发明内容

针对上述提出的进一步优化行走装置的结构设计，实现结构简单化同时强化通行能力，对行走装置的运用和发展具有积极的促进意义的技术问题，本发明提供了一种轮腿复合式轮系系统、行走装置及行走方法。采用本方案提供的技术方案，不仅可实现轮腿复合型行走，同时结构简单，且通行能力强。

针对上述问题，本发明提供的轮腿复合式轮系系统、行走装置及行走方法通过以下技术要点来解决问题：轮腿复合式轮系系统，包括支腿，所述支腿包括可伸缩的连杆机构，所述连杆机构包括设置在连杆机构底侧、在连杆机构变形时为摇臂的第三连杆，还包括安装在第三连杆上的行走轮；

所述行走轮包括第一滚轮及第二滚轮，所述第一滚轮安装在第三连杆的低端，第一滚轮及第二滚轮各自的支撑轮面均位于第三连杆的下方，在第三连杆摆动时，第一滚轮与第二滚轮的相对位置可转换为：第二滚轮的支撑轮面位于第一滚轮支撑轮面的上方。

现有技术中，如申请号为CN202010806731.0提供的技术方案，其通过了一种辅助轮位于两个伸缩件之间、伸缩件上安装有车轮的技术方案，以在实际运用过程中，实现：在平坦的地面上，机械腿的行走驱动件可以驱动车轮在地面上移动，遇到障碍物时，伸缩驱动件可以快速向伸缩件施加作用力，通过跳跃的方式跨越障碍物，最终达到提高机械腿通行能力的目的。

本方案针对现有技术中为实现多种状态运动模式，相应行走驱动系统普遍采用多套运动模组累加，使得行走装置自身结构相对复杂，不利于行走装置自运行时的续航能力、通行能力的问题，提供了如上所述的轮腿复合式轮系系统。具体结构设计中，所述连杆机构作为所述支腿的腿臂，所述行走轮作为轮系系统的滚轮，即以上连杆机构及行走轮为本系统提供了轮腿复合式运动结构基础：通过连杆机构伸缩，即可实现对被支撑对象的高度调节；通过连杆机构伸缩，即可实现被支撑对象起跳越障。

本方案在具体选型时，设置为连杆机构包括第三连杆，且在连杆机构变形时第三连杆为摇臂，同时设置为所述行走轮包括第一滚轮和第二滚轮，这样，在具体使用时，采用如下提供的驱转装置驱动连杆机构变形，此时第三连杆摆动，由于第一滚轮安装在第三连杆的底侧，故第一滚轮始终能够为本轮系系统提供支撑；当第三连杆摆动至第二滚轮脱离支撑面时，即仅为第一滚轮支撑轮系系统的状态；当第三连杆摆动至第二滚轮支撑于支撑面时，由第一滚轮和第二滚轮共同为轮系系统提供支撑。同时，第二滚轮由与支撑面接触的状态转换为脱离支撑面的状态为第三连杆以第一滚轮为支点，上端向上翻转的过程，这样，轮系系统抬高过程中伴随轮系系统重心的提高，轮系系统降低过程中伴随轮系系统重心下降，故仅第一滚轮支撑可使得相应行走装置具有较强的障碍通过能力，第一滚轮和第二滚轮共同支撑行走装置可使得行走装置具有理想的支撑稳定性，此状态下利于提升行走装置的行走速度。这样，本方案可根据具体运行场所，实现多种状态运动模式切换。

区别于现有技术，现有技术中，作为轮系支撑模式切换的结构基础，从功能上考虑，如将第一滚轮定义为行走轮的主轮，将第二滚轮定义为行走轮的辅助轮，现有主轮和辅助轮各自一般通过单独的架体安装于行走装置的机架上；同时，如申请号为CN202010806731.0提供的技术方案，其上主轮（车轮）和辅助轮的相对位置关系决定了：行走装置在行进过程中，如辅助轮和辅助腿经过的空间轨迹中有障碍物，行走装置并不能通过常规轮式行走实现越障。

本方案中，通过将第一滚轮和第二滚轮均集成安装于第三连杆上，通过第三连杆摆动即可实现不同行走轮支撑模式切换，故区别于现有技术，在达到相通支撑功能切换的基础上，本方案并不需要为第二滚轮设置单独的辅助腿，故本方案结构更为简单，整体质量可设置得更为轻便，便于提升行走装置的续航能力、弹跳能力和响应速度。

