全地形複合行走機構的製作方法

2023-09-12 17:22:50

本發明涉及一種能夠適用於翻越障礙物以及複雜的非結構化環境中的行走機構，尤其涉及一種全地形複合行走機構。

背景技術：

圓形車輪雖然有機動、靈活和所需要的驅動力小等優點，但也會存在一些問題，如接觸面小，接觸壓力大，越障能力差等。在面對複雜的非結構化環境時，如積雪較深的地面，極其鬆軟的土壤、沙漠，雜草較高的草原等地形，圓形車輪容易陷落，並造成打滑而無法行走；而對於有凸起的障礙，如巖石，圓形車輪也會無法通行；而在結構化環境中，圓形車輪往往也無法越過如臺階(樓梯)等障礙物。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種全地形複合行走機構，本行走機構不但能夠適應複雜非結構化地形，而且能夠翻越覺有一定高度的臺階和陡坡，具有全地形行走和極強的越障能力。

為了實現本發明的目的，本發明採用了以下技術方案：

一種全地形複合行走機構，包括履帶以及設置在履帶中部的主動輪，本行走機構還包括如下組成部分：

一個驅動輪，設置在所述履帶的一個角處並與所述履帶嚙合，所述主動輪通過鏈條與驅動輪相連並帶動驅動輪動作；

至少兩個從動輪，分別設置在所述履帶的其他對應的角處；

支架，與所述主動輪同軸設置，並用於限定所述驅動輪和從動輪的位置；

所述主動輪與驅動輪彼此配合，使本行走機構在工作時處於如下兩種工作狀態：

自轉狀態，即主動輪通過鏈條帶動驅動輪轉動，驅動輪在繞其自身中心轉動的同時驅動履帶繞主動輪的中心轉動，整個行走機構正常前行的狀態；

公轉狀態，即當碰到障礙物或因地形所困而使得所述履帶無法行走，或驅動輪制動時，此時履帶和驅動輪構成一個整體而不能動作，主動輪驅動整個行走機構繞主動輪的中心做整體翻轉並越過障礙物，越過障礙物後的整個行走機構恢復到自轉狀態。

所述履帶為三角形履帶，所述從動輪設置為兩個。

優選的，設主動輪的鏈傳動齒數為Z1，驅動輪的鏈傳動齒數為Z2，主動輪的中心與三角形履帶任一角轉動方向切線之間的間距為L1，驅動輪的中心與驅動輪所在角的轉動方向切線之間的間距為L2，則本行走機構滿足如下公式：(Z2/Z1)＜(L2/L1)。

優選的，本行走機構還包括車架連接杆，所述車架連接杆與行走機構相連接的一端設置在所述主動輪的轉軸上；本行走機構還設置有公轉制動輔助裝置以及自轉制動輔助裝置，所述公轉制動輔助裝置用於使所述支架與車架連接杆保持相對靜止的狀態，所述自轉制動輔助裝置用於使支架與驅動輪保持相對靜止的狀態。

優選的，所述公轉制動輔助裝置包括用於鉗制支架和車架連接杆的公轉碟剎片以及公轉液壓碟剎泵；所述自轉制動輔助裝置用於鉗制支架和驅動輪的自轉碟剎片以及自轉液壓碟剎泵。

優選的，本行走機構還包括與支架固定連接的負重輪裝置，所述負重輪裝置中的負重輪向外壓迫所述三角形履帶，使得所述三角形履帶向外凸出。

優選的，所述負重輪裝置設置為與三角形輪履帶的三邊相對應的三個；每一個所述負重輪裝置均包括連接架、兩個支腿和兩個負重輪，所述連接架與支架相連接，兩個支腿對稱分布在連接架的兩端，且所述支腿與所述連接架鉸接在一起；每一支腿的下端分別與相對應的負重輪相連接，兩支腿的上端通過用於減振的彈性連接機構鉸接在一起。

