CN109131610B - 轮履变形机构、行走装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轮履变形机构、包括有该轮履变形机构的行走装置及配置有该行走装置的车辆，该轮履变形机构包括齿轮座、传动齿轮及铰接于齿轮座上且铰接轴轴向均与传动齿轮轴向平行的两组履带张开单元，齿轮座连接有能够驱动其往复直线移动的变形驱动单元且往复直线移动方向垂直于传动齿轮的轴向，两组履带张开单元均连接有能够控制其张开角度的限位结构，传动齿轮位于两组履带张开单元之间而能够与履带的内侧啮合。本发明可以实现履带形状的变化，多组轮履变形机构配合能使行走装置具有轮式和履带式等多种工作模式，提高其承重性能和越障性能。履带张开单元能与传动齿轮配合共同诱导和支撑履带，且能调节履带的松紧程度。

Description

轮履变形机构、行走装置及车辆

技术领域

本发明属于行走机构技术领域，具体涉及一种轮履变形机构、包括有该轮履变形机构的行走装置及配置有该行走装置的车辆。

背景技术

目前常用的行走机构主要有两类结构：轮式结构和履带结构。轮式结构具有结构简单、移动速度快、运动灵活、控制方便等优点，但是这种结构对地面要求较高，不能越障，面对泥泞的沼泽地时，通过性极差；履带结构正好拥有极大的地面接触面积，越障性能极好，且能使笨重的车辆行驶在沼泽地中，履带还适用于各种复杂地形，故经常用于全地形车辆的设计上，但是履带的行走速度较慢，结构复杂且笨重，移动不灵活，一旦履带的一个链节出现了故障，整个车辆都可能无法继续行进。

由于工业中的一些特种车辆和特种机器人常常需要在不同路况的道路上行走，且对移动速度、移动的灵活性、越野性能、车辆/机器人的载重等各种指标往往有独特的需求，这对于现有的行走机构来说是一个难题，轮式结构和履带结构均不能很好的兼顾这种情况下的车辆/机器人的越野性能和工作效率。

发明内容

本发明实施例涉及一种轮履变形机构、包括有该轮履变形机构的行走装置及配置有该行走装置的车辆，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种轮履变形机构，包括齿轮座、可转动安设于所述齿轮座上的传动齿轮以及铰接于所述齿轮座上且铰接轴轴向均与所述传动齿轮轴向平行的两组履带张开单元，所述齿轮座连接有能够驱动其往复直线移动的变形驱动单元且往复直线移动方向垂直于所述传动齿轮的轴向，两组所述履带张开单元均连接有能够控制其张开角度的限位结构，所述传动齿轮的至少部分轮体位于两组所述履带张开单元之间从而能够与履带的内侧啮合。

作为实施例之一，所述履带张开单元包括两块张开挡板以及可转动地夹设于两所述张开挡板之间的多个滚动杆，各所述滚动杆的轴向均与所述传动齿轮的轴向平行，所述滚动杆的长度不小于履带的宽度。

作为实施例之一，每组所述履带张开单元的各所述滚动杆的杆面外端均位于同一圆柱环上。

作为实施例之一，所述限位结构包括限位弹簧、限位连杆、可转动安装于所述齿轮座上的第一限位转轴以及可转动安设于所述履带张开单元上的第二限位转轴，所述第一限位转轴和所述第二限位转轴均与所述传动齿轮轴向平行且均与所述限位连杆轴向垂直，于所述第一限位转轴上设有限位套筒，所述限位连杆一端嵌装于所述限位套筒内且另一端与所述第二限位转轴可转动连接，所述限位弹簧一端抵接于所述限位套筒上且另一端抵接于所述限位连杆上的凸起部上。

作为实施例之一，所述变形驱动单元包括直线驱动构件以及能够带动所述直线驱动构件摆动且摆动轴线与所述传动齿轮轴线平行的摆动驱动构件，所述直线驱动构件与所述齿轮座连接。

作为实施例之一，所述摆动驱动构件包括轴向与所述传动齿轮轴向平行的开合齿轮，所述开合齿轮的轮缘为非连续齿圈且其无齿段与所述直线驱动构件的壳体固连。

本发明实施例涉及一种行走装置，包括履带，所述履带内环中布置有至少3组如上所述的轮履变形机构；所述履带内侧沿其周向形成有带内齿圈，各所述传动齿轮均与所述带内齿圈啮合。

