CN111152857A - 一种履带驱动装置、履带机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种履带驱动装置、履带机器人。所述装置包括：驱动轮，所述驱动轮包括轮辋，轮辋外表面均匀设置有轮辋吸盘，所述轮辋的两端设置有轮毂，所述轮毂与所述轮辋形成密封腔；履带，所述履带包括从所述履带的第一端平面贯穿到所述履带的第二端平面的履带吸盘；所述驱动轮与所述履带环形内圈的第一端平面接触，所述轮辋吸盘与所述履带吸盘的第一端吸合，通过所述驱动轮自转驱动所述履带转动。通过上述技术方案，通过分别在驱动轮和履带上设置吸盘，并且，驱动轮上的轮辋吸盘能够与履带上的履带吸盘贴合在一起。这样使得驱动轮能够更加稳定地为履带提供驱动力，而且，两个吸盘组合到一起后，提高真空度，提供更强的瞬间吸附力。

Description

一种履带驱动装置、履带机器人

技术领域

本发明实施例涉及设备控制技术领域，尤其涉及一种履带驱动装置、履带机器人。

背景技术

在现有技术中，履带机器通常用于在水平平面上行走，类似于坦克履带。随着应用技术的发展，履带机器逐渐向小型化发展，比如，小型化履带机器人。

为了满足履带机器人的攀爬需求，有的履带上设置有吸盘，比如，履带机器人在攀爬的过程中，通过吸盘吸附到物体表面。该履带机器人上吸盘吸附原理是，在机器人移动过程中，履带压到物体表面的时候，在压力作用下，吸盘被压迫发生形变，吸盘中部分气体被排出，一般来说，吸盘中被排出的气体越多，吸盘的吸力越大；反之，被排出的气体越少，吸盘的吸力越小。

在实际应用中，履带机器人往往需要负重在垂直墙面上爬行，对吸盘吸附能力要求比较高，也就是，吸盘必须要产生很大的吸附力才能满足履带机器人的高空垂直攀爬的需求。

基于上述方案，需要一种能够提供更强攀爬能力的技术方案。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种履带驱动装置、履带机器人，用以实现履带装置能够更加稳定牢靠的进行竖直平面攀爬的方案。

