CN100534849C - 一种关节履带式行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种关节履带式行走机构，涉及车辆和机器人技术领域。为了解决越障能力低等，提出如下技术方案：一种关节履带式行走机构，包括车体(8)，电路，其特征是：所述的关节履带式行走机构还包含：四个履带足(2)，摆臂，二条同步皮带(10)，二套驱动蜗轮蜗杆(16)，四套摆臂蜗轮蜗杆(17)，二根驱动传动轴(5)，四根摆臂传动轴(7)，二个驱动电机(15)，四个摆臂电机(9)，四个摆臂主动齿轮(6)，二个前同步皮带轮(12)，二个后同步皮带轮(11)，二根转动轴(13)。有益效果是：提供了一种与众不同式样、结构的行走机构；跨越障碍的能力强，能够依赖行走机构本身的机械结构特点，自主、灵活和迅速地爬越楼梯和台阶，不需要人工进行干预。

Description

一种关节履带式行走机构

技术领域

本发明涉及车辆和机器人技术领域，特别是涉及一种关节履带式行走机构。

背景技术

目前，国内外的科研机构和有关厂商，对车辆或机器人的行走机构，进行了大量的研究和试制开发，也取得了很多成绩和进展。但是，在现有的技术中，还有不少需要继续创新和改进完善的地方。

在现有技术中，普通双履带行走机构跨越障碍的能力不强，比如，无法越过垂直障碍等等。与普通双履带行走机构相比，普通关节履带行走机构则明显提高了跨越障碍的能力、具有了跨越垂直障碍物的能力。

但是，在现有技术中，普通双履带行走机构还存在着以下明显的不足：1.不能自主跨越障碍物，每次跨越前，需要进行人工干预、调整前后摆腿的姿态；2.在跨越的过程中，还需要多次人工干预、多次调整前后摆腿的姿态；3.在攀爬台阶或楼梯时，动作不够迅速和灵活；4.虽然有一定跨越垂直障碍物的能力，但其能力还非常有限，跨越障碍物的最大高度还不够高。

为了进一步说明，现有技术中普通双履带行走机构的不足，以下结合图21至图27，进行详细的描述。

在现有技术中，就跨越垂直障碍物而言，单摆臂的普通双履带行走机构和双摆臂的普通双履带行走机构，其跨越的工作原理、方式、过程和存在的优缺点，都是一样的、或类似的。因此，下面就以现有技术中单摆臂的普通双履带行走机构(以下简称现有机构)为例，进行说明。

图21为现有机构行进中的状态图，在图中，现有机构左部是摆臂、右部是同步履带和车体；图中的现有机构从右向左行走，左侧是垂直障碍物。现有机构行进到垂直障碍物面前，需要根据障碍物的高度，由人工干预控制调整摆臂的角度，如图22所示。调整好摆臂的角度，然后再继续前行、摆臂接触到障碍物，如图23所示。再次由人工干预调整摆臂的角度，如图24所示。图25，图26，为跨越障碍的过程，在这一过程中，仍需人工干预调节摆臂的摆角，以调整车体的姿态及重心位置。在重心越过障碍后，现有机构整体按逆时针方向转动；转动后，摆臂前端、同步履带，二者不在同一条直线上，此时，摆臂前端、同步履带，二者都与障碍物呈现线接触，所以还要人工干预调整摆臂角度，最后使摆臂和同步履带调整为一条直线、并与障碍物的朝上端面，形成面接触，如图27所示，然后才不需要人工干预，继续前行。

从以上的介绍中可以看出：1.现有机构在爬越垂直障碍物的过程中，一定要多次对摆臂的角度进行调整，所以爬越不够迅速、灵活；2.从目前公开的报道中所知，在现有技术中，普通双履带行走机构在爬越垂直障碍物时，调节摆臂的摆角都需要人工干预；如果将来能实现由电路控制、自动调节摆臂的摆角，那么，相关的控制电路会变得很复杂、难度也较大，成本会增加；3.在爬越垂直障碍物的过程中，无论垂直障碍物的高低如何，现有机构中装载重物的工作面，都无法保持水平状态；4.在爬越的某一阶段，比如图24所示的阶段，现有机构与地面、与障碍物的接触，是线接触；由于线接触的接触面积小、总的摩擦力也小，所以此时的驱动能力很差，在线接触处很容易产生打滑现象，也就是讲，就算存在某一普通双履带行走机构，其在水平道路上的载重能力很强，但在爬越垂直障碍物时，由于出现线接触产生打滑现象，所以它的载重能力也要大大的削弱。因此，总体来讲，普通双履带行走机构的负载能力还不够高。

除了上述情况外，在现有技术中，包括普通双履带行走机构在内的各种行走机构，还普遍存在的不足有：1.可供选择的技术方案还不够多，从式样、结构、原理多样性的角度来讲，还需要进一步的扩展；2.当车辆或机器人行走在纵向和横向都有倾斜坡度的地形时，容易发生倾覆等事故，也就是说，不能灵活的对车体水平度进行调节，或者即便能够调节前后方向的水平度，但对于行走机构左右方向的水平度，也难以调节；3.与地面接触面积的大小不能调节，或者讲无法与地面实现大面积接触，因此，无法做到：既能灵活的行走在硬质平坦的道路上、又能越过沼泽地等松软地面；4.往往对壕沟等复杂地形难以爬越。