作为实施例之一，所述变形驱动单元包括与对应的所述齿轮座连接的直线驱动构件以及与所述直线驱动构件的壳体固连的开合齿轮，各所述开合齿轮依次啮合地环形排列布置且轴线均与所述传动齿轮轴线平行。

作为实施例之一，所述履带内壁开设有齿圈槽，所述带内齿圈形成于所述齿圈槽槽底，齿圈槽外的所述履带内壁与各所述履带张开单元抵靠。

本发明实施例涉及一种车辆，包括车架，所述车架上安设有多个如上所述的行走装置。

本发明实施例至少具有如下有益效果：

通过变形驱动单元控制齿轮座的平移量，也即控制传动齿轮与该变形驱动单元或者说相对于履带中心位置之间的相对距离，可以实现履带形状的变化，便于与其它多组轮履变形机构配合将履带变化为圆形轮式结构及其他多样化的结构，使得行走装置具有轮式和履带式等多种工作模式，提高其承重性能和越障性能。通过齿轮座上铰接的履带张开单元对传动齿轮啮合点两侧的履带带体进行接触支撑，一方面与传动齿轮配合共同诱导和支撑履带，实现履带的变形，另一方面，可以通过其来调节履带的松紧程度，保证行走装置具有更好地地形适应能力、承重性能和越障性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例二提供的行走装置的圆形轮状态下的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的轮履变形机构的结构示意图(也即图1中A部分的放大结构示意图)；

图3为本发明实施例一提供的履带张开单元的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的传动齿轮与齿轮座的装配结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的张开挡板与连接片的装配结构示意图；

图6为图1中B部分的分解结构示意图；

图7为本发明实施例提供的履带的结构示意图；

图8为本发明实施例二提供的行走装置的非圆形轮状态下的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1和图2，本发明实施例提供一种轮履变形机构100，包括齿轮座9、可转动安设于所述齿轮座9上的传动齿轮14以及铰接于所述齿轮座9上且铰接轴轴向均与所述传动齿轮14轴向平行的两组履带张开单元，所述齿轮座9连接有能够驱动其往复直线移动的变形驱动单元且往复直线移动方向垂直于所述传动齿轮14的轴向，两组所述履带张开单元均连接有能够控制其张开角度的限位结构，所述传动齿轮14的至少部分轮体位于两组所述履带张开单元之间从而能够与履带3的内侧啮合。

其中，如图2和图4，上述齿轮座9优选为呈U型结构，传动齿轮14安设于其U型槽内且有部分轮体伸出至槽外且位于上述的两组履带张开单元之间；上述的变形驱动单元即与该齿轮座9的槽底板连接。上述变形驱动单元包括直线驱动构件11，用于驱动该齿轮座9直线往复运动，该直线驱动构件11可以采用气缸、液压缸等常规直线驱动设备，本实施例中，采用液压缸驱动。则，易知地，上述两组履带张开单元分列于该直线驱动构件11的输出轴10轴线两侧，且沿传动齿轮14周向两组履带张开单元依次设置。由于两组履带张开单元以及传动齿轮14均需要与履带3接触，则传动齿轮14仅有部分轮体伸至两组履带张开单元之间。

本实施例提供的轮履变形机构100，通过变形驱动单元控制齿轮座9的平移量，也即控制传动齿轮14与该变形驱动单元或者说相对于履带3中心位置之间的相对距离，可以实现履带3形状的变化，便于与其它多组轮履变形机构100配合将履带3变化为圆形轮式结构及其他多样化的结构，使得履带3具有轮式和履带3式等多种工作模式，提高其承重性能和越障性能。通过齿轮座9上铰接的履带张开单元对传动齿轮14啮合点两侧的履带3带体进行接触支撑，一方面与传动齿轮14配合共同诱导和支撑履带3，实现履带3的变形，另一方面，可以通过其来调节履带3的松紧程度，保证履带3具有更好地地形适应能力、承重性能和越障性能。

