轮腿式全地形星球车

本发明涉及星球探测，具体而言，涉及一种轮腿式全地形星球车。

背景技术：

1、星球探测中，星球车的地形通过性直接决定探测范围与任务成败。一些技术中，星球车采用纯轮式或履带式结构，面对陨石坑、岩石堆等崎岖地形时，易出现打滑、托底甚至陷困问题，通过性受限。一些技术中，星球车采用腿式结构，但是，腿式星球车往往存在驱动机构复杂、能耗较高的问题，且传感要求高、控制复杂，在复杂地形中稳定性不足，难以满足星球探测的长续航与高行驶稳定需求。

技术实现思路

1、本发明旨在一定程度上解决相关技术中如何确保星球车的地形通行能力并降低能耗的问题。

2、为至少在一定程度上解决上述问题的至少一个方面，本发明提供一种轮腿式全地形星球车，所述轮腿式全地形星球车包括车架、被动地形适应机构、锁定结构和多个轮腿机构；每个所述轮腿机构均包括摆杆、多连杆组件、驱动单元和车轮；所述摆杆与所述车架转动连接，所述摆杆的下端连接有所述车轮，所述多连杆组件的两端分别与所述车架和所述摆杆连接，且所述摆杆、所述多连杆组件及所述车架共同构成具备两个自由度的单闭环机构；所述驱动单元与所述多连杆组件中的一个连杆驱动连接，以控制两个所述自由度中的一个；

3、所述被动地形适应机构分别与所述车架和多个所述轮腿机构活动连接，所述被动地形适应机构配置有所述锁定结构，通过所述锁定结构的锁定或解锁控制两个所述自由度中的另一个；当所述锁定结构解锁时，所述被动地形适应机构在多个所述轮腿机构之间传递作用力，以使多个所述轮腿机构联动并均衡各所述车轮的接地载荷。

4、可选地，所述轮腿机构的数量为四个，四个所述轮腿机构的所述摆杆分别连接于所述车架的四角区域；当所述锁定结构解锁时，所述被动地形适应机构被配置为：使得位于所述车架每一对斜对角区域的两个轮腿机构联动并使对应的两个车轮相对于所述车架的竖向距离同时增大或同时减小；使得位于所述车架每一对相邻角区域的两个所述轮腿机构联动并使得对应的两个所述车轮相对于所述车架的竖向距离分别增大和减小。

5、可选地，所述多连杆组件包括依次转动连接的第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆还在与所述第二连杆相间隔的位置与所述车架转动连接，所述第三连杆还在与所述第二连杆相间隔的位置与所述摆杆转动连接，以使所述摆杆、所述多连杆组件及所述车架共同构成所述单闭环机构；

6、所述单闭环机构被配置为能够运动至相邻两个设定连杆的传动角为零的奇异点位置，相邻两个所述设定连杆为所述摆杆之外的连杆，所述单闭环机构在所述摆杆和所述设定连杆之外的位置与所述被动地形适应机构活动连接。

7、可选地，所述第一连杆、所述第二连杆和所述第三连杆三者中相邻的两个分别为所述设定连杆，所述第一连杆、所述第二连杆和所述第三连杆三者中的另一个与所述被动地形适应机构活动连接。

8、可选地，所述第一连杆和所述第二连杆分别为所述设定连杆，所述第三连杆与所述被动地形适应机构活动连接，所述驱动单元安装于所述车架上，所述驱动单元与所述第一连杆驱动连接。

9、可选地，所述第三连杆包括沿其长度方向依次分布的本体杆段和传力杆段，并在所述本体杆段分别与所述摆杆和所述第二连杆转动连接，所述传力杆段在远离所述本体杆段的一端与所述被动地形适应机构连接。

10、可选地，所述摆杆包括第一杆段和第二杆段；所述第一杆段的下端与所述车架转动连接，所述第一杆段的上端与所述第三连杆转动连接，所述第二杆段连接于所述第一杆段的下端，所述第二杆段相对于所述第一杆段倾斜设置，从上至下，所述第二杆段上的点在前后方向到所述车架的中心的距离逐渐增大。