需要指出的是：车辆或机器人在行走的过程中，如果车体承载负荷的工作面，不能保持良好的水平度，则装载物体或人员可能会发生位移、滚动、颠覆、摔落等事故；对于运载精密仪器仪表和尖端科学技术装置而言，若不能保持较高的水平度，就无从谈起。

发明内容

为了解决现有技术中的关节履带式行走机构或其它行走机构，其跨越垂直障碍物的能力还不够强、动作不够灵活和迅速、爬越楼梯和台阶需依赖人工干预、不能同时进行水平度调节、接触面积不能调节、载重能力不强，同时为了向社会提供一种新式样和结构的行走装置，本发明提出如下技术方案。

1.一种关节履带式行走机构，包括车体，电路；

所述的关节履带式行走机构还包含：四个履带足，摆臂，二条同步皮带，二套驱动蜗轮蜗杆，四套摆臂蜗轮蜗杆，二根驱动传动轴，四根摆臂传动轴，二个驱动电机，四个摆臂电机，四个摆臂主动齿轮，二个前同步皮带轮，二个后同步皮带轮，二根转动轴；

所述的履带足包括：履带足传动机构、履带足支架、履带足回转轴、履带足主动轮、履带足从动轮和行走履带；履带足回转轴、履带足主动轮、履带足从动轮分别和履带足支架转动联接；履带足回转轴通过履带足传动机构和履带足主动轮传动联接；行走履带挂套在履带足主动轮和履带足从动轮的外侧；

所述的摆臂包括：摆臂支撑板、摆臂从动齿轮、摆臂主动轮、摆臂从动轮和摆臂履带；在摆臂支撑板的一端，摆臂从动齿轮和摆臂支撑板固定联接、摆臂主动轮和摆臂支撑板转动联接，在另一端，摆臂从动轮和摆臂支撑板转动联接；摆臂履带挂套在摆臂主动轮和摆臂从动轮的外侧；所述的摆臂为四个：二个前摆臂、二个后摆臂；

驱动电机与车体固定联接，驱动电机的输出轴通过驱动蜗轮蜗杆和驱动传动轴传动联接，所述的传动联接是：蜗杆与驱动电机输出轴键联接，蜗杆还与车体转动联接，蜗轮与驱动传动轴固定联接；驱动传动轴与车体转动联接，驱动传动轴还分别与后摆臂的摆臂主动轮键联接、与后同步皮带轮键联接；后摆臂的摆臂主动轮通过摆臂履带和摆臂从动轮传动联接，摆臂从动轮与履带足回转轴键联接；

后同步皮带轮和前同步皮带轮通过同步皮带传动联接；前同步皮带轮、前摆臂的摆臂主动轮分别和同一根转动轴键联接，转动轴还和车体转动联接；前摆臂的摆臂主动轮通过摆臂履带和摆臂从动轮传动联接，摆臂从动轮与履带足回转轴键联接；

摆臂电机固定联接在车体上，摆臂电机的输出轴通过摆臂蜗轮蜗杆和摆臂传动轴传动联接，即蜗杆与摆臂电机输出轴键联接，蜗杆还与车体转动联接，蜗轮与摆臂传动轴固定联接；摆臂传动轴与车体转动联接，摆臂传动轴还通过齿轮与摆臂支撑板传动连接，所述的齿轮是一对啮合的摆臂主动齿轮和摆臂从动齿轮，摆臂主动齿轮和摆臂传动轴固定联接，摆臂从动齿轮和摆臂支撑板固定联接；

所述前摆臂，后摆臂，同步皮带，履带足，在关节履带式行走机构中按纵轴方向左右对称设置。

2.所述的履带足传动机构是一组齿轮；所述的一组齿轮，齿轮数量为二个以上，第一齿轮和履带足回转轴固定联接、并与后续齿轮啮合，最后齿轮和履带足主动轮固定联接、并与前置齿轮啮合。

3.所述的一组齿轮，由三个前后啮合的齿轮构成，第一齿轮和履带足回转轴固定联接，第二齿轮和履带足支架转动联接；最后齿轮和履带足主动轮固定联接。

4.所述的履带足回转轴，其轴心位于履带足主动轮和履带足从动轮轴心连线的下侧，构成以履带足回转轴的轴心为顶点的倒立三角形。

5.所述的履带足，还包括有履带足传感器；每个履带足有履带足传感器，分别固定联接在履带足支架上；每个履带足传感器，通过单独线路与控制电路相连。

6.所述的电路，包含有水平度传感器，水平度传感器与车体固定联接。

7.所述的摆臂，在摆臂主动轮(20)和摆臂从动轮(21)之间，还有支撑圆轮，所述的支撑圆轮与摆臂支撑板(19)转动联接；或者，所述的摆臂，在摆臂主动轮(20)和摆臂从动轮(21)之间，还有支撑圆弧块(31)，所述的支撑圆弧块(31)与摆臂支撑板(19)固定联接，支撑圆弧块(31)朝下的一面为圆弧形。

