專利名稱：雙腿單支承液壓步行裝置及步行車的制作方法
技術領域：
本發明涉及交通工具，具體是一種雙腿單支承液壓步行裝置，及由所述 采用了所述步行裝置的液壓步行車。技術背景人類一直夢想擁有一種步行車，駕l史起來在各種不同的地面上任意穿行.從最早1893年的機械馬專利開始，至今已經100多年了，人們一直在不懈努力 著。美國俄亥俄州立大學創造了一種六足步行車輛.該專利技術是在車身的 兩側各布置了三條腿.基本步伐是左邊的前后兩條腿和右邊的中間一條腿同 步運動，右邊的前后兩條腿和左邊中間的一條腿同步運動.在運動中，車體重 量由這兩組腿中的任意一組的三條腿分別分攤支承.對每一條腿而言，都有一 個承重支承點.在運動中，該點的支承力是在支承負載和卸載中周期性變化. 因此，在該點處設置的承重彈性體(如彈簧)也周期性地拉伸或壓縮.這種方案 用作實驗室研究步伐或供演示性觀賞還是可行的.當車體具有一定載荷或重 載荷時就有如下的缺點1. 重心在第一組(如左邊的前后兩點和右邊中間點)支承時，右邊中間支 承點受力可能大于左邊前后兩支承點受力.當第二組(如右邊的前后兩點和左 邊中間點)支承時，左邊中間支承點受力可能大于右邊前后兩支承點受力.在 重載荷車輛步行中支承位置的反復變化會引起車輛重心的左右嚴重偏移，車 輛會產生極大的振動。2. 重載荷時，在每一組的三條腿的支撐點各設置一個彈性體以減振是必 須的.但問題是，當第一組的三條腿著地支承時，由于車體的重量原因，彈性 體滿負荷被壓縮，車體下降量很大.當該組腿在由著地負載一一卸載邁腿著地負載的過程中，彈性體被壓縮一-彈性體恢復---彈性體被壓縮，車體 由下降到最低位置-—升到車體的最高位置一-車體下降到最低位置.彈性體的這種周期性的完全卸載完全負載一—完全卸載,腿的行走會產生振動。3.上述的重心周期性的嚴重偏移帶來的強烈振動，彈性體的完全負載到 完全卸載產生的車體振動，在重載條件下將導致步行腿無法行走，因為車體的 這種振動是多因素的綜合的復合振動。我國專利(申請號95100751. 3)提出了 4條腿為一組，兩組8條腿交替運動 的液壓步行車. 一組(4條)腿安裝在一個長方形外框架上，另一組(4條腿)安裝 在長方形內框架上.這種結構仍然是單腿獨立結構，它仍然保留了 6足腿步行 車的上述缺點，不適合商業用途車輛。發明內容本發明的目的是提供一種雙腿單支承液壓步行裝置，這種雙腿單支承液 壓步行裝置在液壓的控制驅動下實現單支承的交替轉換，本發明的另一個目 的是提供以所述雙腿單支承液壓步行裝置作為行走機構的液壓步行車。為實現本發明的第一 目的采用的技術方案是這樣的，即一種雙腿單支承 液壓步行裝置，其特征是包括彈性支承體及其下端安裝的左右兩條腿機構、 以及控制每條腿步行的液壓機構，左右兩條腿機構裝置包括大腿支承柱、小 腿伸縮缸、小腿支承柱、支承腳，液壓機構包括步進推動缸、小腿伸縮缸， 其中1) 、所述彈性支承體包括支承體外殼，繞簧彈簧座、主減4泉繞簧，前后 慣性力減振氣墊、繞簧下支座、轉向裝置，大腿關節，其中彈性支承體的下 端通過大腿關節與大腿支承柱連接；2) 、所述大腿支承柱的中心部分由液壓缸、液壓活塞組成，大腿支承柱 的殼體上固定的連接塊，該連接塊分別與所述步進推動缸的液壓伸縮端及所 述小腿伸縮缸的固定端連接；3) 、所述小腿支承柱的中心部分由液壓缸、液壓活塞組成，小腿支承柱 通過連接塊與小腿伸縮缸的伸縮端連接，小腿支承柱通過液壓活塞連接支承 腳；上述雙腿單支承液壓步行裝置是這樣行走的 1、 兩步進推動缸中的一個收縮，帶動大腿支承柱前曲； 2 、 同側的小腿伸縮缸收縮使該側的支承腳上提到一定的高度；3、 小腿伸縮缸再伸出即完成向前跨一步過程。