输入臂(2)上端与传动臂(3)下端转动连接，传动臂(3)上端与行走臂(5)左上端转动连接，传动臂(3)和行走臂(5)的连接处形成转动副四(D)，传动臂(3)中部分别与限位臂一(4)上端和连接杆(6)的一端转动连接，且限位臂一(4)和传动臂(3)的连接处与连接杆(6)和传动臂(3)的连接处同轴；连接杆(6)另一端分别与限位臂二(7)上端和平行臂(8)下端转动连接，且连接杆(6)和限位臂二(7)的连接处与连接杆(6)和平行臂(8)的连接处同轴； 平行臂(8)上端与行走臂(5)的右上端转动连接，平行臂(8)和行走臂(5)的连接处形成转动副五(G)，转动副五(G)与转动副四(D)位于同一水平面上； 转动副二(B)和转动副三(C)之间的距离与连接杆(6)两端的转动轴之间的距离相等；转动副四(D)和转动副五(G)之间的距离与连接杆(6)两端的转动轴之间的距离相等；前述的动力输入臂(2)、传动臂(3)和限位臂一(4)所组成的结构体即形成HOECKEN机构；连接杆(6)、限位臂二(7)和平行臂(8)所组成的结构体即形成调整机构；动力输入臂(2)下端即为HOECKEN机构的动力输入端；传动臂(3)上端即为HOECKEN机构的动力输出端。
3.根据权利要求2所述的走行装置，其特征在于:支架(I)左侧的3条机械腿分别记为左腿一(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)轴向顺次设置；右侧的3条机械腿分别记为右腿一(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)轴向顺次设置；左腿一(LI)与右腿一(Rl)位置对应，左腿二(L2)与右腿二(R2)位置对应，左腿三(L3)与右腿三(R3)位置对应； 行走臂(5)上端形成步态控制点，当步态控制点位于左向最大行程位置时，机械腿处于收缩态，当步态控制点位于右向最大行程位置时，机械腿处于舒展态； 6条机械腿分为两组，左腿二(L2)、右腿一(Rl)和右腿三(R3)为一组，右腿二(R2)、左腿一(LI)和左腿三(L3)为另一组；同 组机械腿上的HOECKEN机构的运动相位角度相同；不同组机械腿上的HOECKEN机构的运动相位角度相差180° ;当行走装置处于静止状态时，左腿二(L2)、右腿一(Rl)和右腿三(R3)都处于收缩态，同时，右腿二(R2)、左腿一(LI)和左腿三(L3)都处于舒展态；动力装置驱动传动装置一带动机械腿运动时，6条机械腿在同一动力驱动下同步运动。
4.根据权利要求3所述的走行装置，其特征在于:所述传动装置一由输入轴(9)、前传动轴(10)、后传动轴(11)、前带轮(12)、后带轮(13)、两个中间带轮(14)、两条传动带(15)和输入带轮(16)组成； 输入轴(9)两端分别与左腿二(L2)和右腿二(R2)上的HOECKEN机构的动力输入端传动连接，前传动轴(10)两端分别与左腿一(LI)和右腿一(Rl)上的HOECKEN机构的动力输入端传动连接，后传动轴(11)两端分别与左腿三(L3 )和右腿三(R3 )上的HOECKEN机构的动力输入端传动连接； 两个中间带轮(14)和输入带轮(16)都设置于输入轴(9)上，前带轮(12)设置于前传动轴(10)上，后带轮(13)设置于后传动轴(11)上，其中一个中间带轮(14)和前带轮(12)之间通过第一传动带(15)传动连接，另一个中间带轮(14)和后带轮(13)之间通过第二传动带(15)传动连接；输入带轮(16)受动力装置驱动。
5.根据权利要求4所述的走行装置，其特征在于:所述支架(I)上还设置有四个车轮、传动装置二和传动切换装置；同时，行走臂(5)上还设置有伸缩装置，伸缩装置的伸缩方向与行走臂(5)的轴向平行； 支架(I)两侧各设置2个车轮，车轮与传动装置二传动连接；传动切换装置控制动力装置与传动装置一和传动装置二之间的传动关系； 当动力装置与传动装置二传动连接时，传动装置一无动力输入，支架(I)通过轮子运动，此时伸缩装置处于收缩状态；当动力装置与传动装置一传动连接时，传动装置二无动力输入，支架(I)通过机械腿运动，此时`伸缩装置处于伸展状态。
全文摘要
一种走行装置，它由支架、6条机械腿、传动装置一和动力装置组成；机械腿、传动装置一和动力装置都设置于支架上；所述机械腿由HOECKEN机构、调整机构和行走臂组成，支架两侧各设置有3套HOECKEN机构，6套HOECKEN机构同向设置；HOECKEN机构的动力输入端与传动装置一连接，HOECKEN机构的动力输出端与行走臂连接；调整机构设置于HOECKEN机构和行走臂之间，调整机构用于对行走臂的姿态进行调整，以保证行走臂始终保持平动；传动装置一受动力装置驱动。本发明的有益技术效果是提出了一种全新的走行装置，该走行装置对地形的适应能力较强，结构简单、自重轻，对动力系统的要求十分低。
文档编号B62D57/032GK103223985SQ20131016622
公开日2013年7月31日 申请日期2013年5月8日 优先权日2013年5月8日
发明者杨志刚, 刘群, 罗佳伟, 陈尧, 王棋, 顾绍峰, 付豪, 喻思维, 孔蓉 申请人:重庆交通大学