一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，属于工程机械的应用领域，包括右前腿（1）、回转底座（2）、右后腿（3）、升降油缸（4）、左前腿（6）和左后腿（5），右前腿与左前腿结构对称，右后腿与左后腿结构对称；回转底座为对称式结构，由中央油箱和垂直方向上阶梯式布局在中央油箱两侧的两个侧油箱组成，回转底座分别通过一个升降油缸（4）和相应的套筒A与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿连接。本发明中回转底座内油流能够在中央油箱与侧油箱之间相互贯通，使储油不再单独依赖于中央油箱的内部空间，提高了至少一倍的储油容量；在野外作业的条件下，主油箱燃油耗尽时，可以抽取底盘上的燃油，野外自持能力高。
【专利说明】一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种步履式挖掘机步行式底盘，具体是一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，属于工程机械的应用领域。
【背景技术】
[0002]众所周知，步履式挖掘机是一种能在森林、山地、沼泽等复杂全地形地区完全通用的全地形、多用途步行式挖掘机。如果将步履式挖掘机比作“多栖作业蜘蛛式机器人”的话，那么步行式底盘就是其“腰部+腿足部”。“腰部+腿足部”的作业功能特点要求其能够衔接身躯的其他部分，实现“腰部”的360°旋转，能做出“腿足部”的拟人动作等。广义的说，步履式挖掘机步行式底盘最大特点就是对自然地形的“融合性”。
[0003]步履挖掘机底盘既不同于四轮驱动模式，又不同于某些铰接式工程车底盘采用的地面仿形驱动模式，他兼有自行及步行作业的特点。机体的稳定性通过至少三个腿支撑来保证，当一条腿离开地面时，其余腿至少始终可提供一个三角架式支承。步行的立足点是离散的，可以在可能到过的地面上自行最优的选择支撑点，最终使整机处于稳定状态。陡坡行走时主要依靠前臂和斗的伸曲配合作用，使整机一步步地向前迈进。由于可支配的自由度众多，底盘装置的动作和整机协调动作繁复，经常上升、下降、摆动、调节及旋转，这样对整机作业效率的提升起着很大作用。
[0004]作为步履式挖掘机的重要部件，步行式底盘在复杂地形作业时需要满足下列特殊要求:1、重量尽可能轻，以保持整机作业灵活；2、多组合运动副协同控制关联运动；3、方便人机一体控制要求；4、承载能力的要求，确保腿机构强度适应施工要求；5、一定的位置精度，适合的调速范围。
[0005]目前，国内外八吨级步履式挖掘机各类步行式底盘均为前腿伸缩式底盘。该类底盘为非对称式结构，主要存在以下几个问题:
[0006]1、构件比较复杂，制造工艺要求高；
[0007]2、后轮驱动，前轮不驱动，在山地地形上自行主动驱动越障能力不强，尚不具备四轮驱动能力，并且与整机工作装置进行联动配合进行步态运动时必须采用后轮驱动，不能做到全轮驱动，整体效率相对减低一半；
[0008]3、底盘油箱储油能力不强，不具备扩展能力，野外自持能力不高；
[0009]4、前爪固定在前腿上，无法旋转调节前爪；
[0010]5、前爪缺乏对地形多样性的理解，功能性过于单一，仅依靠升降油缸伸缩，腿部上下摆动范围不大；
[0011]6、没有做到八吨级底盘轻量化设计，零部件复合利用效率不高；
[0012]7、在等吨位条件下，底盘整体功能程度不强。
【发明内容】
[0013]针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其储油能力强，具备扩展能力，野外自持能力高。
[0014]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，包括右前腿、回转底座、右后腿、升降油缸、左前腿和左后腿，所述右前腿与左前腿结构对称，右后腿与左后腿结构对称；所述的左前腿比左后腿多了一套前腿前爪调节机构；所述的回转底座为对称式结构，由中央油箱和垂直方向上阶梯式布局在中央油箱两侧的两个侧油箱组成，所述中央油箱由底板、座圈、两块上盖板A以及两块围板围成；所述座圈和两块围板固定在底板上，两块围板围在座圈的外部；两块上盖板A固定在由底板、座圈以及两块围板围成的空间的上方；所述的两个侧油箱由底板、围板、两个侧顶板以及固定在围板外侧、底板上的四个过渡筋、四个套筒A和两个侧立板A围成；每个侧立板A的两端分别与一个套筒A的一端垂直连接，套筒A的另一端通过过渡筋与围板的外侧相连；侧顶板固定在由侧立板A、套筒A以及过渡筋围成的空间的上方；每个侧顶板上安装有两个支承座A，每个支撑座A上安装一个升降油缸；所述围板的底部开有使中央油箱和侧油箱相通的过油口 A ;所述的回转底座分别通过一个升降油缸和相应的套筒A与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿连接。
[0015]进一步，所述的围板与侧立板A之间设有将侧油箱分为两个部分的侧立板B，侧立板B的两端分别与两侧的套筒A连接；所述侧立板B的底部开有过油口 B。
[0016]进一步，所述的中央邮箱内对称布设有穿油板，每个穿油板的底部均开设有穿油孔。
[0017]进一步，所述侧顶板上靠外的支承座A的外侧设有用于保护升降油缸的护板，所述的护板通过连接板A与侧顶板连接。
[0018]优选地，所述的侧顶板两侧、与套筒A连接处向下折弯，所述底板的四角、与套筒A连接处向上折弯，且侧顶板的折弯角α和底板的折弯角β间的关系为:α>β+5°。