然后另一個步進推動缸 即同側的小腿伸縮缸進行同樣的過程，即完成另一步進。如此循環即完成連 貫的4亍走。彈性支承體的功能有如下幾點1) 支承車體的重量，在路面上產生振動時吸收振動能量。2) 為了保證重心在運動過程中的垂直高度不變，擺動過程中腿的伸長量 需要有一定的補償。彈性支承體通過主減振彈簧的伸縮來進行腿的伸長量補 償。3) 步行車腿的擺動邁步是一種脈動運動，車體的運動最好是一種慣性運 動，彈性支承體通過慣性力減振氣墊來實現這兩種運動的連接。當腿的運動 速度低于車體的慣性速度時，后側的減振氣墊被壓縮，車體的慣性速度會適 當減小。當腿的運動速度高于車體的慣性速度時，前側的減振氣墊被壓縮， 車體的慣性速度會適當增加。基于上述雙腿單支承液壓步行裝置，本發明的另一個目的是這樣實現的， 即一種液壓步行車，包括步車體、中央控制室、發動機、變速器、液壓驅動 裝置，液壓控制裝置及液壓行走機構；其特征是1)、所述液壓行走機構為雙腿單支承液壓步行裝置，包括彈性支承體及 其下端安裝的左右兩條腿機構、以及控制每條腿步行的液壓機構，左右兩條 腿機構裝置包括大腿支承柱、小腿伸縮缸、小腿支承柱、支承腳，液壓機構 包括步進推動缸、小腿伸縮缸，其中1) 所述彈性支承體的下端通過大腿關節與大腿支承柱連接；所述大腿支 承柱的中心部分由液壓、液壓活塞組成，大腿支承柱的殼體上固定的連接塊， 該連接塊分別與所述步進推動缸的液壓伸縮端及所述小腿伸縮缸的固定端連 接；2) 所述小腿支承柱的中心部分由液壓缸、液壓活塞組成，小腿支承柱通 過連接塊與小腿伸縮缸的伸縮端連接，小腿支承柱通過液壓活塞連接支承腳； 兩步進推動缸中的一個收縮(或伸出)，帶動其中大腿支承柱前曲；同側的小 腿伸縮缸收縮使該側的支承腳上提到一定的高度；小腿伸縮缸再伸出、進推 動缸再伸出(或收縮)即完成向前跨一步過程；然后另一個步進推動缸及同 側的小腿伸縮缸進行同樣的過程，即完成另一步進，如此循環即完成連貫的行走；3)、液壓行走機構由至少兩個所述雙腿單支承液壓步行裝置構成，每個 雙腿單支承液壓步行裝置通過其彈性支承體的殼體及步進推動缸的上端與車 體連接。上述車體、發動機、變速器，可以沿用現代輪系車輛的技術或在現代輪 系車輛技術的基礎上作修改設計。其中，液壓驅動裝置，液壓控制裝置中使 用的液壓介質可以用油，也可以用水。如果用水，它可以不污染環境，粘度 小，傳輸能量能耗低，這對于提高步行車的效率大有好處。液壓控制方式可 以使用現代液壓控制技術，比如i兌，步進節拍的控制可以通過計算機用方向 閥進行程序控制，流量和壓力也可以用計算機控制。當然也可以用預編程序 的機械結構控制。本發明提出的這種以雙腿單支承液壓步行裝置為行走機構的步行車的行 走效果，類似于四人抬轎或八人抬轎(八抬大轎就是典型的步行車雛型)，每個人就是一個雙腿單支承機構，n個雙腿單支承機構的平衡組合，就可以實現平 穩地搬運沉重的物體。n個(比如四個或六個)雙腿單支承液壓步行裝置安裝在車體下，將使車 體的重力分布均勻，運動重心平衡，實現車體的輕松步行。本發明的經典實施方案是四個雙腿單支承機構組合的步行車.