一种步履式运载系统

1.本技术涉及运载设备技术领域，具体涉及一种步履式运载系统。


背景技术：

2.常见运载平台包括轮式运载平台、履带式运载平台以及重型足式运载平台。在面对复杂且恶劣的地面环境的情况下，轮式运载平台、履带式运载平台的通过能力会受到不同程度的限制，如轮式运载平台、履带式运载平台在面对具有沟壑、高障碍物等地面环境时，会导致无法通过只能绕行的问题，而重型足式运载平台运动控制难度较高，对自身运动的稳定性要求也较高。
3.基于此，需要一种新技术方案以解决常见运载平台存在的不足。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本说明书实施例提供一种步履式运载系统，以至少解决现有常见的运载平台存在的不足。
5.本说明书实施例提供以下技术方案：
6.本说明书实施例提供的一种步履式运载系统，包括：
7.运载平台；
8.若干腿式驱动模块，若干所述腿式驱动模块沿所述运载平台的周向设置于所述运载平台的底端，所述腿式驱动模块用于以足式运动方式带动所述运载平台进行移动；
9.若干履带驱动模块，若干所述履带驱动模块对应与若干所述腿式驱动模块的末端连接，用于以履带运动方式带动所述腿式驱动模块进行移动；
10.其中，在所述腿式驱动模块以足式运动方式带动所述运载平台进行移动的情况下，所述腿式驱动模带动所述履带驱动模块进行移动或翻转。
11.进一步地，所述步履式运载系统还包括：
12.若干主动电机，每一所述主动电机设置于一对应的所述腿式驱动模块的末端，并与一对应的所述履带驱动模块进行连接，所述主动电机在所述履带驱动模块随所述腿式驱动模块摆动时，调节所述履带驱动模块的角度。
13.进一步地，所述腿式驱动模块包括：
14.第一液压缸元件，所述第一液压缸元件的首端与所述运载平台的底端连接；
15.第一腿元件，所述第一腿元件的首端与所述运载平台的底端转动连接，其中部与所述第一液压缸元件的末端转动连接；
16.第二液压缸元件，所述第二液压缸元件的首端与所述运载平台的中部连接；
17.第二腿元件，所述第二腿元件的首端与所述第一腿元件的末端转动连接，所述第二腿元件的中部与所述第二液压缸元件转动连接，所述第二腿元件的末端与所述履带驱动模块连接。
18.进一步地，所述腿式驱动模块为六个，并对应设置于所述运载平台的两侧。
19.进一步地，所述腿式驱动模块的两侧均设有三个所述腿式驱动模块，且呈三角形结构布置。
20.进一步地，所述六个腿式驱动模块呈正六边形结构设置，以提高所述运载平台的侧向稳定裕度。
21.进一步地，每次摆动位于所述运载平台一侧的两所述腿式驱动模块和位于所述运载平台另一侧的一所述腿式驱动模块，以通过足式运动方式带动所述运载平台进行移动。
22.进一步地，所述步履式运载系统还包括：
23.视觉模块，所述视觉模块设置于所述运载平台上，用于检测环境信息。
24.进一步地，所述腿式驱动模块根据所述视觉模块采集的地面坡度信息调节自身的伸缩度，以控制所述运载平台的倾斜角度。
25.进一步地，所述步履式运载系统还包括：
26.控制模块，所述控制模块设置于所述运载平台上，并分别与所述腿式驱动模块和履带驱动模块连接，用以控制所述腿式驱动模块和所述履带驱动模块。
27.与现有技术相比，本发明至少具有如下技术效果：
28.本发明的一种步履式运载系统，履带驱动模块能够以履带运动方式在平底上进行平稳运行，也能够在地面环境较差的平地上运行，通过腿式驱动模块带动履带驱动模块以足式运动方式进行运动，以实现跨障和跨沟壑的功能，解决了现有技术中常见的运载平台在山地、沼泽地通过能力差的问题，提高了运载平台在山地、沼泽地的运动稳定性；
29.进一步地，通过在运载平台的下方设置六个腿式驱动模块，以使步履式运载系统能够以三三步态进行行走，进一步增强了步履式运载系统的稳定性，也有利于进行步态规划，实现越障越壕。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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技术的一些实施例，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它的附图。
