CN104354774B - 一种可变形履带式移动系统 - Google Patents

Abstract

一种可变形履带式移动系统，它涉及一种移动系统，以解决现有履带移动系统不能同时满足环境条件对其提出的受力良好、减少电子元器件的使用、缓冲吸震和完全密封的要求的问题，它包括履带和车架，它还包括四套履带传动机构；变形机构包括第二电机、第二减速器、第一芯轴、第一从动轮、双排齿链轮、第一链轮、第二链轮，第一链条、第二链条、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第一连杆、第一螺杆、第二连杆、第二螺杆、弹簧、第二芯轴、第二从动轮、第一连接杆、第一滑动杆、第二连接杆、第二滑动杆、第三连接杆、第三滑动杆、第一连接架、第二连接架、第三连接架、第四连接架、第五连接架和第六连接架。本发明用于移动机器人。

Description

一种可变形履带式移动系统

技术领域

本发明涉及一种移动系统，具体涉及一种通过三角形构件的三边长度变化来实现变形的履带系移动系统。

背景技术

移动机器人由于作业范围不受地形条件限制，在航空航天、核救灾、地质勘探和军事侦察等领域有着广泛应用。在移动机器人中，履带式移动机器人具有支撑面积大、接地压强小、在松软土壤中可获得较大的牵引力和地形适应性好的优点。其中，可变形履带式移动系统可根据作业地形条件改变履带系形状，从而改变接地面积和地面作用压强，具有更强的地形适应性。然而，现有的履带系统不能同时满足环境条件对其提出的受力良好、减少电子元器件的使用、缓冲吸震和完全密封的要求。为此，发明一种可变形履带式移动系统，以满足上述要求。

发明内容

本发明是为解决现有履带移动系统不能同时满足环境条件对其提出的受力良好、减少电子元器件的使用、缓冲吸震和完全密封的要求的问题，进而提供一种可变形履带式移动系统。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种可变形履带式移动系统包括履带和车架，它还包括四套履带传动机构，车架上阵列布置有四套履带传动机构；

每套履带传动机构包括机架、前进驱动机构和变形机构；

前进驱动机构包括第一电机、第一减速器、传动轴和主动轮；

变形机构包括第二电机、第二减速器、第一芯轴、第一从动轮、双排齿链轮、第一链轮、第二链轮，第一链条、第二链条、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第一连杆、第一螺杆、第二连杆、第二螺杆、弹簧、第二芯轴、第二从动轮、第一连接杆、第一滑动杆、第二连接杆、第二滑动杆、第三连接杆、第三滑动杆、第一连接架、第二连接架、第三连接架、第四连接架、第五连接架和第六连接架；第一螺杆与第二螺杆旋向相反；

第一电机的轴向水平布置，第一电机的输出端与第一减速器的输入端连接，第一减速器的输出端与传动轴连接，传动轴上安装有主动轮，主动轮、第一从动轮和第二从动轮三者呈三角形布置，履带包绕在主动轮、第一从动轮和第二从动轮上，机架安装在车架上，第一减速器安装机架上；

第一芯轴为空心芯轴，第一芯轴穿过第一从动轮且二者转动连接，第一芯轴内安装有轴向水平布置的第二电机和第二减速器，第二电机的输出端与第二减速器连接，第二减速器的输出轴上固装有双排齿链轮；

第二连接架与第一芯轴转动连接，第一连接架与第一芯轴连接，第三连接架和第五连接架分别与传动轴转动连接，第四连接架和第六连接架分别与第二芯轴转动连接，第一链轮转动安装在第一连接架上，第二链轮转动安装在第二连接架上，双排齿链轮的其中一个链轮通过第一链条与第一链轮传动连接，双排齿链轮的另一个链轮通过第二链条与第二链轮传动连接；

第一连接杆、第二连接杆和第三连接杆为空心连接杆；第一链轮固装在第一连杆的一端，第一锥齿轮安装在第一连杆的另一端，第一连接杆的一端与第一连接架连接，第一螺杆穿出第一连接杆且二者转动连接，第一螺杆的一端固装有第二锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，第一滑动杆的一端与第三连接架连接，第一滑动杆的另一端伸入第一连接杆的另一端内并与第一螺杆螺纹连接，第一滑动杆与第一连接杆滑动接触；