(兩個雙腿 單支承機構組合的步行車類似于兩輪摩托車，三個雙腿單支承機構組合的步 行車類似于三輪摩托車，當然也可以六個/八個雙腿單支承機構的組合，類似 于輪系車輛的八輪大卡車或十輪大卡車.)。本發明的特點是1、 提出了一種雙腿單支承方案。這種方案保證了步行車在運動中實現重 心平穩，受力分布平衡，不產生重心因支承變化的振動。盡管兩條腿同樣是 交替著地，但著地負載腿和騰空邁步腿使用了同 一個彈性支承體，對于支承體 而言它們同時面對的外部受力條件任何時刻都是一致的.不會因為兩腿的交 替受力產生彈性體的交替受力。這一點類似于重載汽車的后專侖(單側的兩個壽侖 子使用了同一副鋼板簧)，因此不會產生彈性體壓縮能量的完全釋放和完全壓 縮，從而減少了給車體帶來的振動.2、 本發明的這技術方案擺脫了傳統機械的四桿機構或7桿機構，應用現代液壓驅動技術，實現高頻率快速響應；依靠現代控制技術，實現大小腿的 協調動作，完成荒野原始崎嶇地面適應性行走步法。3、本發明還提出了一種液壓驅動步行腿轉彎機構方案，該方案是為適應 小的轉彎半徑而設計的。總之，本發明專利提出的上述三項方案，是一種解決步行車行走的一體 化方案。
本發明的上述結構可以通過附圖給出的非限定性的實施例進一步說明。 本發明有如下附圖 附圖1為發明步行車實施例的示意圖； 附圖2為本發明雙腿單支承液壓步行裝置的結構示意圖； 附圖3為本發明彈性支承體8的結構剖視圖，其中a為沿步行車體縱軸 線方向；b為沿步行車體橫軸線方向；附圖4為本發明雙腿單支承液壓步行裝置跨越凸出障礙時的狀態示意圖； 附圖5為本發明雙腿單支承液壓步行裝置跨越凹陷障礙時的狀態示意圖； 附圖6為本發明液壓步行車的步伐示意圖； 附圖7為本發明液壓步行車的轉向步伐示意圖。附圖中l-車體、2-中央控制室、3-發動片幾、4-變速器、5-液壓驅動 裝置、6-液壓控制裝置、7-雙腿單支承液壓步行裝置、8-彈性支承體、9 -步進推動缸、10-大腿關節、11-大腿支承柱、12-小腿伸縮缸、13-小 腿關節、14-小腿支承柱、15-支承腳、16-支承體外殼、17-繞簧彈簧座、 18-主減振繞簧、19前后慣性力減:派氣墊、20-繞簧下支座、21轉向裝置、 22-大腿關節軸承、23-大腿液壓缸、24-大腿液壓活塞、25小腿液壓缸、 26-小腿液壓活塞。
具體實施方式
本發明的步行車如圖1所示，.步行車由車體l、中央控制室2、發動機3、變速器4、液壓驅動裝置5， 液壓控制裝置6,及液壓控制裝置及液壓行走機構7;其中所述液壓行走機構為雙腿單支承液壓步行裝置，包括彈性支承體8及其下端安裝的左右兩條腿機構、以及控制每條腿步行的液壓機構，左右兩條腿機構裝置包括大腿支承柱11、小腿伸縮缸12、小腿支承柱14、支承腳15, 液壓機構包括步進推動缸9、小腿伸縮缸12，其中所述彈性支承體的下端 通過與轉向裝置21固定的大腿關節10與大腿支承柱11連接；所述大腿支承 柱(ll)的中心部分由液壓23、液壓活塞24組成，大腿支承柱ll的殼體上固 定的連接塊，該連接塊分別與所述步進推動缸9的液壓伸縮端及所述小腿伸 縮缸12的固定端連接；所述小腿支承柱14的中心部分由液壓缸25、液壓活 塞26組成，小腿支承柱14通過連接塊與小腿伸縮缸12的伸縮端連接，小腿 支承柱14通過液壓活塞26連接支承腳15;兩步進推動缸9中的一個收縮(或 伸出)，帶動其中大腿支承柱11前曲；同側的小腿伸縮缸12收縮使該側的支 承腳15上提到一定的高度；小腿伸縮缸12再伸出、進推動缸9再伸出(或 