31.图1为本发明实施例的步履式运载系统的结构示意图。
32.图2为本发明实施例的腿式驱动模块和履带驱动模块的伸缩示意图；
33.图3为本发明实施例的步履式运载系统处于行走状态的结构示意图(一)；
34.图4为本发明实施例的步履式运载系统处于行走状态的结构示意图(二)；
35.图5为本发明实施例的步履式运载系统处于越障状态的结构示意图；
36.图6为本发明实施例的步履式运载系统处于越壕状态的结构示意图；
37.本发明的附图标记为：
38.10、运载平台；
39.20、腿式驱动模块；21、第一液压缸元件；22、第一腿元件；23、第二液压缸元件；24、第二腿元件；
40.30、履带驱动模块；
41.40、主动电机；
42.50、视觉模块；
43.60、控制模块。
具体实施方式
44.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
45.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
47.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
48.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践。
49.现有的重型复合式运载平台包括轮足式、轮履式和轮履步复合式运载平台，轮足式运载平台适合在平地、小山坡上运行，且轮式状态下运动速度高，但在足式状态下对运动控制要求高，需要在满足自身运动的稳定性的前提下尽可能提升自身的机动能力；轮履式运载平台在面对沼泽、小山坡等地形环境时，其通过能力强，但越障越壕能力不足；轮履步复合式运载平台基本可以在不同的地形环境都具有良好的通过性和机动性，但轮履步复合式运载平台运动控制复杂，在足式运动状态下的自身平衡性和机动性控制要求高。
50.基于此，本说明书实施例提供了一种步履式运载系统，其设置多个腿式驱动模块20，且每一腿式驱动结构上均设置履带驱动模块30，从而实现足式和履带式运动模式切换，相比于轮式驱动，履带驱动在低附着路面依旧有良好的驱动能力，同时结合足式驱动方式，提升运载平台10的越障越壕能力，在足式运动状态下，自身运动平衡能力强，而且具有高度安全冗余。
51.以下结合附图，说明本技术各实施例提供的技术方案。
52.如图1～4所示，本说明书实施例提供的一种步履式运载系统，包括运载平台10、若干腿式驱动模块20以及若干履带驱动模块30。其中，若干腿式驱动模块20沿运载平台10的周向设置于运载平台10的底端，腿式驱动模块20用于以足式运动方式带动运载平台10进行
移动；若干履带驱动模块30对应与若干腿式驱动模块20的末端连接，用于以履带运动方式带动腿式驱动模块20进行移动；其中，在腿式驱动模块20以足式运动方式带动运载平台10进行移动的情况下，腿式驱动模块20带动履带驱动模块30进行移动或翻转。
53.其中，运载平台10可以为运载箱、运载框等运载结构。
54.其中，腿式驱动模块20能够进行延伸或收缩，以带动履带驱动模块30以足式运动方式进行移动。
55.其中，履带驱动模块30为三角履带总成，其结构与现有的履带结构相同，在此不再赘述。
56.其中，腿式驱动模块20在向前或向后摆动的情况下，能够带动履带驱动模块30同时进行摆动，以实现以足式运动方式带动运载平台10进行运动。
57.其中，在以履带方式进行移动的情况下，腿式驱动模块20伸缩到预设长度，并使履带驱动模块30的底端与地面保持水平，然后开启履带驱动模块30，以使步履式运载系统以履带运动方式进行移动。
58.其中，在越障的情况下，若干腿式驱动模块20依次将履带驱动模块30摆动到障碍上，以实现越障；在越壕的情况下，若干腿式驱动模块20依次将履带驱动模块30摆动到壕沟的另一侧，以实现越壕。