第二链轮固装在第二连杆上，第三锥齿轮安装在第二连杆上，第二连接杆的一端与第二连接架连接，第二螺杆穿出第二连接杆且二者转动连接，第二螺杆的一端固装有第四锥齿轮，第三锥齿轮与第四锥齿轮啮合，第二滑动杆的一端与第四连接架连接，第二滑动杆的另一端伸入第二连接杆的另一端内并与第二螺杆螺纹连接，第二滑动杆与第二连接杆滑动接触；

第三连接杆的一端与第六连接架连接，第三滑动杆的一端与第五连接架连接，第三滑动杆的另一端伸入第三连接杆的另一端内且而二者滑动接触，弹簧置于第三连接杆内，弹簧的一端顶靠在第三滑动杆上，弹簧的另一端顶靠在第三连接杆上。

本发明的有益效果是：一、本发明提出一种有别于传统旋转副变形方式的直线副变形方式，本发明是一种能在极端环境下作业的构型新颖的可变形履带传动机构，其满足环境条件对其提出的受力良好、减少电子元器件的使用、缓冲吸震和完全密封的要求。二、主动轮、两个从动轮与杆件构成三角形构架，具有稳定性，受力性能良好，可承载较大载荷。三、变形时由一个电机、一个减速器通过链轮将转动传递到两个方向，并通过链轮齿数的设定调整转速，减少了电机、减速器等电子元器件的使用，增强了极端环境下电子元器件的可靠性。四、第一芯轴做成空心轴，减小了质量，增大了强度和刚度，并将第二电机、第二减速器设置于第一芯轴内部，减小了机构空间尺寸。五、第一连接架、第二连接架、第三连接架、第四连接架、第五连接架和第六连接架部分嵌入轮和端盖内部，减小轴向尺寸，各密封结构的设计实现了完全密封，保护了电子元器件，增强了环境适应性。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图，图2是本发明的履带传动机构的立体结构示意图，图3是图1的俯视图，图4是图1的侧视图，图5是履带传动机构的主剖视结构示意图，图6是图5的局部放大图，图7是图5的A-A向视图，图8是图5的B-B向视图，图9是图5的C-C向视图，图10是图5的D-D向视图，图11是图5的E-E向视图，图12是图5的F-F向视图，图13是图5的G-G向视图，图14是本发明的履带传动机构连接在机架上行走时的变形状态示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图13说明，本实施方式的一种可变形履带式移动系统包括履带45和车架43，它还包括四套履带传动机构，车架43上阵列布置有四套履带传动机构H；

每套履带传动机构H包括机架21、前进驱动机构和变形机构；

前进驱动机构包括第一电机1、第一减速器2、传动轴3和主动轮4；

变形机构包括第二电机7、第二减速器8、第一芯轴5、第一从动轮6、双排齿链轮9、第一链轮10、第二链轮11，第一链条28、第二链条29、第一锥齿轮12、第二锥齿轮14、第三锥齿轮16、第四锥齿轮18、第一连杆13、第一螺杆15、第二连杆17、第二螺杆19、弹簧20、第二芯轴22、第二从动轮23、第一连接杆30、第一滑动杆31、第二连接杆32、第二滑动杆33、第三连接杆34、第三滑动杆35、第一连接架37、第二连接架38、第三连接架39、第四连接架40、第五连接架41和第六连接架42；第一螺杆15与第二螺杆19旋向相反；

第一电机1的轴向水平布置，第一电机1的输出端与第一减速器2的输入端连接，第一减速器2的输出端与传动轴3连接，传动轴3上安装有主动轮4，主动轮4、第一从动轮6和第二从动轮23三者呈三角形布置，履带45包绕在主动轮4、第一从动轮6和第二从动轮23上，机架21安装在车架43上，第一减速器2安装机架21上；

第一芯轴5为空心芯轴，第一芯轴5穿过第一从动轮6且二者转动连接，第一芯轴5内安装有轴向水平布置的第二电机7和第二减速器8，第二电机7的输出端与第二减速器8连接，第二减速器8的输出轴上固装有双排齿链轮9；