優選的，所述支架整體成板狀結構，板狀的支架自主動輪處向三角形履帶的三個角處延伸並形成三叉式支撐結構，所述支架的每一叉分別與相對應的驅動輪或從動輪的轉軸可轉動地連接在一起。

本發明的有益效果在於：

1)本發明中的主動輪通過鏈條與驅動輪連接在一起，也即主動輪與驅動輪的轉動方向相同，又由於驅動輪與三角形履帶彼此嚙合且同向轉動，因此主動輪與履帶的轉動方向也相同，則當三角形履帶在行走過程中碰到障礙物時，不會發生因傳動系統而產生的倒轉回退現象，保證了行走機構前進方向的穩定性和可靠性。

2)本行走機構中的主動輪與驅動輪彼此配合產生公轉和自轉兩種工作狀態。所謂自轉，即正常行走狀態，此時動輪通過鏈條帶動驅動輪轉動，驅動輪驅動履帶隨之轉動，整個行走機構處於正常前行的狀態。所謂公轉，即本行走機構行駛在複雜的非結構化環境中，或者需要翻越臺階等具有一定高度的障礙物時而採用的行走狀態，此時履帶在地形或者障礙物的影響下而使得所述三角形履帶無法行走時，由於三角形履帶與驅動輪互相嚙合在一起，因此此時三角形履帶和驅動輪連接成一個整體而不能動作，則主動輪在電機的作用下驅動三角形履帶和驅動輪所構成的整體做整體翻轉並越過障礙物或翻過所處不利地面，越過障礙物後的整個行走機構恢復到自轉狀態。

由上述可知，本發明中的行走機構不但具備在常規地面上高速機動、快速行駛的能力，同時也具備了在複雜非結構化地形中行駛的能力，並可較為輕鬆的翻越巖石、臺階等圓形車輪難以逾越的障礙，也突破了現有履帶行走機構的越障能力，具有極強的全地形行駛能力。

3)本發明中的行走機構對主動輪和驅動輪的關係做了限定，即設主動輪的鏈傳動齒數為Z1，驅動輪的鏈傳動齒數為Z2，主動輪的中心與三角形履帶任一角轉動方向切線之間的間距為L1，驅動輪的中心與驅動輪所在角的轉動方向切線之間的間距為L2，則本行走機構滿足如下公式：(Z2/Z1)＜(L2/L1)。當本行走機構滿足上述公式時，主動輪能夠提供足夠強大的扭矩來帶動由三角形履帶和驅動輪所構成的整體做整體翻轉，從而確保了本行走機構能夠在複雜非結構化地形中進行行駛，或者本行走機構能夠翻越覺有較高高度的障礙物。

4)本發明中的行走機構設置有公轉制動輔助裝置和自轉制動輔助裝置。

所述公轉制動輔助裝置包括用於鉗制支架和車架連接杆的公轉碟剎片以及公轉液壓碟剎泵，所述公轉碟剎片與所述支架固定聯接，當公轉液壓碟剎泵工作時，公轉液壓碟剎泵上的制動塊與公轉碟剎片彼此配合，使支架和車架連接杆被緊緊地鉗制固定在一起，此時支架相對於車架連接杆不運動(即支架與車架連接杆相對靜止)，由此實現了公轉制動。在公轉制動的情況下，作為驅動源的電機仍然運轉，此時主動輪仍然在帶動驅動輪和履帶轉動，此時整個三角履帶輪只能自轉，即驅動輪在其位置不發生變化的同時與履帶共同轉動，則本行走機構可以實現接近於輪式車輛的高速機動且靈活方便的運動方式。