8.所述的驱动电机，每一个通过单独线路与电路相连；所述的摆臂电机，每一个通过单独线路与电路相连。

本发明的有益效果是：向社会提供一种与众不同式样、结构的行走机构；跨越障碍的能力强，当垂直障碍物的高度为履带轮直径高度的数倍时，也能攀越；能够依赖行走机构本身的机械结构特点，自主、灵活和迅速地爬越楼梯和台阶，不需要人工进行干预；能在较大的范围内，同时对车体的纵向和横向水平度进行控制和调节；行走在纵向和横向都有倾斜坡度的地形时，可避免倾覆等事故的发生；与地面的接触面积不仅可以调节而且可以调节的很大，也就是讲：行走机构与地面之间，既可展开为大面积接触、以安全越过沼泽地等松软土地，又能收拢为小面积接触、达到快速行走在平坦硬质路面、灵活调转运动方向和拐弯；还可以爬越各种复杂和难以越过的壕沟；承载能力大。本发明技术效果明显，具有明显的预料不到的技术效果。

附图说明

图1是本发明关节履带式行走机构的主视图

图2是图1的右视图

图3是图1的俯视图

图4是本发明的立体示意图

图5是驱动系统的分解示意图

图6是摆臂结构的示意图

图7是实施例一、实施例二中的履带足示意图

图8是装有支撑圆弧块的摆臂示意图

图9是实施例二中的示意图之一

图10是实施例二中的示意图之二

图11是实施例二中的示意图之三

图12是实施例二中的示意图之四

图13是实施例三中的示意图之一

图14是实施例三中的示意图之二

图15是实施例三中的示意图之三

图16是实施例三中的示意图之四

图17是实施例三中的示意图之五

图18是实施例一中的履带足立体示意图

图19是履带足回转轴位置示意图。

图20是实施例五中的带接触传感器履带足的示意图。

图21是背景技术中的示意图之一

图22是背景技术中的示意图之二

图23是背景技术中的示意图之三

图24是背景技术中的示意图之四

图25是背景技术中的示意图之五

图26是背景技术中的示意图之六

图27是背景技术中的示意图之七

标号说明

1---履带足回转轴        2---履带足

3---后摆臂              4---摆臂履带

5---驱动传动轴          6---摆臂主动齿轮

7---摆臂传动轴          8---车体

9---摆臂电机            10---同步皮带

11---后同步皮带轮       12---前同步皮带轮

13---转动轴             14---前摆臂

15---驱动电机           16---驱动蜗轮蜗杆

17---摆臂蜗轮蜗杆       18---摆臂从动齿轮

19---摆臂支撑板         20---摆臂主动轮

21---摆臂从动轮         22---履带足支架

23---行走履带           24---履带足主动轮

25---履带足从动轮       26---第一齿轮

27---最后齿轮           28---第二齿轮

29---履带足传感器        30---端盖

31---支撑圆弧块          32---第一轴承

33---第二轴承

标号X、Y、Z，在下面《具体实施方式》的起始部分作了说明和规定。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的关节履带式行走机构，可应用于车辆、机器人或其他运载装置。

下面，先结合图1、图2、图3、图4、图5、图6进行描述。

图1是本发明关节履带式行走机构的主视图、图2是图1的右视图、图3是图1的俯视图，图4是本发明的立体示意图，图5是驱动系统的分解示意图，图6是摆臂结构的示意图。

为了便于描述和理解，首先利用图4中的X、Y、Z坐标对空间方向等作出规定。依照图4中的X、Y、Z三维坐标：X的箭头方向为前、反之为后，X轴也称为纵轴；Y的箭头方向为左、反之为右，Y轴也称为横轴；Z的箭头方向为上、反之为下。

本专利文件中所称的电路，包括电源电路和控制电路。为了实施本发明，需要了解和掌握一定的电路知识，这些知识属于成熟的现有技术的范围，因此，不再赘述。

在本发明中，驱动蜗轮蜗杆16和摆臂蜗轮蜗杆17，二者的名称不同，是为了便于区分和叙述而进行命名的。

摆臂有四个，二个前摆臂14和二个后摆臂3；仅仅就摆臂作为一个部件而言，前摆臂14和后摆臂3可以制成基本是一样的，其自身的结构也可以是相同的，但它们在机构中的位置不同，所以需要对它们命名以不同的名字。

在本发明文件中，车体8一词不仅仅是指：下面联接运动部件、上面承载负荷的机械结构主体，而且还包括了安装电子元器件、机械零部件的安装板块，另外，还可以包括隔离板、栏板、支架、承重结构和加强结构等等。

本发明行走机构，在工作时，主要有二类动作，分别是摆臂动作和驱动动作。

在本发明中，四个摆臂分别设置在车体8的四个角端附近，每个摆臂的上端与车体8相连、下端与履带足2相连。摆动摆臂，可以看成是车体8不动、摆臂和履带足2上下移动，也可以看成是履带足2不动、车体8上下移动。摆臂摆动的动力来源于：摆臂电机9接通电源转动、再通过传动机构等，最后带动摆臂摆动。

在本发明中，特别需要指出的是：不仅履带足2上的行走履带23，能够驱动车体8行走，还有同步皮带10、摆臂履带4，也可以根据需要，共同参加驱动车体8的行走。驱动的动力来源于：驱动电机15接通电源后转动，再通过传动机构等，带动同步皮带10、摆臂履带4和行走履带23运转，从而驱动车体8行走。

