CN114954712A - 一种具有步态控制的轮毂电机履带轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，包括驱动轮、张紧轮、环绕在驱动轮和张紧轮外侧的履带、驱动电机组件、减速器组件以及张紧轮控制结构；减速器组件位于驱动轮的内部的空腔内；驱动电机组件与减速器组件同轴连接；驱动电机组件通过减速器组件驱动驱动轮转动，实现行进动作；所述的张紧轮控制结构与驱动电机组件连接，且能够驱动张紧轮绕驱动电机组件旋转，从而实现履带轮的步态动作。本发明提供的履带轮具有越障性能好、驱动能力强、空间布局紧凑、行走稳定性好的优势，能够更好地满足小型履带式车辆的需要。

Description

一种具有步态控制的轮毂电机履带轮

技术领域

本发明涉及小型履带式车辆技术领域，尤其涉及一种具有步态控制的轮毂电机履带轮。

背景技术

履带行走装置是19世纪30年代由基米特里·查格良斯基发明的，由两条闭合并平行旋转的履带使车辆运动，能在轮式行走机构无法到达的无路、深雪、软泥地等工况复杂的环境下行驶。发展至今，履带行走装置已经得到极大改进和广泛应用。对于用于复杂地形的车辆，如坦克，无人战车，增加前轮高度能够提高车辆超越垂直障碍的能力，增加后轮高度使车辆爬坡及过起伏地面时可避免后轮与地面相碰撞；对于用于平坦路面的车辆，如挖掘机，驱动轮和导向轮一般不需要提高，采用整体式履带可以有效增加履带与地面的接触面积，增大摩擦力，增强稳定性。除此之外，现有三角履带轮已经被广泛应用于四驱机动车辆，其主要有支撑接、张紧轮、负重轮、导向轮及橡胶履带组成，具有轻便、噪声低、振动冲击小、通过性好、稳定性高、机动性高等特点。

目前，小型履带式车辆，如无人战车，均应用到上述履带行走装置。但是上述三种形式的履带装置，都属于被动式的，不能根据地形复杂的程度进行主动控制而增加履带装置的行走步态多样性。并且，其结构复杂、体积大、重量大；同时，上述履带装置的驱动方式几乎都采用了传统驱动方式，即驱动电机安装于车架上，电机旋转带动驱动半轴，驱动半轴带动驱动轮转动，从而带动履带运动，但是动力输出因中间传输环节的机械能损耗而使传动效率降低，其空间利用率低。

公开号为CN206926737U的中国专利公布了一种助力车履带轮装置，该助力车履带轮装置包括：车体、水平转动安装于车体上的轮轴Ⅰ、安装于轮轴Ⅰ外端的驱动轮、通过轴承转动安装于轮轴Ⅰ上的摆臂、安装于车体上的电机、转动安装于摆臂前端的胀轮、包绕于胀轮及驱动轮上的履带以及通过轮轴Ⅱ转动安装于摆臂后端的N个减震轮，当爬楼时，电机驱动摆臂旋转带动减震轮一块旋转到不与地面接触的位置，此时履带与楼梯接触，不影响爬楼梯。当在平地行走时，电机驱动摆臂旋转到与地面垂直，此时减震轮才和地面接触，并且把履带两个轮齿间的空隙填补，因此有效抵消了履带凸起的轮齿与地面接触时产生的震动，提高了履带行走机构行走的稳定性。该现有的助力车履带轮装置，采用摆臂结构只是为了旋转跟楼梯接触而不能起到越障支撑作用，同时电机和驱动轮是相对分离的，只是通过轮轴的简单连接实现传动，并未实现电机和驱动轮一体化。

因此，有必要设计一种越障性能好、驱动能力强、空间布局紧凑、行走稳定性好的履带轮，以更好地满足小型履带式车辆的需要。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，使得小型履带式车辆在有限的空间布局下增强越障能力、增大驱动力以及提高稳定性。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，包括驱动轮、张紧轮、环绕在驱动轮和张紧轮外侧的履带、驱动电机组件、减速器组件以及张紧轮控制结构；减速器组件位于驱动轮的内部的空腔内；驱动电机组件与减速器组件同轴连接；驱动电机组件通过减速器组件驱动驱动轮转动，实现行进动作；所述的张紧轮控制结构与驱动电机组件连接，且能够驱动张紧轮绕驱动电机组件旋转，从而实现履带轮的步态动作。

通过将减速器组件位于驱动轮的内部的空腔内，并使驱动电机组件与减速器组件同轴连接，可以有效减少履带轮的轴向长度，使得轮毂电机履带轮空间布局紧凑。驱动电机组件通过减速器组件驱动驱动轮转动，形成履带轮的行进动作；通过张紧轮控制结构驱动张紧轮绕驱动电机组件旋转，从而实现履带轮的步态动作。

进一步地，张紧轮控制结构包括步态电机组件、蜗轮蜗杆传动装置以及步态支架组件；步态支架组件包括步态壳体以及步态摆臂，步态壳体同轴旋转套设于驱动电机组件的外侧；步态摆臂的环端与步态壳体同轴固定连接，张紧轮位于步态摆臂的远离环端的另一端；步态电机组件将动力通过蜗轮蜗杆传动装置传至步态支架组件，从而带动步态摆臂和张紧轮绕驱动电机组件的主轴转动。

步态支架组件通过步态壳体同轴旋转套设于驱动电机组件的外侧，没有额外增加履带轮的轴向长度，使得轮毂电机履带轮空间布局紧凑。

进一步地，包括与驱动电机组件可拆卸式连接的后端盖支架组件，所述蜗轮蜗杆传动装置为与步态电机组件的输出轴同轴连接的蜗杆本体和与蜗杆本体配副的蜗轮；蜗杆本体旋转支撑于后端盖支架组件上，蜗轮与步态壳体同轴连接。