本方案中，通过将第一滚轮和第二滚轮均集成安装于第三连杆上，如设置为第一滚轮和第二滚轮的行走方向即为第三连杆在支撑面上投影线的长度方向（作为本领域技术人员，此状态仅仅为轮系系统可能的一种运行模式，同时本领域技术人员也可根据具体需求，设定为轮系系统为以上运动模式，如以下文字部分和说明书附图部分提供的通过机架、第一连杆、第二连杆和第三连杆构成的四连杆机构）或所述行走方向和长度方向之间具有一定角度，从轮式行走的越障能力上，由于轮系系统的设计特点为行走装置造成前进障碍的区域仅需要考虑支腿的宽度，如采用两个支腿实现行走装置左、右支撑，即仅需要考虑量支腿前方是否有障碍造成行走装置不能通过，将现有技术中三支腿式支撑模式转换成了门型架式两支腿支撑模式，可有效提升行走装置基于轮式运行时的环境适应能力。

作为所述轮腿复合式轮系系统更进一步的技术方案为：

作为一种在具体使用时伸缩连杆机构配合机架，可作为四连杆机构，实现在结构简单的基础上，仅需要采用一个驱转装置约束和驱动如以下所述的第一连杆和第二连杆，既能实现连杆机构姿态控制和伸缩控制，以改变轮系系统高度和实现轮系系统起跳的技术方案，设置为：所述连杆机构还包括第二连杆及第一连杆，所述第一连杆及第二连杆均通过转轴铰接连接于第三连杆长度方向的不同位置；

第一连杆、第二连杆各自与第三连杆的转轴相互平行。在具体运用时，设置为第一连杆、第二连杆、第三连杆三者共面，且连杆机构立式设置时，第一滚轮和第二滚轮位于第三连杆的正下方或侧面，以减小轮系系统在其前方、与轮系系统垂直的里面上的投影宽度，提升论系统的通行能力。更优的，设置为第一滚轮的轮径大于第二滚轮的轮径，第一滚轮设置在第三连杆的侧面，第二滚轮设置在第三连杆的正下方，以实现：利用第一滚轮较大的轮径匹配与之连接的驱转装置，为提升轮系系统的行走能力提供结构基础；第三连杆的设置高度可更低，以获得重心更低的行走装置姿态提升行走装置的行走速度、稳定性、低姿态通过能力。

为使得在第二滚轮作为前侧导轮时，能够根据路面情况自行调整行走方向以提升行走装置的行走能力，设置为：所述第二滚轮为万向轮。

还包括气缸，所述气缸的缸体部分与活塞杆部分两者中，其中一者与第三连杆固定连接，另一者上固定有连接件；

所述连接件上设置有转轴，气缸可绕所述转轴转动；

所述连接件上的转轴与第三连杆摆动时摆动轴的轴线相平行；

所述连接件上还设置有锁定件，所述锁定件用于实现气缸相对于所述转轴转动锁定。现有技术中，考虑到现有电机驱动能力、具体结构设计等，现有腿式行走机构采用的伸缩驱动件一般配备弹性机构，以匹配移动设备的承载能力和自身轻量化设计：具体如申请号为CN201610206266.0、CN202010751681.0等发明专利申请所提供的技术方案。本方案针对现有设计，提供一种不仅能够实现行走速度和行走稳定性兼得，同时结构简单、承载能力强、升降调节响应速度快的技术方案。本方案在具体运用时，与如上提供的具体轮系系统结构，作为行走装置的行走系统，且具体安装为：气缸通过连接件可转动连接于行走装置的机架上，且连接件上的转轴作为气缸相对于机架旋转的旋转轴；以上驱转装置固定安装于机架上，在第三连杆上设置轮架，轮架上安装连接匹配有驱动装置的行走轮，驱动装置连接在第一滚轮上。这样，驱转装置通过驱动连杆机构上对应的连杆旋转（如连接在第一连杆上，驱转装置采用伺服电机，即可实现第一连杆摆动），即可实现连杆机构的长度调节，以上连杆机构长度变化过程中，由于气缸连接于轮架与机架之间，故连接件上设置的转轴旨在使得此时气缸能够转动以同步于连杆机构长度变化。同时设置所述锁定件，使得气缸相对于机架的旋转能够被锁定，这样，可使得气缸本身具有对机架进行支撑的能力。

