魚鱗式分段彈性履帶的製作方法
2023-05-24 23:40:01
專利名稱：魚鱗式分段彈性履帶的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種分段彈性履帶，是用於輪/履變結構移動機器人中的一種特殊分段彈性履帶，屬於移動機器人的機構部件。
背景技術：
輪式移動機器人具有移動的快速性，而履帶式移動機器人的跨越障礙能力很強， 即履帶式移動機器人對複雜地形具有很高的通過性能。但是，如何將輪式、履帶式移動機器人的優點結合在一起將是機器人機構技術的創新，而用於輪式與履帶式運動機構變換的關鍵部件之一就是履帶，此履帶的特點是既要有輪胎的作用，又要有履帶的作用，而且還要保持機器人在移動過程中運動的連續性。當機器人以履帶式移動方式移動時，在輪/履變換機構的作用下，履帶靠自身的彈性而自然地伸開，彈性履帶不僅要傳遞動力，還要頻繁地拉伸或收縮。專利文獻[公開號CN101570216]提出了這種機器人，其中，該機器人所用彈性履帶是由彈性橡膠材料製成，彈性履帶的內外側都加工有齒，外側的齒與地面接觸防止彈性履帶打滑，內側的齒與主動輪外齒嚙合傳遞動力。由於彈性履帶頻繁的撐開、收回，彈性履帶的外徑逐漸變大，使履帶的內齒不能很好的緊固在主動輪的外齒上，致使運動失效，而且該專利文獻中的履帶內部有金屬環，履帶在拉伸和收縮時，其圓周長度是變化的，金屬環只能發生彈性變形，不能產生塑性變形，否則就被毀壞，這點在此專利文獻中並未說明。
發明內容
本發明提供一種魚鱗式分段彈性履帶，在輪/履變換機構的作用下，魚鱗式分段彈性履帶通過彈簧的彈性而自然地撐開或收縮，實現機器人輪式移動及履帶式移動方式的運動轉換。本專利解決技術問題所採用的技術方案是魚鱗式分段彈性履帶，包括兩個以上的履帶單元，每個履帶單元包括橡膠體、連接鋁塊、合頁、梯形鋁塊、履帶支承軸、彈簧和彈簧連接軸構成，橡膠體粘貼在連接鋁塊的上方，所有相鄰橡膠體的頂端均貼合在一起，表面形成一圓環狀，兩相鄰連接鋁塊內外兩側各安裝一副合頁，連接鋁塊內部開有兩個通孔，彈簧在通孔內通過彈簧連接軸將其連接，彈性履帶能夠通過彈簧的伸展而自然地撐開。本發明的履帶主體採用橡膠體，由具有高耐磨性的彈性橡膠材料製成，外形為魚鱗狀，底部加工為一矩形，同連接鋁塊的上端面粘貼連接；橡膠體的內、外兩端面均加工成圓弧狀，內端面的弧度比外端面的弧度略大，內、外兩端面的具體弧度值要根據彈性履帶的長度和彈性履帶單元的數量而定，內、外兩圓弧端面之間的厚度自下而上越來越薄，直至相切於橡膠體的頂部。當機器人以輪式移動方式移動時，彈性履帶緊固在主動輪上，所有相鄰魚鱗式橡膠體的頂端均貼合在一起，彈性履帶的表面形成一圓環狀；當機器人以履帶式方式移動時，在輪/履變換結構的作用下，彈性履帶自然地撐開，由於橡膠體本身有一定的彈性，此時，彈性履帶的表面依然保持比較光滑的圓弧，從而使機器人在攀爬樓梯或攀越障礙物時減少顛簸、運行更平穩。此外，橡膠體還可以保護彈簧，避免在機器人運行過程中地面對彈簧造成損害，以影響彈性履帶自然地撐開。橡膠體底部加工一突起，同連接鋁塊頂部凹槽粘貼連接，連接鋁塊內部開有兩個通孔，在連接鋁塊的另一側鉚接一彈簧連接軸，彈簧連接軸的位置經過兩通孔的中心軸線， 彈簧在通孔內連接在彈簧連接軸上。當機器人以履帶式移動方式移動時，在輪/履變換機構的作用下，彈性履帶通過彈簧的伸展而自然地撐開，實現機器人移動方式的輪/履轉換， 彈簧的伸縮範圍需滿足機器人輪/履移動方式的轉換要求。通孔內的彈簧由連接鋁塊對其保護，連接鋁塊之間的彈簧由橡膠體對其保護。所有相鄰的兩連接鋁塊內外兩側均安裝一副合頁，兩合頁的一端通過一中心軸動裝連接，另一端分別通過一支點動裝連接在連接鋁塊內外兩側的上部，當機器人以履帶式移動方式移動時，在輪/履變換機構的作用下，支撐輪推動彈性履帶自由地撐開，合頁在連接鋁塊的帶動下將展開一定的角度，合頁展開角度的範圍需滿足機器人由輪式移動方式轉變為履帶式移動方式的要求。連接鋁塊正下方安裝一梯形鋁塊，當支撐輪在輪/履變換機構的作用下，推動彈性履帶自然地撐開時，梯形鋁塊連接在支撐輪外齒齒槽內，以防止機器人攀爬樓梯時彈性履帶發生軸向躥動。