本发明行走机构中的履带足2包括：履带足传动机构、履带足支架22、履带足回转轴1、履带足主动轮24、履带足从动轮25和行走履带23；履带足回转轴1、履带足主动轮24、履带足从动轮25分别和履带足支架22转动联接；履带足回转轴1通过履带足传动机构和履带足主动轮24传动联接；行走履带23挂套在履带足主动轮24和履带足从动轮25的外侧。

从以上描述的履带足2结构，经过分析可以知道，当外力带动履带足回转轴1转动后，就会发生如下先后顺序的转动：履带足回转轴1、履带足传动机构、履带足主动轮24、行走履带23、履带足从动轮25，该5个部件依次转动起来。

因此，可以作出关于履带足2的结论：一旦履带足回转轴1发生转动，则行走履带23就必然转动、行走，从而使车体8运动。

为了更清楚地介绍本发明的行走机构，特别是行走机构的工作原理、前后动作顺序和特点，下面分别对摆臂动作和驱动动作，再作进一步的详细描述。

第一类：摆臂动作。

摆臂动作的过程是：在控制电路的命令下，电源接通摆臂电机9，摆臂电机9随即按某一方向转动，摆臂电机9的输出轴通过摆臂蜗轮蜗杆17的传动，带动摆臂传动轴7、摆臂主动齿轮6、摆臂从动齿轮18三者一起转动；由于摆臂从动齿轮18是与摆臂支撑板19固定联接的，所以，摆臂支撑板19就带动整个摆臂、履带足回转轴1、履带足2一同进行朝上或者朝下的运动。如果要改变动作的方向，只要控制电路向摆臂电机9发出相反的信号即可，比如，对于直流电机而言，只要将输送的直流电的正负极性颠倒一下，摆臂电机9就会反方向转动，从而会使摆臂连同履带足2进行反方向的摆动动作。

根据以上的介绍可以得知：1.摆动动作是围绕着一个圆心来进行的，该圆心就是摆臂传动轴7的轴心；2.在观察摆臂动作时，可以看成是车体8不动、摆臂和履带足2上下移动，也可以看成是履带足2不动、车体8上下移动。

以上是介绍第一类动作，即介绍了摆臂动作。以下介绍第二类动作，即介绍驱动动作。

第二类：驱动动作。

驱动动作的过程是：在控制电路的命令下，电源接通驱动电机15，驱动电机15随即按某一方向转动。由于驱动电机15的输出轴和蜗杆键联接、蜗轮与驱动传动轴5固定联接，驱动传动轴5还分别与后摆臂的摆臂主动轮20键联接、与后同步皮带轮11键联接，所以驱动电机15输出轴的转动，带动后摆臂的摆臂主动轮20和后同步皮带轮11一起转动。然后再由转动的后摆臂的摆臂主动轮20和后同步皮带轮11，分成以下二路，带动后续部件转动：

第一路，由于后摆臂的摆臂主动轮20通过摆臂履带4和摆臂的从动轮21传动联接、履带足回转轴1与摆臂从动轮21键联接，所以当后摆臂的摆臂主动轮20发生转动时，摆臂履带4、摆臂从动轮21、履带足回转轴1也都发生转动。关于履带足2，上面已经有结论：即一旦履带足回转轴1发生转动，则行走履带23就必然转动、行走，从而使车体8运动。

第二路，由于后同步皮带轮11还和前同步皮带轮12通过同步皮带10传动联接，并且前同步皮带轮12、前摆臂的摆臂主动轮20还分别和同一根转动轴13键联接，所以当后同步皮带轮11转动时，同步皮带10、前同步皮带轮12和前摆臂的摆臂主动轮20也发生转动。前摆臂的摆臂主动轮20通过摆臂履带4和摆臂的从动轮21传动联接，履带足回转轴1又和摆臂从动轮21键联接，所以在前摆臂的摆臂主动轮20发生转动时，摆臂从动轮21、履带足回转轴1也都发生转动；上面已经有过结论：一旦履带足回转轴1发生转动，则行走履带23就必然转动、行走，从而使车体8运动。

根据以上的描述，再结合图1、图2、图3、图4、图5、图6，可以分析出，当驱动电机15按某一方向转动后，最终不仅会带动履带足2行走，而且会同时带动同步皮带10、摆臂履带4一起转动。

还有，当摆臂全部伸展开来时，在平面地形上，同步皮带10、摆臂履带4、履带足2三者可以同时着地，转动的三者共同对车体8作驱动作用，并且三者对车体8的驱动方向也是一致的。

如果要使车体8作反方向的运动，控制电路只要向驱动电机15发出性质相反的信号或电能，比如，对于直流电机而言，只要将输送的直流电的正负极性颠倒一下，驱动电机就会反方向转动，从而会使履带足2、同步皮带10和摆臂履带4三者对车体8作反方向的驱动。