[0019]优选地，所述回转底座上套筒A的长度Lwa大于同一侧顶板2-20上两个升降油缸4所占的宽度L_。
[0020]优选地，所述的左前腿比左后腿多了一套前腿前爪调节机构，所述的左前腿包括铰接体、摆动油缸、转向油缸、腿关节、轮毂、轮胎和前腿前爪调节机构；所述铰接体是具有五个旋转自由度的铰接体，并分别与回转底座上的套筒A、升降油缸、摆动油缸的一端、转向油缸的一端以及腿关节的一端连接；所述摆动油缸和转向油缸平行布置在腿关节内，摆动油缸另一端与腿关节的另一端连接；转向油缸的另一端与轮毂连接；所述腿关节与轮毂连接；所述前腿前爪调节机构具有六个旋转自由度；所述轮胎和前腿前爪调节机构安装在轮毂上。所述铰接体、摆动油缸和腿关节在同一平面上构成一套三连杆机构，通过摆动油缸的伸缩实现腿关节内外的的摆动；所述铰接体、转向油缸、腿关节和轮毂在同一平面上构成一套四连杆机构，通过转向油缸的伸缩实现轮胎摆动；这两套机构平行，这样在腿关节部位有组合连杆机构实现腿摆动、后轮转向、前轮转向、全轮转向、蟹行转向灯各种转向功能。
[0021]由于三连杆机构和四连杆机构在腿关节6-8内部形成联动，两套连杆机构之间存在耦合关系，为了达到整体协调，摆动油缸6-1与转向油缸6-2应满足如下关系:
[0022]A 摆+100〈A 转；
[0023]2L 转〈L 转；
[0024]A 摆〈LCE〈A 摆+L 摆；[0025]A 转 <Lcg<A 转 +L 转；
[0026]其中，As表示摆动油缸6-1安装距离表示转向油缸6-2安装距离；LS表示摆动油缸6-1行程山转表不转向油缸6-2行程！Lce表不轴C 6-6与轴E 6-9之间距离；Lra表不轴C 6~6与轴G 6-11之间距尚。
[0027]优选地，所述的铰接体是由下底板、侧板A、上顶板和侧板B组成的四面体框架结构，上顶板上垂设有平行放置的立板A和立板B ;立板A与立板B之间横置有轴D，轴D上设有轴套B ;侧板A与侧板B之间横置有轴A ;上顶板与下底板之间、轴A的前方设有竖直放置的轴B和轴C，轴B上设有三个与侧板A连接的轴套A ;所述的轴A依次穿过侧板A、套筒A以及侧板B将铰接体与回转底座连接；所述铰接体通过轴D与升降油缸连接，通过轴C与腿关节连接，通过轴B与摆动油缸和转向油缸连接。
[0028]优选地，所述的腿关节是由上封板和下封板套装在两个套筒B上、并焊接在一起的筒式结构；上封板和下封板之间设有水平放置的封板C ；封板C和下封板之间固定有立板F和立板C，立板F和立板C与封板C或下封板之间焊接有轴套C ;所述腿关节通过设在套筒B内的轴G与轮毂铰接；摆动油缸通过设在轴套C内的轴E与腿关节铰接，转向油缸通过轴F与轮毂铰接。
[0029]优选地，所述的轮毂包括圆筒、支承板A、立板G、立板H、加强筋C、筋板B、筋板C和封口板B，立板G、立板H以及水平放置的两个支承板A设在圆筒外侧；由加强筋C、筋板B及筋板C组成的悬臂梁横穿过立板G和立板H，并与立板G和立板H焊接在一起；圆筒上设有油管进口 A和油管出口，圆筒一端的端口处固定有封口板B。
[0030]优选地，所述圆筒为不规则圆筒。
[0031]优选地，所述的前腿前爪调节机构包括支腿油缸、支腿、前爪、连杆、摇杆以及呈90°布置在轮毂上的支承座C和支承座B，轮毂、摇杆、连杆和支腿组成四连杆机构；所述摇杆的一端通过轴H与支承座C连接，另一端通过轴M与连杆的一端连接；连杆的另一端通过轴L与支腿的后端连接；支腿上、与连杆连接处的下方通过轴I与支承座B连接；支腿油缸的尾部通过轴K与连杆的中部连接，支腿油缸的头部通过轴J与支腿的后端连接；所述支腿的后端设有套筒C ;所述前爪插入套筒C内，并用插销固定。
[0032]进一步，所述支腿油缸的上方还设有防护板，防护板与支腿油缸、支腿之间通过轴J连接。
[0033]优选地，所述的前爪为可配换组合式的多地形仿生前爪，包括插销组件、连接轴组件、前爪底座和支承柱组件；所述支承柱组件由四个支承柱组成；所述支承柱为结构不同的支承柱A、支承柱B或支承柱C ;所述前爪底座包括前爪底板、均匀分布在前爪底板四个角处的四个套筒D以及安装在前爪底板上、用于连接四个套筒D的侧板B、侧板C和弯板；插销组件横穿过弯板，并与连接轴组件连接；所述套筒D为一空心套筒，上部设有通气孔，内侧设有螺纹并与支承柱连接。
[0034]优选地，所述支承柱A是具有尖锐头部的柱体；所述支承柱B是端部设有锯齿形圆周结构的柱体；支承柱C是端部设有L形折弯板的柱体，L形折弯板弯折处的两端焊接有支撑板。
[0035]与现有技术相比，本发明运用关节副技术，连杆机构技术、组合机构控制技术、底盘轻量化技术等工程机械机器人技术，最终设计一个能够实现储油功能与连接功能部件的对称式回转底座，其中央油箱与两侧开设的侧油箱构成多级串联，油流能够在中央油箱与侧油箱之间相互贯通，使得储油不再单独依赖于中央油箱的内部空间，提高了至少一倍的储油容量；驾驶员在野外作业的条件下，当主油箱燃油耗尽状况时，可以抽取底盘上的燃油，显而易见，这样极其利于延长整机实际作业时间，即其储油能力强，具备扩展能力，野外自持能力高；同时设计了由两套四连杆机构与关节副耦合组成的可实现内外摆动及升降的腿机构，一四连杆机构与一套关节副机构组合的前腿前爪调节机构，一可配换组合式多地形工程仿生前爪，多种全地形步态规划形式及将这些关节副、连杆机构协同组合在一起的可用于八吨级步履式挖掘机的步行式底盘；最终不仅实现了四轮驱动；而且，前爪铰接在支腿上，能够实现0°?46°的旋转角度范围，使得实际作业中前腿可实现垂直方向角位移的三级可调与放大；也可通过组合适应于多种地形；同时，腿部上下摆动范围大，能够满足需求；此外，通过各种部件的配合，实现了八吨级底盘轻量化设计，零部件复合利用效率高，整体功能强。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为本发明的结构示意图；