进一步地，步态支架组件包括位于步态壳体与驱动电机组件之间的石墨铜衬套、第一止推衬垫以及第二止推衬垫；石墨铜衬套的内侧与驱动电机组件的外侧可旋转地连接，石墨铜衬套的外侧与步态壳体的内侧同轴可旋转地连接；第一止推衬垫位于蜗轮与后端盖支架组件之间；第二止推衬垫的端面与步态摆臂的环端同轴固定连接；第一止推衬垫和第二止推衬垫分别与石墨铜衬套的两个端面之间形成间隙配合。

通过在步态壳体与驱动电机组件的外侧之间设置石墨铜衬套，使得步态壳体可旋转地支撑在驱动电极组件的外侧。与采用传统的轴承旋转支撑方式相比，采用石墨铜衬套进行旋转支撑的方式能够有效减小步态壳体的径向尺寸。石墨铜套(简称JDB)是一种兼有金属轴承特点和自润滑轴承特点的新颖润滑轴承，由金属基体承受载荷，特殊配方的固体润滑材料起润滑作用。石墨铜套具有承载能力高、耐冲击、耐高温、自润滑能力强等特点，适用于重载、低速、往复或摆动等难以润滑和形成油膜的场合，也不怕水冲和其它酸液的浸蚀和冲刷。石墨铜套替代传统的轴承具有节省空间的优势，使得结构更加紧凑，布局更加合理，同时也使得重量减轻。

进一步地，包括张紧组件，张紧组件包括张紧座、第一直线轴承、第二直线轴承、第一活塞杆、第二活塞杆、第一弹簧、第二弹簧、第一锁紧螺母、第二锁紧螺母、张紧轴及张紧轮轴承；张紧座与步态摆臂远离环端的一端固定连接，张紧座对称设置有一对第一通孔，第一通孔的轴线与驱动电机组件的主轴呈垂直设置；第一直线轴承和第二直线轴承位于张紧座靠近步态摆臂环端的一侧，第一直线轴承和第二直线轴承的外圈分别与张紧座的第一通孔同轴设置且固定连接；张紧轴与张紧座相对设置；第一弹簧和第二弹簧的一端与张紧座远离步态摆臂环端的一侧固定连接，另一端与张紧轴固定连接；第一活塞杆和第二活塞杆的一端与张紧轴固定连接，另一端依次穿过第一弹簧和第二弹簧以及第一直线轴承和第二直线轴承的内圈并与第一锁紧螺母和第二锁紧螺母旋紧连接，第一活塞杆和第二活塞杆与第一直线轴承和第二直线轴承的内圈滑动连接，从而调节张紧组件的长短；张紧轴背离驱动电机组件的一端与张紧轮轴承的内圈同轴固定连接；张紧轮轴承的外圈与张紧轮的内壁同轴固定连接；第一弹簧和第二弹簧始终处于张紧状态，从而始终能够给张紧轮提供推力，使履带保持张紧。

进一步地，驱动电机组件包括驱动电机定子组件、驱动电机转子组件、驱动电机轴以及驱动电机旋变；驱动电机轴设有驱动电机轴本体，驱动电机转子组件与驱动电机轴本体同轴固定连接，驱动电机定子组件同轴设置于驱动电机转子组件的外侧且与驱动电机转子组件间隙配合；减速器组件包括减速器输入端以及减速器输出轴；驱动电机轴本体的一端穿过驱动电机后端盖与驱动电机旋变的转子连接，另一端与减速器组件的减速器输入端同轴固定连接；减速器输出轴与驱动轮同轴固定连接，驱动电机轴本体的输出轴旋转运动经减速器本体的减速增矩作用，从而使驱动轮获得更大的驱动力。

进一步地，驱动电机组件包括驱动电机前端盖、同轴固定套接于驱动电机定子组件外部的驱动电机机壳以及驱动电机后端盖，驱动电机前端盖和驱动电机后端盖分别同轴固定安装在驱动电机机壳的两端，形成用于容纳驱动电机定子组件和驱动电机转子组件的空腔；所述驱动电机轴本体的两端分别通过轴承与驱动电机前端盖以及驱动电机后端盖可旋转地连接；驱动电机后端盖设有用于容纳驱动电机旋变的空腔，驱动电机后端盖远离驱动电机机壳的端面与后端盖支架组件固定连接；减速器组件包括固定套设于减速器外侧的减速器外壳以及轮毂轴承，减速器外壳通过轮毂轴承与驱动轮绕驱动电机组件的主轴方向可旋转地连接，驱动电机前端盖远离驱动电机机壳的一侧面与减速器组件的减速器外壳同轴固定连接。

进一步地，后端盖支架组件包括第一耳板、第二耳板和后端盖支架；第一耳板和第二耳板相对设置于后端盖支架上方且与后端盖支架的平面垂直；蜗杆本体两端可旋转地支撑于第一耳板和第二耳板上。

进一步地，所述蜗轮蜗杆传动装置具备不自锁功能。

进一步地，步态电机组件包括电磁制动器，步态电机轴本体通过电磁制动器与步态电机旋变连接，用于实现步态电机轴本体的自锁。

有益效果：

(1)本发明中，驱动电机组件、减速器组件、驱动轮形成驱动组件，用于控制履带轮行进。减速器组件位于驱动轮的内部的空腔内；驱动电机组件与减速器组件同轴连接，即驱动电机组件、减速器和驱动轮合为一体，形成轮毂电机驱动轮。与现有技术相比，本发明具有空间紧凑、传动效率高、驱动力大的显著优势。