所述自轉制動輔助裝置用於鉗制支架和驅動輪的自轉碟剎片以及自轉液壓碟剎泵，所述自轉碟剎片與驅動輪固定聯接，當自轉液壓碟剎泵工作時，自轉液壓碟剎泵上的制動塊與自轉碟剎片彼此配合，使支架和驅動輪緊緊地鉗制固定在一起，此時驅動輪相對於支架不旋轉(即驅動輪與支架相對靜止)，由此實現了自轉制動。在自轉制動的情況下，電機仍然運轉，由於支架和驅動輪固定在一起，則主動輪將在電機的作用下驅動支架和驅動輪一起轉動，此時整個三角履帶輪只能公轉，即驅動輪與履帶同時繞主動輪的中心同步轉動，則本行走機構可以實現在溼滑、泥濘路面或有障礙物的情況下翻滾前進，有效地防止了履帶打滑，極大地提高了履帶輪的路面適應能力。

5)本行走機構中的履帶在負重輪的作用下向外凸出，則具有如下優點：

當履帶輪行走在堅實平鋪的路面上時，由於路面在行走機構的壓迫下不會變形，因此履帶與路面的接觸面積較小，從而履帶與路面的摩擦力也較小，故此時行走機構可以達到較高的運行速度。

當履帶輪行走在鬆軟的土壤或沙地上時，由於土壤或沙地較為鬆軟，因此行走機構的履帶將陷入到土壤或沙地中，此時履帶與地面的接觸面積較大，從而履帶與地面的摩擦力也增大，有利於履帶輪在土壤或沙地中安然快遞的行駛。

附圖說明

圖1、2、3均為本發明的結構示意圖。

圖4為履帶輪的三角尖處於向下狀態時的結構示意圖。

圖中標記的含義如下：

10-行走機構 11-主動輪 111-公轉碟剎片

112-公轉液壓碟剎泵 12-驅動輪 121-自轉碟剎片

122-自轉液壓碟剎泵 13-從動輪 14-支架

15-履帶 16-負重輪裝置 161-連接架 162-支腿

163-負重輪 164-彈性連接裝置 17-鏈條 20-車架連接杆

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

如圖1、2所示，一種全地形複合行走機構，包括如下組成部分：

一個主動輪11，設置在三角形履帶15的中心處，所述主動輪11與作為驅動源的電機相連，並在電機的驅動下轉動。

一個驅動輪12，設置在所述三角形履帶15的一個角處並與所述三角形履帶15嚙合，所述主動輪11通過鏈條17與驅動輪12相連並帶動驅動輪12動作。

兩個從動輪13，分別設置在所述三角形履帶15的其他兩個角處。

一條履帶15，所述履帶15呈三角形，三角形履帶旋繞在驅動輪12和兩個從動輪13的外部。

一個支架14，與所述主動輪11同軸設置，並用於限定所述驅動輪12和從動輪13的位置。所述支架14整體成板狀結構，板狀的支架14自主動輪11處向三角形履帶15的三個角處延伸並形成三叉式支撐結構，所述支架14的每一叉分別與相對應的驅動輪12或從動輪13的轉軸可轉動地連接在一起。所述支架14上設置用於減重的長條狀孔。

一個車架連接杆20，所述車架連接杆20與行走機構相連接的一端設置在所述主動輪11的轉軸上。

本行走機構還包括與支架14固定連接的負重輪裝置16，所述負重輪裝置16中的負重輪163向外壓迫所述三角形履帶15，使得所述三角形履帶15向外凸出。所述負重輪裝置16設置為與三角形輪履帶15的三邊相對應的三個；每一個所述負重輪裝置16均包括連接架161、兩個支腿162和兩個負重輪163，所述連接架161與支架14相連接，兩個支腿162對稱分布在連接架161的兩端，且所述支腿162與所述連接架161鉸接在一起；每一支腿162的下端分別與相對應的負重輪163相連接，兩支腿162的上端通過用於減振的彈性連接機構164連接在一起。

