一种轮腿式车辆越障辅助装置及方法

技术领域

本发明涉及车辆越障技术领域，具体是涉及一种轮腿式车辆越障辅助装置及方法。

背景技术

随着工业水平的不断发展，人类社会对于多领域平台的功能需求逐渐增加，结合轮式、足式平台优点的新型复合移动平台应运而生。轮腿式车辆兼具轮式平台的高速、高机动性，以及足式平台高通过性特点。基于轮腿式车辆的自身特点，使其在勘探、救灾以及军事领域都有着广泛的研究价值以及应用前景。由于轮腿式车辆的工作环境属于非结构化环境，会遇到难以跨越的垂直平台路面，这对轮腿式车辆越障性能提出了更高的要求。

目前大多数轮腿式车辆以及同类型的四足机器人都没有专门的越障辅助装置，一般采用控制腿部机构执行迈步动作完成障碍翻越的工作任务。

专利CN110815211A介绍了一种四足机器人动态跨越凸障碍方法，其通过对凸障碍的落足安全区域检测，对机器人腿部轨迹进行规划，控制机器人迈步跨越凸障碍。

专利CN110816709A介绍了一种六轮摇臂悬架车越障控制方法，其通过主动控制摇臂悬架的转动角度改变接地轮位置，实现车身姿态调整和主动攀爬等动作，完成垂直障碍、水平壕沟等地形的跨越。

专利CN110497981A介绍了一种跨越障碍机器人及其越障方法，机器人结构包括驱动轮、升降机构、支撑爪等，通过控制升降机构和支撑爪的伸缩分别实现驱动轮位置改变和辅助支撑车身的功能，从而完成斜坡、坑道和凸出障碍的跨越。

由此可见，现有轮腿式车辆大多通过主动控制腿部机构执行迈步动作完成障碍的跨越，但受限于车身的尺寸、髋关节轴距等约束，翻越的过程中机身容易与障碍发生干涉，无法进行大幅度的攀爬工作，难以翻越较高的障碍；在攀爬作动过程中仅依靠腿部支撑，对于关节电机的性能需求较高，并且容易对电机产生冲击，稳定性差；腿部攀爬动作相对复杂，对于整机的控制难度较大。现有的支撑装置在支撑过程中控制相对不稳定，容易产生辅助过度或者辅助不足。因此本发明提出了一种履带跨越障碍的辅助装置以及越障方法，通过控制侧置摇臂在越障过程中进行主动支撑以及主动驱动，达到提高轮腿式车辆越障能力的目的，提高轮腿式车辆的越野性以及通过性。

发明内容

本发明的目的是提供一种轮腿式车辆越障辅助装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，达到提高轮腿式车辆越障能力的目的，提高轮腿式车辆的越野性以及通过性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种轮腿式车辆越障辅助装置，包括第一驱动机构、第二驱动机构、回转机构和旋转支撑机构，所述回转机构包括主动轮、从动轮和回转元件，所述回转元件位于所述主动轮和所述从动轮外周，所述第二驱动机构与车身的侧面连接，且所述第二驱动机构与所述主动轮连接，并用于带动所述回转元件转动，所述主动轮和所述从动轮分别转动安装于所述旋转支撑机构的两端，所述第一驱动机构安装于所述回转机构上远离车身的一侧，并靠近所述主动轮安装，所述第一驱动机构与所述旋转支撑机构的一端连接，并用于带动所述旋转支撑机构和所述回转机构转动。

优选的，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构均为电机。

优选的，所述回转元件为履带，所述履带的内圈分别与啮合所述主动轮和所述从动轮外周，并能够在所述主动轮的带动下转动。

优选的，所述旋转支撑机构为旋转支架。

本发明还提供了一种轮腿式车辆越障辅助方法，基于上述技术方案中所述的轮腿式车辆越障辅助装置，且在轮腿式车辆的两侧各安装有两个所述轮腿式车辆越障辅助装置，同侧的两个所述轮腿式车辆越障辅助装置前后排列；