(2)本发明中，步态电机组件、蜗轮蜗杆传动装置以及步态支架组件形成张紧轮控制结构，步态电机组件将动力通过蜗轮蜗杆传动装置传至步态支架组件，从而带动步态摆臂和张紧轮绕驱动电机组件的主轴转动，从而实现履带轮的步态动作。

(3)本发明中，步态支架组件设有张紧组件，可以根据履带轮行驶过程中履带的松紧状态被动地调节张紧组件自身的长短，使得张紧轮始终与履带保持贴合状态，起到张紧减振的作用。

(4)本发明中，通过具备不自锁功能的蜗轮蜗杆传动装置和步态电机组件的配合使用，实现履带轮的防扭减振以及主动调节步态的作用。

在平地上行走时，通过给步态电机一个恒定的扭矩，通过蜗轮蜗杆传动装置传至步态支架组件，从而使张紧轮紧紧地将履带压在地面上，使得履带与地面之间的有效接触面增加，进而增大摩擦力、增加抓地能力。

在行驶路面遇到小的障碍物时，与张紧轮贴合的履带部分首先碰到障碍物，当障碍物支撑部位到驱动轮中心的力矩即外力矩大于由步态电机组件提供的经由蜗轮蜗杆传动至步态支架组件上的给定力矩时，蜗轮反向转动并驱动蜗杆反向转动。

在整个越障行进过程中，外力矩和给定力矩的合力矩大小是连续变化的：外力矩小于给定力矩，则履带紧压障碍物且步态支架组件不反转；外力矩大于给定力矩，则障碍物紧压履带且步态支架组件反转。当越过障碍物后，履带轮又在步态电机扭矩的作用下恢复到紧压路面的状态，整个行进过程中张紧轮控制结构起到防扭减振的作用。

在越野路面行走时，行驶遇到陡坡等大的障碍物时，步态电机主动驱动蜗轮蜗杆传动装置使得步态支架组件旋转到跟障碍物之间形成一个上坡角度，在整个越障过程中步态电机轴本体锁紧从而避免履带轮反转，使得越障能力更强。

本发明中，张紧轮控制结构和驱动组件虽然可以独立控制运动，但是二者是在整个运动过程中，根据路况的复杂程度共同作用主动调节行进步态以适应工况环境要求，使得小型履带式车辆在有限的空间布局下增强越障能力、增大驱动力、提高稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明的一种实施例的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮的等轴测视图；

图2为本发明的一种实施例的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮的等轴测爆炸视图；

图3为本发明的一种实施例的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮的步态电机组件的纵向剖视图的左右二等角轴测视图；

图4为本发明的一种实施例的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮的后端盖组件等轴测视图；

图5为本发明的一种实施例的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮的步态支架组件的等轴测爆炸视图；

图6为本发明的一种实施例的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮的驱动电机组件的纵向剖视图的左右二等角轴测视图；

图7为本发明的一种实施例的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮的减速器组件的纵向剖视图的左右二等角轴测视图；

图8为本发明的一种实施例的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮的履带组件的左右二等角轴测视图；

图9为本发明的一种实施例的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮的行进步态示意图。

具体实施方式

本发明的附图标记如下所示：步态电机组件1，步态电机定子组件11，步态电机定子铁芯111，步态电机线圈绕组112，步态电机转子组件12，步态电机转子铁芯121，步态电机转子磁钢122，步态电机前端盖13，步态电机机壳14，步态电机后端盖15，步态电机轴16，步态电机第一轴承161，步态电机第二轴承162，步态电机轴本体163，步态电机旋变17，步态电机旋变定子171，步态电机旋变转子172，旋变盖板18；后端盖组件2，后端盖支架组件21，第一耳板211，第二耳板212，后端盖支架213，蜗杆组件22，蜗杆第一轴承221，蜗杆第二轴承222，蜗杆本体223；步态支架组件3，石墨铜衬套31，步态壳体32，蜗轮33，步态摆臂34，张紧组件35，张紧座351，第一直线轴承3521，第二直线轴承3522，第一活塞杆3531，第二活塞杆3532，第一弹簧3541，第二弹簧3542，第一锁紧螺母3551，第二锁紧螺母3552，张紧轴356，张紧轮轴承357，第一止推衬垫36，第二止推衬垫37；驱动电机组件4，驱动电机定子组件41，驱动电机定子铁芯411，驱动电机线圈绕组412，驱动电机转子组件42，驱动电机转子铁芯421，驱动电机转子磁钢422，驱动电机前端盖43，驱动电机机壳44，驱动电机后端盖45，驱动电机轴46，驱动电机第一轴承461，驱动电机第二轴承462，驱动电机轴本体463，驱动电机旋变47，驱动电机旋变定子471，驱动电机旋变转子472；减速器组件5，减速器51，减速器本体511，减速器输出轴512，减速器输入端513，减速器外壳52，轮毂轴承53；履带组件6，履带61，驱动轮62，张紧轮63。

本发明提供的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，包括驱动轮62、张紧轮63、环绕在驱动轮62和张紧轮63外侧的履带61、驱动电机组件4、减速器组件5以及张紧轮控制结构；减速器组件5位于驱动轮62的内部的空腔内，驱动电机组件4与减速器组件5同轴连接；驱动电机组件4通过减速器组件5驱动驱动轮62转动，实现行进动作；所述的张紧轮控制结构与驱动电机组件4连接，且能够驱动张紧轮63绕驱动电机组件4旋转，从而实现履带轮的步态动作。