[0037]图2步履式挖掘机步行式底盘工作状态前爪端点轨迹图；
[0038]图3步履式挖掘机步行式底盘调节状态前爪端点轨迹图；
[0039]图4回转底座轴视图；
[0040]图5步行式底盘局部视图；
[0041]图6回转底座侧视图；
[0042]图7左前腿轴视图；
[0043]图8左铰接体正面轴视图；
[0044]图9左铰接体后面轴视图；
[0045]图10左前腿关节轴视图；
[0046]图11左轮毂轴向局部刨视图；
[0047]图12前腿前爪调节机构分解轴视图；
[0048]图13前爪轴视图1 ;
[0049]图14前爪轴视图2 ；
[0050]图15前爪轴视图3 ；
[0051]图16前爪轴视图4;
[0052]图17前爪轴视图5 ；
[0053]图18底盘蟹行步态；
[0054]图19底盘全驱转向步态；
[0055]图20底盘整天抬高步态；
[0056]图21底盘轮距无级全调步态；
[0057]图中:1、右前腿，2、回转底座，3、右后腿，4、升降油缸，5、左后腿，6、左前腿，2-1、过油口A，2-2、过油口 B，2-3、穿油板，2-4、侧立板A，2_5、围板，2_6、底板，2_7、侧立板B，2-8、套筒A，2-9、过渡筋，2-10、吊钩，2_11、过油通道，2_12、回转支承，2_13、螺栓A，2-14,封口板A，2-15、座圈，2-16、螺栓B，2-17、支承座A，2-18、护板，2-19、连接板A，2-20、侧顶板，2-21、油箱盖，2-22、上盖板A，2-23、穿油孔，6-1、摆动油缸，6-2、转向油缸，6-3、轴A，6-4、铰接体，6-5、轴 B，6-6、轴 C，6-7、轴 D，6-8、腿关节，6-9、轴 E，6-10、轴 F，6-11、轴 G，6-12、轮毂，6-13、轴H，6-14、前腿前爪调节机构，6-15、支腿油缸，6-16、插销，6-17、支腿，6-18、前爪，6-19、轮胎，6-20、轴 I，6-4-1、下底板，6-4-2、轴套 A，6-4-3、筋板 A，6-4-4、侧板 A，6-4-5、上顶板，6-4-6、封板 A，6_4_7、立板 A，6_4_8、连接板 B，6_4_9、轴套 B，6-4-10、立板 B, 6-4-11、封板 B, 6-4-12、侧板 B, 6-4-13、角板 A，6-4-14、加强筋 A，6_4_15、加强筋B，6-8-1、轴套 C，6-8-2、立板 C，6-8-3、下封板，6-8-4、封板 C，6-8-5、上封板，6-8-6、套筒B，6-8-7、立板 D，6-8-8、立板 E，6-8-9、导向轴，6-8-10、立板 F，6-12-1、支承座 B, 6-12-2、螺栓 C，6-12-3、封 口 板 B，6-12-4、加强筋 C，6-12-5、筋板 B，6-12-6、油管进 口 A，6-12-7、筋板 C，6-12-8、支承板 A，6-12-9、立板 G，6-12-10、立板 H，6-12-11、圆筒，6-12-12、支承座 C，6-12-13、油管出 口，6-14-1、防护板，6-14-2、轴 J，6-14-3、连杆，6-14-4、轴 K，6-14-5、轴 L，6-14-6、轴 M，6-14-7、摇杆，6-14-8、套筒 C，6-18-1、插销组件，6-18-2、支承柱，6-18-2-1、支承柱 A，6-18-2-2、支承柱 B, 6-18-2-3、支承柱 C，6-18-3、套筒 D，6-18-4、前爪底板，6-18-5、角铁A，6-18-6、侧板B，6_18_7、连接轴组件，6_18_8、侧板C，6_18_9、弯板，6-18-10、角铁B，6-18-11、螺栓D，6-18-12、垫片A，6-18-13、通气孔，B1、工作状态轨迹S1, Cl、调节状态轨迹S2。
【具体实施方式】
[0058]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0059]如图1至图7所示，本对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘包括右前腿1、回转底座2、右后腿3、升降油缸4、左前腿6和左后腿5，所述右前腿I与左前腿6结构对称，右后腿3与左后腿5结构对称；所述的左前腿6比左后腿5多了一套前腿前爪调节机构6-14 ;所述的回转底座2为对称式结构，由中央油箱和垂直方向上阶梯式布局在中央油箱两侧的两个侧油箱组成，所述中央油箱由底板2-6、座圈2-15、两块上盖板A2-22以及两块围板2-5围成；所述座圈2-15和两块围板2-5固定在底板2-6上，两块围板2_5围在座圈2-15的外部；两块上盖板A2-22固定在由底板2-6、座圈2_15以及两块围板2_5围成的空间的上方；