連接鋁塊的內外兩側均安裝一根履帶支承軸，當機器人以輪式移動方式移動時，履帶支承軸均勻地卡在主動輪外齒齒槽內，將主動輪和彈性履帶連接起來，起到傳遞動力的作用；當機器人以履帶式移動方式移動時，由於彈性履帶同主動輪接觸點位置的拉伸程度不同，故履帶支承軸不規則的連接在主動輪的部分外齒齒槽內，可以起到傳遞動力及防止彈性履帶打滑的作用。有益效果本發明能實現輪/履變結構移動機器人快速攀爬樓梯或攀越障礙物， 結構精巧、運動可靠和便於製造；同時，本發明基於魚鱗鱗片的生物結構機理，實現機器人的關鍵機構部件的創新，達到使輪/履變結構移動機器人在平地、樓梯臺階、斜坡上等全地形「行走」時運行更平穩、更可靠。
圖1是本發明的結構原理圖。圖2是本發明的整體結構圖。圖3是本發明當機器人以輪式移動方式移動時的工作原理圖。圖4是本發明當機器人以履帶式移動方式移動時的工作原理圖。圖5是本發明的魚鱗式橡膠體為空心結構時結構原理圖。圖6是本發明的魚鱗式橡膠體內部加彈簧鋼時結構原理圖。圖中1、橡膠體，2、連接鋁塊，3、梯形鋁塊，4、彈簧，5、履帶支承軸，6、彈簧連接軸， 7、合頁，8、主動輪，9、支撐輪，10、魚鱗式空心橡膠體，11、魚鱗式彈簧鋼橡膠體。
具體實施例方式實施方式1 結合附圖1、附圖2、附圖3和附圖4所示，說明本發明的整體結構構成及工作原理。該魚鱗式分段彈性履帶，是由橡膠體1、連接鋁塊2、梯形鋁塊3、彈簧4、履帶支承軸5、彈簧連接軸6和合頁7構成，橡膠體1粘貼在連接鋁塊2的上方，所有相鄰橡膠體1的頂端均貼合在一起，使彈性履帶的表面形成一圓環狀；兩相鄰連接鋁塊2內外兩側各安裝一副合頁7，合頁7將各段履帶體連接成一環形整體，連接鋁塊2內部開有兩個通孔，彈簧4在通孔內通過彈簧連接軸6將其連接。橡膠體1是由橡膠材料製成，這種橡膠材料具有一定的彈性和高耐磨性，外形為魚鱗狀。當機器人以輪式移動方式移動時，彈性履帶緊固在主動輪8上，所有相鄰橡膠體1 的頂端均貼合在一起，彈性履帶的表面形成一圓環狀；當機器人以履帶式移動方式移動時， 在輪/履變換機構的作用下，通過彈簧4的伸展彈性履帶可自然地撐開，由於橡膠體1本身有一定的彈性，此時，彈性履帶的表面依然保持比較光滑的圓弧，從而使機器人在攀爬樓梯或攀越障礙物時減少顛簸、運行更平穩。此外，橡膠體1還可以保護彈簧4，避免在機器人運行過程中地面對彈簧4造成損害，以影響彈性履帶自然地撐開。連接鋁塊2安裝在魚鱗式橡膠體1的下側，橡膠體1底部加工一突起，同連接鋁塊 2的頂部凹槽通過膠液粘貼連接，連接鋁塊2內部開有兩個通孔，在連接鋁塊2的另一側鉚接一彈簧連接軸6，彈簧連接軸6的位置經過兩通孔的中心軸線，彈簧4在通孔內連接在彈簧連接軸6上。當機器人以履帶式移動方式移動時，在輪/履變換機構的作用下，彈性履帶通過彈簧4的伸展而自然地撐開，實現機器人由輪式移動方式向履帶式移動方式的轉換， 彈簧的伸縮範圍需滿足機器人輪/履移動方式的轉換要求。通孔內的彈簧4由連接鋁塊2 對其保護，連接鋁塊2之間的彈簧4由橡膠塊1對其保護。所有相鄰的兩連接鋁塊2內外兩側均安裝一副合頁7，兩合頁7的一端通過一中心軸動裝連接，另一端分別通過一支點動裝連接在連接鋁塊2內外兩側的上部，當機器人以履帶式移動方式移動時，在輪/履變換結構的作用下，支撐輪9推動彈性履帶自由伸展，合頁7在連接鋁塊2的帶動下將展開一定的角度，合頁展開角度的範圍需滿足機器人由輪式移動方式轉變為履帶式移動方式的要求。梯形鋁塊3焊接在連接鋁塊2的正下方，當支撐輪9推動彈性履帶自然地撐開時， 梯形鋁塊3連接在支撐輪8的外齒齒槽內，以防止機器人以履帶式移動方式移動時彈性履帶發生軸向躥動。連接鋁塊2的內外兩側均安裝一根履帶支承軸5，當機器人以輪式移動方式移動時，履帶支承軸5均勻地連接在主動輪8的外齒齒槽內，將主動輪8和彈性履帶連接起來，起到傳遞動力的作用；當機器人以履帶式移動方式移動時，由於彈性履帶同主動輪8 接觸點位置的拉伸程度不同，故履帶支承軸5不規則地連接在主動輪8的部分外齒齒槽內， 履帶支承軸5可以起到傳遞動力及防止彈性履帶打滑的作用。