第一方面，本发明实施例提供一种履带驱动装置，该装置包括：

驱动轮，所述驱动轮包括轮辋，轮辋外表面均匀设置有轮辋吸盘，所述轮辋的两端设置有轮毂，所述轮毂与所述轮辋形成密封腔；

履带，所述履带包括从所述履带的第一端平面贯穿到所述履带的第二端平面的履带吸盘；

所述驱动轮与所述履带环形内圈的第一端平面接触，所述轮辋吸盘与所述履带吸盘的第一端吸合，通过所述驱动轮自转驱动所述履带转动。

可选地，

可选地，所述驱动轮还包括：密封驱动电机；

所述密封驱动电机设置在所述密封腔内部，与第一轮毂连接。

可选地，所述驱动轮还包括：吸真空电机；

所述吸真空电机设置在所述密封腔内部，与第二轮毂连接；

所述第二轮毂表面开设有排气孔，用于排放吸真空气体。

可选地，所述驱动轮还包括：两个拨轮座，所述拨轮座通过轴承与所述驱动轮轴连接；

所述拨轮座设置有凹孔，拨轮的拨轮轴设置在所述凹孔中；以使所述拨轮座跟随所述驱动轮转动的时候，所述拨轮处于相对固定的位置。

可选地，所述轮辋吸盘包括复位膜片和阀芯；

当所述轮辋吸盘转动到所述轮辋吸盘与所述履带吸盘将要分离的分离点时，所述拨轮压迫所述轮辋吸盘的复位膜片，推动所述复位膜片和所述阀芯开启。

可选地，所述履带吸盘的气流孔中设置铁磁性球；

当所述轮辋吸盘转动到所述轮辋吸盘与所述履带吸盘将要分离的分离点时，所述履带吸盘的第一端平面与第二端平面的气压差，推动所述铁磁性球打开所述气流孔。

可选地，还包括：从动轮；

所述从动轮与所述履带将要接触的切线位置设置有所述磁铁单元；或，

所述从动轮与所述履带将要接触的切线位置之前设置有所述磁铁单元；

当所述履带吸盘转动到与所述磁铁单元距离最近的位置时，所述磁铁单元吸附所述铁磁性球脱离所述进气口，流通气流。

可选地，所述从动轮与所述主动轮之间通过驱动轮支架和履带横梁连接；

所述履带横梁包括通过折叠铰链连接的两部分横梁结构。

可选地，所述履带吸盘的第一端设置有与所述轮辋吸盘匹配的凸起部，以使所述履带吸盘与所述轮辋吸盘密封吸合、同步。

第二方面，本发明实施例提供一种履带机器人，所述履带机器人包括第一方面所述的至少一个履带驱动装置。

在本发明实施例中，通过分别在驱动轮和履带上设置吸盘，并且，驱动轮上的轮辋吸盘能够与履带上的履带吸盘贴合在一起，履带吸盘在受到密封驱动轮压迫的时候，履带吸盘中的气体可以通过履带吸盘口和轮辋吸盘同时排出。这样使得驱动轮能够更加稳定的为履带提供驱动力，而且，两个吸盘组合到一起后，提高真空度，提供更强的瞬间吸附力。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种履带驱动装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种驱动轮的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种轮辋吸盘的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种履带吸盘的结构示意图；

图5a和图5b为本申请实施例提供的磁铁单元的结构示意图；

图6a和6b为本申请实施例提供的履带机器人的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

如图1为本申请实施例提供的一种履带驱动装置的结构示意图，所述装置包括：

驱动轮1，所述驱动轮1包括轮辋11，轮辋11外表面均匀设置有轮辋吸盘12，所述轮辋11的两端设置有轮毂，所述轮毂与所述轮辋11形成密封腔10。

履带2，所述履带2包括从所述履带2的第一端平面贯穿到所述履带2的第二端平面的履带吸盘21。

所述驱动轮1与所述履带2环形内圈的第一端平面接触，所述轮辋吸盘12与所述履带吸盘21的第一端吸合，通过所述驱动轮1自转驱动所述履带2转动。

从图1中可以看出，驱动轮1的轮辋11表面均匀设置有轮辋吸盘12。这些轮辋吸盘12贯穿轮辋11，轮辋吸盘12的一端位于轮辋11表面，另一端则位于轮辋11和轮毂形成的密封腔10内，通过轮辋吸盘12使得密封腔10能够与外界之间进行气体流通。

这样的设计，使得驱动轮1可以与履带2配合使用。驱动轮1在不与履带2配合的情况下，通过轮辋吸盘12也可以实现相近的吸附驱动的效果。

从图1中可以看出，在履带2上均匀设置有履带吸盘21。为了便于理解和描述，将履带2内环表面称为第一端平面，将履带2外环表面称为第二端平面。履带吸盘21则从履带2的第一端平面贯穿到履带2的第二端平面。履带2中间层可以是缓冲材质，比如海绵或者天然橡胶等等。

从图1中可以看出，在使用的过程中，驱动轮1会与履带2环形内圈的第一端平面接触。轮辋吸盘12与履带吸盘21的第一端吸合。这样，驱动轮1就能够很可靠、稳定的为履带2提供驱动力，在驱动轮1和履带2之间不会发生相对滑动情况出现。

为了使得轮辋吸盘与履带吸盘能够紧密吸合(不会漏气)，在履带吸盘21的第一端设置凸起部212。当轮辋吸盘与履带吸盘紧密吸合后，履带吸盘进行吸合的时候，可以通过履带吸盘的盘口和轮辋吸盘排出空气。从而获得更好的吸附效果。

随着驱动轮1的转动，会驱动履带2转动，履带吸盘21与轮辋吸盘12吸合，在吸盘连通的情况下，形成一个大的封闭吸盘腔体。履带2在转动的过程中，吸盘会在压力作用下，会将吸盘内的气体排出。排出气体的吸盘将吸附在物体表面，能够实现稳定可靠的吸附效果，实现竖直平面的攀爬作业。

图2为本申请实施例提供的一种驱动轮的结构示意图。从图2中可以看出，驱动轮1还包括：密封驱动电机13；所述密封驱动电机13设置在所述密封腔10内部，与第一轮毂131连接。

密封驱动电机13设置在密封腔10内部，电机驱动轴通过轮毂驱动该驱动轮1转动。在满足驱动效果的同时，节约了驱动轮1的空间。

如图2所示，所述驱动轮1中还包括：吸真空电机14。述吸真空电机14设置在所述密封腔10内部，与第二轮毂141连接；所述第二轮毂141表面开设有排气孔142，用于排放吸真空气体。

在实际应用中，为了满足驱动轮1和履带2的吸附需求，提升履带2装置的吸附能力，可以在密封腔10内部设置一个吸真空电机14。具体来说，当轮辋吸盘12与所述履带吸盘21吸合之后，可以通过吸真空电机14将吸合后的轮辋吸盘12和履带吸盘21中的气体通过排气孔142排出，从而，提升履带吸盘21的吸附力。通过在密封腔10中设置吸真空电机14，不仅能够节约驱动轮1的空间，还能很好的提升密封腔10的封闭效果。