进一步地，张紧轮控制结构包括步态电机组件1、蜗轮蜗杆传动装置以及步态支架组件3；步态支架组件3包括步态壳体32以及步态摆臂34，步态壳体32同轴旋转套设于驱动电机组件4的外侧；步态摆臂34的环端与步态壳体32同轴固定连接，张紧轮63位于步态摆臂34的远离环端的另一端；步态电机组件1将动力通过蜗轮蜗杆传动装置传至步态支架组件3，从而带动步态摆臂34和张紧轮63绕驱动电机组件4的主轴转动。

进一步地，包括与驱动电机组件4可拆卸式连接的后端盖支架组件21，所述蜗轮蜗杆传动装置为与步态电机组件1的输出轴同轴连接的蜗杆本体223和与蜗杆本体223配副的蜗轮33；蜗杆本体223旋转支撑于后端盖支架组件21上，蜗轮33与步态壳体32同轴连接。

进一步地，步态支架组件3包括位于步态壳体32与驱动电机组件4之间的石墨铜衬套31、第一止推衬垫36以及第二止推衬垫37；石墨铜衬套31的内侧与驱动电机组件4的外侧可旋转地连接，石墨铜衬套31的外侧与步态壳体32的内侧同轴可旋转地连接；第一止推衬垫36位于蜗轮33与后端盖支架组件21之间；第二止推衬垫37的端面与步态摆臂34的环端同轴固定连接；第一止推衬垫36和第二止推衬垫37分别与石墨铜衬套31的两个端面之间形成间隙配合。

进一步地，包括张紧组件35，张紧组件35包括张紧座351、第一直线轴承3521、第二直线轴承3522、第一活塞杆3531、第二活塞杆3532、第一弹簧3541、第二弹簧3542、第一锁紧螺母3551、第二锁紧螺母3552、张紧轴356及张紧轮轴承357；张紧座351与步态摆臂34远离环端的一端固定连接，张紧座351对称设置有两个第一通孔，第一通孔的轴线与驱动电机组件4的主轴呈垂直设置；第一直线轴承3521和第二直线轴承3522位于张紧座351靠近步态摆臂34环端的一侧，第一直线轴承3521和第二直线轴承3522的外圈分别与张紧座351的第一通孔同轴设置且固定连接；张紧轴356与张紧座351相对设置；第一弹簧3541和第二弹簧3542的一端与张紧座351远离步态摆臂34环端的一侧固定连接，另一端与张紧轴356固定连接；第一活塞杆3531和第二活塞杆3532的一端与张紧轴356固定连接，另一端依次穿过第一弹簧3541和第二弹簧3542以及第一直线轴承3521和第二直线轴承3522的内圈并与第一锁紧螺母3551和第二锁紧螺母3552旋紧连接，第一活塞杆3531和第二活塞杆3532与第一直线轴承3521和第二直线轴承3522的内圈滑动连接，从而调节张紧组件35的长短；张紧轴356背离驱动电机组件4的一端与张紧轮轴承357的内圈同轴固定连接；张紧轮轴承357的外圈与张紧轮63的内壁同轴固定连接；第一弹簧3541和第二弹簧3542始终处于张紧状态，从而始终能够给张紧轮63提供推力，使履带61保持张紧。

进一步地，驱动电机组件4包括驱动电机定子组件41、驱动电机转子组件42、驱动电机轴46以及驱动电机旋变47；驱动电机轴46设有驱动电机轴本体463，驱动电机转子组件42与驱动电机轴本体463同轴固定连接，驱动电机定子组件41同轴设置于驱动电机转子组件42的外侧且与驱动电机转子组件42间隙配合；减速器组件5包括减速器输入端513以及减速器输出轴512；驱动电机轴本体463的一端穿过驱动电机后端盖45与驱动电机旋变47的转子连接，另一端与减速器组件5的减速器输入端513同轴固定连接；减速器输出轴512与驱动轮62同轴固定连接，驱动电机轴本体463的输出轴旋转运动经减速器本体511的减速增矩作用，从而使驱动轮62获得更大的驱动力。

进一步地，驱动电机组件4包括驱动电机前端盖43、同轴固定套接于驱动电机定子组件41外部的驱动电机机壳44以及驱动电机后端盖45，驱动电机前端盖43和驱动电机后端盖45分别同轴固定安装在驱动电机机壳44的两端，形成用于容纳驱动电机定子组件41和驱动电机转子组件42的空腔；所述驱动电机轴本体463的两端分别通过轴承与驱动电机前端盖43以及驱动电机后端盖45可旋转地连接；驱动电机后端盖45设有用于容纳驱动电机旋变47的空腔，驱动电机后端盖45远离驱动电机机壳44的端面与后端盖支架组件21固定连接；减速器组件5包括固定套设于减速器51外侧的减速器外壳52以及轮毂轴承53，减速器外壳52通过轮毂轴承53与驱动轮62绕动电机组件4的主轴方向可旋转地连接，驱动电机前端盖43远离驱动电机机壳44的一侧面与减速器组件5的减速器外壳52同轴固定连接。

进一步地，后端盖支架组件21包括第一耳板211、第二耳板212和后端盖支架213；第一耳板211和第二耳板212相对设置于后端盖支架213上方且与后端盖支架213的平面垂直；蜗杆本体223两端均可旋转地支撑于第一耳板211和第二耳板212上。

进一步地，所述蜗轮蜗杆传动装置具备不自锁功能。

进一步地，步态电机组件1包括电磁制动器，步态电机轴本体163通过电磁制动器与步态电机旋变17连接，用于实现步态电机轴本体163的自锁。

实施例1

本发明实施例1的具体结构如图1至图9所示。下面将结合附图，对本发明的实施例1进行描述。

图1本发明的一种实施例的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮的等轴测视图。从图1可见，整体结构布局简单，结构紧凑。

