本公開涉及移動車輛或機器人，具體地涉及能夠在各種類型的地形上移動的車輛或機器人。本文中的移動車輛具有兩種可互換的模式，即履帶模式和輪模式。

背景技術：

移動車輛或機器人用于多種應用，諸如空間探索、材料運輸、以及民用、軍用和執(zhí)法應用中。例如，移動車輛被空間科學家用于行星探索，被執(zhí)法部隊用于EOD(爆炸性軍械處理)、SWAT(特種武器與戰(zhàn)術)和IED(簡易爆炸裝置)。這些應用自90年代初期延續(xù)至今。

移動車輛或機器人在具有最小人類干預的廣泛未知地形上行駛、甚至自主行駛的能力對于移動車輛或機器人的設計者是一種挑戰(zhàn)。盡管大多數(shù)當前的移動車輛平臺為輪式或基于履帶式的，或者是手動地從一種模式轉換為另一模式。輪適合在平穩(wěn)、平坦的地形上高速移動，而履帶適合在諸如臺階、斜坡、障礙和溝地等非結構化地形上低速移動。大多數(shù)實際情況中的主要問題在于，其可能有益于在沒有手動轉換的情況下在輪和履帶之間間歇地切換。如果地形是未知的或非結構化的，或者在具有平坦地形(街道)和臺階的城市環(huán)境中存在安保任務，則輪式機器人可能不適合于某些任務，并且履帶式機器人可能對于大多數(shù)任務太遲緩。

一些移動車輛提供可手動再配置的履帶輪式移動，從而提供兩種系統(tǒng)的優(yōu)點，但是存在局限性?？墒謩釉倥渲玫穆膸л喪揭苿榆囕v一次只能使用移動性中的一個選項。其示例記載在于2009年10月29日公開的Schempf等人的第2009/0266628A1號美國專利申請中。使用可手動再配置的履帶輪式移動車輛的固有限制是：操作者必須提前知曉地形，以選擇遠程控制的任務所需的一種模式或另一種模式。

在履帶式機器人的情況中，如于2001年7月24日授權給Won的第6,263,989號美國專利以及于2009年2月24日授權給Goldenberg等的第7,493,976號美國專利中所示的，在底盤的側板的一端或兩端或在其中央處增加一對樞轉地附接至底盤兩側的履帶式鰭狀部，增強移動車輛爬行臺階和跨越障礙的能力是已知的。這些機器人提供遠程控制的可變配置鉸接履帶式移動車輛，以便于克服障礙。

另一方式利用履帶和輪的并行操作。然而，這種方式的缺點在于：在履帶模式中克服障礙時存在輪干涉，并且在輪模式中存在附加的載荷。該方式的示例在1991年6月11日授權給Coughlan等人的第5,022,812號美國專利以及于2008年10月23日公開的Webster等人的第2008/0258550號美國專利申請中示出。

又一方式為使機器人以履帶運行，然后將輪附接至滑輪的軸上從而使機器人轉換為輪式，反之亦然。然而，這只能手動地進行，而不能從遠處遠程地或者自主地完成。又一方式為使機器人以安裝在輪上的履帶運行。在該示例中，當使用輪時手動移除履帶，并且可選地，如果機器人以輪運行，則可將履帶手動地應用在輪上并鎖定在適當位置，從而使移動車輛呈現(xiàn)為以履帶運行。所有這些方式由于需要手動執(zhí)行履帶輪以及輪-履帶的轉換而具有局限性。因此，提供能夠通過遠程控制或自主地在履帶模式與輪模式之間轉換的移動車輛將是有利的。

技術實現(xiàn)要素：

本公開涉及移動車輛，該移動車輛具有平臺、一對履帶組件和一對輪組件。一對履帶組件附接至平臺的相對側。一對輪組件附接至平臺的相對側。每個輪組件具有至少第一輪和第二輪、以及可操作地連接至第一輪和第二輪的履帶輪互換機構。履帶輪互換機構使第一輪和第二輪從輪模式可旋轉地移動至履帶模式。在輪模式中輪驅動移動車輛，并且在履帶模式中履帶組件驅動移動車輛。