[0060]所述的两个侧油箱由底板2-6、围板2-5、两个侧顶板2-20以及固定在围板2_5外侧、底板2-6上的四个过渡筋2-9、四个套筒A2-8和两个侧立板A2-4围成；每个侧立板A2-4的两端分别与一个套筒A2-8的一端垂直连接，套筒A2-8的另一端通过过渡筋2-9与围板2-5的外侧相连；侧顶板2-20固定在由侧立板A2-4、套筒A2-8以及过渡筋2_9围成的空间的上方；每个侧顶板2-20上安装有两个支承座A2-17，每个支撑座A2-17上安装一个升降油缸4 ;所述围板2-5的底部开有使中央油箱和侧油箱相通的过油口 A2-1 ；
[0061]所述的回转底座2分别通过一个升降油缸4和相应的套筒A2-8与右前腿1、右后腿3、左前腿6和左后腿5连接。
[0062]使用时，因回转底座2由中央油箱和垂直方向上阶梯式布局在其两侧的两个侧油箱组成，同时围板2-5的底部开设有过油口 A2-1使得侧油箱与中央油箱连接为一体，构成多级串联，油流能够在中央油箱与侧油箱之间相互贯通，使得储油不再单独依赖于中央油箱的内部空间，提高了至少一倍的储油容量。驾驶员在野外作业的条件下，当主油箱燃油耗尽状况时，可以抽取底盘上的燃油，显而易见，这样极其利于延长整机实际作业时间。同时，中央油箱与两侧侧油箱在垂直方向上的阶梯式布局也为升降油缸4提供了上下伸缩空间。此外，对称突置在回转底座2四个角点的四个套筒A2-8作为回转底座2的唯一支撑点，因其呈封闭悬臂梁结构似的“悬空”横置于回转底座2之外，并与腿部连接，利用悬臂梁自由端具有挠性的原理，使得套筒A2-8在满足刚性的同时具有一定的挠度，进而使得整个回转底座2具有一定的刚性减震功能，利于回转底座整体性能的提升。还可将过渡筋2-9折弯连接在中央油箱与侧油箱之间，造成四个豁口，这四个豁口式布局有利于回转底座2重量的减轻及装配空间的优化。其上盖板A2-22上可以开设有用于向其内部添加油的注油孔，注油孔上设有油箱盖2-21。
[0063]进一步，如图4所示，可在围板2-5与侧立板A2-4之间设有将侧油箱分为两个部分的侧立板B2-7，侧立板B2-7的两端分别与两侧的套筒A2-8连接；所述侧立板B2-7的底部开有过油口 B2-2 ;通过增设该侧立板B2-7来增加整个侧油箱的强度，增加侧顶板2-20所能承受的压力，防止位于侧顶板2-20上方的支撑座A2-17发生变形，这样的结构布局可以减少侧油箱内部用于增加其强度的筋板的数量，使回转底座2的重量更轻，空间利用效率更高，制造装配工艺更简化。
[0064]进一步，可在中央油箱内对称布设有穿油板2-3，每个穿油板2-3的底部均开设有穿油孔2-23 方面，穿油板2-3与围板2-5的配合能够减弱在任意方向上对中央油箱外围框架的外部冲击能量，并使冲击能量沿圆周均匀耗散；另一方面，底部的穿油孔2-23用以贯通中央油箱内部油流，形成横穿于座圈2-15与围板2-5之间的用以形成下车液压系统油管导引通道的过油通道2-11，过油通道2-11从座圈2-15的内部延长开设于围板2-5之夕卜，并位于副油箱的侧顶板2-20之上，开口面向四角的套筒A2-8;过油通道2-11和穿油板2-3在座圈2-15与围板2-5内构成立体封闭整体框架式中央油箱，增大了连接在座圈2-15上的回转支承2-12的刚性与强度。
[0065]进一步，可在每个侧顶板2-20上靠外的支承座A2-17的外侧均设有用于保护升降油缸4的护板2-18，所述的护板2-18通过连接板A2-19与侧顶板2_20连接；护板2_18的设置可以避免升降油缸4在使用过程中被碰撞，
[0066]优选地，如图6所示，侧顶板2-20两侧、与套筒A2-8连接处向下折弯，所述底板2-6的四角、与套筒A2-8连接处向上折弯，且侧顶板2-20的折弯角α和底板2_6的折弯角β间的关系为:α > β +5°，当二者关系满足此条件时，能够使回转底座2和腿部的连接处获得更大的旋转角度，能带动支腿大幅度上下摆动，进一步提升了整个底盘的调节性能。
[0067]优选地，如图5所示，对以减重为目标的八吨级回转底座2而言，在确保能够安置两个升降油缸4同时，应使套筒Α2-8的长度Lwa尽可能短，且满足关系，其中，L升降表不同一侧顶板2-20上两个升降油缸4所占的宽度。
[0068]优选地，如图7所示，所述的左前腿6比左后腿5多了 一套前腿前爪调节机构6-14，即前腿(左前腿6或右前腿I)除了比后腿(左后腿5或右后腿3)多了一套前腿前爪调节机构6-14之外，其余均结构与后腿(左后腿5或右后腿3)类似，以下以左前腿6为例进行说明:所述的左前腿6包括铰接体6-4、摆动油缸6-1、转向油缸6-2、腿关节6-8、轮毂6-12、轮胎6-19和前腿前爪调节机构6-14 ;所述铰接体6_4是具有五个旋转自由度的铰接体，并通过穿过套筒Α2-8的轴Α6-3与回转底座2连接，通过轴D6-7与升降液压缸4连接，通过轴B6-5与摆动油缸6-1和转向油缸6-2的一端连接，通过轴C6-6与腿关节6_8的一端连接；所述摆动油缸6-1和转向油缸6-2平行布置在腿关节6-8内，摆动油缸6-1另一端通过轴E6-9与腿关节6-8的另一端连接；转向油缸6-2的另一端通过轴F6-10与轮毂6-12连接；所述腿关节6-8通过轴G6-11与轮毂6_12连接；所述前腿前爪调节机构6_14具有六个旋转自由度；所述轮胎6-19和前腿前爪调节机构6-14安装在轮毂6-12上；所述铰接体6-4、摆动油缸6-1和腿关节6-8在同一平面上构成一套三连杆机构，轴B6-5、轴C6-6和轴E6-9构成三连杆机构的三个铰接轴，通过摆动油缸6-1的伸缩实现腿关节内外的的摆动；所述铰接体6-4、转向油缸6-2、腿关节6-8和轮毂6-12在同一平面上构成一套四连杆机构，轴B6-5、轴C6-6、轴F6-10和轴G6-11构成四连杆机构的四个铰接轴，通过转向油缸6-2的伸缩实现轮胎6-19摆动，具体是:转向油缸6-2的伸缩使轮毂6-12内外摆动，由于轮胎6-19是连接在轮毂6-12内的行走减速机上的，随着轮毂6-12的内外摆动，轮胎6_19进行相应的转向；这两套机构平行，这样在腿关节部位有组合连杆机构实现腿摆动、后轮转向、前轮转向、全轮转向、蟹行转向灯各种转向功能。
