本發明主要涉及到機器行走裝置領域，特指一種直線驅動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置，尤其適用于移動機器人、工程車輛等領域。

背景技術：

眾所周知，用于火災、礦難、核泄漏等危險作業的小型地面移動機器人以其體積小、成本低、生存能力強、運動靈活等特點成為移動機器人研究領域的又一熱點。移動機器人最基本的行走方式有輪式、履帶式及腿式三種：其中輪式結構運行平穩、高速高效，然而其越障能力、適應復雜地形的能力卻非常有限；履帶式行走裝置接地比壓小，能夠適應沙土、泥濘等松軟地形，但同時也存在轉彎性較差、速度及效率較低等缺點；腿式結構具有越障能力強、適應性好的優點，但是其行進速度低、能耗高。

有從業者，提出一種輪履腿復合形式的結構，它包括底盤和行進驅動機構，行進驅動機構包括行進動力裝置、履帶驅動輪和履帶從動輪，底盤上安裝有三個以上變形輪部件，變形輪部件包括變形輪圈和變形切換機構，變形輪圈包括由多個弧形輪圈片首尾鉸接相連成一個輪圈，輪圈的外側包裹有履帶，履帶用來與履帶驅動輪和履帶從動輪發生配合形成履帶驅動狀態；變形切換機構采用的是絲杠螺母推動“x”交叉型伸縮桿的鉸接點，以驅動輪圈變形。也就是說，在驅動下可以通過伸縮令相鄰弧形輪圈片之間發生位移從而改變輪圈的形狀和行進姿態。在圓輪模式下，“x”交叉型伸縮桿的四個端點分別對四段圓弧輪圈形成支撐，起到輻條的作用，之所以要做成可伸縮的，是因為輪圈由圓形變為“∞形”的過程中，兩相對的支撐點之間的距離l是不斷變化的。

通過長期的研究發現，上述方案在實踐過程中仍然存在一些難以解決的問題：

1、由于變形輪的輪圈被分成了四段，因此必須在四個圓弧鉸接點形成支撐，才能使輪圈保持圓形。上述方案雖然在水平方向上的兩個鉸接點有輪架作為支撐，但是在豎直方向上的兩個鉸接點卻并沒有。雖然“x”型的輻條支撐于相鄰的兩個交接點之間，但是為了輪圈能夠變形，輪架和輻條都是可以伸長的，因此輪架和輻條都只能給輪圈提供支撐力卻不能提供拉力，這都使得輪圈在豎直方向上缺乏保持力。當水平方向受到擠壓力時，輪圈能夠在輪架的支撐下保持圓形；而當豎直方向受到擠壓力時，輪圈則容易發生變形。

2、由于對伸縮桿長度變化規律的限制，使得伸縮桿對輪圈的支撐點位置距離輪圈的受力點較遠，經計算可得，這就導致“x”型輻條對輪圈的支撐效果并不好，即輪圈的輪圈結構的受力性能不好。

3、“x”型輻條采用伸縮桿，包含有滑動副，當滑動副配合較緊密時，容易導致卡死，伸縮不靈活使得變形不可靠；當滑動副配合較為松動時，運動副間的間隙較大，使得伸縮桿的晃動大，導致整個輪圈結構的空程增大，即輪圈不能夠保持圓形，會降低運動精度與結構可靠度。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構簡單緊湊、運動方式靈活、地形適應能力強的直線驅動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種直線驅動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置，包括輪圈、行進驅動機構和變形輪部件，所述輪圈的外側包裹有履帶，所述變形輪部件包括固定輪架、伸展輪架、變形電機以及履帶支撐輪組，所述履帶支撐輪組安裝于固定輪架和/或伸展輪架上；所述固定輪架與伸展輪架形成水平布置的狀態并在輪圈徑向方向對輪圈進行支撐，所述固定輪架的一端與輪圈接觸，所述伸展輪架的一端與輪圈接觸，另一端套設于固定輪架內；在所述變形電機的驅動下，所述伸展輪架在所述固定輪架內的滑槽中滑動，在輪圈的徑向方向對輪圈進行撐開或收縮的操作。