履帶輪互換機構可具有前中間模式和后中間模式，其中履帶組件和輪組件一同工作以驅動機器人。

第一輪可以是驅動輪，并且第二輪可以是從動輪。

履帶輪互換機構可包括平行四桿機構。

平行四桿機構可包括可操作地連接至中心軸驅動電機的曲柄。

中心軸驅動電機可包括中心驅動軸模塊。

平行四桿機構還可包括驅動隨動件和從動隨動件，并且從動隨動件可操作地連接至驅動電機。

履帶輪互換機構還可包括第一鏈輪機構和第二鏈輪機構。

第一鏈輪機構可將驅動電機可操作地連接至驅動輪，并且第二鏈輪機構可將驅動輪連接至從動輪。

履帶輪互換機構還可包括第一同步帶機構和第二同步帶機構。

第一同步帶機構可將牽引驅動電機可操作地連接至驅動輪，并且第二同步帶機構可將驅動輪連接至從動輪。

每個履帶組件可包括布置成圍繞驅動滑輪和從動滑輪的軌道，并且驅動滑輪能夠可操作地連接至牽引驅動電機。

牽引驅動電機可被包括在牽引驅動模塊中。

移動車輛還可包括一對牽引驅動模塊，每個牽引驅動模塊能夠可操作地連接至一對履帶組件和一對輪組件之一，并且一對牽引驅動模塊可具有履帶驅動模式和輪驅動模式。

每個牽引驅動模塊可具有一個電機，該電機能夠選擇性地連接至一對履帶組件中的一個和一對輪組件中的一個。

一對履帶組件和一對輪組件可形成附接至平臺的相對側的一對履帶輪驅動模塊。

一對輪組件可響應于遠程控制命令從履帶模式旋轉至輪模式。

一對輪組件可自主地從履帶模式旋轉至輪模式。

平臺可包括可移除且可替換的頭部模塊、核心模塊和電源模塊。

通過以下詳細的說明來描述其他特征或者其他特征將變得明顯。

附圖說明

以下將參照附圖，僅以示例的方式描述各實施方式，在附圖中：

圖1是雙模式車輛的立體圖；

圖2是圖1的雙模式車輛的平臺的立體圖；

圖3是圖2的平臺在蓋被打開的情況下的立體圖；

圖4是圖2的平臺的分解立體圖；

圖5是圖1的雙模式車輛的平臺和履帶模塊的分解立體圖；

圖6是圖1的雙模式車輛的部分分解立體圖；

圖7是圖1的雙模式車輛的、具有履帶輪互換機構的一對輪組件的立體圖；

圖8是圖7的具有履帶輪互換機構的一對輪組件的分解立體圖；

圖9是處于履帶驅動模式中的雙模式車輛的立體圖；

圖10是處于輪驅動模式中的雙模式車輛的立體圖；

圖11是與圖7所示相似的、雙模式車輛的履帶輪互換機構的立體圖，但是圖11示出了同步帶機構，而不是圖7所示的鏈條和帶機構；

圖12是圖11的履帶輪互換機構的分解立體圖；

圖13A至圖13D是雙模式車輛攀爬臺階的步驟的立體圖，其中在圖13A中處于臺階的底部，在圖13B中開始攀爬臺階，在圖13C中轉動履帶輪互換機構以攀爬臺階，以及在圖13D中爬上臺階；以及

圖14A至圖14E是雙模式車輛跨越溝地的步驟的立體圖，其中在圖14A中接近溝地，在圖14B中開始跨越溝地，在圖14C中正在跨越溝地中，在圖14D中正在結束跨越溝地中，以及在圖14E中結束跨越溝地。