接续上述轮履变形机构100的结构，履带张开单元用于与履带3接触支撑，可以理解地，其可以采用一平板或弧形板实现上述功能；而作为优选的实施方式，如图2和图3，所述履带张开单元包括两块张开挡板4以及可转动地夹设于两所述张开挡板4之间的多个滚动杆16，各所述滚动杆16的轴向均与所述传动齿轮14的轴向平行，所述滚动杆16的长度不小于履带3的宽度。易知地，上述两块张开挡板4的板面均与传动齿轮14轴线垂直；各滚动杆16均为圆柱形杆体，以保证对履带3的支撑诱导效果；每一滚动杆16的两端分别通过滚动杆轴承17可转动地安装在对应的两块张开挡板4上。滚动杆16的长度优选为稍大于履带3的宽度，也即两块张开挡板4之间的间距稍大于履带3的宽度，从而履带3可以在各滚动杆16上滚动，而且两侧的张开挡板4可以对履带3进行限位，可以规正履带3，并防止履带3与传动齿轮14分离脱落。

进一步优选地，如图2和图3，每组所述履带张开单元的各所述滚动杆16的杆面外端均位于同一圆柱环上，也即是每组履带张开单元的各滚动杆16沿圆弧形曲率基准线依次间隔且平行地排列，或者说该履带张开单元的各滚动杆16的轴线位于同一圆柱环上(各滚动杆16的规格相同情况下)，保证履带3可以平顺地在履带张开单元上滚动，且履带3在圆形轮式结构状态下能与各滚动杆16的杆面外端贴合。

接续上述轮履变形机构100的结构，上述的限位结构可以控制履带张开单元的张开角度，也即控制履带张开单元相对于齿轮座9的转动角度，保证履带张开单元可以始终于履带3内侧接触贴靠。作为优选的实施方式，如图2和图5，所述限位结构包括限位弹簧7、限位连杆6、可转动安装于所述齿轮座9上的第一限位转轴8以及可转动安设于所述履带张开单元上的第二限位转轴61，所述第一限位转轴8和所述第二限位转轴61均与所述传动齿轮14轴向平行且均与所述限位连杆6轴向垂直，于所述第一限位转轴8上设有限位套筒，所述限位连杆6一端嵌装于所述限位套筒内且另一端与所述第二限位转轴61可转动连接，所述限位弹簧7一端抵接于所述限位套筒上且另一端抵接于所述限位连杆6上的凸起部上。其中，对于上述的包括两块张开挡板4以及多个滚动杆16的履带张开单元结构，优选为两块张开挡板4分别与齿轮座9铰接，即每组履带张开单元配置有两套上述的限位结构，保证履带张开单元转动运动的稳定性及对履带3的支撑强度；上述的第二限位转轴61安设于对应的张开挡板4上，优选为在限位连杆6的对应端设置一U型夹板，该U型夹板夹装在对应的张开挡板4上且容上述的第二限位转轴61可转动穿设，上述的限位弹簧7对应端即抵接于该U型夹板的槽底板上。上述的限位弹簧7优选为是压缩弹簧。

基于上述的限位结构，通过限位弹簧7的作用可以对履带张开单元的转动角度进行控制，而且可以自适应履带3的易变形的特性，便于对履带3的变形控制、支撑作用以及履带3的滚动诱导，仅通过变形驱动单元驱动齿轮座9直线移动即可同时实现传动齿轮14与履带张开单元对履带3的变形操作，结构简单、易于设计及制作，对履带3的伤害也较小，且在履带3运行过程中可以起到一定的缓冲作用，更好地保护履带3。当然，并不限于上述的限位结构，也可通过电动推杆等实现履带张开单元转动角度的“硬控制”，具体结构此处不作赘述。

进一步优选地，如图2、图4和图5，在齿轮座9的两个槽壁板上分别固定有连接片15，便于上述张开挡板4的铰接以及上述第一限位转轴8的安装设置。具体地，张开挡板4可通过张开挡板螺纹紧固件23、张开挡板轴承22以及张开挡板螺母5铰接在对应侧的连接片15上。对于传动齿轮14可转动安装在齿轮座9中的结构，其齿轮轴13穿过两侧的槽壁板以及两侧的连接片15，可与外设的齿轮驱动设备连接；如图4，该齿轮轴13通过传动轮键21与传动齿轮14连接，且通过传动轮轴承20可转动安装在两个槽壁板上。