11、可选地，所述被动地形适应机构包括平衡杆和四个传力构件；所述平衡杆沿左右方向布置，且在所述左右方向的中间位置与所述车架绕竖直轴线转动连接；四个所述传力构件与四个所述多连杆组件一一对应布置，所述平衡杆在所述左右方向的两端均活动连接有两个所述传力构件，所述传力构件在远离所述平衡杆的一端与对应的所述轮腿机构活动连接。

12、可选地，所述锁定结构包括第一离合器，所述第一离合器设置于所述平衡杆和所述车架的连接处，用于锁定或解锁所述平衡杆相对于所述车架的转动。

13、可选地，所述轮腿式全地形星球车包括轮式被动自适应移动模式、足式行走模式和主被动复合移动模式；

14、所述轮式被动自适应移动模式下，两个所述自由度中的一个被限制且所述单闭环机构变胞为单自由度结构，所述被动地形适应机构被所述锁定结构解锁，所述被动地形适应机构在多个所述轮腿机构之间传递作用力，使得各所述轮腿机构联动以均衡各车轮的接地载荷；

15、所述足式行走模式下，所述被动地形适应机构被所述锁定结构锁定，各所述摆杆由对应的所述驱动单元独立控制，通过控制多个所述摆杆协同动作，实现多个所述车轮的交替抬升和落地，以实现足式行走；

16、所述主被动复合移动模式下，所述驱动单元工作以调节对应的所述连杆的位置，所述被动地形适应机构被所述锁定结构解锁，所述被动地形适应机构在多个所述轮腿机构之间传递作用力。

17、在本发明的轮腿式全地形星球车中，每个所述轮腿机构中，所述摆杆、所述多连杆组件及所述车架共同构成具备两个自由度的单闭环机构，所述驱动单元控制两个所述自由度中的一个（主动自由度），通过所述锁定结构对被动地形适应机构的锁定或解锁控制两个所述自由度中的另一个（被动自由度）；当锁定结构解锁时，被动地形适应机构在多个轮腿机构之间传递作用力，使得各轮腿机构联动以均衡各车轮的接地载荷，实现轮腿式全地形星球车的悬架的被动调整功能，实现悬架的地形适应功能；通过驱动单元驱动单闭环机构进行变形运动，调整轮腿机构的位姿，实现对轮腿式全地形星球车的悬架的主动调整功能。此外，通过对主动自由度和被动自由度的控制组合，轮腿式全地形星球车的悬架可以实现轮式被动自适应移动模式和足式行走模式，轮式被动自适应移动模式可以用于平坦或轻微起伏的地形，实现轮腿式全地形星球车在平坦地形的快速通过；足式行走模式，可以用于复杂崎岖地形，能够跨越较大的障碍物，确保轮腿式全地形星球车在复杂崎岖地形的通过能力。

18、总体而言，本发明的轮腿式全地形星球车具备被动地形适应和悬架主动调整功能，有利于满足轮腿式全地形星球车在不同地形通行时的多样化需求，通过对主动自由度和被动自由度的控制组合，轮腿式全地形星球车可以实现轮式被动自适应移动模式和足式行走模式，有利于提升轮腿式全地形星球车在复杂地形中的通行能力和任务执行效率，有利于降低复杂地形下星球探测任务的总体能耗。

1.一种轮腿式全地形星球车，其特征在于，包括车架（1）、被动地形适应机构（2）、锁定结构（3）和多个轮腿机构（4）；每个所述轮腿机构（4）均包括摆杆（41）、多连杆组件（42）、驱动单元（43）和车轮（44）；所述摆杆（41）与所述车架（1）转动连接，所述摆杆（41）的下端连接有所述车轮（44），所述多连杆组件（42）的两端分别与所述车架（1）和所述摆杆（41）连接，且所述摆杆（41）、所述多连杆组件（42）及所述车架（1）共同构成具备两个自由度的单闭环机构；所述驱动单元（43）与所述多连杆组件（42）中的一个连杆驱动连接，以控制两个所述自由度中的一个；

