可实现宽域减振的轮腿系统及轮腿式车辆

技术领域

本发明涉及车辆减振技术领域，特别是涉及一种可实现宽域减振的轮腿系统及轮腿式车辆。

背景技术

轮腿式车辆兼具轮式车辆的快速性和足式平台的高机动性，是一种新型的具有广阔应用前景的移动平台。当轮腿式车辆运动时，会受到来自地面的冲击，这就要求轮腿式车辆具有缓冲、减振系统来消除路面冲击的影响。

对于具有减振系统的轮腿式车辆，其减振方式可以分为主动减振和被动减振。采用被动减振的方案，可以实现减振的效果，但对于高动态步态和跳跃的落地缓冲等复杂工况，具有减振效果较差，不能调整姿态，车辆的平顺性和通过性较差等缺点。采用主动减振的多为慢主动悬架，具有复杂性较高，控制精度要求较高，表现效果较差，性能不稳定等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种可实现宽域减振的轮腿系统及轮腿式车辆，将主动减振和被动减振的结合，实现宽域减振。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种可实现宽域减振的轮腿系统，包括：

连接架，用于固定在车身上；

腿部组件，包括大腿、小腿、轮毂电机和车轮，所述大腿的第二端与所述小腿的第一端铰接，所述轮毂电机的定子固定于所述小腿的第二端，所述轮毂电机的转子与所述车轮固定相连；

大腿驱动结构，固定于所述连接架上且与所述大腿的第一端相连，用于驱动所述大腿绕自身第一端摆动；

减振器，所述减振器的第一端与所述连接架铰接，所述减振器的第二端与所述大腿铰接；

小腿驱动结构，固定于所述连接架上且与所述小腿的第一端相连，用于驱动所述小腿绕自身第一端摆动；

锁止结构，固定于所述连接架上，用于锁止及解锁所述小腿驱动结构。

优选地，所述小腿驱动结构包括小腿驱动电机、摆臂、第一连杆和第二连杆；所述小腿驱动电机与所述摆臂相连，用于驱动所述摆臂绕自身第一端摆动；所述摆臂的第二端与所述第一连杆的第一端铰接，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端铰接，所述第二连杆的第二端与所述小腿固定相连。

优选地，所述摆臂的第二端与所述第一连杆的第一端通过第一铰接轴铰接，所述锁止结构用于限制所述第一铰接轴的位置。

优选地，所述锁止结构包括舵机和锁止套筒，所述舵机固定于所述连接架上，所述舵机的输出轴与所述锁止套筒共轴线且固定相连；所述第一铰接轴的一端伸入所述锁止套筒内，所述锁止套筒的侧壁上设有缺口；

所述锁止套筒的角位置为解锁位置时，所述第一铰接轴能够经所述缺口离开所述锁止套筒，实现所述小腿驱动结构的解锁；所述锁止套筒的角位置偏离所述解锁位置时，所述锁止套筒的侧壁用于对所述第一铰接轴进行限位，实现所述小腿驱动结构的锁止。

优选地，所述第一连杆包括丝杆、第一连接件和第二连接件；所述第一连接件包括第一螺母和第一套筒，所述丝杆的第一端与所述第一螺母螺纹连接，所述第一套筒与所述第一螺母固定相连，所述第一铰接轴穿过所述第一套筒；所述第二连接件包括第二螺母和第二套筒，所述丝杆的第二端与所述第二螺母螺纹连接，所述第二套筒与所述第二螺母固定相连；所述第二连杆的第一端与所述第二套筒通过第二铰接轴铰接，所述第二铰接轴穿过所述第二连杆的第一端和所述第二套筒。

优选地，所述连接架上固定有减振器支架，所述减振器的第一端与所述减振器支架铰接，以实现所述减振器与所述连接架的间接铰接；所述大腿上固定有减振垫筒，所述减振器的第二端与所述减振垫筒铰接，以实现所述减振器与所述大腿的间接铰接。

优选地，所述大腿驱动结构包括大腿驱动电机，所述大腿驱动电机固定于所述连接架上，所述大腿驱动电机的输出轴与所述大腿的第一端固定相连，以驱动所述大腿绕自身第一端摆动。

优选地，所述大腿包括第一侧板、第二侧板和中间板，所述第一侧板与所述第二侧板相互平行，所述中间板位于所述第一侧板与所述第二侧板之间，所述中间板同时与所述第一侧板、所述第二侧板固定相连。