如图2所示，本实施例的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，包括步态电机组件1、与步态电机组件1相对设置的后端盖组件2、与后端盖组件2相对设置的步态支架组件3、与步态支架组件3同轴设置的驱动电机组件4、与驱动电机组件4同轴设置的减速器组件5、与驱动电机组件4和步态支架组件3分别相对设置的履带组件6。步态电机组件1固定连接在车身上，后端盖组件2固定连接在车身上。步态电机组件1、后端盖组件2、步态支架组件3形成张紧轮控制结构，用于控制履带轮步态；驱动电机组件4、减速器组件5形成驱动组件，用于控制履带轮行进。张紧轮控制结构和驱动组件共同作用带动履带组件6形成履带轮的行进步态。

具体地，从图3可知，步态电机组件1包括步态电机定子组件11、步态电机转子组件12、步态电机前端盖13、步态电机机壳14、步态电机后端盖15、步态电机轴16、步态电机旋变17及旋变盖板18。步态电机定子组件11同轴固定于步态电机机壳14内壁上，步态电机转子组件12同轴间隙位于步态电机定子组件11内，步态电机转子组件12同轴固定在步态电机轴16上，步态电机轴16通过轴承分别旋转安装在步态电机前端盖13和步态电机后端盖15的中心通孔内，步态电机前端盖13和步态电机后端盖15分别同轴固定安装在步态电机机壳14的两端，步态电机旋变17安装在步态电机后端盖15远离步态电机机壳14的一侧且位于步态电机后端盖15空腔内，旋变盖板18固定安装在步态电机后端盖15远离步态电机旋变17的一端上。

具体地，从图4可知，后端盖组件2包括后端盖支架组件21和蜗杆组件22。后端盖支架组件21连接在车身上，蜗杆组件22通过后端盖支架组件21上方两侧的耳板连接在后端盖支架组件21上。蜗杆组件22连接在步态电机轴16的输出轴上。

具体地，从图5可知，步态支架组件3包括石墨铜衬套31、步态壳体32、蜗轮33、步态摆臂34、张紧组件35、第一止推衬垫36、第二止推衬垫37。石墨铜衬套31同轴旋转套设在驱动电机组件4的外侧，步态壳体32同轴旋转套设在石墨铜衬套31的外侧，蜗轮33同轴固定在步态壳体32外侧上靠近后端盖支架组件21的位置，步态摆臂34的环端的一侧同轴固定安装在步态壳体32上远离蜗轮33的端面上，步态摆臂34环端的内孔直径与步态壳体32的空腔直径相等，张紧组件35固定安装在步态摆臂34远离环端的一端上，靠近蜗轮的第一止推衬垫36同轴固定安装到步态壳体32的一端，远离蜗轮的第二止推衬垫37同轴固定在步态摆臂34的环端的另一侧上，第一止推衬垫36和第二止推衬垫37分别与石墨铜衬套31的两个端面之间形成间隙配合。

具体地，从图6可知，驱动电机组件4包括驱动电机定子组件41、驱动电机转子组件42、驱动电机前端盖43、驱动电机机壳44、驱动电机后端盖45、驱动电机轴46、驱动电机旋变47。驱动电机定子组件41同轴固定于驱动电机机壳44内壁上，驱动电机转子组件42同轴间隙位于驱动电机定子组件41内，驱动电机转子组件42同轴固定在驱动电机轴46上，驱动电机轴46通过轴承分别旋转安装在驱动电机前端盖43和驱动电机后端盖45的中心通孔内，驱动电机前端盖43和驱动电机后端盖45分别同轴固定安装在驱动电机机壳44的两端，驱动电机旋变47固定安装在驱动电机后端盖45远离驱动电机机壳44的一侧且间隙位于驱动电机后端盖45空腔内，驱动电机后端盖45上远离驱动电机机壳44的一端固定连接在后端盖支架组件21上。

具体地，从图7可知，减速器组件5包括减速器51、减速器外壳52、轮毂轴承53。减速器51位于减速器外壳52空腔内且同轴固定在内径较小的圆孔端面上，减速器外壳52空腔内径较大的圆柱端面同轴固定连接到驱动电机前端盖43上，轮毂轴承53内孔配合安装到减速器外壳52直径较小的外圆柱上。

具体地，从图8可知，履带组件6包括履带61、驱动轮62、张紧轮63。驱动轮62的内壁固定安装到轮毂轴承53的外圈上，张紧轮63连接安装到张紧组件35上，履带61环绕驱动轮62和张紧轮63实现运动。

具体地，从图3可知，步态电机定子组件11包括步态电机定子铁芯111和步态电机线圈绕组112。步态电机定子铁芯111固定在步态电机机壳14内壁上，步态电机线圈绕组112缠绕在步态电机定子铁芯111上。

具体地，从图3可知，步态电机转子组件12包括步态电机转子铁芯121和步态电机转子磁钢122。步态电机转子铁芯121的内侧圆柱面同轴固定在步态电机轴16上，步态电机转子磁钢122固定在步态电机转子铁芯121的外侧圆柱面上。

具体地，从图3可知，步态电机轴16包括步态电机第一轴承161、步态电机第二轴承162和步态电机轴本体163。步态电机轴本体163的两端分别过盈配合安装在步态电机第一轴承161和步态电机第二轴承162的内圈中，步态电机第一轴承161和步态电机第二轴承162的外圈分别过盈配合安装到步态电机前端盖13和步态电机后端盖15的轴承座的孔内。

