專利名稱：魚鱗式分段彈性履帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分段彈性履帶，是用于輪/履變結(jié)構(gòu)移動機器人中的一種特殊分段彈性履帶，屬于移動機器人的機構(gòu)部件。
背景技術(shù)：
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復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(yōu)點結(jié)合在一起將是機器人機構(gòu)技術(shù)的創(chuàng)新，而用于輪式與履帶式運動機構(gòu)變換的關(guān)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(xù)性。當機器人以履帶式移動方式移動時，在輪/履變換機構(gòu)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制成，彈性履帶的內(nèi)外側(cè)都加工有齒，外側(cè)的齒與地面接觸防止彈性履帶打滑，內(nèi)側(cè)的齒與主動輪外齒嚙合傳遞動力。由于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(nèi)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(nèi)部有金屬環(huán)，履帶在拉伸和收縮時，其圓周長度是變化的，金屬環(huán)只能發(fā)生彈性變形，不能產(chǎn)生塑性變形，否則就被毀壞，這點在此專利文獻中并未說明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種魚鱗式分段彈性履帶，在輪/履變換機構(gòu)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(xiàn)機器人輪式移動及履帶式移動方式的運動轉(zhuǎn)換。本專利解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)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(gòu)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(huán)狀，兩相鄰連接鋁塊內(nèi)外兩側(cè)各安裝一副合頁，連接鋁塊內(nèi)部開有兩個通孔，彈簧在通孔內(nèi)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(fā)明的履帶主體采用橡膠體，由具有高耐磨性的彈性橡膠材料制成，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(nèi)、外兩端面均加工成圓弧狀，內(nèi)端面的弧度比外端面的弧度略大，內(nèi)、外兩端面的具體弧度值要根據(jù)彈性履帶的長度和彈性履帶單元的數(shù)量而定，內(nèi)、外兩圓弧端面之間的厚度自下而上越來越薄，直至相切于橡膠體的頂部。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(huán)狀；當機器人以履帶式方式移動時，在輪/履變換結(jié)構(gòu)的作用下，彈性履帶自然地撐開，由于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(wěn)。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(nèi)部開有兩個通孔，在連接鋁塊的另一側(cè)鉚接一彈簧連接軸，彈簧連接軸的位置經(jīng)過兩通孔的中心軸線， 彈簧在通孔內(nèi)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(gòu)的作用下，彈性履帶通過彈簧的伸展而自然地撐開，實現(xiàn)機器人移動方式的輪/履轉(zhuǎn)換， 彈簧的伸縮范圍需滿足機器人輪/履移動方式的轉(zhuǎn)換要求。通孔內(nèi)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(nèi)外兩側(cè)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(nèi)外兩側(cè)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(gòu)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，合頁展開角度的范圍需滿足機器人由輪式移動方式轉(zhuǎn)變?yōu)槁膸揭苿臃绞降囊?。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(gòu)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(nèi)，以防止機器人攀爬樓梯時彈性履帶發(fā)生軸向躥動。連接鋁塊的內(nèi)外兩側(cè)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(nèi)，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，由于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(guī)則的連接在主動輪的部分外齒齒槽內(nèi)，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(fā)明能實現(xiàn)輪/履變結(jié)構(gòu)移動機器人快速攀爬樓梯或攀越障礙物， 結(jié)構(gòu)精巧、運動可靠和便于制造；同時，本發(fā)明基于魚鱗鱗片的生物結(jié)構(gòu)機理，實現(xiàn)機器人的關(guān)鍵機構(gòu)部件的創(chuàng)新，達到使輪/履變結(jié)構(gòu)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(wěn)、更可靠。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)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(fā)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(fā)明的魚鱗式橡膠體為空心結(jié)構(gòu)時結(jié)構(gòu)原理圖。圖6是本發(fā)明的魚鱗式橡膠體內(nèi)部加彈簧鋼時結(jié)構(gòu)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(jié)合附圖1、附圖2、附圖3和附圖4所示，說明本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)構(gòu)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(gòu)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(huán)狀；兩相鄰連接鋁塊2內(nèi)外兩側(cè)各安裝一副合頁7，合頁7將各段履帶體連接成一環(huán)形整體，連接鋁塊2內(nèi)部開有兩個通孔，彈簧4在通孔內(nèi)通過彈簧連接軸6將其連接。