第二连接架38与第一芯轴5转动连接，第一连接架37与第一芯轴5连接，第三连接架39和第五连接架41分别与传动轴3转动连接，第四连接架40和第六连接架42分别与第二芯轴22转动连接，第一链轮10转动安装在第一连接架37上，第二链轮11转动安装在第二连接架38上，双排齿链轮9的其中一个链轮通过第一链条28与第一链轮10传动连接，双排齿链轮9的另一个链轮通过第二链条29与第二链轮11传动连接；

第一连接杆30、第二连接杆32和第三连接杆34为空心连接杆；第一链轮10固装在第一连杆13的一端，第一锥齿轮12安装在第一连杆13的另一端，第一连接杆30的一端与第一连接架37连接，第一螺杆15穿出第一连接杆30且二者转动连接，第一螺杆15的一端固装有第二锥齿轮14，第一锥齿轮12与第二锥齿轮14啮合，第一滑动杆31的一端与第三连接架39连接，第一滑动杆31的另一端伸入第一连接杆30的另一端内并与第一螺杆15螺纹连接，第一滑动杆31与第一连接杆30滑动接触；

第二链轮11固装在第二连杆17上，第三锥齿轮16安装在第二连杆17上，第二连接杆32的一端与第二连接架38连接，第二螺杆19穿出第二连接杆32且二者转动连接，第二螺杆19的一端固装有第四锥齿轮18，第三锥齿轮16与第四锥齿轮18啮合，第二滑动杆33的一端与第四连接架40连接，第二滑动杆33的另一端伸入第二连接杆32的另一端内并与第二螺杆19螺纹连接，第二滑动杆33与第二连接杆32滑动接触；

第三连接杆34的一端与第六连接架42连接，第三滑动杆35的一端与第五连接架41连接，第三滑动杆35的另一端伸入第三连接杆34的另一端内且而二者滑动接触，弹簧20置于第三连接杆34内，弹簧20的一端顶靠在第三滑动杆35上，弹簧20的另一端顶靠在第三连接杆34上。

本实施方式的弹簧设置于第三连接杆内部，构成弹性直线副，用于补偿主动轮、第一从动轮和第二从动轮构建的三角形构架变形前后周长变化和缓冲吸震。与主动轮、从动轮相邻的连接架部分嵌入轮体内部，减小机构空间尺寸，构成直线副的支撑杆件之间设计成相互配合的导轨式结构，实现导向功能。