步态电机转子铁芯121同轴固定安装在步态电机轴本体163的中段。

具体地，从图3可知，步态电机旋变17包括步态电机旋变定子171和步态电机旋变转子172。步态电机旋变17为外购件，型号可选TW37XU0904AA。本专利中步态电机旋变17结构为简化结构。步态电机轴本体163穿过步态电机后端盖15的通孔连接在步态电机旋变转子172内孔中，步态电机旋变定子171同轴固定在步态电机后端盖15远离步态电机机壳14的一侧且位于步态电机后端盖15空腔内。

具体地，从图4可知，后端盖支架组件21包括第一耳板211、第二耳板212和后端盖支架213。第一耳板211和第二耳板212分别固定安装在后端盖支架213上方的两端且与后端盖支架213的平面垂直。

具体地，从图4可知，蜗杆组件22包括蜗杆第一轴承221、蜗杆第二轴承222和蜗杆本体223。蜗杆第一轴承221和蜗杆第二轴承222的内圈分别固定安装在蜗杆本体223的两端，蜗杆组件22通过蜗杆第一轴承221和蜗杆第二轴承222的外圈分别固定安装在第一耳板211和第二耳板212的通孔中。

蜗杆本体223和蜗轮33构成蜗轮蜗杆传动装置，在本专利中，蜗轮蜗杆传动装置具备不自锁功能。

具体地，从图5可知，张紧组件35包括张紧座351、第一直线轴承3521、第二直线轴承3522、第一活塞杆3531、第二活塞杆3532、第一弹簧3541、第二弹簧3542、第一锁紧螺母3551、第二锁紧螺母3552、张紧轴356及张紧轮轴承357；张紧座351与步态摆臂34远离环端的一端固定连接，张紧座351对称设置有一对第一通孔，第一通孔的轴线与驱动电机组件4的主轴呈垂直设置；第一直线轴承3521和第二直线轴承3522位于张紧座351靠近步态摆臂34环端的一侧，第一直线轴承3521和第二直线轴承3522的外圈分别与张紧座351的第一通孔同轴设置且固定连接；张紧轴356与张紧座351相对设置；第一弹簧3541和第二弹簧3542的一端与张紧座351远离步态摆臂34环端的一侧固定连接，另一端与张紧轴356固定连接；第一活塞杆3531和第二活塞杆3532的一端与张紧轴356固定连接，另一端依次穿过第一弹簧3541和第二弹簧3542以及第一直线轴承3521和第二直线轴承3522的内圈并与第一锁紧螺母3551和第二锁紧螺母3552旋紧连接，第一活塞杆3531和第二活塞杆3532与第一直线轴承3521和第二直线轴承3522的内圈滑动连接，从而调节张紧组件35的长短；张紧轴356背离驱动电机组件4的一端与张紧轮轴承357的内圈同轴固定连接；张紧轮轴承357的外圈与张紧轮63的内壁同轴固定连接；第一弹簧3541和第二弹簧3542始终处于张紧状态，从而始终能够给张紧轮63提供推力，使履带61保持张紧。

由于张紧组件35中的第一弹簧3541和第二弹簧3542始终处于张紧状态，因此可以根据履带轮行驶过程中履带的松紧状态被动地调节张紧组件35自身的长短，使得张紧轮63始终与履带61保持贴合状态，起到张紧减振的作用。

具体地，从图6可知，驱动电机定子组件41包括驱动电机定子铁芯411和驱动电机线圈绕组412。驱动电机定子铁芯411固定在驱动电机机壳44内壁上，驱动电机线圈绕组412缠绕在驱动电机定子铁芯411上。

具体地，从图6可知，驱动电机转子组件42包括驱动电机转子铁芯421和驱动电机转子磁钢422。驱动电机转子铁芯421的内侧圆柱面同轴固定在驱动电机轴46上，驱动电机转子磁钢422固定在驱动电机转子铁芯421的外侧圆柱面上。

具体地，从图6可知，驱动电机轴46包括驱动电机第一轴承461、驱动电机第二轴承462和驱动电机轴本体463。驱动电机轴本体463的两端分别过盈配合安装在驱动电机第一轴承461和驱动电机第二轴承462的内圈中，驱动电机第一轴承461和驱动电机第二轴承462的外圈分别过盈配合安装到驱动电机前端盖43和驱动电机后端盖45的轴承座的孔内。

驱动电机转子铁芯421同轴固定安装在驱动电机轴本体463的中段。

具体地，从图6可知，驱动电机旋变47包括驱动电机旋变定子471和驱动电机旋变转子472。驱动电机旋变47为外购件，型号可选TW37XU0904AA。本专利中驱动电机旋变47结构为简化结构。驱动电机轴本体463穿过驱动电机后端盖45的通孔连接在驱动电机旋变转子472内孔中，驱动电机旋变定子471同轴固定在驱动电机后端盖45远离驱动电机机壳44的一侧且位于驱动电机后端盖45空腔内。

具体地，从图7可知，减速器51包括减速器本体511、减速器输出轴512和减速器输入端513。减速器51为外购件，型号可选PGH060。本专利中的减速器51结构为简化结构。减速器本体511位于减速器外壳52空腔内且同轴固定在内径较小的圆孔端面上。驱动电机轴本体463的输出轴连接到减速器输入端513内。减速器输出轴512连接到驱动轮62的中心通孔内。

具体地，从图9可知，履带轮在行进过程中步态变化是一个动态过程，是根据实际的情况作出相应的动作调整以满足各种工况要求。

本专利中的步态电机旋变17和驱动电机旋变47分别测量步态电机轴本体163和驱动电机轴本体463的角速度，从而方便控制转速实现行进步态控制。

本实施例的电动机的工作原理：电动机是将电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电定子线圈绕组产生旋转磁场并作用于转子，转子本身由于永磁体的作用会产生恒定的磁场，在旋转磁场的作用下产生旋转扭矩，从而带动转子转动。