收縮)即完成向前跨一步過程；然后另一個步進推動缸9及同側的小腿伸縮 缸12進行同樣的過程，即完成另一步進，如此循環即完成連貫的行走；2)、液壓行走機構由至少兩個所述雙腿單支承液壓步行裝置構成，每個 雙腿單支承液壓步行裝置通過其彈性支承體8的殼體及步進推動缸9的上端 與車體連接；3 )、通過控制每個所述雙腿單支承液壓步行裝置中的轉向裝置的水平旋 轉角度及每個雙腿單支承液壓步行裝置的步距，完成車體的轉向。每個雙腿單支承液壓步行裝置如圖2所示。它包括彈性支承體8及其下 端安裝的左右兩條腿機構、以及控制每條腿步行的液壓機構，左右兩條腿機 構裝置包括大腿支承柱11、小腿伸縮缸12、小腿支承柱14、支承腳15，液 壓機構包括步進推動缸9、小腿伸縮缸12，其中1) 、所述彈性支承體的下端通過與轉向裝置21固定的大腿關節10與大 腿支承柱11連接；2) 、所述大腿支承柱11的中心部分由液壓23、液壓活塞24組成，大腿 支承柱11的殼體上固定的連接塊，該連接塊分別與所述步進推動缸9的液壓 伸縮端及所述小腿伸縮缸12的固定端連接；3) 、所述小腿支承柱14的中心部分由液壓缸25、液壓活塞26組成，小 腿支承柱14通過連接塊與小腿伸縮缸12的伸縮端連接，小腿支承柱14通過 液壓活塞26連接支承腳15;4)、兩步進推動缸9中的一個收縮(或伸出)，帶動其中大腿支承柱ll 前曲；同側的小腿伸縮缸12收縮使該側的支承腳15上提到一定的高度；小 腿伸縮缸12再伸出、進推動缸9再伸出(或收縮)即完成向前if爭一步過程； 然后另一個步進推動缸9及同側的小腿伸縮缸12進行同樣的過程，即完成另 一步進，如此循環即完成連貫的行走。彈性支承體8如圖3-a和3-b所示。它包括支承體外殼16,繞簧彈簧座 17，主減振繞簧18，前后慣性力減振氣墊19、繞簧下支座20、轉向裝置21, 其中轉向裝置上端通過軸與繞簧支座下端浮動連接，轉向裝置下端與大腿關 節IO連接。所述轉向裝置21是一個蝸輪副，通過大腿關節10控制著步行腿的轉向。 大腿支承柱ll如圖4所示.大M^支^Oi 11的中心部分由液壓缸23，液壓活塞24，組成. 小腿支承柱14如圖5所示.小腿支承柱14的中心部分由液壓缸25,液壓活塞26,組成.步行車在野外行走，總會遇到溝溝坎坎等障礙。當遇到較大的高坎障礙 時，液壓活塞缸23及液壓活塞桿24動作(伸長)，由小腿關節支承車體，完 成翻坎或翻越障礙。參見圖4。當步行車遇到較大的凹坑或深溝時，液壓活塞25及液壓活塞桿26動作 (伸長)，使腿加長，越過凹坑或深溝障礙。參見圖5。本發明提出的這種雙腿單支承組合方案，類似于四人抬轎或八人抬轎(八 抬大轎就是典型的步行車雛型)，每個人就是一個雙腿單支承腿機構。n個雙腿 單支承腿機構的平衡組合，就可以實現平穩地搬運沉重的物體.n個(比如四個或六個)雙腿單支承腿機構安裝在車體下，將使車體的重 力分布均勻，運動重心平衡，實現車體的輕+〉步行.本發明中輕便型步行車的經典實施方案是四個雙腿單支承腿機構組合。 (兩個雙腿單支承腿機構組合的步行車類似于兩輪摩托車，三個雙腿單支承腿 機構組合的步行車類似于三輪摩托車，當然也可以六個/八個雙腿單支承腿機 構的組合，類似于輪系車輛的八輪大卡車或十輪大卡車.).本發明的步行車，其行走步法如圖6所示.就是說1)起步(內外側的腿同時都著地的末尾時刻)_ 一僅外側腿(或內側腿)負載著地一一內側腿(或外側腿)騰空邁步一一外側腿(或內側腿)負載著地步。