[0069]由于三连杆机构和四连杆机构在腿关节6-8内部形成联动，两套连杆机构之间存在耦合关系，为了达到整体协调，摆动油缸6-1与转向油缸6-2应满足如下关系:
[0070]A 摆+100〈A 转；
[0071]2L 转〈L 转；
[0072]A 摆〈LCE〈A 摆+L 摆；
[0073]A 转〈LCG〈A 转+L 转；
[0074]其中，As表示摆动油缸6-1安装距离表示转向油缸6-2安装距离；LS表示摆动油缸6-1行程山转表不转向油缸6-2行程！Lce表不轴C 6-6与轴E 6-9之间距离；Lra表不轴C 6~6与轴G 6-11之间距尚。
[0075]优选地，如图8和图9所示，所述的铰接体6-14是由下底板6-4-1、侧板A6-4-4、上顶板6-4-5和侧板B6-4-12组成的四面体框架结构，上顶板6_4_5上垂设有平行放置的立板A6-4-7和立板B6-4-10 ;所述轴D6-7穿过轴套B6-4-9横置在立板A6-4-7与立板B6-4-10之间，为了增强升降油缸4在此处是稳定性，还可用封板A 6-4-6、连接板B 6-4-8和封板B 6-4-11对此处进行局部加强，在上顶板6-4-5下方用斜向优化布置的加强筋B 6-4-15对侧板A 6-4-4、侧板B 6-4-12和上顶板6_4_5进行固接；轴A6-3横置在侧板A6-4-4与侧板B6-4-12之间；轴B6-5和轴C6-6竖直的布置在上顶板6_4_5与下底板6_4_1之间、轴A6-3的前方，轴B6-5上设有三个与侧板A6-4-4连接的轴套A6-4-2 ;所述的轴A6-3依次穿过侧板A6-4-4、套筒A2-8以及侧板B6-4-12将铰接体6_4与回转底座2连接。
[0076]优选地，为了减重可对上顶板6-4-5与下底板6-4-1进行凹面设计。由于三个轴套A6-4-2之间安装有摆动油缸6-1与转向油缸6-2，为了保持该处的刚性与强度，可用两个筋板A 6-4-3对位于轴B 6-5中间的轴套A 6_4_2进行局部加强焊接。为了减弱侧板A 6-4-4与侧板B 6-4-12向外侧撕开的趋势，在两板与下底板6_4_1拐角处设置两角板A6-4-13。
[0077]优选地，如图10所示，所述的腿关节6-8是由上封板6-8-5和下封板6_8_3套装在两个套筒B6-8-6上、并焊接在一起的筒式结构；上封板6-8-5和下封板6_8_3之间设有水平放置的封板C6-8-4 ;封板C6-8-4和下封板6_8_3之间固定有立板F6-8-10和立板C6-8-2，立板F6-8-10和立板C6-8-2与封板C6-8-4或下封板6_8_3之间焊接有轴套C6-8-1 ;所述腿关节6-8通过设在套筒B6-8-6内的轴G6-11与轮毂6_12铰接；摆动油缸6-1通过设在轴套C6-8-1内的轴E6-9与腿关节6_8铰接，转向油缸6_2通过轴F6-10与轮毂6-12铰接。这种结构，可使摆动油缸6-1和转向油缸6-2能够在筒式结构内的通道互相伸缩，并防止两个油缸缸体撞击。还可在腿关节6-8内焊接用于阻止转向油缸6-2过于靠近套筒B6-8-6的导向轴6-8-9，避免其直接撞击到套筒B6-8-6的情况发生。
[0078]优选地，如图11所示，所述的轮毂6-12包括圆筒6-12-11、支承板A6-12-8、立板G6-12-9、立板 H6-12-10、加强筋 C6-12-4、筋板 B6-12-5、筋板 C6-12-7 和封口板 B6-12-3，立板G6-12-9、立板H6-12-10以及水平放置的两个支承板A6-12-8设在圆筒6-12-11外侧；由加强筋C6-12-4、筋板B6-12-5及筋板C6-12-7组成的悬臂梁横穿过立板G6-12-9和立板H6-12-10，并与立板G6-12-9和立板H6-12-10焊接在一起；圆筒6-12-11上设有油管进口A6-12-6和油管出口 6-12-13，圆筒6-12-11—端的端口处固定有封口板B6-12-3 ;轴66_11垂直的穿过两个支承板A6-12-8之间，使轮毂6-12能够与腿关节6_8铰接在一起；轴F6-10穿过筋板B6-12-5及筋板C6-12-7与转向油缸6_2连接。可以选用螺栓C6-12-2将封口板B6-12-3固定在圆筒6-12-1端口处，圆筒6-12-11里面用于布置行走减速机与马达。如图11所示，为了轻量化，所述圆筒6-12-11可以设计成不规则圆筒。