本实施例的工作原理如下：驱动电机组件4的驱动电机轴本体463的输出轴连接到减速器组件5的减速器输入端513的孔内，减速器输出轴512连接在驱动轮62的中心孔中，驱动电机轴本体463的输出轴旋转运动经减速器本体511的减速增矩作用使得驱动轮获得较大的驱动力；步态电机组件1的步态电机轴本体163的输出轴连接到后端盖组件2的蜗杆本体223的孔中，蜗杆本体223和步态支架组件3的蜗轮33形成蜗轮蜗杆传动装置，步态支架组件3的石墨铜衬套31同轴旋转安装在驱动电机组件4的外侧，步态电机轴本体163的输出轴旋转运动经蜗轮蜗杆传动装置的传动作用使得步态支架组件3围绕驱动电机组件4旋转，从而实现履带轮的步态动作。

在平地上行走时，通过给步态电机组件1一个恒定的扭矩，通过蜗轮蜗杆传动装置传至步态支架组件3，从而使张紧轮63紧紧地将履带61压在地面上，使得履带61与地面之间的有效接触面增加，进而增大摩擦力、增加抓地能力。

在行驶路面遇到小的障碍物时，与张紧轮63贴合的履带部分首先碰到障碍物，当障碍物支撑部位到驱动轮62中心的力矩即外力矩大于由步态电机组件1提供的经由蜗轮蜗杆传动装置传至步态支架组件3上的给定力矩时，蜗轮33反向转动并驱动蜗杆本体223反向转动。

在整个越障行进过程中，外力矩和给定力矩的合力矩大小是连续变化的：外力矩小于给定力矩，则履带61紧压障碍物且步态支架组件3不反转；外力矩大于给定力矩，则障碍物紧压履带61且步态支架组件3反转。当越过障碍物后，履带轮又在步态电机组件1扭矩的作用下恢复到紧压路面的状态，整个行进过程中张紧轮控制结构起到防扭减振的作用。

在越野路面行走时，行驶遇到陡坡等大的障碍物时，步态电机组件1主动驱动蜗轮蜗杆传动装置使得步态支架组件3旋转到跟障碍物之间形成一个上坡角度，在整个越障过程中步态电机轴本体163锁紧从而避免履带轮反转，使得越障能力更强。

本发明中，张紧轮控制结构和驱动组件虽然可以独立控制运动，但是二者是在整个运动过程中，根据路况的复杂程度共同作用主动调节行进步态以适应工况环境要求，使得小型履带式车辆在有限的空间布局下增强越障能力、增大驱动力、提高稳定性。

本实施例的实现步态电机轴本体163零转速锁紧状态有两种方法：一种是在控制器指令下直接控制步态电机轴本体163零转速自锁即电机自锁；另一种是在步态电机后端盖15和步态电机旋变17之间加上电磁制动器，电磁制动器可选DLD5-40，那么电磁制动器连接于步态电机后端盖15空腔内，步态电机轴本体163先穿过电磁制动器的中心孔且与中心孔固定连接，然后跟步态电机旋变17连接，在控制器指令控制下实现电磁制动器制动锁紧即步态电机轴本体163锁紧。

本实施例的第一止推衬垫36和第二止推衬垫37可以采用石墨铜材料，石墨铜是一种兼有金属特点和自润滑特点的新颖润滑材料，由金属基体承受载荷，特殊配方的固体润滑材料起润滑作用。它具有承载能力高，耐冲击，耐高温，自润滑能力强等特点，适用于重载，低速，往复或摆动等难以润滑和形成油膜的场合，也不怕水冲和其它酸液的浸蚀和冲刷。

本发明提供了一种具有步态控制的轮毂电机履带轮的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，其特征在于，包括驱动轮(62)、张紧轮(63)、环绕在驱动轮(62)和张紧轮(63)外侧的履带(61)、驱动电机组件(4)、减速器组件(5)以及张紧轮控制结构；减速器组件(5)位于驱动轮(62)的内部的空腔内；驱动电机组件(4)与减速器组件(5)同轴连接；驱动电机组件(4)通过减速器组件(5)驱动驱动轮(62)转动，实现行进动作；所述的张紧轮控制结构与驱动电机组件(4)连接，且能够驱动张紧轮(63)绕驱动电机组件(4)旋转，从而实现履带轮的步态动作。

2.根据权利要求1所述的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，其特征在于，张紧轮控制结构包括步态电机组件(1)、蜗轮蜗杆传动装置以及步态支架组件(3)；步态支架组件(3)包括步态壳体(32)以及步态摆臂(34)，步态壳体(32)同轴旋转套设于驱动电机组件(4)的外侧；步态摆臂(34)的环端与步态壳体(32)同轴固定连接，张紧轮(63)位于步态摆臂(34)的远离环端的另一端；步态电机组件(1)将动力通过蜗轮蜗杆传动装置传至步态支架组件(3)，从而带动步态摆臂(34)和张紧轮(63)绕驱动电机组件(4)的主轴转动。

3.根据权利要求2所述的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，其特征在于，包括与驱动电机组件(4)可拆卸式连接的后端盖支架组件(21)，所述蜗轮蜗杆传动装置为与步态电机组件(1)的输出轴同轴连接的蜗杆本体(223)和与蜗杆本体(223)配副的蜗轮(33)；蜗杆本体(223)旋转支撑于后端盖支架组件(21)上，蜗轮(33)与步态壳体(32)同轴连接。