在所述轮腿式车辆上垂直障碍的过程中，包括以下步骤：

S11，初始状态；

S12，前侧的履带旋转，后侧的履带不工作，使前侧的履带的防滑前段与垂直障碍边界相接触；

S13，前侧的履带旋转，后侧的履带不工作，轮腿式车辆的前腿向车身收缩，轮腿式车辆的后腿撑高，使轮腿式车辆的车身姿态处于前高后低的仰角状态；

S14，前侧的履带继续旋转并驱动，后侧的履带不工作，轮腿式车辆的前轮与障碍边界相接触，轮腿式车辆的后腿持续撑高；

S15，前侧的履带向后旋转回归水平状态，后侧的履带不工作，轮腿式车辆的后轮向前驱动，向垂直障碍物靠近，轮腿式车辆的后腿继续撑高；

S16，前侧的履带向后旋转，后侧的履带不工作，轮腿式车辆的后腿向车身方向收缩并离开地面；

S17，前侧的履带回归水平状态，后侧的履带不工作，轮腿式车辆的前轮向前驱动，轮腿式车辆的前腿和后腿回归原始状态，使轮腿式车辆的车身姿态从俯仰状态回复至水平；

在所述轮腿式车辆下垂直障碍的过程中，包括以下步骤：

S21，初始状态；

S22，前侧的履带向后旋转，后侧的履带不工作，使前侧的履带的防滑前段与垂直障碍边界相接触，轮腿式车辆的前腿向地面方向进行收缩；

S23，前侧的履带将车身姿态调节为前高后低，后侧的履带不工作，轮腿式车辆的前腿离开地面并向外延伸，轮腿式车辆的后腿向地面方向收缩；

S24，前侧的履带旋转，将轮腿式车辆的车身姿态调节为后高前低，使轮腿式车辆的前腿与地面接触，后侧的履带不工作；

S25，前侧的履带旋转并恢复水平，后侧的履带向后旋转并驱动，使轮腿式车辆的后腿靠近障碍边缘；

S26，前侧的履带不工作，后侧的履带旋转，轮腿式车辆的前腿向下延伸并与地面相接触。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、通过性受到车身尺寸影响较小，在翻越障碍过程中能够对攀爬动作给予辅助支撑，能够完成更高尺寸障碍的翻越，相较于通过加长腿部尺寸跨越更高垂直障碍的方案，使用本发明中的轮腿式车辆越障辅助装置进行支撑稳定性更佳，同时控制难度相对较低。

2、在翻越障碍的攀爬动作中，位于前侧和后侧的回转机构均承担一部分重量，攀爬动作时腿部机构载荷更轻，对于关节电机冲击较小。

3、在攀爬过程中可以通过回转机构驱动进行位置的调节，从而避免攀爬过程中车身与障碍物的干涉。

4、在攀爬过程中回转机构可以进行主动驱动，支撑稳定性好。

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是实施例一中轮腿式车辆越障辅助装置的结构示意图；

图2是实施例二中S11的示意图；

图3是实施例二中S12的示意图；

图4是实施例二中S14的示意图；

图5是实施例二中S15的示意图；

图6是实施例二中S16的示意图；

图7是实施例二中S17的示意图；

图8是实施例二中S21的示意图；

图9是实施例二中S22的示意图；

图10是实施例二中S23的示意图；

图11是实施例二中S24的示意图；

图12是实施例二中S25的示意图；

图13是实施例二中S26的示意图；

图中：1-第一驱动机构，2-第二驱动机构，3-履带，4-主动轮，5-从动轮，6-旋转支架。

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轮腿式车辆越障辅助装置及方法，以解决现有轮腿式车辆难以跨越高垂直平台的技术问题。

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方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种轮腿式车辆越障辅助装置，包括第一驱动机构1、第二驱动机构2、回转机构和旋转支撑机构，回转机构包括主动轮4、从动轮5和回转元件，回转元件位于主动轮4和从动轮5外周，第二驱动机构2与车身的侧面连接，且第二驱动机构2与主动轮4连接，并用于带动回转元件转动，主动轮4和从动轮5分别转动安装于旋转支撑机构的两端，第一驱动机构1安装于回转机构上远离车身的一侧，并靠近主动轮4安装，第一驱动机构1与旋转支撑机构的一端连接，并用于带动旋转支撑机构和回转机构转动。通过第一驱动机构1带动辅助支撑机构转动，进而实现整体的转动，通过第二驱动机构2带动主动轮4转动，进而实现回转元件的转动。设置回转元件的目的是为了进行姿态调节，同时回转元件能够增加接触点的摩擦力，以提高整个越障过程的稳定性。