优选地，所述连接架包括第三侧板、第四侧板和锁止销，所述第三侧板与所述第四侧板相互平行，所述锁止销同时与所述第三侧板、所述第四侧板固定相连；

所述大腿驱动电机位于所述第三侧板与所述第四侧板之间；所述舵机位于所述第三侧板背离所述大腿驱动电机的一侧，所述小腿驱动电机位于所述第四侧板背离所述大腿驱动电机的一侧。

本发明还公开了一种轮腿式车辆，包括上述的可实现宽域减振的轮腿系统。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

锁止结构锁止小腿驱动结构时，大腿驱动结构和小腿驱动结构不工作，该轮腿系统由减振器实现被动式减振功能。锁止结构解锁小腿驱动结构时，通过轮腿式车辆的控制系统对大腿驱动结构和小腿驱动结构的控制，使得轮腿式车辆面临冲击力时可以通过收腿动作实现缓冲功能，实现主动式减振，从而将主动式减振与被动式减振相结合，减小轮腿式车辆受到的冲击力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例可实现宽域减振的轮腿系统的主视图；

图2为本发明实施例可实现宽域减振的轮腿系统的左视图；

图3为本发明实施例可实现宽域减振的轮腿系统的俯视图；

附图标记说明：1-第一侧板；2-第二侧板；3-第三侧板；4-第四侧板；5-中间板；6-锁止销；7-连接法兰；8-大腿驱动电机；9-小腿驱动电机；10-舵机；11-舵机固定架；12-轮毂电机；13-车轮；14-摆臂；15-第一铰接轴；16-锁止套筒；17-丝杆；18-第一套筒；19-第二套筒；20-减振器；21-减振器支架；22-减振垫筒；23-抱轴；24-膝关节轴；25-小腿；26-挡边轴承；27-第二连杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种可实现宽域减振的轮腿系统及轮腿式车辆，将主动减振和被动减振的结合，实现宽域减振。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

参照图1～图3，本实施例提供一种可实现宽域减振的轮腿系统(以下简称为轮腿系统)，包括连接架、腿部组件、大腿驱动结构、减振器20、小腿驱动结构和锁止结构。

连接架用于固定在车身上，与车身同步运动。腿部组件包括大腿、小腿25、轮毂电机12和车轮13，大腿的第二端与小腿25的第一端铰接，轮毂电机12的定子通过抱轴23固定于小腿25的第二端，轮毂电机12的转子与车轮13固定相连。大腿驱动结构固定于连接架上且与大腿的第一端相连，用于驱动大腿绕自身第一端摆动。减振器20的第一端与连接架铰接，减振器20的第二端与大腿铰接。小腿驱动结构固定于连接架上且与小腿25的第一端相连，用于驱动小腿25绕自身第一端摆动。锁止结构固定于连接架上，用于锁止及解锁小腿驱动结构。实际使用时，大腿绕自身第一端旋转时的摆动轴线，平行于小腿25绕自身第一端旋转时的摆动轴线。

本实施例轮腿系统的工作原理如下：

轮毂电机12工作时，车轮13在路面行走，实现行走功能。锁止结构锁止小腿驱动结构时，大腿驱动结构和小腿驱动结构不工作，该轮腿系统由减振器20实现被动式减振功能。锁止结构解锁小腿驱动结构时，通过轮腿式车辆的控制系统对大腿驱动结构和小腿驱动结构的控制，使得轮腿式车辆面临冲击力时可以通过收腿动作实现缓冲功能，实现主动式减振，从而将主动式减振与被动式减振相结合，减小轮腿式车辆受到的冲击力。

作为一种可能的示例，本实施例中，小腿驱动结构包括小腿驱动电机9、摆臂14、第一连杆和第二连杆27。小腿驱动电机9通过连接法兰7固定在第四侧板4上，小腿驱动电机9与摆臂14相连，用于驱动摆臂14绕自身第一端摆动。摆臂14的第二端与第一连杆的第一端铰接，第一连杆的第二端与第二连杆27的第一端铰接，第二连杆27的第二端与小腿25固定相连。

本实施例中，小腿驱动电机9的输出轴与摆臂14的第一端直接固定相连，本领域技术人员也可以在小腿驱动电机9的输出轴与摆臂14的第一端之间设置传动结构，以实现两者的间接相连。

本实施例中，大腿的第二端与小腿25的第一端通过膝关节轴24铰接，第二连杆27的第二端与小腿25均与膝关节轴24沿膝关节轴24的周向限位，以实现第二连杆27与小腿25的间接固定相连，本领域技术人员也可以使第二连杆27的第二端与小腿25直接固定相连，只要能够使两者同步绕膝关节轴24旋转即可。