59.在其中的一些实施例中，步履式运载系统还包括若干主动电机40，每一主动电机40设置于一对应的腿式驱动模块20的末端，并与一对应的履带驱动模块30进行连接，主动电机40在履带驱动模块30随腿式驱动模块20摆动时，调节履带驱动模块30的角度。
60.其中，主动电机40用于在腿式驱动模块20摆动履带驱动模块30的情况下，若履带驱动模块30的底端面与地面不平行，此时主动电机40可以带动履带驱动模块30进行转动，以使履带驱动模块30的底端面与地面平行，从而使履带驱动模块30能够水平落地，避免在腿式驱动模块20摆动履带驱动模块30之后，履带驱动模块30倾斜落地，导致履带驱动模块30在长时间使用下发生损坏；在履带驱动模块30水平落地之后，腿式驱动模块20收缩以带动运载平台10向前运动，此时主动电机40反转以使腿式驱动模块20和履带驱动模块30发生相对转动，使腿式驱动模块20和履带驱动模块30之间的角度复位到初始位置，以使腿式驱动模块20和履带驱动模块30复位到初始位置以对运载平台10进行支撑。
61.其中，主动电机40可以为步进电机等。
62.在其中的一些实施例中，腿式驱动模块20可以为现有技术的腿式驱动结构。
63.在其中的一些实施例中，腿式驱动模块20可以包括第一液压缸元件21、第一腿元件22、第二液压缸元件23和第二腿元件24。其中，第一液压缸元件21的首端与运载平台10的底端连接；第一腿元件22的首端与运载平台10的底端转动连接，其中部与第一液压缸元件21的末端转动连接，用于在对液压缸元件的带动下进行翻转；第二液压缸元件23的首端与运载平台10的中部连接，用于随第一腿元件22进行翻转；第二腿元件24的首端与第一腿元件22的末端转动连接，第二腿元件24的中部与第二液压缸元件23转动连接，第二腿元件24的末端与履带驱动模块30连接，用于在第一腿元件22和第二液压缸元件23的带动下带动履带驱动模块30进行翻转。
64.其中，第一液压缸元件21和第二液压缸元件23均为电液缸。
65.其中，第一腿元件22和第二腿元件24为长条形支撑件。
66.其中，第一腿元件22与运载平台10的底端、第一液压缸元件21的转动连接方式包括铰接、转轴连接等转动连接方式。
67.第二腿元件24与第一腿元件22的末端、第二液压缸元件23转动连接方式包括铰接、转轴连接等转动连接方式。
68.在其中的一些实施例中，在第二腿元件24的末端与履带驱动模块30连接的情况下，第二腿元件24的末端可以与履带驱动模块30的液压马达连接。
69.在其中的一些实施例中，在步履式运载系统上安装主动电机40的情况下，第二腿元件24的末端与主动电机40进行连接，以通过主动电机40带动履带驱动模块30进行上下摆动。
70.其中，在第二腿元件24的末端与主动电机40进行连接的情况下，第二腿元件24上可以设置有电机安装箱，电机安装箱用于安装主动电机40，从而将主动电机40安装于第二腿元件24的末端；在主动电机40与履带驱动模块30进行连接的情况下，电机安装箱通过连接杆与履带驱动模块30进行连接，以在第二腿元件24的末端上下摆动的情况下，通过连接杆带动履带驱动模块30进行摆动，避免第二腿元件24的末端直接通过主动电机40的输出轴带动履带驱动模块30进行摆动，减小主动电机40的输出轴受到的压力。
71.在其中的一些实施例中，为确保步履式运载系统运动时有足够的竖直支撑力，第二腿元件24通过壳体与履带驱动模块30的液压马达连接，液压马达通过壳体与履带驱动模块30的主动轮连接。
72.在其中的一些实施例中，履带驱动模块30包括液压马达驱动总成和履带总成。
73.在其中的一些实施例中，腿式驱动模块20为六个，并对应设置于运载平台10的两侧，以便于保持运载平台10的稳定性。
74.优选地，腿式驱动模块20的两侧均设有三个腿式驱动模块20，且呈三角形结构布置，从而增加步履式运载系统的稳定性。
75.更为优选地，六个腿式驱动模块20呈正六边形结构设置，以提高运载平台10的侧向稳定裕度。
76.其中，通过将六个腿式驱动模块20呈正六边形结构设置，从而可以让每个腿式驱动模块20在步行时有足够的运动空间，而且不会发生运动干涉。