以上提供的行走系统的结构基础，可实现：所述气缸及支腿作为机架的支撑部件，且通过气缸及连杆机构的伸缩实现机架的高度升降以及起跳；其中，对机架提供支撑的方式为：在行走装置行走的整个过程中或部分过程中，移除驱转装置对连杆机构的状态约束，使得连杆机构可自由伸缩，通过气缸实现对机架的支撑；对机架实现高度升降时：移除气缸对连杆机构伸缩的约束，利用驱转装置驱动连杆机构伸缩完成机架高度调节；实现机架起跳时，利用连杆机构为气缸内的气体进行压缩实现气缸蓄力。

以上高度升降用于适应机架的通行需求：当地面平坦时，可通过连杆机构收缩，使得行走装置的重心降低，以提升行走速度；当行走于坑洼地面时，可通过连杆机构伸长，使得机架被高位支撑，以牺牲重心高度的方式，避免机架接触地面，提升行走装置的通行能力。以上起跳用于行走装置越障，使得行走装置具有全地形适应能力。且在进行机架支撑时，根据需要，移除驱转装置对连杆机构伸缩的约束，仅利用气缸对机架进行支撑，这样，可利用气缸缸体内气体可压缩的特点，使得机架的支撑结构能够吸收冲击，实现减震功能，以适应颠簸的路况；同时仅气缸支撑机架的方式也可用于落地缓冲。这样不仅可实现减震，同时如针对双轮足行走模式（仅在行走装置上设置两个行走轮或在某些工况下仅采用两个行走轮形成轮系），可降低对行走装置上所搭载的平衡部件的平衡能力需求。同时，以上方案还特别适用于行走装置自身减重设计需求：现有技术中，如通过电机实现足式弹跳，需要考虑电机本身的惯量，如一般采用低惯量的电机，实现弹跳的方式一般为：设置复杂的蓄力装置，如采用蓄力弹簧，这样通过增加电机工作时间，同时以牺牲响应速度的方式，获得瞬发的弹跳能量，该方案还具有结构相对复杂、控制策略相对复杂的特点。而采用本方案，气缸本身可作为蓄能元件和作为弹跳时的动力元件，使得本行走系统上单一部件能够多用途，便于实现行走装置减重设计和结构简单化设计。同时采用本方案，在完成蓄力后，可进一步通过驱转装置和气缸为连杆机构做功，通过多部件共同作用，提升行走装置跳跃障碍的能力。同时采用本方案，由于气缸一般具有大惯量、低响应的特点，区别于一般为电机的驱转装置，在体积更小、重量更轻的前提下具有更大的承载能力，而本领域电机的选型一般为低惯量、高响应的电机，故本方案在进行机架高度调节控制时，可采用：移除气缸对连杆机构的约束（移除锁定件对气缸的锁定和移除气路系统对气缸活塞运动的约束），仅利用驱转装置工作，实现机架高度高精度和高效率调节，而后再利用气缸对机架进行辅助支撑或转换为仅气缸支撑机架的模式，这样不仅可提升机架高度控制精度，同时可保证行走装置在整个任务过程中的承载能力和可靠性。

针对连接件的设计，在具体运用时，可设置为连接件包括用于固定连接机架的第一箍体和用于固定连接气缸的第二箍体，第一箍体和第二箍体通过转轴连接。相应锁定件采用转轴锁定装置即可。同时作为本领域技术人员，以上轮架可为连杆机构本身，也可为安装在连杆机构上单独的部件。

更为完整的，为减轻行走装置自主运行时的负载，设置为：还包括用于为气缸提供压缩气源的气源装置，所述气源装置为压缩气瓶。本方案在具体运用时，所述压缩气瓶通过气路和相应气路元件为气缸提供压缩气体，可使得行走装置上所搭载的包括气源装置及气缸的气动系统具有重量轻、结构简单的特点。

作为一种双向可控性较高、缸体通过连接件与机架连接、活塞杆与轮架连接的技术方案，设置为：所述气缸为单缸双作用气缸，所述气缸的活塞杆部分与第三连杆固定连接，所述连接件连接在气缸的缸体部分上。采用本方案，利用活塞杆部分外径尺寸较缸体部分外径尺寸小的特点，便于完成行走轮、驱动装置、连杆机构等的布置。