作為本發明的進一步改進：所述伸展輪架安裝于絲桿傳動機構上，所述絲桿傳動機構包括沿著固定輪架方向布置的絲桿和通過螺紋連接于絲桿上的螺母，所述伸展輪架連接于螺母上，所述變形電機用來驅動絲桿轉動，以帶著螺母以及伸展輪架完成直線運動。

作為本發明的進一步改進：所述履帶支撐輪組包括兩組，一組支撐輪安裝于所述固定輪架上，另一組支撐輪安裝于伸展輪架上。

作為本發明的進一步改進：所述行進驅動機構包括行驅動電機、履帶驅動輪和履帶從動輪。

作為本發明的進一步改進：所述輪圈包括由多個弧形輪圈片首尾鉸接相連而成，所述履帶用來與履帶驅動輪和履帶從動輪發生配合形成履帶驅動狀態。

作為本發明的進一步改進：所述輪圈包括由兩個弧形輪圈片鉸接相連而成，兩個鉸接點的連線為輪圈的直徑方向，且與所述固定輪架的布置方向垂直。

作為本發明的進一步改進：所述履帶支撐輪組始終保持與輪圈接觸以對輪圈進行支撐。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

1、本發明的直線驅動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置，令行進驅動方式更加簡單，大大減少了傳動機構，不僅簡化了結構，還能提高驅動效率；通過去掉了伸縮桿的滑動副，使得機構更加可靠。

2、本發明的直線驅動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置，作為關鍵部件的變形輪部件結構簡單且能夠自鎖，正常運行過程中變形電機不需提供保持力，圓輪模式下，伸展輪架與固定輪架可視為一體，使得分布于輪架同側的兩段圓弧輪圈與輪架構成穩定的三角形結構，因此圓形輪圈具有很好地結構受力性。

3、本發明的直線驅動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置，履帶接地長度大，降低了接地比壓；進一步將單支撐輪組改為多支撐輪組，使得底盤支撐點向履帶裝置中間靠近，不僅增大了履帶接地長度，還使得履帶接地段受力更加均勻，有效降低了履帶裝置的接地比壓。本發明采用絲杠螺母驅動之后，既能夠提供支撐力也能夠提供拉力。即在豎直方向受擠壓力時，輪圈在輪架拉力的作用下，依然能夠保持圓形。

附圖說明

圖1是本發明在具體應用實例中的立體結構示意圖。

圖2是本發明在具體應用實例中變形輪部件的結構原理示意圖。

圖3是本發明在具體應用實例中處于履帶模式時的結構原理示意圖。

圖例說明：

1、輪圈；101、弧形輪圈片；2、變形電機；3、固定輪架；4、伸展輪架；5、絲桿；6、驅動電機；7、履帶驅動輪；8、履帶從動輪；9、履帶；10、電機座；11、履帶支撐輪組；12、滑槽；13、導軌。

具體實施方式

以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖1～圖3所示，本發明的直線驅動輪架伸展式輪履腿復合行走裝置，包括行進驅動機構和變形輪部件，該行進驅動機構包括行進動力裝置6、履帶驅動輪7和履帶從動輪8。變形輪部件包括固定輪架3、伸展輪架4、變形電機2以及履帶支撐輪組11，履帶支撐輪組11安裝于固定輪架3和/或伸展輪架4上，履帶支撐輪組11始終保持與輪圈1接觸以對輪圈1進行支撐。固定輪架3與伸展輪架4形成水平布置的狀態并在輪圈1徑向方向對輪圈1進行支撐，固定輪架3的一端與輪圈1接觸，伸展輪架4的一端與輪圈1接觸，另一端套設于固定輪架3內，在變形電機2的驅動下，伸展輪架4可以在固定輪架3內的滑槽12中滑動，從而在輪圈1的徑向方向完成對輪圈1撐開或收縮的操作，最終令輪圈1改變形狀，從而形成圓輪、履帶或者直腿。這樣變形輪部件就可根據工作地形的不同分別以圓輪、履帶或者直腿的方式行進，能夠適應各種復雜地形，具有很強的機動能力和越障能力。