具体实施方式二：结合图13说明，本实施方式的第一连接杆30内的相对两侧面各加工有燕尾槽，第一滑动杆31的相对两侧面各加工有与燕尾槽相配合连接的燕尾榫。如此设置，第一滑动杆31能很好的在第一连接杆30内往复移动，移动稳定可靠。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图11说明，本实施方式的第二连接杆32内的相对两侧面各加工有燕尾槽，第二滑动杆33的相对两侧面各加工有与燕尾槽相配合连接的燕尾榫。如此设置，第二滑动杆33能很好的在第二连接杆32内往复移动，移动稳定可靠。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图12说明，本实施方式的第三连接杆34内的相对两侧面各加工有燕尾槽，第三滑动杆35的相对两侧面各加工有与燕尾槽相配合连接的燕尾榫，第三滑动杆35的另一端沿其长度方向加工有导槽35-1，弹簧20的一端顶靠的导槽35-1的底端，弹簧20的另一端顶靠在第三连接杆34上。如此设置，第三滑动杆35能很好的在第三连接杆34内往复移动，移动稳定可靠，弹簧能实现很好的弹性直线副。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图8说明，本实施方式所述第一芯轴5为空心阶梯芯轴。如此设置，减小了质量，增大了强度和刚度。其它与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：结合图7-图9说明，本实施方式所述履带传动机构还包括多个密封圈27，第一连接架37包括第一横梁37-1和两个第一连接臂37-2，第二连接架38包括第二横梁38-1和两个第二连接臂38-2，第三连接架39包括第三横梁39-1和两个第三连接臂39-2，第四连接架40包括第四横梁40-1和两个第四连接臂40-2，第五连接架41包括第五横梁41-1和两个第五连接臂41-2，第六连接架42包括第六横梁42-1和两个第六连接臂42-2，第一芯轴5的两端各安装有一个第一连接臂37-2和一个第二连接臂38-2，两个第二连接臂38-2与第一芯轴5转动连接，第一连接臂37-2之间固装有第一横梁37-1，第二连接臂38-2之间固装有第二横梁38-1，第一横梁37-1与第一连接杆30连接，第二横梁38-1与第二连接杆32连接；第二芯轴22的两端各转动安装有一个第四连接臂40-2和第六连接臂42-2，两个第四连接臂40-2之间固装有第四横梁40-1，两个第六连接臂42-2之间固装有第六横梁42-1，第四横梁40-1与第二滑动杆33连接，第六横梁42-1与第三连接杆34连接；传动轴5的两端各转动安装有一个第三连接臂39-2和一个第五连接臂41-2，两个第三连接臂39-2之间固装有第三横梁39-1，两个第五连接臂41-2之间固装有四五横梁41-1，第三横梁39-1与第一滑动杆31连接，第五横梁41-1与第三滑动杆35连接；与第五连接臂41-2对接处的第三连接臂39-2上安装有密封圈27，与第三连接臂39-2对接处的机架21上安装有密封圈27，与主动轮4对接处的第五连接臂41-2上安装有密封圈27，与第二连接臂38-2对接处的第一连接臂37-2上安装有密封圈27，与第一从动轮6对接处的第二连接臂38-2上安装有密封圈27，与第六连接臂42-2对接处的第四连接臂40-2上安装有密封圈27，与第二从动轮23对接处的第六连接臂42-2上安装有密封圈27，与第二芯轴22对接处的第四连接臂40-2上安装有密封圈27。如此设置，其结构减小机构空间尺寸，并实现完全密封，增强了环境适应性。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图7-图9说明，本实施方式所述履带传动机构还包括多个轴套26，位于第三连接臂39-2和第五连接臂41-2之间的传动轴3上套设有轴套26，与第一从动轮6连接的第一芯轴5上套设有轴套26，与第二连接臂38-2连接的第一芯轴5上套设有轴套26，位于第四连接臂40-2和第六连接臂42-2之间的第二芯轴22上套设有轴套26。如此设置，其结构减小机构空间尺寸，并实现完全密封，增强了环境适应性。其它与具体实施方式六相同。

工作过程

结合图1-图14说明，变形时，第一链轮10的转动经过第一连杆13传递到第一锥齿轮12，第一锥齿轮12与第二锥齿轮14啮合，将转动传递到第二锥齿轮14，最后第二锥齿轮14将转动传递到第一螺杆15，第一螺杆15转动，实现直线副伸长或缩短。同理，第二链轮11的转动经过第二连杆17传递到第三锥齿轮16，第三锥齿轮16与第四锥齿轮18啮合，将转动传递到第四锥齿轮18，最后第四锥齿轮18将转动传递到第二螺杆19，第二螺杆19转动，因为第二螺杆19与第一螺杆15旋向相反，实现与前述直线副反向长度变化。

弹簧20设置于支撑杆件内部，构成弹性直线副，用于补偿三角形构架变形前后周长变化和缓冲吸震。

履带系变形时，第二电机7的转动经过第二减速器8和双排齿链轮9传递到上述两条传动路径，实现第一螺杆15和第二螺杆19所构成的直线副伸长或缩短，同时弹性直线副进行长度补偿和缓冲吸震，使得变形过程平稳实现。

Claims (7)