較優的，附圖5所示，如魚鱗式空心橡膠體10是由具有高耐磨性的彈性橡膠材料製成，外形為魚鱗狀，內部加工成空心形式，彈性履帶的其它結構及其工作原理與實施方式 1相同。魚鱗式空心橡膠體10在滿足彈性履帶抗疲勞強度的前提下節約了一定的成本，具有較高的經濟效益。如附圖6所示，魚鱗式彈簧鋼橡膠體11是在具有高耐磨性的彈性橡膠材料制的基礎上，在其內部附加了一層彈簧鋼，外形為魚鱗狀，彈性履帶的其它結構及其工作原理與實施方式1相同。此種結構方式極大地提高了彈性履帶的抗疲勞性能，具有較高的應用價值。
權利要求
1.魚鱗式分段彈性履帶，其特徵在於所述彈性履帶包括兩個以上的履帶單元，每個履帶單元包括橡膠體、連接鋁塊、合頁、梯形鋁塊、履帶支承軸、彈簧和彈簧連接軸；橡膠體固定連接在連接鋁塊的上方，梯形鋁塊焊接在連接鋁塊的正下方，連接鋁塊內部安裝有履帶支撐軸，連接鋁塊沿支撐輪直徑方向裡外兩側面各安裝一副合頁，連接鋁塊沿支撐輪圓周方向開有兩個通孔，彈簧在通孔內通過彈簧連接軸將相鄰的連接鋁塊連接，所有相鄰橡膠體的頂端均貼合在一起後表面形成一圓環狀，彈性履帶通過彈簧的伸展能自然地撐開。
2.根據權利要求1所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特徵在於橡膠體底部有一突起結構，連接鋁塊頂部有凹槽，橡膠體底部突起同連接鋁塊頂部凹槽粘貼連接。
3.根據權利要求1或2所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特徵在於橡膠體由彈性橡膠製成，外形為魚鱗狀，底部為矩形，同連接鋁塊的上端面粘貼連接；橡膠體的內、外兩端面均加工成圓弧狀，內端面的弧度大於外端面的弧度，內、外兩端面的弧度值取決於彈性履帶的長度和彈性履帶單元的數量，內、外兩圓弧端面之間的厚度自下而上越來越薄，直至相切於橡膠體的頂部。
4.根據權利要求1所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特徵在於彈簧連接軸鉚接在連接鋁塊上。
5.根據權利要求4所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特徵在於兩合頁的一端通過一中心軸動裝連接，另一端分別通過一支點動裝連接在連接鋁塊內外兩側的上部。
6.根據權利要求5所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特徵在於梯形鋁塊下端連接在支撐輪外齒齒槽內。
7.根據權利要求6所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特徵在於連接鋁塊的前後兩側均安裝一根履帶支承軸，履帶支承軸均連接在主動輪外齒齒槽內，並將主動輪和彈性履帶連接起來。
8.如權利要求7所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特徵在於橡膠體內部為空心或附加一層彈簧鋼結構。
全文摘要
本發明涉及一種魚鱗式分段彈性履帶，履帶由橡膠體、連接鋁塊、合頁、梯形鋁塊、履帶支承軸、彈簧和彈簧連接軸構成，橡膠體粘貼在連接鋁塊的上方，所有相鄰橡膠體的頂端均貼合在一起，使彈性履帶的表面形成一圓環狀；兩相鄰連接鋁塊內外兩側各安裝一副合頁，合頁將各段履帶體連接成一環形整體，連接鋁塊內部開有兩個通孔，彈簧在通孔內通過彈簧連接軸將其連接。當機器人以履帶式移動方式移動時，在輪/履變換機構的作用下，魚鱗式分段彈性履帶通過彈簧的彈性而自然地撐開或收縮，實現機器人輪式移動及履帶式移動方式的運動轉換，對輪/履變結構移動機器人的性能提高起到極大的技術支撐作用。
文檔編號B62D55/24GK102530118SQ20121001831
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者宗成國, 王冬曉, 白陽, 郭文增, 靳飛, 高學山 申請人:北京理工大學