具體實施方式

參照圖1，雙模式車輛大致以附圖標記10所示。移動車輛10包括平臺12和附接至平臺的相對側的一對履帶輪驅動模塊14。履帶輪驅動模塊14中的每個具有附接至平臺12的相對側的履帶組件16和輪組件18。履帶輪驅動模塊14中的每個可通過響應于遠程控制命令的遠程控制或者以自主的方式從一種模式(即，履帶配置)移動至另一模式(即，輪配置)，反之亦然。僅舉例而言，履帶輪驅動模塊14可響應于檢測到的條件從一種模式自主地移動至另一模式。例如，當機器人檢測到臺階時，其能夠從輪模式自主地移動至履帶模式。因此，雙模式車輛10根據(jù)地形條件允許現(xiàn)場靈活性。在履帶模式中，一對履帶組件16驅動移動車輛10，并且在輪模式中，一對輪組件18驅動移動車輛。如圖13A至圖13D以及圖14A至圖14E所示，還存在前中間模式和后中間模式，其中一對履帶組件和一對輪組件一同工作以驅動移動車輛10。

如圖1所示的雙模式車輛10具有雙驅動系統(tǒng)，該系統(tǒng)由附接至平臺12的相對側的一對履帶組件16和一對輪組件18組成。雙模式車輛10結合輪和履帶以允許根據(jù)地形條件的可互換性。輪和履帶通過相同的電機分別被驅動。雙模式車輛10能夠自動地或響應于遠程控制命令、通過使履帶輪互換機構50(將在下文中詳細描述)可旋轉地移動而從輪式機器人轉換為基于履帶的機器人，或者反之亦然。

圖2至圖4示出了平臺12。僅舉例而言，平臺12包括諸如頭部模塊、核心模塊、以及電源模塊等若干模塊。優(yōu)選地，這些模塊為可移除且可替換的。將理解，這些模塊允許可互換性并易于維護，并且考慮到在一群機器人中的靈活性。平臺12包括底盤本體模塊20、兩個牽引驅動模塊22、頭部模塊24、核心模塊26、電源模塊28、以及中心軸驅動模塊30。底盤本體模塊20設計為容納并安裝諸如電源模塊28、核心模塊26、以及頭部模塊24的模塊。底盤本體模塊20由底盤底部32、具有各種電子插座36的底盤蓋34、以及用于安裝并支承諸如機械臂和PTZ臂(未示出)的模塊化載荷的導軌38組成。本領域技術人員將理解，平臺的模塊化設計僅僅是示例性的，并且制造者可選擇使用不同的模塊來提供平臺的功能，或者可選地將平臺的功能提供為單個集成單元。

每個牽引驅動模塊22配置成驅動履帶組件16和輪組件18，而履帶組件16和輪組件18轉而為地形牽引而設計。左和右牽引驅動模塊22具有類似的配置，并且能夠可移除地連接至底盤本體模塊。平臺的每一側包括牽引驅動模塊22、側板39、相對于側板可旋轉的驅動滑輪40和從動滑輪42、連接至驅動滑輪和從動滑輪的鏈輪組件、以及圍繞兩個滑輪(驅動滑輪和從動滑輪)延伸的軌道44。牽引驅動模塊22設計為驅動驅動滑輪40或輪。牽引驅動模塊22包括驅動電機、齒輪頭、編碼器、伺服電機驅動器，上述部件全部容納在用于容納并安裝所有電子元件的機械結構45中。

頭部模塊24是電源、數(shù)據(jù)和通信分配模塊，并且是對外部傳感器的接口模塊。頭部模塊24可操作地連接至電源模塊28、核心模塊26、牽引驅動模塊22、中心軸驅動模塊30、以及其他載荷模塊(未示出)。

核心模塊26管理與所有模塊的操作者控制單元(未示出)的通信，并且控制機器人10的動作。電源模塊28為機器人10提供所有電壓和電力。

中心軸驅動模塊30設計為驅動履帶輪互換機構50。中心軸驅動模塊30安裝在側板39上。模塊30包括中心軸46、中心驅動軸電機、齒輪頭、編碼器、制動器、伺服電機驅動器、以及用于容納并安裝所有電子元件的機械結構48。