上面详细的介绍和描述了摆臂动作和驱动动作。

以下，再分别对需要进行说明的技术方案或技术问题，进行如下描述。

1.在履带足传动机构是一组齿轮的技术方案中，所述的一组齿轮，齿轮数量为二个以上，第一齿轮26和履带足回转轴1固定联接、并与后续齿轮啮合，最后齿轮27和履带足主动轮24固定联接，并与前置齿轮啮合。本备选技术方案，需要注意的是，齿轮数量为单数或双数时，二者转动方向不同的问题，应在设计中予以考虑，例如，可以将履带足主动轮24和履带足从动轮25位置对换一下就能解决，以保证履带足2、同步皮带10和摆臂履带4三者对车体8的驱动方向一致。

2.在履带足传动机构使用由三个前后啮合齿轮构成一组齿轮的技术方案中，第一齿轮26和履带足回转轴1固定联接，第二齿轮28和履带足支架22转动联接；最后齿轮27和履带足主动轮24固定联接。本备选技术方案的好处是，使用齿轮传动可以做到传动力大、位置准确不打滑、体积小，并且空间位置安排方便。

3.技术方案：履带足回转轴1轴心位于履带足主动轮24和履带足从动轮25轴心连线的下侧，构成以履带足回转轴1的轴心为顶点的倒立三角形。

也就是讲：其结构的特点是：履带足回转轴1的轴线位置，低于履带足主动轮24及履带足从动轮25的连线，如图19所示。

在图19中，左边一个圆的圆心，是履带足主动轮24的轴心；右边一个圆的圆心，是履带足从动轮25的轴心；中下部位一个圆的圆心，是履带足回转轴1的轴心。

驱动电机15输出的动力经一系列传动机构等传递到回转轴，并带动履带足2行走。由于回转轴线低置，当遇到障碍时，就会产生一个向上的倾覆力矩攀越障碍；如果是斜坡形障碍物，向上的倾覆力矩可使履带足底部沿着障碍物的斜坡表面向上转动，如果是垂直形障碍物，向上的倾覆力矩可使履带足2底部沿着垂直的障碍壁向上转动一定的角度、甚至转动90°角度、并沿垂直的障碍壁向上攀爬。这就是本行走机构能够自主爬越障碍物的原理。实施例中还有进一步的描述。

4.技术方案：每个履带足2上还包括有履带足传感器29；履带足传感器29，分别固定联接在履带足支架22上；每个履带足传感器29，通过单独线路与控制电路相连。履带足传感器29的种类可以根据本发明行走机构运用的具体领域和场合而设定，比如，经常使用在上下楼梯、上下山路、跨越障碍物的，可以使用接触传感器，以探测履带足2下的情况，如履带足2是着地还是悬空，据此控制电路决定，摆臂和履带足2是否需要提起或降低。

每个履带足2上有履带足传感器29、每个履带足传感器29通过单独线路与控制电路相连，如此设置的目的在于：控制电路可以知道每个履带足2下面的路况，以便控制电路根据不同情况，对每一个履带足2单独作出不同的处理。

6.本技术方案：电路中包含有水平度传感器，水平度传感器与车体8固定联接。装了水平度传感器，可以随时随地动态检测车体8载重面的水平度情况，并向控制电路输送这些信息，控制电路得到信息后，可以随时命令摆臂动作，调整行走机构的水平度。

在一个行走机构中，最好同时设置纵向和横向的水平度传感器；当然，只设置纵向的、或者只设置横向的水平度传感器也是可以的，不过如此一来，行走机构只能检测调整纵向的、或者横向的水平度了。

7.技术方案：摆臂中除了有摆臂支撑板19等以外，还有支撑圆轮或支撑圆弧块31；所述的支撑圆轮与摆臂支撑板19转动联接；所述的支撑圆弧块31与摆臂支撑板19固定联接，支撑圆弧块31朝下的一面为圆弧形。

由于摆臂主动轮20和摆臂从动轮21二者之间相距较远、以及其它原因等等，摆臂履带4的中间部分容易凹陷、而且凹陷处的摩擦力将大为减小，造成驱动力也大为减少。如果增加了支撑圆轮或支撑圆弧块31，就可避免凹陷，相应的也会增加驱动力。还有，使用支撑圆轮，其效果比使用支撑圆弧块31更好。

图8是装有支撑圆弧块31的摆臂示意图。

8.技术方案：每一个驱动电机15通过单独线路与电路相连；每一个摆臂电机9，通过单独线路与电路相连。

每个驱动电机15使用单独线路与控制电路相连，其技术方案的目的，是使行走机构的每一侧，可以独立做驱动动作。比如，在同一时刻，对某一侧而言，可以向前走、可以向后走、还可以原地不动，另外还有：可以是快走、可以是慢走。由此一来，进行不同的动作组合，就能对本发明的行走机构产生出各种整体性的动作效果，如行走机构整体表现为：向前快走、向前慢走、向后快走、向后慢走、大圆弧拐弯(左右侧行走速度不同、但差别不大)、小圆弧拐弯(左右侧行走速度差别大)、原地调头(一侧行走、另一侧的不动或者反方向行走)、原地反向运动(二只驱动电机15同时反方向旋转)。

每一个摆臂电机9，通过单独线路与电路相连，其目的是，在同一时刻，四个摆臂可以独立的进行摆动，进而任意地对纵向的、横向的水平度进行调整，也就是讲，实施本技术方案的行走机构，可以行走在纵向和横向都有坡度的地形上，并能时时进行水平度调节，使得行走机构的载重面，无论纵向的还是横向的，都能保持良好的水平度。