橡膠體1是由橡膠材料制成，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(huán)狀；當機器人以履帶式移動方式移動時， 在輪/履變換機構(gòu)的作用下，通過彈簧4的伸展彈性履帶可自然地撐開，由于橡膠體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(wěn)。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(cè)，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(nèi)部開有兩個通孔，在連接鋁塊2的另一側(cè)鉚接一彈簧連接軸6，彈簧連接軸6的位置經(jīng)過兩通孔的中心軸線，彈簧4在通孔內(nèi)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(gòu)的作用下，彈性履帶通過彈簧4的伸展而自然地撐開，實現(xiàn)機器人由輪式移動方式向履帶式移動方式的轉(zhuǎn)換， 彈簧的伸縮范圍需滿足機器人輪/履移動方式的轉(zhuǎn)換要求。通孔內(nèi)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(nèi)外兩側(cè)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(nèi)外兩側(cè)的上部，當機器人以履帶式移動方式移動時，在輪/履變換結(jié)構(gòu)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，合頁展開角度的范圍需滿足機器人由輪式移動方式轉(zhuǎn)變?yōu)槁膸揭苿臃绞降囊?。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(nèi)，以防止機器人以履帶式移動方式移動時彈性履帶發(fā)生軸向躥動。連接鋁塊2的內(nèi)外兩側(cè)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(nèi)，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，由于彈性履帶同主動輪8 接觸點位置的拉伸程度不同，故履帶支承軸5不規(guī)則地連接在主動輪8的部分外齒齒槽內(nèi)， 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(yōu)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制成，外形為魚鱗狀，內(nèi)部加工成空心形式，彈性履帶的其它結(jié)構(gòu)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(jié)約了一定的成本，具有較高的經(jīng)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(chǔ)上，在其內(nèi)部附加了一層彈簧鋼，外形為魚鱗狀，彈性履帶的其它結(jié)構(gòu)及其工作原理與實施方式1相同。此種結(jié)構(gòu)方式極大地提高了彈性履帶的抗疲勞性能，具有較高的應(yīng)用價值。
權(quán)利要求
1.魚鱗式分段彈性履帶，其特征在于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(nèi)部安裝有履帶支撐軸，連接鋁塊沿支撐輪直徑方向里外兩側(cè)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(nèi)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后表面形成一圓環(huán)狀，彈性履帶通過彈簧的伸展能自然地撐開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特征在于橡膠體底部有一突起結(jié)構(gòu)，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(jù)權(quán)利要求1或2所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特征在于橡膠體由彈性橡膠制成，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(nèi)、外兩端面均加工成圓弧狀，內(nèi)端面的弧度大于外端面的弧度，內(nèi)、外兩端面的弧度值取決于彈性履帶的長度和彈性履帶單元的數(shù)量，內(nèi)、外兩圓弧端面之間的厚度自下而上越來越薄，直至相切于橡膠體的頂部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特征在于彈簧連接軸鉚接在連接鋁塊上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特征在于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(nèi)外兩側(cè)的上部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特征在于梯形鋁塊下端連接在支撐輪外齒齒槽內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特征在于連接鋁塊的前后兩側(cè)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(nèi)，并將主動輪和彈性履帶連接起來。
8.如權(quán)利要求7所述的魚鱗式分段彈性履帶，其特征在于橡膠體內(nèi)部為空心或附加一層彈簧鋼結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)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(gòu)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(huán)狀；兩相鄰連接鋁塊內(nèi)外兩側(cè)各安裝一副合頁，合頁將各段履帶體連接成一環(huán)形整體，連接鋁塊內(nèi)部開有兩個通孔，彈簧在通孔內(nèi)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(gòu)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(xiàn)機器人輪式移動及履帶式移動方式的運動轉(zhuǎn)換，對輪/履變結(jié)構(gòu)移動機器人的性能提高起到極大的技術(shù)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(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)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