从图2中可以看出，所述驱动轮1还包括：两个拨轮座152，所述拨轮座152通过轴承与所述驱动轮1轴连接。所述拨轮座152设置有凹孔153，拨轮15的拨轮轴151设置在所述凹孔153中；以使所述拨轮座152跟随所述驱动轮1转动的时候，所述拨轮15处于相对固定的位置。

在实际应用中，拨轮轴151的长度要比拨轮15更长一些，拨轮轴151嵌入到拨轮座152中的凹孔153中，这样，不管拨轮座152跟随轮毂如何转动，拨轮15都会在一个相对固定位置，比如，拨轮15保持在驱动轮1的轮辋吸盘12与履带2的履带吸盘21即将分离的位置。

作为一可选方案，可以在驱动轮支架4上设置一个磁铁装置，能够对拨轮座152产生吸附力，从而使得拨轮15用于位于靠近磁铁装置的位置，而这个磁铁装置恰好安装在切点位置。例如，由于凹孔153位于轴承的内环上，拨轮15也会处于相对稳定位置，而不会跟随驱动轮转动。这里采用磁铁装置是为了避免在轮毂表面开孔，造成密封腔10的密封效果减弱。

图3为本申请实施例提供的一种轮辋吸盘的结构示意图。所述轮辋吸盘12包括复位膜片121和阀芯122。当所述轮辋吸盘12转动到所述轮辋吸盘12与所述履带吸盘21将要分离的分离点时，所述拨轮15压迫所述轮辋吸盘12的复位膜片121，推动所述复位膜片121和所述阀芯122开启。

在实际应用中，在没有外力作用的时候，复位膜片121为常闭状态。当复位膜片121转到拨轮下方时，在拨轮的压力作用下，复位膜片121变形，阀门打开，与外界连通，可以进行吸真空作业。拨轮和自复位膜片121之间是滚动摩擦，避免拨轮15对复位膜片121造成磨损，能够延长复位膜片121的寿命。

结合图1来看可知，这里所说的切线位置，是指在履带2与物体平面接触的一侧，履带2与驱动轮1相切的位置。

轮辋吸盘12在拨轮15压力作用下，变为开启状态，此时，吸真空电机14可以将履带吸盘21中的空气吸走的更加彻底，能够有效提高吸盘的吸附效果和能力。

如图4为本申请实施例提供的一种履带吸盘的结构示意图。所述履带吸盘21的气流孔中设置铁磁性球211；当所述轮辋吸盘12转动到所述轮辋吸盘12与所述履带吸盘21将要分离的切线时，所述履带吸盘的第一端平面与第二端平面存在气压差，推动所述铁磁性球至所述气流孔的进气口，阻止气流流通。

在履带未受到挤压状态下，铁磁性球211堵在气流孔中，使得气流孔处于密封状态，防止履带吸盘21漏气。当履带受到挤压时，需要将履带吸盘中的气体排出，排出时在履带吸盘的两端产生气压差，会将铁磁性球211顶起，从而实现气体通过轮辋吸盘12排出。排出后履带吸盘的两端气压差发生变化，铁磁性球211再次堵住气流孔。

为了提升履带吸盘21的吸附力，可以通过吸真空电机14产生负气压，履带吸盘两端压差比较大，铁磁性球211被气流顶起，从而实现通过吸真空电机14对履带吸盘21吸真空，提高真空度。当压差不大时，铁磁性球211会将气流孔堵塞，防止漏气。

从图4中可以看出，在履带吸盘21均匀分布贯穿履带2。在履带2中间采用缓冲效果好的软材质，比如，海绵、天然橡胶等等。使得履带2具有更好的缓冲能力，在遇到低矮障碍物的时候，在履带2缓冲作用下，仍然能保持正常工作，提高履带2装置的适应能力和工作能力。

基于图1和图4可知，履带2驱动装置中还包括：从动轮3；所述从动轮3与所述履带2将要接触的切线位置设置有所述磁铁单元；或，所述从动轮3与所述履带2将要接触的切线位置之前设置有所述磁铁单元；当所述履带吸盘21转动到与所述磁铁单元距离最近的位置时，所述磁铁单元吸附所述铁磁性球211脱离所述进气口，流通气流。