本方案还公开了一种行走装置，包括机架，还包括安装在机架上的轮系系统，所述轮系系统为如上任意一项所述的轮系系统；

所述行走轮作为行走装置行走时的滚轮；

还包括用于改变连杆机构形态的驱转装置，且驱转装置工作时，第三连杆摆动，实现行走轮对机架的支撑可在以下模式之间切换：

模式一：仅通过第一滚轮支撑机架；

模式二：通过第一滚轮和第二滚轮共同支撑机架。如上所述，本行走装置为基于所述轮系系统的运用，采用本方案提供的行走装置：可根据具体运行场所，实现多种状态运动模式切换；本方案结构更为简单，整体质量可设置得更为轻便，便于提升行走装置的续航能力、弹跳能力和响应速度；在轮式行走模式下，可有效提升行走装置在越障问题上的环境适应能力。

作为所述行走装置更进一步的技术方案：

如如上介绍的，作为包括气缸，通过气缸形成起跳动力源、缓冲支撑模式、利用气缸配合连杆机构实现机架具体高度高响应和高精度控制等的具体运用，设置为：还包括气缸，所述气缸的缸体部分与活塞杆部分两者中，其中一者与第三连杆固定连接，另一者上固定有连接件；

所述连接件上设置有转轴，气缸可绕所述转轴转动；

所述连接件上的转轴与第三连杆摆动时摆动轴的轴线相平行；

所述连接件上还设置有锁定件，所述锁定件用于实现气缸相对于所述转轴转动锁定；

所述气缸通过连接件可转动连接于机架上，且连接件上的转轴作为气缸相对于机架旋转的旋转轴。

所述轮系系统为多个；各轮系系统上均安装有行走轮；各轮系系统均匹配有气缸。

本方案还公开了一种行走方法，该行走方法为以上任意一项所述的轮腿复合式轮系系统的行走方法；

其中，通过改变连杆机构的状态，使得在所述状态改变的过程中，利用第三连杆摆动，改变行走轮相对于行走面的位置，实现行走轮对连杆机构的支撑可在以下模式之间切换：

模式一：仅通过第一滚轮支撑机架；

模式二：通过第一滚轮和第二滚轮共同支撑机架。如上所述，本行走方法为基于所述轮系系统的使用方法，采用本方法：可根据具体运行场所，实现多种状态运动模式切换；本方案结构简单，使用方便，整体质量可设置得更为轻便，便于提升行走装置的续航能力、弹跳能力和响应速度；针对具体轮系系统设计，在轮式行走模式下，可有效提升行走装置在越障问题上的环境适应能力。

本发明具有以下有益效果：

本方案提供了一种轮腿复合式轮系系统、行走装置及行走方法，所述行走装置、行走方法均以所述行走系统为基础。

轮系系统结构设计中，通过将第一滚轮和第二滚轮均集成安装于第三连杆上，通过第三连杆摆动即可实现不同行走轮支撑模式切换，故区别于现有技术，在达到相通支撑功能切换的基础上，本方案并不需要为第二滚轮设置单独的辅助腿，故本方案结构更为简单，整体质量可设置得更为轻便，便于提升行走装置的续航能力、弹跳能力和响应速度。

轮系系统结构设计中，通过将第一滚轮和第二滚轮均集成安装于第三连杆上，如设置为第一滚轮和第二滚轮的行走方向即为第三连杆在支撑面上投影线的长度方向（作为本领域技术人员，此状态仅仅为轮系系统可能的一种运行模式，同时本领域技术人员也可根据具体需求，设定为轮系系统为以上运动模式，如以下文字部分和说明书附图部分提供的通过机架、第一连杆、第二连杆和第三连杆构成的四连杆机构）或所述行走方向和长度方向之间具有一定角度，从轮式行走的越障能力上，由于轮系系统的设计特点为行走装置造成前进障碍的区域仅需要考虑支腿的宽度，如采用两个支腿实现行走装置左、右支撑，即仅需要考虑量支腿前方是否有障碍造成行走装置不能通过，将现有技术中三支腿式支撑模式转换成了门型架式两支腿支撑模式，可有效提升行走装置基于轮式运行时的环境适应能力。

所述行走装置为基于所述轮系系统的运用，采用本方案提供的行走装置：可根据具体运行场所，实现多种状态运动模式切换；本方案结构更为简单，整体质量可设置得更为轻便，便于提升行走装置的续航能力、弹跳能力和响应速度；在轮式行走模式下，可有效提升行走装置在越障问题上的环境适应能力。

本行走方法为基于所述轮系系统的使用方法，采用本方法：可根据具体运行场所，实现多种状态运动模式切换；本方案结构简单，使用方便，整体质量可设置得更为轻便，便于提升行走装置的续航能力、弹跳能力和响应速度；针对具体轮系系统设计，在轮式行走模式下，可有效提升行走装置在越障问题上的环境适应能力。