雙模式車輛10通過由中心軸驅動模塊30驅動的履帶輪互換機構50來提供良好的地形適應性。如圖7和圖8中詳細示出的履帶輪互換機構50由平行四桿機構52、第一鏈輪機構54、以及第二鏈輪機構56構成。平行四桿機構52包括曲柄58、驅動隨動件60、以及從動隨動件62。曲柄58可操作地連接至中心驅動軸模塊30的中心軸46。驅動隨動件60可操作地連接至驅動滑輪40，并且從動隨動件62可操作地連接至從動滑輪42。具體地，驅動隨動件60通過離合器(未示出)連接至驅動滑輪40的軸。因此，牽引驅動模塊22可選擇性地連接至履帶組件16或履帶輪互換機構50。第一鏈輪機構54和第二鏈輪機構56可旋轉地安裝在四桿機構52的驅動隨動件60和從動隨動件62上，即，在B’、C’和D’處連接至四桿機構的接合點B、C和D。第一輪68和第二輪70附接至鏈齒輪64和66。第一輪68是驅動輪，并且第二輪70是從動輪。因此，第一鏈輪機構54將作為牽引驅動模塊22的一部分的驅動電機可操作地連接至驅動輪68，第二鏈輪機構56將驅動輪68可操作地連接至從動輪70。

履帶輪互換機構50具有兩種模式中的兩種功能。在如圖10所示的輪式機器人模式中，該機構起到平臺的驅動系統(tǒng)的作用。在如圖9所示的基于履帶的機器人模式中，該機構可起到提升機構或鰭狀機構的作用。履帶輪互換機構50能夠向上提升機器人的前緣以在兩個方向均攀爬臺階并跨越障礙。

履帶輪驅動模塊14可設計為平臺12的獨立模塊。因此，作為單獨的驅動模塊，其可與其他類型的驅動模塊(未示出)替換，諸如與平臺12兼容的單一輪模塊或單一履帶模塊。輪和履帶由相同的電機分別驅動，因此當上述機構用作提升機構或鰭狀機構時，輪以及履帶組件和輪組件接合，并且在這種配置中，輪是從動輪。雙模式車輛10可配置成使得其可通過使履帶輪互換機構50可旋轉地移動而自動地、遠程地或手動地從輪式機器人轉換至履帶式機器人，其中，履帶輪互換機構50是如以下將詳細描述的平行四桿機構和兩個鏈輪機構(或同步帶機構)的組合。因此，第一同步帶機構將作為牽引驅動模塊22的一部分的驅動電機可操作地連接至驅動輪68，并且第二同步帶機構將驅動輪68連接至從動輪70。

圖11和圖12示出了輪組件18的可選實施方式。履帶輪互換機構150是平行四桿機構和兩個同步帶機構。機構150包括四桿機構52、第一同步帶機構154、以及第二同步帶機構156。如上所述，平行四桿機構52包括曲柄58、驅動隨動件60、以及從動隨動件62。曲柄58可操作地連接至中心驅動軸模塊30的中心軸46。驅動隨動件60可操作地連接至驅動滑輪40，并且從動隨動件62可操作地連接至從動滑輪42。具體地，驅動隨動件60通過離合器(未示出)連接至驅動滑輪40的軸。因此，牽引驅動模塊22可選擇性地連接至履帶組件16或履帶輪互換機構150。第一同步帶機構154和第二同步帶機構156分別可旋轉地安裝在四桿機構52的驅動隨動件60和從動隨動件62上，即，在B’、C’和D’處連接至四桿機構的接合點B、C和D。第一輪68和第二輪70附接至鏈齒輪64和66。第一輪68是驅動輪，并且第二輪70是從動輪。因此，第一同步帶機構154將作為牽引驅動模塊22的一部分的牽引驅動電機可操作地連接至驅動輪68，并且第二同步帶機構156將驅動輪68可操作地連接至從動輪70。雙模式車輛10通過履帶輪互換機構50、150提供良好的地形適應性，其中履帶輪互換機構50、150由電機通過位于底盤側板中間的軸來驅動。履帶輪互換機構50、150具有兩種模式中的兩種功能。在輪式機器人模式中，機構50、150起到平臺的驅動系統(tǒng)的作用。在基于履帶的機器人模式中，機構50、150作為提升機構(也稱為鰭狀部)向上提升機器人的前緣以在兩個方向上攀爬臺階或跨越障礙。