在具體應用實例中，伸展輪架4安裝于絲桿傳動機構上，絲桿傳動機構包括沿著固定輪架3方向布置的絲桿5和通過螺紋連接于絲桿5上的螺母，伸展輪架4連接于螺母上，變形電機2用來驅動絲桿5轉動，以帶著螺母以及伸展輪架4完成直線運動?？梢岳斫?，絲桿傳動機構僅為若干直線傳動機構中的一種，其他類型的直線傳動機構，只要是能夠滿足固定輪架3與伸展輪架4之間運動需要的任何結構形式均在本發明的保護范圍之內，例如氣缸、液壓缸、齒輪齒條等結構方式。

在具體應用實例中，輪圈1在周向方向上分成兩個半圈，兩個半圈之間采用鉸接的方式，在伸展輪架4在輪圈1的徑向方向對輪圈1進行撐開或收縮操作時，鉸接點處形成彎折，以保證輪圈1的變形，滿足最終輪圈1形態的需要。可以理解，輪圈1也可以根據實際的需要，沿著圓周方向分成若干個鉸接點，這可以根據實際的變形需要來選擇，但都應在本發明的保護范圍之內。如，輪圈1可以包括由多個弧形輪圈片101首尾鉸接相連而成，輪圈1的外側包裹有履帶9（如橡膠履帶），履帶9用來與履帶驅動輪7和履帶從動輪8發生配合形成履帶驅動狀態。而變形輪部件可以令相鄰弧形輪圈片101之間發生位移從而改變輪圈1的形狀，從而形成圓輪、履帶或者直腿。本實例中，所述輪圈1包括由兩個弧形輪圈片101鉸接相連而成，兩個鉸接點的連線為輪圈1的直徑方向，且與所述固定輪架3的布置方向垂直。

在具體應用實例中，履帶支撐輪組11包括兩組，一組支撐輪安裝于固定輪架3上，另一組支撐輪安裝于伸展輪架4上。

在具體應用實例中，圓輪模式可設計成完全中心對稱結構，有利于行進時的動平衡。

在具體應用實例中，還可以在固定輪架3處設置導軌13，令伸展輪架4沿著導軌13運動，以保證運動的可靠性。

采用上述結構之后，當輪圈1為圓形時，伸展輪架4處于收縮狀態，行進驅動機構中的驅動電機驅動輪架旋轉，為輪式行走方式。兩組支撐輪對稱地靠攏在輪心兩側，減小轉動慣量以提高圓輪的加減速性能。當輪圈1變形后，履帶驅動輪7內置輪轂電機，可直接驅動履帶9行進。此時伸展輪架4往外伸出，帶動支撐輪組1遠離固定輪架上的支撐輪組2，這樣就形成了多支撐點的履帶結構。當輪圈1變形后，行進驅動機構中的驅動電機6驅動輪架旋轉，為翻轉腿式行進。

也正是采用了本發明的上述結構，令行進驅動方式簡單，減少了傳動機構，不僅簡化了結構，還能提高驅動效率；去掉了伸縮桿的滑動副，使得機構更加可靠。作為關鍵部件的變形輪部件結構簡單且能夠自鎖，正常運行過程中變形電機2不需提供保持力，圓輪模式下，伸展輪架4與固定輪架3可視為一體，使得分布于輪架同側的兩段圓弧輪圈1與輪架構成穩定的三角形結構，因此圓形輪圈1具有很好地結構受力性。履帶9接地長度大，降低接地比壓；將單支撐輪組改為多支撐輪組，使得底盤支撐點向履帶裝置中間靠近，不僅增大了履帶9接地長度，還使得履帶9接地段受力更加均勻，有效降低了履帶裝置的接地比壓。本發明采用絲桿傳動機構之后，既能夠提供支撐力也能夠提供拉力。即在豎直方向受擠壓力時，輪圈1在輪架拉力的作用下，依然能夠保持圓形。

以上僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本發明的保護范圍。