77.在步履式运载系统进行移动的情况下，每次摆动位于运载平台10一侧的两腿式驱动模块20和位于运载平台10另一侧的一腿式驱动模块20，以通过足式运动方式带动运载平台10进行移动。
78.其中，通过摆动运载平台10第一侧安装的两个腿式驱动模块20和运载平台10第二侧安装的一个腿式驱动模块20以使运载平台10进行移动，能够使六个腿式驱动模块20形成三三步态行走，且由于三三步态具有天然的稳定性，静步态也可以确保中心落在腿式驱动模块20形成的支撑多边形中，有利于进行步态规划，并实现越障越壕。
79.本发明的步履式运载平台10在实现基本的动步态的情况下，可以同时摆动三个腿式驱动模块20，另外三个腿式驱动模块20作为支撑腿。
80.在其中的一些实施例中，步履式运载系统还包括视觉模块50，视觉模块50设置于运载平台10上，用于检测环境信息。
81.其中，视觉模块50用于检测外界环境信息，如检查障碍物、壕沟、地面坡度等信息。
82.其中，视觉模块50包括深度相机、毫米波雷达、激光雷达等一种或多种。
83.其中，通过视觉模块50获取外界环境信息可以用来实现路径规划中的自主定位和建图，满足步履式运载系统实现无人跟随时的自主路径规划。
84.进一步地，腿式驱动模块20根据视觉模块50采集的地面坡度信息调节自身的伸缩度，以控制运载平台10的倾斜角度。
85.例如，在纯履带驱动模式下，第一液压缸元件21和第二液压缸元件23的伸缩杆固定，以锁死第一腿元件22和第二腿元件24，并采用六个履带独立驱动，此时可以通过视觉模块50获取当前道路的坡度信息，并基于坡度信息调节第一液压缸元件21和第二液压缸元件23伸缩度调节运载平台10的倾斜角度，从而使运载平台10在运动时仍然能够保持水平或接近水平，以提升运载平台10在运动时的稳定性。
86.进一步地，步履式运载系统还包括控制模块60，控制模块60设置于运载平台10上，并分别与腿式驱动模块20和履带驱动模块30连接，用以控制腿式驱动模块20和履带驱动模块30。
87.其中，控制模块60可以为工控机。
88.其中，控制模块60还与视觉模块50电性连接，以获取视觉模块50发送的环境信息，进而控制模块60根据环境信息生成相应的操作指令。
89.例如，在控制模块60获取到视觉模块50发送的地面坡度信息的情况下，控制模块60能够根据地面坡度信息生成腿式驱动模块20调节指令，以调节腿式驱动模块20的伸缩度。
90.其中，控制模块60还用于控制腿式驱动模块20的伸缩度以使步履式运载系统进行前进，并基于视觉模块50发送的环境信息进行路径规划，以调整步履式运载平台的路径，也能够基于环境信息调节腿式驱动模块20的伸缩度和主动电机40的旋转角度控制步履式运载平台越障越壕。
91.进一步地，步履式运载系统还包括供电模块，供电模块设置于运载平台10上，用于为步履式运载系统提供动力。
92.如图5所示，在步履式运载系统运动过程中，可以使用起支撑作用的腿式驱动模块20连接的履带驱动模块30进行履带驱动，摆动部的腿式驱动模块20进行抬腿越障，从而通过履带控制和步态规划进行协同控制，实现良好的复合驱动控制。
93.如图6所示，在步履式运载系统静态跨越沟壑过程中，可以将前部的腿式驱动模块20摆动到沟壑对面并作为下一步的支撑腿，然后将中部和后部的腿式驱动模块20依次摆动到沟壑对面，从而实现越沟，并在运动过程中，对运载平台10中心的位置进行调节，保证运载平台10自身的平衡。
94.本发明的步履式运载平台至少具有24个自由度，其中18个主动自由度，6个欠驱动自由度，以一腿式驱动模块20为例，从运载平台10到履带驱动模块30，运载平台10和第一腿元件22有一个旋转自由度(由第一液压缸元件21保证)，第一腿元件22和第二腿元件24之间有一个旋转自由度(由第二液压缸元件23保证)，第二腿元件24与履带驱动模块30的连接处有一个旋转自由度，六个腿式驱动模块20共有18个主动自由度，同时加上步履式运载平台本身在世界坐标系下的三个方向的位移和三个轴向的角度，共计24个自由度。
95.本发明的步履式运载平台能够在山地、沼泽地带具有良好的机动性和运动稳定