比如，可以命令各摆臂电机9在同一时刻，分别处于正转、反转、停转，甚至还可以是快转和慢转，相应的，各摆臂及其履带足2也可以分别进行提升、下降、不动，包括每一个摆臂动作可以实现不同的快慢节奏。如此，本发明的行走机构，当行走在任何高低不平的地形之上，即使是四个履带足2都处于不同的高度，也能迅速灵活的进行调整，达到车体承载负荷的工作面不论是纵向还是横向，始终保持良好的水平度，也就是讲：本发明的关节履带式行走机构，具有自主调节水平度的能力，更进一步的，这种调节能力不仅在行走机构处于静态的时候能够实现，而且在动态的时候照样能够实现。当然，如果欲使车体承载负荷的工作面与水平面始终保持某一固定的角度，也是容易实现的，其方法之一是在电路中实现，即对输入信号的数值始终加上或减去某一固定数值；其方法之二是将水平度传感器，安装或调节在斜面上。

从上述的介绍和下面还要进行的实施例描述中，可以看出，本发明的关节履带式行走机构还具有一个特点，即在本发明中组合了若干个技术方案，形成了一种与众不同式样、结构的行走机构。并且，组合后的行走机构的各技术特征在功能上彼此支持，取得了新的技术效果，或者讲，组合后的技术效果比每个技术特征效果的总和更优越。

实施例一

结合图7，图18和图19进行说明。图7是履带足示意图，图18履带足立体示意图、图19是履带足回转轴位置示意图。

先对图中的标号进行说明。1是履带足回转轴，22是履带足支架，23是行走履带，24是履带足主动轮，25是履带足从动轮，26是第一齿轮(虚线所示)，27是最后齿轮(虚线所示)，28是第二齿轮(虚线所示)。

在本实施例中，履带足传动机构，是由三个前后啮合的齿轮构成(见图7中的三个虚线圆所示)，第一齿轮26和履带足回转轴1固定联接，第二齿轮28和履带足支架22转动联接；最后齿轮27和履带足主动轮24固定联接、并与履带足支架22转动联接。当外力带动履带足回转轴1转动后，就会发生如下先后顺序的转动：履带足回转轴1、第一齿轮26、第二齿轮28、最后齿轮27、履带足主动轮24、行走履带23、履带足从动轮25。

从以上的描述中可以得知，一旦履带足回转轴1发生转动，则行走履带23就必然转动、行走，从而使车体8运动。

图18是履带足2的立体示意图。

图19是履带足主动轮24的轴心、履带足从动轮25的轴心和履带足回转轴1的轴心三者相互位置关系示意图。在图19中，左边一个圆的圆心，是履带足主动轮24的轴心；右边一个圆的圆心，是履带足从动轮25的轴心；中下部位一个圆的圆心，是履带足回转轴1的轴心。当有一对作用力，一个沿着水平方向由左向右对着履带足主动轮24的轴心施力，另一个沿着水平方向由右向左对着履带足回转轴1的轴心施力，由于二个作用力有高低、不在同一水平位置上，所以在履带足2的左端必然会出现一个向上的倾覆力矩。

因此，当图18所示的履带足2，在行走中碰到垂直障碍物时，履带足回转轴1受到与行走方向一致的作用力、履带足主动轮24外侧的行走履带23受到垂直障碍壁的反作用力，从而使得履带足2的左端出现向上的倾覆力矩，也就是讲，履带足2会产生顺时针方向的转动。

以上从结构上说明，采用低置履带足回转轴1技术方案的履带足2，碰到垂直障碍物时，会出现向上的倾覆力矩，使得履带足2向上转动、并攀爬上直壁。

前面叙述的向上倾覆力矩，对于斜面障碍而言，它可以轻松引导本发明的行走机构攀爬；对于垂直障碍而言，它可以引导本发明的行走机构沿障碍物的垂直壁向上攀爬。而且，上述二种攀爬都可以不需要人工干预或电路控制，完全是由本发明特有的机械结构所产生。

实施例二

结合图4，图7、图9、图10、图11和图12进行说明。

先对图中的标号进行说明。1是履带足回转轴，22是履带足支架，23是行走履带，24是履带足主动轮，25是履带足从动轮，26是第一齿轮，27是最后齿轮，28是第二齿轮。

从前面的介绍和描述中可以知道，本发明技术方案之一是履带足回转轴1的轴线位置低置，当遇到障碍时，就会产生一个向上的倾覆力矩，使履带足2向上转动一定角度、甚至向上转动90°角度以攀越障碍。以下再进一步描述使用此技术方案和其它技术方案的行走机构是如何工作的。