[0079]优选地，如图12所示，所述的前腿前爪调节机构6-14包括支腿油缸6-15、支腿6-17、前爪6-18、连杆6-14-3、摇杆6_14_7以及呈90°布置在轮毂6_12上的支承座C6-12-12和支承座B6-12-1，轮毂6_12、摇杆6_14_7、连杆6_14_3和支腿6_17组成四连杆机构；所述摇杆6-14-7的一端通过轴H6-13与支承座C6-12-12连接，另一端通过轴M6-14-6与连杆6-14-3的一端连接；连杆6_14_3的另一端通过轴L6-14-5与支腿6_17的后端连接；支腿6-17上、与连杆6-14-3连接处的下方通过轴16-20与支承座B6-12-1连接；支腿油缸6-15的尾部通过轴K6-14-4与连杆6-14-3的中部连接，支腿油缸6_15的头部通过轴J6-14-2与支腿6-17的后端连接；所述支腿6-17的后端设有套筒C6-14-8 ;所述前爪6-18插入套筒C6-14-8内，并用插销6-16固定。此时，前腿前爪调节机构6_14具有六个旋转自由度，用四连杆机构作为引导机构，用支腿油缸6-15作为摆角驱动部件，能够使四连杆在连杆6-14-3中间轴位置的摆动实现一定的角位移；再通过支腿油缸6-15的伸缩实现摆角范围的再次放大，作用在连杆6-14-3中间轴位置的压力角在工作过程中实现由小变大，且变化范围处于10°?70°之间。在结构上，支腿油缸6-15、支腿6-17和连杆6-14-3可以在作业任意时间内构成稳定的三角形。为了轻量化，所述支腿6-17的结构可以形成两头粗中间细的契形简支梁。
[0080]优选地，所述支腿油缸6-15的上方还设有防护板6-14-1，防护板6-14-1与支腿油缸6-15、支腿6-17之间通过轴J6-14-2连接，可以防止支腿油缸6_15在工作过程中被撞击。
[0081]优选地，如图13至图17所示，所述的前爪6-18为可配换组合式的多地形仿生前爪，包括插销组件6-18-1、连接轴组件6-18-7、前爪底座和支承柱组件；所述支承柱组件由四个支承柱6-18-2组成；所述支承柱6-18-2为结构不同的支承柱A 6_18_2_1、支承柱B6-18-2-2或支承柱C6-18-2-3 ;所述前爪底座包括前爪底板6_18_4、均匀分布在前爪底板6-18-4四个角处的四个套筒D6-18-3以及安装在前爪底板6_18_4上、用于连接四个套筒D6-18-3的侧板B6-18-6、侧板C6-18-8和弯板6-18-9 ;插销组件6-18-1横穿过弯板6-18-9，并与连接轴组件6-18-7连接；所述套筒D6-18-3为一空心套筒，上部设有通气孔6-18-13，内侧设有螺纹并与支承柱6-18-2连接。
[0082]所述前爪6-18与支腿6-17为铰接，在挖掘作业或爬坡时，前，6-18必须撑地以增加地面附着力，前爪6-18上的插销组件6-18-1和连接轴组件6-18-7构成具有一个旋转自由度是副关节，这样在支承力的作用下，前爪6-18能够实现0°?46°的旋转角度范围，这样在实际作业中前腿可实现垂直方向角位移的三级可调与放大。
[0083]由于不同地形对前爪6-18的要求具有差异性，因此前爪6-18与地面接触部位即支承柱6-18-2应具有多样工程性仿生功能。优选地，所述支承柱A 6-18-2-1是具有尖锐头部的柱体，较易适应土质较松软的森林地面；所述支承柱B6-18-2-2是端部设有锯齿形圆周结构的柱体，较适应在土质摩擦力大的平地诸如沼泽、泥地工作；支承柱C6-18-2-3是端部设有L形折弯板的柱体，L形折弯板弯折处的两端焊接有支撑板，较适应在崎岖不平的硬地土质诸如山地表面工作；显而易见，上述三种支承柱可以灵活的组合匹配，组合式前爪具有更多地形的适应能力，本前爪可选匹配形式总计达12种；其互换性强，维修性好，相对固定式前爪而言，功能适应空间更广泛。
[0084]鉴于上述发明，如图2所示，本对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘提供给步履式挖掘机一工作状态轨迹S1,即图中的BI。
[0085]鉴于上述发明，如图3所示，本对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘还提供给步履式挖掘机一调节状态轨迹S2,即图中的Cl。
[0086]本发明运用关节副技术，连杆机构技术、组合机构控制技术、底盘轻量化技术等工程机械机器人技术，最终设计一个能够实现储油功能与连接功能部件的对称式回转底座2，由两套四连杆机构与关节副耦合组成的可实现内外摆动及升降的腿机构，带有一四连杆机构与一套关节副机构组合的前腿前爪调节机构6-14，一可配换组合式多地形工程仿生前爪6-18，多种全地形步态规划形式及将这些关节副、连杆机构协同组合在一起的可用于八吨级步履式挖掘机的步行式底盘。如图18至图21所示，四个轮胎6-19、左前腿6、右前腿1、左后腿5及右后腿3之间各自独立控制、各腿组合能够实现强大的全地形通过能力、越障能力，在各个机构和油缸的控制下相互之间无干涉，最终能够实现蟹行、全驱转向、回转底座整体抬高、轮距无级全调等特殊步态形式。
[0087]通过上述说明，本地盘可以做到全轮驱动与步行运动相结合；其整体高度、重心可调，各腿上下、内外可调，整体横纵向轮距无极可调，能适应最大坡度为45度的坡上作业，其作业平台可在最大斜角20度的情况下实现全回转。
【权利要求】
1.一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，包括右前腿(I)、回转底座(2)、右后腿(3)、升降油缸(4)、左前腿(6)和左后腿(5)，其特征在于，所述右前腿(I)与左前腿(6)结构对称，右后腿(3)与左后腿(5)结构对称；所述的左前腿(6)比左后腿(5)多了一套前腿前爪调节机构(6-14)； 所述的回转底座(2)为对称式结构，由中央油箱和垂直方向上阶梯式布局在中央油箱两侧的两个侧油箱组成，所述中央油箱由底板(2-6)、座圈(2-15)、两块上盖板A (2-22)以及两块围板(2-5)围成；所述座圈(2-15)和两块围板(2-5)固定在底板(2-6)上,两块围板(2-5)围在座圈(2-15)的外部；两块上盖板A (2-22)固定在由底板(2_6)、座圈(2_15)以及两块围板(2-5)围成的空间的上方； 所述的两个侧油箱由底板(2-6)、围板(2-5)、两个侧顶板(2-20)以及固定在围板(2-5)外侧、底板(2-6)上的四个过渡筋(2-9)、四个套筒A (2_8)和两个侧立板A (2_4)围成；每个侧立板A (2-4)的两端分别与一个套筒A (2-8)的一端垂直连接，套筒A (2_8)的另一端通过过渡筋(2-9 )与围板(2-5 )的外侧相连；侧顶板(2-20 )固定在由侧立板A( 2-4)、套筒A (2-8)以及过渡筋(2-9)围成的空间的上方；每个侧顶板(2-20)上安装有两个支承座A (2-17)，每个支撑座A (2-17)上安装一个升降油缸(4);所述围板(2-5)的底部开有使中央油箱和侧油箱相通的过油口 A (2-1)； 所述的回转底座(2)分别通过一个升降油缸(4)和相应的套筒A (2-8)与右前腿(I)、右后腿(3)、左前腿(6)和左后腿(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述的围板(2-5)与侧立板A (2-4)之间设有将侧油箱分为两个部分的侧立板B(2-7)，侧立板B (2-7)的两端分别与两侧的套筒A (2-8)连接；所述侧立板B (2_7)的底部开有过油口 B (2-2)。
3.根据权利要求1所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述的中央邮箱内对称布设有穿油板(2-3)，每个穿油板(2-3)的底部均开设有穿油孔(2_23)。
4.根据权利要求1所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述侧顶板(2-20)上靠外的支承座A (2-17)的外侧设有用于保护升降油缸(4)的护板(2-18)，所述的护板(2-18)通过连接板A (2-19)与侧顶板(2_20)连接。
5.根据权利要求1所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述的侧顶板(2-20)两侧、与套筒A (2-8)连接处向下折弯，所述底板(2-6)的四角、与套筒A (2-8)连接处向上折弯，且侧顶板(2-20)的折弯角α和底板(2_6)的折弯角β间的关系为:α>β+5°。
6.根据权利要求1所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述回转底座(2)上套筒A (2-8)的长度Lwa大于侧顶板(2-20)上两个升降油缸(4)所占的览度L升降。
7.根据权利要求1或5所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述的左前腿(6)包括铰接体(6-4)、摆动油缸(6-1)、转向油缸(6-2)、腿关节(6-8)、轮毂(6-12)、轮胎(6-19)和前腿前爪调节机构(6_14);所述铰接体(6_4)是具有五个旋转自由度的铰接体，并通过穿过套筒A (2-8)的轴A (6-3)与回转底座(2)连接，通过轴D (6-7)与升降液压缸(4)连接，通过轴B (6-5)与摆动油缸(6-1)和转向油缸(6-2)的一端连接，通过轴C (6-6)与腿关节(6-8)的一端连接；所述摆动油缸(6-1)和转向油缸(6-2)平行布置在腿关节(6-8)内，摆动油缸(6-1)另一端通过轴E (6-9)与腿关节(6-8)的另一端连接；转向油缸(6-2)的另一端通过轴F (6-10)与轮毂(6_12)连接；所述腿关节(6-8)通过轴G (6-11)与轮毂(6-12)连接；所述前腿前爪调节机构(6_14)具有六个旋转自由度；所述轮胎(6-19)和前腿前爪调节机构(6-14)安装在轮毂(6-12)上；所述铰接体(6-4)、摆动油缸(6-1)和腿关节(6-8)在同一平面上构成一套三连杆机构；所述铰接体(6-4)、转向油缸(6-2)、腿关节(6-8)和轮毂(6-12)在同一平面上构成一套四连杆机构。
8.根据权利要求7所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述的铰接体(6-14)是由下底板(6-4-1)、侧板A (6-4-4)、上顶板(6-4-5)和侧板B (6-4-12)组成的四面体框架结构，上顶板(6-4-5)上垂设有平行放置的立板A(6-4-7)和立板B (6-4-10);轴D (6-7)穿过轴套B (6-4-9)横置在立板A (6-4-7)与立板B (6-4-10)之间；轴八(6-3)横置在侧板A (6_4_4)与侧板B (6_4_12)之间；轴B (6-5)和轴C (6-6)竖直的布置在上顶板(6-4-5)与下底板(6-4-1)之间、轴A (6_3)的前方设有，轴B (6-5)上设有三个与侧板A (6-4-4)连接的轴套A (6-4-2)； 所述的轴A (6-3)依次穿过侧板A (6-4-4)、套筒A (2_8)以及侧板B (6_4_12)将铰接体(6-4)与回转底座(2)连接；所述铰接体(6-4)通过轴D (6-7)与升降油缸(4)连接，通过轴C (6-6)与腿关节(6-8)连接，通过轴B (6-5)与摆动油缸(6-1)和转向油缸(6-2)连接。
