[发明专利]一种用于火星探测的可重构轮腿移动装置

说明书

本发明公开了一种用于火星探测的可重构轮腿移动装置，包括：前悬架和后悬架结构相同且分别安装在中悬架的两对侧，在前悬架和后悬架以及中悬架上均安装有轮腿机构，伸缩机构具有两个相对布置的伸缩端且各自安装有轮腿机构；关节转接件通过髋偏航关节与前悬架、后悬架以及伸缩机构上的两个伸缩端固定，大腿臂通过髋俯仰关节与关节转接件连接，小腿臂通过膝关节与大腿臂连接，小腿臂的末端安装有驱动轮。本发明中的轮腿机构能够同时实现轮式移动模式和足式行走模式两种行走方式，使得该可重构轮腿移动装置同时兼具在平坦地面快速行驶的高效性和在星表未知、非结构环境中稳定步行的适应性。

技术领域

本发明涉及航空器领域，更具体地说是涉及一种用于火星探测的可重构轮腿移动装置。

背景技术

轮式探测器移动效率高，控制策略简单，控制方向性好。目前，在空间探测领域中，主要应用轮式探测器完成地外天体探索、未知区域勘察等作业任务。基于前期探测结果，火星表面多为崎岖离散非连续形态的地形地貌特征，这一因素也很大程度上制约了轮式探测器在火星表面探测任务中可达区域的选取。相对于轮式探测器，腿足式移动机器人与承载面是通过离散的落足点相互接触的，这一特点使得腿足式移动机器人可以有效地适应火星表面各种复杂地形地貌与极端空间环境，在崎岖的火星表面上实现自由行走，进而在火星探测领域具备适应性强、通过性高等优点。因此，对轮式移动装置和腿足式移动装置进行耦合系统设计，可利用轮行模式快速通过平整的地面，而步行模式则能灵活地通过崎岖不平以及坡度较大的路面，实现在复杂星表上的高效可靠移动。公开号为CN201710271810.4的发明专利提出了一种具有悬挂系统的轮腿式六足移动装置，虽然其实现了轮式移动和足式移动模式的切换，但其轮行模式构型条件下，移动装置腿部距地面高度有限，在轮行模式中，移动装置的通过性能极为受限，很难实现其在地外天体或者崎岖路面上的轮式移动。

虽然许多移动装置同时具备轮式与足式移动功能，但多数移动装置都因自身轮腿结构设计原因，导致其在轮行模式移动过程中较难通过一些较小的起伏或沟坎，即轮行模式障碍通过性不高、坎坷路面适应性不足。同时，在步行模式中，由于足端与非结构地面接触时可能发生滑移导致移动装置侧翻，即步行模式稳定性较弱。

因此，如何提供一种用于火星探测的可重构轮腿移动装置，使其能够克服上述问题。是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于火星探测的可重构轮腿移动装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于火星探测的可重构轮腿移动装置，包括：中悬架、前悬架、后悬架、轮腿机构以及伸缩机构，所述中悬架的一端面为基准面，所述前悬架和所述后悬架结构相同且分别安装在所述中悬架的两对侧，在所述前悬架和所述后悬架上均安装有多个所述轮腿机构，所述中悬架上安装有所述伸缩机构，所述伸缩机构具有两个相对布置的伸缩端且二者的伸缩方向均与所述基准面平行，在所述伸缩机构的两个伸缩端上各自安装有一个所述轮腿机构；

所述轮腿机构包括关节转接件、髋偏航关节、大腿臂、髋俯仰关节、小腿臂、膝关节以及驱动轮，多个所述关节转接件通过多个所述髋偏航关节各自与所述前悬架、所述后悬架以及所述伸缩机构上的两个伸缩端固定，所述大腿臂通过所述髋俯仰关节与所述关节转接件连接，所述小腿臂通过所述膝关节与所述大腿臂连接，所述小腿臂的末端安装有所述驱动轮；所述髋偏航关节能够带动所述关节转接件摆动且其摆动轴心线与所述基准面垂直，所述髋俯仰关节能够带动所述大腿臂摆动且其摆动轴心线与所述关节转接件的摆动轴心线垂直，所述膝关节能够带动所述小腿臂摆动且其摆动轴心线与所述大腿臂的摆动轴心线平行，所述小腿臂的摆动轴心线与和其连接的所述驱动轮的轮心线垂直。