进一步优化上述轮履变形机构100的结构，上述变形驱动单元除包括直线驱动构件11外，还包括能够带动所述直线驱动构件11摆动且摆动轴线与所述传动齿轮14轴线平行的摆动驱动构件。通过该摆动驱动构件带动直线驱动构件11摆动，也即带动传动齿轮14和两组履带张开单元摆动，从而能够与其他的轮履变形机构100配合，实现各轮履变形机构100之间的相对位置调节(也即各直线驱动构件11输出轴10轴线之间的夹角调节)，达到使得履带3能够变形成不同形状的目的。在其中一个较佳的实施例中，如图1、图2和图8，所述摆动驱动构件包括轴向与所述传动齿轮14轴向平行的开合齿轮12，所述开合齿轮12的轮缘为非连续齿圈且其无齿段与所述直线驱动构件11的壳体固连。

实施例二

如图1和图8，本发明实施例提供一种行走装置，包括履带3，所述履带3内环中布置有至少3组轮履变形机构100，各轮履变形机构100均采用上述实施例一所提供的轮履变形机构100，具体结构此处从略；所述履带3内侧沿其周向形成有带内齿圈31，各所述传动齿轮14均与所述带内齿圈31啮合。

如前所述，通过多组轮履变形机构100配合，能将履带3变化为圆形轮式结构及其他多样化的结构，使得行走装置具有轮式和履带3式等多种工作模式，提高其承重性能和越障性能，显著地增加其越野性能。而且，采用规格相同的组装式的轮履变形机构100，便于安装和维护，相应地替换有故障的轮履变形机构100即可进行线下维修，避免线上维修或需要整体拆解行走装置的各零件而浪费维修时间、维修人力及维修成本。

本实施例中，配置有4组上述的轮履变形机构100，可以较快捷、较稳定、较精准地实现轮履变形功能。

进一步优选地，各轮履变形机构100均优选为采用上述设置有开合齿轮12的结构，即所述变形驱动单元包括与对应的所述齿轮座9连接的直线驱动构件11以及与所述直线驱动构件11的壳体固连的开合齿轮12；如图1和图6，各所述开合齿轮12依次啮合地环形排列布置且轴线均与所述传动齿轮14轴线平行，从而，各开合齿轮12组成齿轮张开机构，通过连接外设的齿轮张开驱动单元，可以实现每相邻两轮履变形机构100之间的相对张开角度，再通过直线驱动构件11分别控制各传动齿轮14的伸出位置，可较好地实现轮履变形。上述齿轮张开驱动单元可以采用液压马达驱动或大功率交流电机驱动。

进一步优选地，如图1和图6，上述的齿轮张开机构两侧分别设有前盖1和后盖18，可将各开合齿轮12围挡于二者之间。可在该前盖1上设置多个螺钉孔，可直接与汽车车轮联轴器等连接；上述行走装置在圆形轮状态下，该前盖1通过螺栓连接具有大转矩的转动轴时，能够实现圆形轮的转动，此时，宜将各传动齿轮14锁死，使履带3不与各传动齿轮14等构件发生相对运动。而上述行走装置在非圆形轮状态下，该前盖1连接不可转动的大转矩轴，且大转矩轴锁死不可转动，各传动齿轮14可通过齿轮轴13连接外设的齿轮驱动设备(可通过联轴器连接)，基于传动齿轮14与履带3内壁的啮合结构，可以带动履带3运动，从而带动车辆等行走。在上述后盖18上可对应设置多个承插轴，用于对应安装各开合齿轮12，承插轴与开合齿轮12之间通过开合齿轮轴承19连接；而前盖1可通过螺钉2与后盖18上的各承插轴固连。

进一步优选地，如图7，所述履带3内壁开设有齿圈槽，所述带内齿圈31形成于所述齿圈槽槽底，齿圈槽外的所述履带3内壁与各所述履带张开单元抵靠，从而履带3在与传动齿轮14啮合的同时，能在各滚动杆16上滑移，在非圆形轮状态下，保证该行走装置的履带3运行顺畅性和稳定性。