9.根据权利要7所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述的腿关节(6-8)是由上封板(6-8-5)和下封板(6-8-3)套装在两个套筒B(6-8-6)上、并焊接在一起的筒式结构；上封板(6-8-5)和下封板(6-8-3)之间设有水平放置的封板C (6-8-4);封板C (6-8-4)和下封板(6-8-3)之间固定有立板F (6_8_10)和立板C (6-8-2)，立板F (6-8-10)和立板C (6_8_2)与封板C (6_8_4)或下封板(6_8_3)之间焊接有轴套C (6-8-1)； 所述腿关节(6-8)通过设在套筒B (6-8-6)内的轴G (6_11)与轮毂(6_12)铰接；摆动油缸(6-1)通过设在轴套C (6-8-1)内的轴E (6-9)与腿关节(6-8)铰接，转向油缸(6-2)通过轴F (6-10)与轮毂(6-12)铰接。
10.根据权利要求7所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述的轮毂(6-12)包括圆筒(6-12-11)、支承板A (6-12-8)、立板G (6-12-9)、立板 H (6-12-10)、加强筋 C (6-12-4)、筋板 B (6-12-5)、筋板 C (6-12-7)和封口板 B(6-12-3)，立板G (6-12-9)、立板H (6-12-10)以及水平放置的两个支承板A (6-12-8)设在圆筒(6-12-11)外侧；由加强筋C (6-12-4)、筋板B (6_12_5)及筋板C (6_12_7)组成的悬臂梁横穿过立板G (6-12-9)和立板H (6-12-10)，并与立板G (6_12_9)和立板H(6-12-10)焊接在一起；圆筒(6-12-11)上设有油管进口 A(6_12_6)和油管出口(6_12_13)，圆筒(6-12-11) —端的端口处固定有封口板B (6-12-3)。
11.根据权利要求10所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述圆筒(6-12-11)为不规则圆筒。
12.根据权利要求7所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述的前腿前爪调节机构(6-14)包括支腿油缸(6-15)、支腿(6-17)、前爪(6-18)、连杆(6-14-3)、摇杆(6-14-7)以及呈90°布置在轮毂(6_12)上的支承座C(6-12-12)和支承座 B (6-12-1)，轮毂(6-12)、摇杆(6-14-7)、连杆(6-14-3)和支腿(6-17)组成四连杆机构； 所述摇杆(6-14-7)的一端通过轴H (6-13)与支承座C (6-12-12)连接，另一端通过轴M (6-14-6)与连杆(6-14-3)的一端连接；连杆(6-14-3)的另一端通过轴L (6_14_5)与支腿(6-17)的后端连接；支腿(6-17)上、与连杆(6-14-3)连接处的下方通过轴I (6_20)与支承座B (6-12-1)连接；支腿油缸(6-15)的尾部通过轴K (6-14-4)与连杆(6-14-3)的中部连接，支腿油缸(6-15)的头部通过轴J (6-14-2)与支腿(6-17)的后端连接；所述支腿(6-17)的后端设有套筒C (6-14-8);所述前爪(6-18)插入套筒C (6_14_8)内，并用插销(6-16)固定。
13.根据权利要求12所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述支腿油缸(6-15)的上方还设有防护板(6-14-1 )，防护板(6-14-1)与支腿油缸(6-15)、支腿(6-17)之间通过轴J (6-14-2)连接。
14.根据权利要求7所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述的前爪(6-18)为可配换组合式的多地形仿生前爪，包括插销组件(6-18-1)、连接轴组件(6-18-7)、前爪底座和支承柱组件；所述支承柱组件由四个支承柱(6-18-2)组成；所述支承柱(6-18-2)为结构不同的支承柱A (6_18_2_1)、支承柱B(6-18-2-2)或支承柱C (6-18-2-3);所述前爪底座包括前爪底板(6_18_4)、均匀分布在前爪底板(6-18-4)四个角处的四个套筒D (6-18-3)以及安装在前爪底板(6_18_4)上、用于连接四个套筒D (6-18-3)的侧板B (6-18-6)、侧板C (6_18_8)和弯板(6_18_9);插销组件(6-18-1)横穿过弯板(6-18-9)，并与连接轴组件(6-18-7)连接；所述套筒D (6-18-3)为一空心套筒，上部设有通气`孔(6-18-13)，内侧设有螺纹并与支承柱(6-18-2)连接。
15.根据权利要求14所述的一种对称式多自由度四轮全驱步履式挖掘机步行式底盘，其特征在于，所述支承柱A (6-18-2-1)是具有尖锐头部的柱体；所述支承柱B (6-18-2-2)是端部设有锯齿形圆周结构的柱体；支承柱C (6-18-2-3)是端部设有L形折弯板的柱体，L形折弯板弯折处的两端焊接有支撑板。
【文档编号】B62D5/06GK103661662SQ201310597182
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】邬俊奇, 张云, 施晓明, 陈秀峰, 许敬科, 薛峰, 曹永 , 卜宪森, 于世成 申请人:徐工集团工程机械股份有限公司道路机械分公司