作为一种可能的示例，本实施例中，摆臂14的第二端与第一连杆的第一端通过第一铰接轴15铰接，锁止结构用于限制第一铰接轴15的位置。第一铰接轴15的运动轨迹为以摆臂14第一端为圆心，以摆臂14第一端与第二端的间距为半径的圆弧。因此，只要在该圆弧轨迹上设置可移动的障碍，即可通过该障碍与第一铰接轴15的限位接触，完成对小腿驱动结构的锁止。只要将该障碍从该圆弧轨迹上移开，即可完成对小腿驱动结构的解锁。

作为一种可能的示例，本实施例中，锁止结构包括舵机10和锁止套筒16，舵机10固定于连接架上，舵机10的输出轴与锁止套筒16共轴线且固定相连。第一铰接轴15的一端伸入锁止套筒16内，锁止套筒16的侧壁上设有缺口。

锁止套筒16的角位置为解锁位置时，第一铰接轴15能够经缺口离开锁止套筒16，实现小腿驱动结构的解锁。锁止套筒16的角位置偏离解锁位置时，锁止套筒16的侧壁用于对第一铰接轴15进行限位，实现小腿驱动结构的锁止。

可以理解的是，缺口至少应为两个，两个缺口分别位于圆弧轨迹与锁止套筒16侧壁的交汇处，以使第一铰接轴15能够从两个方向离开锁止套筒16。

根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择其它形式的锁止结构，例如使锁止结构包括两个可伸缩的限位销，两个限位销伸长后，可分别从两侧挡住第一铰接轴15，以实现锁止。两个限位销缩短后，不再限制第一铰接轴15的位置，实现解锁。

作为一种可能的示例，本实施例中，第一连杆包括丝杆17、第一连接件和第二连接件。第一连接件包括第一螺母和第一套筒18，丝杆17的第一端与第一螺母螺纹连接，第一套筒18与第一螺母固定相连，第一铰接轴15穿过第一套筒18。第二连接件包括第二螺母和第二套筒19，丝杆17的第二端与第二螺母螺纹连接，第二套筒19与第二螺母固定相连。第二连杆27的第一端与第二套筒19通过第二铰接轴铰接，第二铰接轴穿过第二连杆27的第一端和第二套筒19。

作为一种可能的示例，本实施例中，连接架上固定有减振器支架21，减振器20的第一端与减振器支架21铰接，以实现减振器20与连接架的间接铰接。大腿上固定有减振垫筒22，减振器20的第二端与减振垫筒22铰接，以实现减振器20与大腿的间接铰接。可以理解的是，减振器20的第一端也可以直接与连接架铰接，减振器20的第二端也可以直接与大腿铰接。本实施例中，减振器20为具有复位弹簧的阻尼式减振器，本领域技术人员也可以选择其它类型的减振器20，只要能实现减振功能即可。

作为一种可能的示例，本实施例中，大腿驱动结构包括大腿驱动电机8，大腿驱动电机8通过连接法兰7固定于第三侧板3上，大腿驱动电机8的输出轴与大腿的第一端直接固定相连，以驱动大腿绕自身第一端摆动。大腿在摆动的过程中，会受到减振器20提供的阻力，因此一般情况下大腿不会摆动，仅在需要调节腿型时会短时间摆动，之后在减振器20的弹性阻力作用下复位。

作为一种可能的示例，本实施例中，大腿包括第一侧板1、第二侧板2和中间板5，第一侧板1与第二侧板2相互平行，中间板5位于第一侧板1与第二侧板2之间，中间板5同时与第一侧板1、第二侧板2固定相连。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择使用其它形状的大腿。

作为一种可能的示例，本实施例中，连接架包括第三侧板3、第四侧板4和锁止销6，第三侧板3与第四侧板4相互平行，锁止销6同时与第三侧板3、第四侧板4固定相连。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择其它形状的连接架。

具体的，本实施例中，大腿驱动电机8位于第三侧板3与第四侧板4之间。舵机10位于第三侧板3背离大腿驱动电机8的一侧，小腿驱动电机9位于第四侧板4背离大腿驱动电机8的一侧。

本实施例还提供一种轮腿式车辆，包括上述的可实现宽域减振的轮腿系统。由于该轮腿式车辆包括上述的轮腿系统，因而也具备轮腿系统的上述优点，此处不再赘述。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。