图4所示的本发明行走机构，在运动过程中，履带足2前端碰到垂直障碍的壁面，如图9所示；此时，覆盖在履带足主动轮24和履带足从动轮25外侧的行走履带23，作近似椭圆形的逆顺时针转动，行走履带23还对垂直壁面有一个压力；在垂直壁面对行走履带23的摩擦力、反作用力和后面履带足的推力作用下，履带足2的前端上翘、转动，直至履带足转过90°角度，并附贴着垂直壁面上攀，如图10所示；前面履带足越上障碍物朝上端面后，到了障碍物的表面，履带足2转回角度、恢复水平状态，继续前行；在障碍物很高的情况下，后来越上障碍的前摆臂履带、同步皮带10，也一同参与驱动，如图11所示。最后全部行走机构攀爬上障碍物，如图12所示。完成一个攀爬任务后，本发明行走机构可以收拢摆臂继续向前行走。

特别需要指出的是，以上描述的前面履带足越上障碍物后，即图11所示时刻的前后，不论是由履带足2单独向左爬行、还是后来摆臂履带4、同步皮带10共同参与爬行，行走机构与障碍物朝上端面之间，一直都是面接触、从不出现线接触的情况，所以产生的牵引力很大，也就是讲，在此时本发明行走机构依然有很大的载重能力。

在上攀的过程中，如果障碍物不是非常高的话，摆臂和同步带就不需要参加驱动，此种情况在实施例四中有详细介绍。

实施例三

结合图13、图14、图15、图16进行说明。

本实施例介绍的是，本发明行走机构可以跨越的几种障碍情况。

图13是跨越壕沟，该壕沟前面是垂直壁、后面是斜坡。本发明行走机构不仅可以爬越、并能在爬越的过程中，始终保持良好的水平度。

图14也是跨越壕沟，但该壕沟前后都是斜坡。本发明行走机构不仅可以爬越、并能在爬越的过程中，始终保持良好的水平度。在爬越过程中，前履带足、同步履带、后履带足共同参与驱动。

图15是行驶在沼泽泥地、或者行驶在松软地面时的情况，此时不仅履带足2与地面接触，摆臂和同步带也和地面接触，而且履带足、摆臂和同步带三者全部参加驱动，由于本发明的行走机构与地面的接触面积大、摩擦面积大、有效驱动力大，因此，不但解决了一般行走机构在此时容易下陷的问题，并解决了一般行走机构无法通过的难题。

图16是走下斜坡的情况，本发明行走机构可以在行走时，始终保持良好的水平度。

实施例四

图17是爬台阶或楼梯的情况。在攀爬的过程中，先是左面的前面履带足的前端碰到垂直障碍的壁面；此时，行走履带23作近似椭圆形的逆顺时针转动，行走履带23还对垂直壁面有一压力；在垂直壁面对行走履带23的摩擦力、反作用力和后面履带足的推力作用下，履带足2的前端上翘、转动，并沿着垂直壁面上攀，到了障碍物的表面，履带足2转回角度、恢复水平状态，然后继续向前运动一段；接着，后面履带足的前端也碰到了垂直障碍的壁面，则后面履带足重复前面履带足2上爬的过程，此时，虽然没有了后推力，但是已经爬上了障碍表面的前面履带足，可以产生较大的牵引力，使得后面履带足也爬上来。产生较大牵引力的原因在于：前面二个履带足与障碍的表面是面接触、不是线接触，因此接触面积大、摩擦力大，所产生的牵引力也大。

从上面的描述中也可以看出，本发明的行走机构，不仅能越过高于履带轮直径的垂直障碍，而且动作迅速和灵活，不需要进行人工干预。

对于高度相当于履带轮直径、或更大尺寸的垂直障碍，如果不考虑保持车体8的水平度的问题，本发明的行走机构，既不需要人工干预、也不需要电路的特别控制、甚至还可以不调节摆臂的角度，本发明的行走机构就能径直跨越障碍。

当然，在上攀的过程中，可以保持车体8的良好水平度。在攀爬过程中，水平度传感器将车体8水平度的变化信息检测出来、并不断的送给控制电路，控制电路再不断的命令摆臂动作，在行走机构向前方高处攀爬的同时，既能不断调整履带足2的高度，又可以保持车体8的水平姿态，从而求得动态的平衡。

实施例五

结合图20，进行说明。

图20中描绘的是带接触传感器的履带足。图20是示意性质的，实际的接触传感器形状、位置等不受图20中的具体描绘所限。

采用带有接触传感器的履带足技术方案，当履带足2悬空时，在弹簧的作用下，传感器的接触臂比行走履带23的朝下一面稍稍突出。当履带足2与地面接触时，传感器的接触臂被压回到与行走履带23的朝下面平齐，从而能使接触传感器获取变化了的信号、并把变化了信号向控制电路输送。

采用本技术方案的好处是：当行走机构在下楼梯或下台阶的时候，前面履带足2是否着地，其相关信息可以时刻向电路输送，电路可以提前作出预防性的控制措施，这样对提高行走机构的运行速度、平稳性都有好处。

Claims (8)

1.一种关节履带式行走机构，包括车体(8)，电路，其特征是：

所述的关节履带式行走机构还包含：四个履带足(2)，摆臂，二条同步皮带(10)，二套驱动蜗轮蜗杆(16)，四套摆臂蜗轮蜗杆(17)，二根驱动传动轴(5)，四根摆臂传动轴(7)，二个驱动电机(15)，四个摆臂电机(9)，四个摆臂主动齿轮(6)，二个前同步皮带轮(12)，二个后同步皮带轮(11)，二根转动轴(13)；