1.一种可变形履带式移动系统，它包括履带(45)和车架(43)，其特征在于：它还包括四套履带传动机构，车架(43)上阵列布置有四套履带传动机构(H)；

每套履带传动机构(H)包括机架(21)、前进驱动机构和变形机构；

前进驱动机构包括第一电机(1)、第一减速器(2)、传动轴(3)和主动轮(4)；

变形机构包括第二电机(7)、第二减速器(8)、第一芯轴(5)、第一从动轮(6)、双排齿链轮(9)、第一链轮(10)、第二链轮(11)，第一链条(28)、第二链条(29)、第一锥齿轮(12)、第二锥齿轮(14)、第三锥齿轮(16)、第四锥齿轮(18)、第一连杆(13)、第一螺杆(15)、第二连杆(17)、第二螺杆(19)、弹簧(20)、第二芯轴(22)、第二从动轮(23)、第一连接杆(30)、第一滑动杆(31)、第二连接杆(32)、第二滑动杆(33)、第三连接杆(34)、第三滑动杆(35)、第一连接架(37)、第二连接架(38)、第三连接架(39)、第四连接架(40)、第五连接架(41)和第六连接架(42)；第一螺杆(15)与第二螺杆(19)旋向相反；

第一电机(1)的轴向水平布置，第一电机(1)的输出端与第一减速器(2)的输入端连接，第一减速器(2)的输出端与传动轴(3)连接，传动轴(3)上安装有主动轮(4)，主动轮(4)、第一从动轮(6)和第二从动轮(23)三者呈三角形布置，履带(45)包绕在主动轮(4)、第一从动轮(6)和第二从动轮(23)上，机架(21)安装在车架(43)上，第一减速器(2)安装机架(21)上；

第一芯轴(5)为空心芯轴，第一芯轴(5)穿过第一从动轮(6)且二者转动连接，第一芯轴(5)内安装有轴向水平布置的第二电机(7)和第二减速器(8)，第二电机(7)的输出端与第二减速器(8)连接，第二减速器(8)的输出轴上固装有双排齿链轮(9)；

第二连接架(38)与第一芯轴(5)转动连接，第一连接架(37)与第一芯轴(5)连接，第三连接架(39)和第五连接架(41)分别与传动轴(3)转动连接，第四连接架(40)和第六连接架(42)分别与第二芯轴(22)转动连接，第一链轮(10)转动安装在第一连接架(37)上，第二链轮(11)转动安装在第二连接架(38)上，双排齿链轮(9)的其中一个链轮通过第一链条(28)与第一链轮(10)传动连接，双排齿链轮(9)的另一个链轮通过第二链条(29)与第二链轮(11)传动连接；

第一连接杆(30)、第二连接杆(32)和第三连接杆(34)为空心连接杆；第一链轮(10)固装在第一连杆(13)的一端，第一锥齿轮(12)安装在第一连杆(13)的另一端，第一连接杆(30)的一端与第一连接架(37)连接，第一螺杆(15)穿出第一连接杆(30)且二者转动连接，第一螺杆(15)的一端固装有第二锥齿轮(14)，第一锥齿轮(12)与第二锥齿轮(14)啮合，第一滑动杆(31)的一端与第三连接架(39)连接，第一滑动杆(31)的另一端伸入第一连接杆(30)的另一端内并与第一螺杆(15)螺纹连接，第一滑动杆(31)与第一连接杆(30)滑动接触；

第二链轮(11)固装在第二连杆(17)上，第三锥齿轮(16)安装在第二连杆(17)上，第二连接杆(32)的一端与第二连接架(38)连接，第二螺杆(19)穿出第二连接杆(32)且二者转动连接，第二螺杆(19)的一端固装有第四锥齿轮(18)，第三锥齿轮(16)与第四锥齿轮(18)啮合，第二滑动杆(33)的一端与第四连接架(40)连接，第二滑动杆(33)的另一端伸入第二连接杆(32)的另一端内并与第二螺杆(19)螺纹连接，第二滑动杆(33)与第二连接杆(32)滑动接触；

第三连接杆(34)的一端与第六连接架(42)连接，第三滑动杆(35)的一端与第五连接架(41)连接，第三滑动杆(35)的另一端伸入第三连接杆(34)的另一端内且而二者滑动接触，弹簧(20)置于第三连接杆(34)内，弹簧(20)的一端顶靠在第三滑动杆(35)上，弹簧(20)的另一端顶靠在第三连接杆(34)上。