如此循環交替行進。2)步行走步可以通過軟件程序控制；著地 時間和騰空時間，可以根據需要設定。3)車體重心處在車體縱向軸線上，不 會左右搖擺，不發生橫向振動。本發明的步行車，其轉彎方式如圖7所示。本圖所示的轉彎，設車體前端 的腿向右轉，則后端的腿要向左轉；車體的內側和外側的轉彎角度會不一致， 有ocl〉oc2,內側腿系和外側腿系通過差動聯動。這種方案的轉彎半徑小，這 在荒野地面行走是很重要的。本發明的液壓步行車是繼汽車、火車、輪船、飛機之后的第五大運輸機 械，有著廣闊的發展前景。它特別適合于松軟地面、沼澤地、沙漠、灘涂等 原始地形地貌環境。按我國步行車開拓者、《步行車輛理論與腳踝設計》 一書作者的觀點，在 原始地形地貌環境下"步行車輛比起輪式或履帶式車輛，至少有四個優點 l)較高的速度，2)較好的燃料經濟性，3)較大的機動性河越障能力，4) 較好的舒適性。"本液壓步行車專利技術適合于制造游玩型輕便步行車，森林救火、洪水 救災、暴風雪地救援用靈巧型步行車，特別適用設計制造巨型重載運輸車。
權利要求
1、一種雙腿單支承液壓步行裝置，其特征是包括彈性支承體(8)及其下端安裝的左右兩條腿機構、以及控制每條腿步行的液壓機構，左右兩條腿機構裝置包括大腿支承柱(11)、小腿伸縮缸(12)、小腿支承柱(14)、支承腳(15)，液壓機構包括步進推動缸(9)、小腿伸縮缸(12)，其中1)、所述彈性支承體的下端通過與轉向裝置(21)固定的大腿關節(10)與大腿支承柱(11)連接；2)、所述大腿支承柱(11)的中心部分由液壓缸(23)、液壓活塞(24)組成，大腿支承柱(11)的殼體上固定的連接塊，該連接塊分別與所述步進推動缸(9)的液壓伸縮端及所述小腿伸縮缸(12)的固定端連接；3)、所述小腿支承柱(14)的中心部分由液壓缸(25)、液壓活塞(26)組成，小腿支承柱(14)通過連接塊與小腿伸縮缸(12)的伸縮端連接，小腿支承柱(14)通過液壓活塞26連接支承腳(15)；4)、兩步進推動缸(9)中的一個收縮(或伸出)，帶動其中大腿支承柱(11)前曲；同側的小腿伸縮缸(12)收縮使該側的支承腳(15)上提到一定的高度；小腿伸縮缸(12)再伸出、進推動缸(9)再伸出(或收縮)即完成向前跨一步過程；然后另一個步進推動缸(9)及同側的小腿伸縮缸(12)進行同樣的過程，即完成另一步進，如此循環即完成連貫的行走。
全文摘要
本發明涉及一種雙腿單支承液壓步行裝置，它包括彈性支承體及其下端安裝的左右兩條腿機構、以及控制每條腿步行的液壓機構；本發明還涉及一種液壓步行車，其液壓行走機構由至少兩個所述雙腿單支承液壓步行裝置構成，每個雙腿單支承液壓步行裝置通過其彈性支承體的殼體及步進推動缸的上端與車體連接；所述液壓步行車的重心平穩，受力分布平衡，不產生重心因支承變化的振動。本發明擺脫了傳統機械的四桿機構或7桿機構，應用現代液壓驅動技術，實現高頻率快速響應，適合于制造游玩型輕便步行車，森林救火、洪水救災、暴風雪地救援用靈巧型步行車，特別適用設計制造巨型重載運輸車輛。
文檔編號B62D57/00GK101229825SQ20081006940
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月28日 優先權日2008年2月28日
發明者張成華, 王芷龍 申請人:王芷龍