所述的履带足(2)包括：履带足传动机构、履带足支架(22)、履带足回转轴(1)、履带足主动轮(24)、履带足从动轮(25)和行走履带(23)；履带足回转轴(1)、履带足主动轮(24)、履带足从动轮(25)分别和履带足支架(22)转动联接；履带足回转轴(1)通过履带足传动机构和履带足主动轮(24)传动联接；行走履带(23)挂套在履带足主动轮(24)和履带足从动轮(25)的外侧；

所述的摆臂包括：摆臂支撑板(19)、摆臂从动齿轮(18)、摆臂主动轮(20)、摆臂从动轮(21)和摆臂履带(4)；在摆臂支撑板(19)的一端，摆臂从动齿轮(18)和摆臂支撑板(19)固定联接、摆臂主动轮(20)和摆臂支撑板(19)转动联接，在另一端，摆臂从动轮(21)和摆臂支撑板(19)转动联接；摆臂履带(4)挂套在摆臂主动轮(20)和摆臂从动轮(21)的外侧；所述的摆臂为四个：二个前摆臂(14)、二个后摆臂(3)；

驱动电机(15)与车体(8)固定联接，驱动电机(15)的输出轴通过驱动蜗轮蜗杆(16)和驱动传动轴(5)传动联接，所述的传动联接是：蜗杆与驱动电机(15)输出轴键联接，蜗杆还与车体(8)转动联接，蜗轮与驱动传动轴(5)固定联接；驱动传动轴(5)与车体(8)转动联接，驱动传动轴(5)还分别与后摆臂的摆臂主动轮(20)键联接、与后同步皮带轮(11)键联接；后摆臂的摆臂主动轮(20)通过摆臂履带(4)和摆臂从动轮(21)传动联接，摆臂从动轮(21)与履带足回转轴(1)键联接；

后同步皮带轮(11)和前同步皮带轮(12)通过同步皮带(10)传动联接；前同步皮带轮(12)、前摆臂的摆臂主动轮(20)分别和同一根转动轴(13)键联接，转动轴(13)还和车体(8)转动联接；前摆臂的摆臂主动轮(20)通过摆臂履带(4)和摆臂从动轮(21)传动联接，摆臂从动轮(21)与履带足回转轴(1)键联接；

摆臂电机(9)固定联接在车体(8)上，摆臂电机(9)的输出轴通过摆臂蜗轮蜗杆(17)和摆臂传动轴(7)传动联接，即蜗杆与摆臂电机(9)输出轴键联接，蜗杆还与车体(8)转动联接，蜗轮与摆臂传动轴(7)固定联接；摆臂传动轴(7)与车体(8)转动联接，摆臂传动轴(7)还通过齿轮与摆臂支撑板(19)传动连接，所述的齿轮是一对啮合的摆臂主动齿轮(6)和摆臂从动齿轮(18)，摆臂主动齿轮(6)和摆臂传动轴(7)固定联接，摆臂从动齿轮(18)和摆臂支撑板(19)固定联接；

所述前摆臂(14)，后摆臂(3)，同步皮带(10)，履带足(2)，在关节履带式行走机构中按纵轴方向左右对称设置。

2.根据权利要求1所述的一种关节履带式行走机构，其特征是：所述的履带足传动机构是一组齿轮；所述的一组齿轮，齿轮数量为二个以上，第一齿轮(26)和履带足回转轴(1)固定联接、并与后续齿轮啮合，最后齿轮(27)和履带足主动轮(24)固定联接、并与前置齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的一种关节履带式行走机构，其特征是：所述的一组齿轮，由三个前后啮合的齿轮构成，第一齿轮(26)和履带足回转轴(1)固定联接，第二齿轮(28)和履带足支架(22)转动联接；最后齿轮(27)和履带足主动轮(24)固定联接。

4.根据权利要求1所述的一种关节履带式行走机构，其特征是：所述的履带足回转轴(1)，其轴心位于履带足主动轮(24)和履带足从动轮(25)轴心连线的下侧，构成以履带足回转轴(1)的轴心为顶点的倒立三角形。

5.根据权利要求1所述的一种关节履带式行走机构，其特征是：所述的履带足(2)，还包括有履带足传感器(29)；每个履带足(2)有履带足传感器(29)，分别固定联接在履带足支架(22)上；每个履带足传感器(29)，通过单独线路与控制电路相连。

6.根据权利要求1所述的一种关节履带式行走机构，其特征是：所述的电路，包含有水平度传感器，水平度传感器与车体(8)固定联接。

7.根据权利要求1所述的一种关节履带式行走机构，其特征是：所述的摆臂，在摆臂主动轮(20)和摆臂从动轮(21)之间，还有支撑圆轮，所述的支撑圆轮与摆臂支撑板(19)转动联接；或者，所述的摆臂，在摆臂主动轮(20)和摆臂从动轮(21)之间，还有支撑圆弧块(31)，所述的支撑圆弧块(31)与摆臂支撑板(19)固定联接，支撑圆弧块(31)朝下的一面为圆弧形。

8.根据权利要求1所述的一种关节履带式行走机构，其特征是：所述的驱动电机(15)，每一个通过单独线路与电路相连；所述的摆臂电机(9)，每一个通过单独线路与电路相连。

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