进一步优选地，如图7，所述履带3外壁上沿其周向间隔凸设有多个防滑块32，使采用该行走装置的车辆适合野外工作。

实施例三

本发明实施例提供一种车辆，包括车架，所述车架上安设有多个上述实施例二所提供的行走装置，从而该车辆能够行走。一般地，上述行走装置的数量为4个。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轮履变形机构，其特征在于：包括齿轮座、可转动安设于所述齿轮座上的传动齿轮以及铰接于所述齿轮座上且铰接轴轴向均与所述传动齿轮轴向平行的两组履带张开单元，所述齿轮座连接有能够驱动其往复直线移动的变形驱动单元且往复直线移动方向垂直于所述传动齿轮的轴向，两组所述履带张开单元均连接有能够控制其张开角度的限位结构，所述传动齿轮的至少部分轮体位于两组所述履带张开单元之间从而能够与履带的内侧啮合；齿轮座上铰接的履带张开单元对传动齿轮啮合点两侧的履带带体进行接触支撑。

2.如权利要求1所述的轮履变形机构，其特征在于：所述履带张开单元包括两块张开挡板以及可转动地夹设于两所述张开挡板之间的多个滚动杆，各所述滚动杆的轴向均与所述传动齿轮的轴向平行，所述滚动杆的长度不小于履带的宽度，每一滚动杆的两端分别通过滚动杆轴承可转动地安装在对应的两块张开挡板上。

3.如权利要求2所述的轮履变形机构，其特征在于：每组所述履带张开单元的各所述滚动杆的杆面外端均位于同一圆柱环上，每组履带张开单元的各滚动杆沿圆弧形曲率基准线依次间隔且平行地排列。

4.如权利要求1所述的轮履变形机构，其特征在于：所述限位结构包括限位弹簧、限位连杆、可转动安装于所述齿轮座上的第一限位转轴以及可转动安设于所述履带张开单元上的第二限位转轴，所述第一限位转轴和所述第二限位转轴均与所述传动齿轮轴向平行且均与所述限位连杆轴向垂直，于所述第一限位转轴上设有限位套筒，所述限位连杆一端嵌装于所述限位套筒内且另一端与所述第二限位转轴可转动连接，所述限位弹簧一端抵接于所述限位套筒上且另一端抵接于所述限位连杆上的凸起部上，限位弹簧对履带张开单元的转动角度进行控制，以便于对履带的变形控制、支撑作用以及履带的滚动诱导。

5.如权利要求1所述的轮履变形机构，其特征在于：所述变形驱动单元包括直线驱动构件以及能够带动所述直线驱动构件摆动且摆动轴线与所述传动齿轮轴线平行的摆动驱动构件，所述直线驱动构件与所述齿轮座连接，所述摆动驱动构件包括轴向与所述传动齿轮轴向平行的开合齿轮，所述开合齿轮的轮缘为非连续齿圈且其无齿段与所述直线驱动构件的壳体固连，通过摆动驱动构件带动直线驱动构件摆动，带动传动齿轮和两组履带张开单元摆动，使得履带能够变形成不同形状。

6.一种行走装置，包括履带，其特征在于：所述履带内环中布置有至少3组如权利要求1至4中任一项所述的轮履变形机构；所述履带内侧沿其周向形成有带内齿圈，各所述传动齿轮均与所述带内齿圈啮合，通过多组轮履变形机构配合，使得行走装置具有轮式和履带式工作模式。

7.如权利要求6所述的行走装置，其特征在于：所述变形驱动单元包括与对应的所述齿轮座连接的直线驱动构件以及与所述直线驱动构件的壳体固连的开合齿轮，各所述开合齿轮依次啮合地环形排列布置且轴线均与所述传动齿轮轴线平行，各开合齿轮组成齿轮张开机构，通过连接外设的齿轮张开驱动单元，实现每相邻两轮履变形机构之间的相对张开角度，再通过直线驱动构件分别控制各传动齿轮的伸出位置，实现轮履变形。

8.如权利要求6所述的行走装置，其特征在于：所述履带内壁开设有齿圈槽，所述带内齿圈形成于所述齿圈槽槽底，齿圈槽外的所述履带内壁与各所述履带张开单元抵靠，履带在与传动齿轮啮合的同时，在各滚动杆上滑移。

9.一种车辆，包括车架，其特征在于：所述车架上安设有多个如权利要求6至8中任一项所述的行走装置。