如圖1、2所示，本行走機構還設置有公轉制動輔助裝置以及自轉制動輔助裝置，所述公轉制動輔助裝置用於使所述支架14與車架連接杆20保持相對靜止的狀態，所述自轉制動輔助裝置用於使支架14與驅動輪12保持相對靜止的狀態。所述公轉制動輔助裝置包括用於鉗制支架14和車架連接杆20的公轉碟剎片111以及公轉液壓碟剎泵112；所述自轉制動輔助裝置用於鉗制支架14和驅動輪12的自轉碟剎片121以及自轉液壓碟剎泵122。

如圖3所示，設主動輪11的鏈傳動齒數為Z1，驅動輪12的鏈傳動齒數為Z2，主動輪11的中心與三角形履帶15任一角轉動方向切線之間的間距為L1，驅動輪12的中心與驅動輪12所在角的轉動方向切線之間的間距為L2，則本行走機構滿足如下公式：(Z2/Z1)＜(L2/L1)。

下面結合附圖對本行走機構的工作過程做詳細說明。

公轉狀態：適用於鬆軟的土壤、沙漠等其他複雜的非結構化環境，以及有較大較高障礙物的地形。此時自轉液壓碟剎泵122處於工作狀態，自轉液壓碟剎泵122上的制動塊與自轉碟剎片121彼此配合，使三叉式支架14和驅動輪12二者緊緊地聯接固定在一起，此時驅動輪12相對於支架14不旋轉，即驅動輪12與支架14彼此固接而處於相對靜止的狀態，由此實現了自轉制動。在自轉制動的情況下，電機仍然運轉，由於支架14和驅動輪12固定在一起，則主動輪11將在電機的作用下驅動支架14和驅動輪12一起轉動，即此時驅動輪12並不繞其自身中心轉動，而是與支架14以及履帶15一起繞主動輪11的中心同步轉動，也即作為行走機構的整個三角履帶輪都繞著主動輪11的中心轉動，則本行走機構可以實現在溼滑、泥濘路面或有障礙物的情況下翻滾前進，有效地防止了履帶打滑，極大地提高了履帶輪的路面適應能力。

自轉狀態：適用于堅實的鋪裝路面，或者較為堅硬的地面。自轉狀態時，公轉液壓碟剎泵112處於工作狀態，公轉液壓碟剎泵112上的制動塊與公轉碟剎片111彼此配合，使三叉式支架14和車架連接杆20緊緊地聯接固定在一起，此時支架14相對於車架連接杆20不運動，即支架14與車架連接杆20緊固在一起而相對靜止，由此實現了公轉制動。在公轉制動的情況下，作為驅動源的電機仍然運轉，此時主動輪11通過鏈條17帶動驅動輪12轉動，驅動輪12隨之驅動履帶15轉動，此時作為行走機構的整個三角履帶輪只能自轉，即驅動輪12保持在原位並繞自身中心轉動，與此同時，履帶15繞主動輪11的中心轉動，則本行走機構通過履帶15的轉動而實現了較高速度的行駛。

需要特別指出的是，若履帶輪首先在公轉狀態下，使自轉液壓碟剎泵122處於工作狀態，由電機通過主動輪11驅動整個履帶輪(即整個行走機構10)轉動而達到履帶輪的三角尖部與地面接觸時，然後自轉液壓碟剎泵122退出工作，公轉液壓碟剎泵112轉而處於工作狀態，則此時履帶輪可以實現履帶輪三角尖部向下的自轉狀態，由於進一步減少了履帶15與地面的接觸面積，從而可以獲得接近於輪式車輛的高速機動且靈活方便的運動方式。

當自轉液壓碟剎泵122和公轉液壓碟剎泵112同事處於工作狀態時，整個履帶輪停止運行，處於靜止或剎車狀態。

如圖3所示，所述驅動輪12即為驅動輪組件，驅動輪組件由與主動輪11構成鏈傳動配合的驅動齒輪和與履帶相嚙合的傳動輪構成，所述驅動齒輪的齒數為Z2，所述驅動齒輪與傳動輪同軸設置。