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，以提升其工作效率、工作稳定性和可控性，为运动装置技术的发展的重要方向，同时对行业具有重要的意义的技术问题，本发明提供了一种行走装置、用于行走装置的行走系统及方法。采用本方案提供的技术方案，不仅能够对行走装置的承载能力和响应速度上进行优化，同时结构简单，能够良好的适应颠簸路况。

针对上述问题，本发明提供的行走装置、用于行走装置的行走系统及方法通过以下技术要点来解决问题：用于行走装置的行走系统，包括支腿，所述支腿包括连杆机构、用于驱动所述连杆机构伸缩的驱转装置；

所述连杆机构上设置有用于安装行走轮的轮架；还包括气缸，所述气缸的缸体部分与活塞杆部分两者中，其中一者与轮架固定连接，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连杆机构上的转轴轴线平行；

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旋转锁定。

现有技术中，如申请号为CN202010806731.0的发明专利申请所提供的技术方案所述，为解决轮式移动设备的越障能力和提升移动过程中的稳定性，采用了具有伸缩功能的连杆机构，在伸缩驱动件的作用下，实现机架高度调节和起跳越障。同时，该方案中，公开了伸缩驱动件采用电机的形式。在本领域中与本方案相关的，由于采用了伸缩腿的升降形式或运动模式，如申请号为CN201810595071.9等技术方案提供的驱动方案，也多采用到利用电机的方式完成行走和升降驱动。

同时，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，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；所述驱转装置固定安装于机架上，轮架上安装连接有驱动装置的行走轮。这样，驱转装置通过驱动连杆机构上对应的连杆旋转，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。

作为所述行走系统更进一步的技术方案：

作为连杆机构的具体实现方式，设置为：连杆机构包括第三连杆、第一连杆及第二连杆，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；

所述驱转装置为连接在第一连杆或第二连杆上的关节驱动电机。本连杆机构运用于行走装置上时，关节驱动电机作为一种低惯量、高响应的电驱动力源，安装于机架上即可，如驱转装置与第一连杆连接时，第二连杆与机架铰接连接，这样，由机架、第一连杆、第二连杆、第三连杆四者形成四连杆机构，当驱转装置带动第一连杆旋转时，如利用第三连杆作为轮架或在第三连杆上安装轮架，即可实现轮架上行走轮相对于机架的高度调节。本连杆机构形式结构简单，性能可靠且并不需要其他辅助结构，利于行走装置轻量化设计。

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轮架固定连接，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。

更为完整的，设置为：还包括安装在所述轮架上的行走轮，还包括用于驱动所述行走轮旋转的驱动装置，所述驱动装置为直流电机。本方案中，所述驱动装置用于驱动行走轮滚动，以实现行走装置轮系行走功能；以上驱动装置的选型，不仅调速性能好，同时结构简单、性能稳定，配合以上为关节驱动电机的驱转装置，通过在机架上安装如锂电池、控制模块等，即可使得行走装置在轻量化设计下自主运行。在具体运用时，所述关节驱动电机采用伺服电机即可。

作为以上行走系统的具体运用，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支腿，所述支腿为如上任意一项所述的支腿；

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；

所述驱转装置固定安装于机架上。如上所述，本行走装置基于所述行走系统，以上行走系统可使得本行走装置具有：能够根据具体路况匹配合适的机架高度，以在行走速度和稳定性上良好契合；能够高精度和高效率获得机架的支撑高度；具有良好的抗震能力、弹跳能力和承载能力；同时具有结构简单，便于行走装置轻量化设计等特点。

作为所述行走装置更进一步的技术方案：

更为完善的，为使得行走装置具备多足行走功能，同时各足均具有较大的承载能力、能够为机架提供弹性支撑、能够为机架提供弹性缓冲，设置为：所述支腿为多个；各支腿上均安装有行走轮；各支腿均匹配有气缸。

作为一种具体的机架设置形式，设置为：所述机架包括中空的承载平台，所述承载平台包括顶板及底板，所述顶板与底板围成承载平台上的中空空间；

还包括安装在所述中空空间内的控制装置及蓄能装置，所述控制装置作为行走装置的运行控制部件，所述蓄能装置用于为气缸及驱转装置提供动力源。本方案旨在提供一种具有多安装工位以用于安装行走装置本身部件和任务部件的机架方案，以在本身重量轻的基础上，能够利用顶板和底板，为相应安装工位上的部件提供防护。

本方案还公开了一种用于行走装置的行走方法，该行走方法作为如上所述的行走装置的行走方法；

其中，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。如上所述，本行走方法为以上包括所述行走系统的行走装置的行走方法，采用本方法，有利于实现：使得行走装置能够根据具体路况匹配合适的机架高度，以在行走速度和稳定性上良好契合；能够高精度和高效率获得机架的支撑高度；具有良好的抗震能力、弹跳能力和承载能力；同时具有结构简单，便于行走装置轻量化设计等特点。

作为所述行走方法更进一步的技术方案：

对机架提供支撑的方式包括方式一和方式二；

所述方式一为：仅通过气缸实现对机架进行支撑；

所述方式二为：通过气缸及连杆机构共同为机架进行支撑；

且以上方式一和方式二可任意切换；

实现机架起跳时，驱转装置与气缸共同为机架提供起跳力：对气缸蓄力后，通过驱转装置为连杆机构提供伸长的动力、通过气源为气缸提供伸长的动力；

机架起跳完成至落地的过程中，移除驱转装置对连杆机构的伸缩约束，获得仅利用气缸实现对机架进行落地支撑的状态。本方案为根据具体使用要求，对机架支撑的方式可调的方案，如对机架支撑高度要求较高时，可利用方式二完成对机架的支撑；如机架支撑高度仅需要满足通过性能时，可采用方式一的方式完成支撑。使用者或行走装置本身根据具体使用要求，选择适合的机架支撑方式即可。以上起跳方式，利用起跳前期驱转装置通过连杆机构为气缸蓄能、起跳过程中驱转装置与气缸同时为机架做功，可有效提升行走装置的起跳能力。以上采用的落地支撑方式，利用气缸为行走装置吸震，可有效提升行走装置的抗震性。

本发明具有以下有益效果：

本方案提供了一种行走装置、用于行走装置的行走系统及方法，所述行走装置、行走方法均以所述行走系统为基础。

行走装置具体设计中，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。

所述行走装置基于所述行走系统，可使得本行走装置具有：能够根据具体路况匹配合适的机架高度，以在行走速度和稳定性上良好契合；能够高精度和高效率获得机架的支撑高度；具有良好的抗震能力、弹跳能力和承载能力；同时具有结构简单，便于行走装置轻量化设计等特点。

所述行走方法为以上包括所述行走系统的行走装置的行走方法，采用本方法，有利于实现：使得行走装置能够根据具体路况匹配合适的机架高度，以在行走速度和稳定性上良好契合；能够高精度和高效率获得机架的支撑高度；具有良好的抗震能力、弹跳能力和承载能力；同时具有结构简单，便于行走装置轻量化设计等特点。