4.根据权利要求3所述的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，其特征在于，步态支架组件(3)包括位于步态壳体(32)与驱动电机组件(4)之间的石墨铜衬套(31)、第一止推衬垫(36)以及第二止推衬垫(37)；石墨铜衬套(31)的内侧与驱动电机组件(4)的外侧可旋转地连接，石墨铜衬套(31)的外侧与步态壳体(32)的内侧同轴可旋转地连接；第一止推衬垫(36)位于蜗轮(33)与后端盖支架组件(21)之间；第二止推衬垫(37)的端面与步态摆臂(34)的环端同轴固定连接；第一止推衬垫(36)和第二止推衬垫(37)分别与石墨铜衬套(31)的两个端面之间形成间隙配合。

5.根据权利要求4所述的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，其特征在于，包括张紧组件(35)，张紧组件(35)包括张紧座(351)、第一直线轴承(3521)、第二直线轴承(3522)、第一活塞杆(3531)、第二活塞杆(3532)、第一弹簧(3541)、第二弹簧(3542)、第一锁紧螺母(3551)、第二锁紧螺母(3552)、张紧轴(356)及张紧轮轴承(357)；张紧座(351)与步态摆臂(34)远离环端的一端固定连接，张紧座(351)对称设置有两个第一通孔，第一通孔的轴线与驱动电机组件(4)的主轴呈垂直设置；第一直线轴承(3521)和第二直线轴承(3522)位于张紧座(351)靠近步态摆臂(34)环端的一侧，第一直线轴承(3521)和第二直线轴承(3522)的外圈分别与张紧座(351)的第一通孔同轴设置且固定连接；张紧轴(356)与张紧座(351)相对设置；第一弹簧(3541)和第二弹簧(3542)的一端与张紧座(351)远离步态摆臂(34)环端的一侧固定连接，另一端与张紧轴(356)固定连接；第一活塞杆(3531)和第二活塞杆(3532)的一端与张紧轴(356)固定连接，另一端依次穿过第一弹簧(3541)和第二弹簧(3542)以及第一直线轴承(3521)和第二直线轴承(3522)的内圈并与第一锁紧螺母(3551)和第二锁紧螺母(3552)旋紧连接，第一活塞杆(3531)和第二活塞杆(3532)与第一直线轴承(3521)和第二直线轴承(3522)的内圈滑动连接，从而调节张紧组件(35)的长短；张紧轴(356)背离驱动电机组件(4)的一端与张紧轮轴承(357)的内圈同轴固定连接；张紧轮轴承(357)的外圈与张紧轮(63)的内壁同轴固定连接；第一弹簧(3541)和第二弹簧(3542)始终处于张紧状态，从而始终能够给张紧轮(63)提供推力，使履带(61)保持张紧。

6.根据权利要求5所述的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，其特征在于，驱动电机组件(4)包括驱动电机定子组件(41)、驱动电机转子组件(42)、驱动电机轴(46)以及驱动电机旋变(47)；驱动电机轴(46)设有驱动电机轴本体(463)，驱动电机转子组件(42)与驱动电机轴本体(463)同轴固定连接，驱动电机定子组件(41)同轴设置于驱动电机转子组件(42)的外侧且与驱动电机转子组件(42)间隙配合；减速器组件(5)包括减速器输入端(513)以及减速器输出轴(512)；驱动电机轴本体(463)的一端穿过驱动电机后端盖(45)与驱动电机旋变(47)的转子连接，另一端与减速器组件(5)的减速器输入端(513)同轴固定连接；减速器输出轴(512)与驱动轮(62)同轴固定连接，驱动电机轴本体(463)的输出轴旋转运动经减速器本体(511)的减速增矩作用，从而使驱动轮(62)获得更大的驱动力。

7.根据权利要求6所述的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，其特征在于，驱动电机组件(4)包括驱动电机前端盖(43)、同轴固定套接于驱动电机定子组件(41)外部的驱动电机机壳(44)以及驱动电机后端盖(45)，驱动电机前端盖(43)和驱动电机后端盖(45)分别同轴固定安装在驱动电机机壳(44)的两端，形成用于容纳驱动电机定子组件(41)和驱动电机转子组件(42)的空腔；所述驱动电机轴本体(463)的两端分别通过轴承与驱动电机前端盖(43)以及驱动电机后端盖(45)可旋转地连接；驱动电机后端盖(45)设有用于容纳驱动电机旋变(47)的空腔，驱动电机后端盖(45)远离驱动电机机壳(44)的端面与后端盖支架组件(21)固定连接；减速器组件(5)包括固定套设于减速器(51)外侧的减速器外壳(52)以及轮毂轴承(53)，减速器外壳(52)通过轮毂轴承(53)与驱动轮(62)绕驱动电机组件(4)的主轴方向可旋转地连接，驱动电机前端盖(43)远离驱动电机机壳(44)的一侧面与减速器组件(5)的减速器外壳(52)同轴固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，其特征在于，后端盖支架组件(21)包括第一耳板(211)、第二耳板(212)和后端盖支架(213)；第一耳板(211)和第二耳板(212)相对设置于后端盖支架(213)上方且与后端盖支架(213)的平面垂直；蜗杆本体(223)两端均可旋转地支撑于第一耳板(211)和第二耳板(212)上。

9.根据权利要求3至8中的任一权利要求所述的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，其特征在于，所述蜗轮蜗杆传动装置具备不自锁功能。

10.根据权利要求9所述的一种具有步态控制的轮毂电机履带轮，其特征在于，步态电机组件(1)还包括电磁制动器，步态电机轴本体(163)通过电磁制动器与步态电机旋变(17)连接，用于实现步态电机轴本体(163)的自锁。

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