2.根据权利要求1所述的轮腿式全地形星球车，其特征在于，所述轮腿机构（4）的数量为四个，四个所述轮腿机构（4）的所述摆杆（41）分别连接于所述车架（1）的四角区域；当所述锁定结构（3）解锁时，所述被动地形适应机构（2）被配置为：使得位于所述车架（1）每一对斜对角区域的两个轮腿机构（4）联动并使对应的两个车轮（44）相对于所述车架（1）的竖向距离同时增大或同时减小；使得位于所述车架（1）每一对相邻角区域的两个所述轮腿机构（4）联动并使得对应的两个所述车轮（44）相对于所述车架（1）的竖向距离分别增大和减小。

3.根据权利要求2所述的轮腿式全地形星球车，其特征在于，所述多连杆组件（42）包括依次转动连接的第一连杆（421）、第二连杆（422）和第三连杆（423），所述第一连杆（421）还在与所述第二连杆（422）相间隔的位置与所述车架（1）转动连接，所述第三连杆（423）还在与所述第二连杆（422）相间隔的位置与所述摆杆（41）转动连接，以使所述摆杆（41）、所述多连杆组件（42）及所述车架（1）共同构成所述单闭环机构；

4.根据权利要求3所述的轮腿式全地形星球车，其特征在于，所述第一连杆（421）、所述第二连杆（422）和所述第三连杆（423）三者中相邻的两个分别为所述设定连杆，所述第一连杆（421）、所述第二连杆（422）和所述第三连杆（423）三者中的另一个与所述被动地形适应机构（2）活动连接。

5.根据权利要求4所述的轮腿式全地形星球车，其特征在于，所述第一连杆（421）和所述第二连杆（422）分别为所述设定连杆，所述第三连杆（423）与所述被动地形适应机构（2）活动连接，所述驱动单元（43）安装于所述车架（1）上，所述驱动单元（43）与所述第一连杆（421）驱动连接。

6.根据权利要求5所述的轮腿式全地形星球车，其特征在于，所述第三连杆（423）包括沿其长度方向依次分布的本体杆段（4231）和传力杆段（4232），并在所述本体杆段（4231）分别与所述摆杆（41）和所述第二连杆（422）转动连接，所述传力杆段（4232）在远离所述本体杆段（4231）的一端与所述被动地形适应机构（2）连接。

7.根据权利要求5所述的轮腿式全地形星球车，其特征在于，所述摆杆（41）包括第一杆段（411）和第二杆段（412）；所述第一杆段（411）的下端与所述车架（1）转动连接，所述第一杆段（411）的上端与所述第三连杆（423）转动连接，所述第二杆段（412）连接于所述第一杆段（411）的下端，所述第二杆段（412）相对于所述第一杆段（411）倾斜设置，从上至下，所述第二杆段（412）上的点在前后方向到所述车架（1）的中心的距离逐渐增大。

8.根据权利要求2所述的轮腿式全地形星球车，其特征在于，所述被动地形适应机构（2）包括平衡杆（21）和四个传力构件（22）；所述平衡杆（21）沿左右方向布置，且在所述左右方向的中间位置与所述车架（1）绕竖直轴线转动连接；四个所述传力构件（22）与四个所述多连杆组件（42）一一对应布置，所述平衡杆（21）在所述左右方向的两端均活动连接有两个所述传力构件（22），所述传力构件（22）在远离所述平衡杆（21）的一端与对应的所述轮腿机构（4）活动连接。

9.根据权利要求8所述的轮腿式全地形星球车，其特征在于，所述锁定结构（3）包括第一离合器（31），所述第一离合器（31）设置于所述平衡杆（21）和所述车架（1）的连接处，用于锁定或解锁所述平衡杆（21）相对于所述车架（1）的转动。

10.根据权利要求1所述的轮腿式全地形星球车，其特征在于，所述轮腿式全地形星球车包括轮式被动自适应移动模式、足式行走模式和主被动复合移动模式；