需要说明的是，这里所说的切线位置或者切点位置，均是指履带2吸附到物体表面的一侧中，驱动轮1或者从动轮3与履带2接触的切点位置或者切线位置。

从图1中可以看出，该履带2驱动装置中包括一条履带2，前端一个驱动轮1，后端一个从动轮3。在履带2驱动装置移动过程中，驱动轮1的切点位置对应的履带吸盘21开始建立真空，从而使得履带吸盘21吸附到物体表面。随着履带2驱动装置的不断前移，移动到从动轮3对应的切点位置的履带吸盘21将要离开物体表面，也就需要破真空，此时，可以通过在从动轮3的切线或切线前设置的磁铁单元完成对履带吸盘21的破真空动作。

图5a和图5b为本申请实施例提供的磁铁单元的结构示意图。作为一可选方案，磁铁单元可采用如图5a和5b所示的包含磁铁和极靴的结构，或者磁柱轴和极靴盘的形式。能够增强磁铁单元对铁磁性球211的吸附能力。

如图1所示，所述从动轮3与所述主动轮之间通过驱动轮支架4和履带横梁5连接。

其中，履带横梁5可以是一个完整横梁。履带横梁5也可以包括两部分，通过折叠铰链连接，在两个铰链之间设置有折叠锁，折叠永久磁铁，使用时通过折叠锁锁紧，履带横梁5展开。不使用时折叠，履带2、密封条等处于放松状态，可以提高履带2寿命。

基于同样的思路，本申请实施例还提供一种履带2机器人，所述履带2机器人包括前述实施例所述的至少一个履带2驱动装置。

如图6a和6b为本申请实施例提供的履带机器人的结构示意图。下面以四履带2为例进行说明。可以由四履带2、四履带2车架构成四履带2全地形底盘。每个履带2驱动器由履带2舵机控制，按照要求改变角度。形成O型、X形、平行分布等分布，完成转向、平移操作。四履带2底盘的平移和转向，在o型和x构型时，可以通过不同角度形成的合力，完成平移和转向。

通过分别在驱动轮和履带上设置吸盘，并且，驱动轮上的轮辋吸盘12能够与履带上的履带吸盘贴合在一起。这样使得驱动轮能够更加稳定的为履带提供驱动力，而且，两个吸盘组合到一起后，提供更强的瞬间吸附力。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种履带驱动装置，其特征在于，所述装置包括：

驱动轮，所述驱动轮包括轮辋，轮辋外表面均匀设置有轮辋吸盘，所述轮辋的两端设置有轮毂，所述轮毂与所述轮辋形成密封腔；

履带，所述履带包括从所述履带的第一端平面贯穿到所述履带的第二端平面的履带吸盘；

所述驱动轮与所述履带环形内圈的第一端平面接触，所述轮辋吸盘与所述履带吸盘的第一端吸合，通过所述驱动轮自转驱动所述履带转动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动轮还包括：密封驱动电机；

所述密封驱动电机设置在所述密封腔内部，与第一轮毂连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动轮还包括：吸真空电机；

所述吸真空电机设置在所述密封腔内部，与第二轮毂连接；

所述第二轮毂表面开设有排气孔，用于排放吸真空气体。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动轮还包括：两个拨轮座，所述拨轮座通过轴承与所述驱动轮轴连接；

所述拨轮座设置有凹孔，拨轮的拨轮轴设置在所述凹孔中；以使所述拨轮座跟随所述驱动轮转动的时候，所述拨轮处于相对固定的位置。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述轮辋吸盘包括复位膜片和阀芯；

当所述轮辋吸盘转动到所述轮辋吸盘与所述履带吸盘将要分离的分离点时，所述拨轮压迫所述轮辋吸盘的复位膜片，推动所述复位膜片和所述阀芯开启。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述履带吸盘的气流孔中设置铁磁性球；

当所述轮辋吸盘转动到所述轮辋吸盘与所述履带吸盘将要分离的分离点时，所述履带吸盘的第一端平面与第二端平面的气压差，推动所述铁磁性球打开所述气流孔。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：从动轮；

所述从动轮与所述履带将要接触的切线位置设置有所述磁铁单元；或，

所述从动轮与所述履带将要接触的切线位置之前设置有所述磁铁单元；

当所述履带吸盘转动到与所述磁铁单元距离最近的位置时，所述磁铁单元吸附所述铁磁性球脱离所述进气口，流通气流。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述从动轮与所述主动轮之间通过驱动轮支架和履带横梁连接；

所述履带横梁包括通过折叠铰链连接的两部分横梁结构。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述履带吸盘的第一端设置有与所述轮辋吸盘匹配的凸起部，以使所述履带吸盘与所述轮辋吸盘密封吸合、同步。

10.一种履带机器人，其特征在于，所述履带机器人包括权利要求1至权利要求9中所述的至少一个履带驱动装置。

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