雙模式車輛10包括三個驅動系統(tǒng)(即，三個電機)。兩個驅動系統(tǒng)用于平臺的牽引，第三個驅動系統(tǒng)不僅用于在輪模式與履帶模式之間進行互換，還控制平行四桿機構52并使其作為鰭狀部工作。

履帶組件16包括布置成圍繞驅動滑輪74和從動滑輪76的軌道72。驅動滑輪74可操作地連接至牽引驅動模塊22。

輪組件18可具有可操作地附接至平行四桿機構52并連接至驅動模塊22的驅動輪68和從動輪70。驅動輪68分別通過第一鏈輪(或同步帶)機構54和第二鏈輪(或同步帶)機構56可操作地連接至驅動模塊22(電機)和從動輪70。

平行四桿機構52可操作地附接至滑輪40、42的軸以及位于平臺12的中心處的軸46。機構52的配置可通過旋轉中心軸46來控制。平行機構52是模塊化的，并且能夠分別附接至平臺或從平臺解除附接。

雙模式車輛的平臺能夠獨立地與履帶、輪或兩者一同使用。

圖13A至圖13D以示例的方式示出了雙模式車輛10臺階攀爬過程。圖13A示出了步驟1：使履帶輪互換機構50、150旋轉直到輪68或70位于階梯的第一級上方，并且驅動雙模式車輛10靠近臺階。圖13B示出步驟2：使雙模式車輛10向前移動直到前滑輪74或76爬上階梯的第一級。圖13C示出步驟3：使履帶輪互換機構50、150旋轉直到機器人10的輪68或70位于后方并開始攀爬。圖13D示出步驟4：攀登臺階。

圖14A至圖14E以示例的方式示出雙模式車輛10溝地跨越過程。圖14A示出步驟1：使雙模式車輛10向前移動靠近溝地。圖14B示出步驟2：使履帶輪互換機構50、150順時針旋轉至水平位置，并且使雙模式車輛10向前移動以跨越溝地。圖14C至圖14E示出步驟3至步驟5：使移動車輛10連續(xù)地移動直到前履帶滑輪74或76觸碰溝地的邊緣，然后使履帶輪互換機構50、150向后逆時針旋轉并跨越溝地。

一般而言，本文中所描述的系統(tǒng)涉及移動車輛。本公開的各種實施方式和方面將參照下文中所論述的細節(jié)進行描述。以下的描述和附圖為本公開的說明，而不應理解為限制本公開。描述了許多具體的細節(jié)以提供對本公開的種實施方式的全面理解。然而，在某些情況下，未描述公知的或常規(guī)的細節(jié)以提供對本公開的實施方式的簡要論述。

如本文中所使用，術語“包括(comprises)”和“包括(comprising)”應解釋為包含性且開放性的，而不是排他性的。具體地，當在說明書和權利要求書中使用時，術語“包括(comprises)”和“包括(comprising)”及其變體表示所包含的特定的特征、步驟或元件。這些術語不應解釋為排除其他特征、步驟或部件的存在。

如本文中所使用，術語“示例性的”表示“作為示例、實例或例示而使用”，并且不應解釋為相比于本文中所公開的其他配置更優(yōu)選的或更有益的配置。如本文中所使用，“可操作地連接”或“可操作地附接”表示兩個元素彼此直接或間接地連接或附接。因此，各項無需直接地連接或附接，而是可存在連接或附接在各項目之間的其他項。