2.根据权利要求1所述的一种可变形履带式移动系统，其特征在于：第一连接杆(30)内的相对两侧面各加工有燕尾槽，第一滑动杆(31)的相对两侧面各加工有与燕尾槽相配合连接的燕尾榫。

3.根据权利要求1或2所述的一种可变形履带式移动系统，其特征在于：第二连接杆(32)内的相对两侧面各加工有燕尾槽，第二滑动杆(33)的相对两侧面各加工有与燕尾槽相配合连接的燕尾榫。

4.根据权利要求3所述的一种可变形履带式移动系统，其特征在于：第三连接杆(34)内的相对两侧面各加工有燕尾槽，第三滑动杆(35)的相对两侧面各加工有与燕尾槽相配合连接的燕尾榫，第三滑动杆(35)的另一端沿其长度方向加工有导槽(35-1)，弹簧(20)的一端顶靠的导槽(35-1)的底端，弹簧(20)的另一端顶靠在第三连接杆(34)上。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种可变形履带式移动系统，其特征在于：所述第一芯轴(5)为空心阶梯芯轴。

6.根据权利要求5所述的一种可变形履带式移动系统，其特征在于：所述履带传动机构还包括多个密封圈(27)，第一连接架(37)包括第一横梁(37-1)和两个第一连接臂(37-2)，第二连接架(38)包括第二横梁(38-1)和两个第二连接臂(38-2)，第三连接架(39)包括第三横梁(39-1)和两个第三连接臂(39-2)，第四连接架(40)包括第四横梁(40-1)和两个第四连接臂(40-2)，第五连接架(41)包括第五横梁(41-1)和两个第五连接臂(41-2)，第六连接架(42)包括第六横梁(42-1)和两个第六连接臂(42-2)，第一芯轴(5)的两端各安装有一个第一连接臂(37-2)和一个第二连接臂(38-2)，两个第二连接臂(38-2)与第一芯轴(5)转动连接，第一连接臂(37-2)之间固装有第一横梁(37-1)，第二连接臂(38-2)之间固装有第二横梁(38-1)，第一横梁(37-1)与第一连接杆(30)连接，第二横梁(38-1)与第二连接杆(32)连接；第二芯轴(22)的两端各转动安装有一个第四连接臂(40-2)和第六连接臂(42-2)，两个第四连接臂(40-2)之间固装有第四横梁(40-1)，两个第六连接臂(42-2)之间固装有第六横梁(42-1)，第四横梁(40-1)与第二滑动杆(33)连接，第六横梁(42-1)与第三连接杆(34)连接；传动轴(5)的两端各转动安装有一个第三连接臂(39-2)和一个第五连接臂(41-2)，两个第三连接臂(39-2)之间固装有第三横梁(39-1)，两个第五连接臂(41-2)之间固装有四五横梁(41-1)，第三横梁(39-1)与第一滑动杆(31)连接，第五横梁(41-1)与第三滑动杆(35)连接，与第五连接臂(41-2)对接处的第三连接臂(39-2)上安装有密封圈(27)，与第三连接臂(39-2)对接处的机架(21)上安装有密封圈(27)，与主动轮(4)对接处的第五连接臂(41-2)上安装有密封圈(27)，与第二连接臂(38-2)对接处的第一连接臂(37-2)上安装有密封圈(27)，与第一从动轮(6)对接处的第二连接臂(38-2)上安装有密封圈(27)，与第六连接臂(42-2)对接处的第四连接臂(40-2)上安装有密封圈(27)，与第二从动轮(23)对接处的第六连接臂(42-2)上安装有密封圈(27)，与第二芯轴(22)对接处的第四连接臂(40-2)上安装有密封圈(27)。

7.根据权利要求6所述的一种可变形履带式移动系统，其特征在于：所述履带传动机构还包括多个轴套(26)，位于第三连接臂(39-2)和第五连接臂(41-2)之间的传动轴(3)上套设有轴套(26)，与第一从动轮(6)连接的第一芯轴(5)上套设有轴套(26)，与第二连接臂(38-2)连接的第一芯轴(5)上套设有轴套(26)，位于第四连接臂(40-2)和第六连接臂(42-2)之间的第二芯轴(22)上套设有轴套(26)。