具体地，第一驱动机构1和第二驱动机构2均为电机。

回转元件为履带3，履带3的内圈分别与啮合主动轮4和从动轮5外周，并能够在主动轮4的带动下转动，履带3相较于其他支撑结构接触面积更大，支撑稳定性好。

旋转支撑机构为旋转支架6。

实施例二

如图2-图13所示，本实施例提供了一种轮腿式车辆越障辅助方法，基于实施例一中的轮腿式车辆越障辅助装置，且在轮腿式车辆的两侧各安装有两个轮腿式车辆越障辅助装置，同侧的两个轮腿式车辆越障辅助装置前后排列；

当装有轮腿式车辆越障辅助装置的轮腿式车辆上垂直障碍的过程中，包括如下步骤：

S11，初始状态，如图2所示；

S12，前侧的履带3旋转，后侧的履带3不工作，使前侧的履带3的防滑前段与垂直障碍边界相接触，为后续的攀爬提供支撑，如图3所示；

S13，前侧的履带3进行旋转作动，后侧的履带3不工作，轮腿式车辆的前腿向车身收缩，轮腿式车辆的后腿撑高，使轮腿式车辆的车身姿态处于前高后低的仰角状态，轮腿式车辆的后轮与前侧的履带3承担车体重量；

S14，前侧的履带3继续旋转并驱动，后侧的履带3不工作，轮腿式车辆的前轮与障碍边界相接触，轮腿式车辆的后腿持续撑高，轮腿式车辆的后轮与前侧的履带3主要承担车体重量，轮腿式车辆的前轮辅助承担重量，如图4所示；

S15，前侧的履带3向后旋转回归水平状态，后侧的履带3不工作，轮腿式车辆的后轮向前驱动，向垂直障碍物靠近，轮腿式车辆的后腿继续撑高，轮腿式车辆的前轮和后轮承担车体重量，如图5所示；

S16，前侧的履带3向后旋转，后侧的履带3不工作，轮腿式车辆的后腿向车身方向收缩并离开地面，轮腿式车辆的前轮与前侧的履带3承担车体重量，如图6所示；

S17，前侧的履带3回归水平状态，后侧的履带3不工作，轮腿式车辆的前轮向前驱动，轮腿式车辆的前腿和后腿回归原始状态，使轮腿式车辆的车身姿态从俯仰状态回复至水平，如图7所示。

当装有轮腿式车辆越障辅助装置的轮腿式车辆上垂直障碍的过程中，包括以下步骤：

S21，初始状态，如图8所示；

S22，前侧的履带3向后旋转，后侧的履带3不工作，使前侧的履带3的防滑前段与垂直障碍边界相接触，轮腿式车辆的前腿向地面方向进行收缩，轮腿式车辆的后腿与前侧的履带3承担车体重量，如图9所示；

S23，前侧的履带3将车身姿态调节为前高后低，后侧的履带3不工作，轮腿式车辆的前腿离开地面并向外延伸，轮腿式车辆的后腿向地面方向收缩，轮腿式车辆的后腿与前侧的履带3承担车体重量，如图10所示；

S24，前侧的履带3旋转，将车身姿态调节为后高前低，使轮腿式车辆的前腿与地面接触，后侧的履带3不工作，轮腿式车辆的前轮、后轮以及前侧的履带3承担车身重量，如图11所示。

S25，前侧的履带3向水平回归，前侧的履带3恢复水平，后侧的履带3向后旋转并驱动，使轮腿式车辆的后腿靠近障碍边缘，轮腿式车辆的前轮以及后侧的履带3承担车身重量，如图12所示。

S26，前侧的履带3不工作，后侧的履带3驱动，轮腿式车辆的前腿向下延伸并与地面相接触，轮腿式车辆的前轮、后轮以及后侧的履带3承担车身重量，如图13所示。

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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。