性，能够实现纯履带驱动模式、步行模式和步履混合驱动模式三种驱动模式，并具有较高的运动冗余性，单个腿出现故障的情况下，可以使用剩余的腿作为支撑腿，维持自身的稳定性，并进行驱动；还能够实现较大的货物运输能力，载货空间大，且带有视觉传感器，可以进行无人情况下的路径规划，实现自主运输能力。
96.本说明书中，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的产品实施例而言，由于其与方法是对应的，描述比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
97.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种步履式运载系统，其特征在于，包括：运载平台；若干腿式驱动模块，若干所述腿式驱动模块沿所述运载平台的周向设置于所述运载平台的底端，所述腿式驱动模块用于以足式运动方式带动所述运载平台进行移动；若干履带驱动模块，若干所述履带驱动模块对应与若干所述腿式驱动模块的末端连接，用于以履带运动方式带动所述腿式驱动模块进行移动；其中，在所述腿式驱动模块以足式运动方式带动所述运载平台进行移动的情况下，所述腿式驱动模带动所述履带驱动模块进行移动或翻转。2.根据权利要求1所述的步履式运载系统，其特征在于，还包括：若干主动电机，每一所述主动电机设置于一对应的所述腿式驱动模块的末端，并与一对应的所述履带驱动模块进行连接，所述主动电机在所述履带驱动模块随所述腿式驱动模块摆动时，调节所述履带驱动模块的角度。3.根据权利要求1所述的步履式运载系统，其特征在于，所述腿式驱动模块包括：第一液压缸元件，所述第一液压缸元件的首端与所述运载平台的底端连接；第一腿元件，所述第一腿元件的首端与所述运载平台的底端转动连接，其中部与所述第一液压缸元件的末端转动连接；第二液压缸元件，所述第二液压缸元件的首端与所述运载平台的中部连接；第二腿元件，所述第二腿元件的首端与所述第一腿元件的末端转动连接，所述第二腿元件的中部与所述第二液压缸元件转动连接，所述第二腿元件的末端与所述履带驱动模块连接。4.根据权利要求1所述的步履式运载系统，其特征在于，所述腿式驱动模块为六个，并对应设置于所述运载平台的两侧。5.根据权利要求4所述的步履式运载系统，其特征在于，所述腿式驱动模块的两侧均设有三个所述腿式驱动模块，且呈三角形结构布置。6.根据权利要求4所述的步履式运载系统，其特征在于，所述六个腿式驱动模块呈正六边形结构设置，以提高所述运载平台的侧向稳定裕度。7.根据权利要求4～6任一所述的步履式运载系统，其特征在于，每次摆动位于所述运载平台一侧的两所述腿式驱动模块和位于所述运载平台另一侧的一所述腿式驱动模块，以通过足式运动方式带动所述运载平台进行移动。8.根据权利要求1所述的步履式运载系统，其特征在于，还包括：视觉模块，所述视觉模块设置于所述运载平台上，用于检测环境信息。9.根据权利要求8所述的步履式运载系统，其特征在于，所述腿式驱动模块根据所述视觉模块采集的地面坡度信息调节自身的伸缩度，以控制所述运载平台的倾斜角度。10.根据权利要求1所述的步履式运载系统，其特征在于，还包括：控制模块，所述控制模块设置于所述运载平台上，并分别与所述腿式驱动模块和履带驱动模块连接，用以控制所述腿式驱动模块和所述履带驱动模块。

技术总结
本发明公开了一种步履式运载系统，包括运载平台、若干腿式驱动模块以及若干履带驱动模块。其中，若干腿式驱动模块沿运载平台的周向设置于运载平台的底端，腿式驱动模块用于以足式运动方式带动运载平台进行移动；若干履带驱动模块对应与若干腿式驱动模块的末端连接，用于以履带运动方式带动腿式驱动模块进行移动；其中，在腿式驱动模块以足式运动方式带动运载平台进行移动的情况下，腿式驱动模带动履带驱动模块进行移动或翻转。本发明解决了现有技术中常见的运载平台在山地、沼泽地通过能力差的问题，提高了运载平台在山地、沼泽地的运动稳定性。定性。定性。


技术研发人员：汪际亮 潘铮 李博远 牛志华 刘绍勋 林兆鹏 应飞
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/7/18