CN212556568U - 一种自适应欠驱动变形履带 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于履带技术领域，特别涉及一种自适应欠驱动变形履带；其一种自适应欠驱动变形履带，包括行星轮系和履带轮系，所述履带轮系包括行星轮驱动的履带、由履带驱动的两个从动轮、连接两个所述从动轮的可伸缩侧板。本实用新型提供一种新的自适应欠驱动变形履带，该自适应欠驱动变形履带通过变形驱动机构驱动行星杆与可伸缩侧板之间的夹角α变化，进而驱动行星轮系和履带轮系的变形，使得该变形履带可以变为多种运动模式，实现快速翻越障碍和适应复杂地形的功能；同时，基于欠驱动方式和最小耗能原理采用了较少驱动，从而减小了越障响应时间，减小了整体重量，可实现其快速越障，同时降低了成本。

Description

一种自适应欠驱动变形履带

技术领域

本实用新型属于履带技术领域，特别涉及一种自适应欠驱动变形履带。

背景技术

由于履带式移动机构具有接地比压小、适应环境能力强的特点，国内外学者就进一步提高其越障性和环境适应性进行了深入研究，可分为摆臂式履带移动机构、复合式履带移动机构、可变性履带移动机构和自适应差动移动机构等多种移动形式。虽然这些机构都可以翻越障碍物，但是对于复杂地形则无法快速适应。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种新的自适应欠驱动变形履带。

本实用新型具体技术方案如下：

本实用新型提供一种自适应欠驱动变形履带，包括行星轮系和履带轮系，所述履带轮系包括行星轮驱动的履带、由履带驱动的两个从动轮、连接两个所述从动轮的可伸缩侧板；所述行星轮系包括驱动所述履带的两个行星轮、连接两个所述行星轮的行星杆、驱动所述行星轮转动的主驱动机构、驱动所述行星杆与所述可伸缩侧板夹角α变化的变形驱动机构；其中，0°≤α≤90°。

进一步地改进，所述主驱动机构包括驱动两所述行星轮的主动轮和驱动所述主动轮转动的主驱动电机；其中一所述从动轮和相邻的其中一行星轮之间的连线与相邻的另一行星轮和另一从动轮之间的连线平行且相等。

进一步地改进，所述主驱动机构还包括行走驱动轴、第一锥齿轮以及与所述第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，所述行走驱动轴的一端依次穿过所述可伸缩侧板和行星杆并与所述主动轮固定连接，另一端转动连接在轴承座上，所述第一锥齿轮套设于所述行走驱动轴上且与所述第二锥齿轮垂直连接，所述第二锥齿轮套设于所述主驱动电机的输出轴上。

进一步地改进，所述可伸缩侧板包括侧板本体以及设于所述侧板本体上的两个弹簧，各所述弹簧的两端均连接有弹簧座，其中一所述弹簧座固定在所述侧板本体上，另一弹簧座与相对应的从动轮连接并随所述从动轮滑动。

进一步地改进，所述可伸缩侧板设有两个，分别设于所述从动轮的前后两侧，且每个可伸缩侧板的侧板本体上均设有两个供所述从动轮滑动的滑槽。

进一步地改进，所述侧板本体的长度大于行星杆的长度。

进一步地改进，所述履带轮系还包括两个从动轴，各所述从动轴分别套设于对应的从动轮内，且两端分别穿过对应的弹簧座并滑动连接在所述滑槽内。

进一步地改进，所述行星轮系还包括行星主动轮、两个行星从动轮和同步带，所述行星主动轮与所述主动轮连接且设于远离所述主驱动电机的一侧，两个所述行星从动轮分别连接在两所述行星轮上且均与所述行星主动轮设于同一侧，所述同步带连接行星主动轮和两个所述行星从动轮；所述行星杆设有两个且分别设于所述行星轮的前后两侧，其中一个行星杆的两端分别连接在两行星轮上，另一个所述行星杆的两端分别连接在两所述行星从动轮上。

进一步地改进，所述变形驱动机构包括变形驱动电机，所述变形驱动电机与所述行星主动轮设于同一侧，输出轴穿过侧板并与行星轮连接。

一种应用所述的自适应欠驱动变形履带的移动机构，包括车架以及设于车架上的四个自适应欠驱动变形履带，所述轴承座和主驱动电机均设于所述车架的底部。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供一种新的自适应欠驱动变形履带，该自适应欠驱动变形履带通过变形驱动机构驱动行星杆与可伸缩侧板之间的夹角α变化，进而驱动行星轮系和履带轮系的变形，使得该变形履带可以变为多种运动模式，实现快速翻越障碍和适应复杂地形的功能；同时，基于欠驱动方式和最小能耗原理采用了较少驱动，从而减小了越障响应时间，减小了整体重量，可实现其快速越障，同时降低了成本。

附图说明

图1为本实用新型自适应欠驱动变形履带的结构示意图；

图2为本实用新型变形履带本体的结构示意图；

图3为本实用新型变形履带本体的后视图；

图4为本实用新型变形履带本体直臂模式的结构示意图；

图5为本实用新型变形履带本体正交模式的结构示意图；

图6为本实用新型变形履带本体过渡模式的结构示意图；

图7a-图7f为本实用新型直臂模式的自适应欠驱动变形履带跨越沟槽时的示意图；

图8a-图8f为本实用新型正交模式的自适应欠驱动变形履带翻越障碍物时的示意图；

图9a-图9f为本实用新型过渡模式的自适应欠驱动变形履带跨越沟槽时的示意图；

图10a-图10f为本实用新型过渡模式的自适应欠驱动变形履带翻越障碍物时的示意图；

图11为本实用新型应用所述的自适应欠驱动变形履带的行走机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型提供一种自适应欠驱动变形履带，如图1所示，包括行星轮系1和履带轮系2，所述履带轮系2包括行星轮11驱动的履带21、由履带21驱动的两个从动轮22、连接两个所述从动轮22的可伸缩侧板23；所述行星轮系1包括驱动所述履带21的两个行星轮11、连接两个所述行星轮11的行星杆12、驱动所述行星轮11转动的主驱动机构13、驱动所述行星杆12与所述可伸缩侧板23夹角α变化的变形驱动机构14；其中，0°≤α≤90°。本实施例中夹角α指的图1主视(以变形驱动机构14方向为主视方向)方向的投影形成的二维平面中行星杆和可伸缩侧板之间的夹角，也可参考图3的后视图，此图为一二维图，在该平面图中行星杆和可伸缩侧板之间的夹角为α。

根据行星杆转角的变化，该变形履带本体可切换为3种运动模式，包括直臂模式、正交模式和过渡模式；直臂模式变形履带本体的行星杆与侧板的夹角α为0°，如图4所示；正交模式变形履带本体的行星杆与侧板夹角α为90°，如图5所示；过渡模式变形履带本体的行星杆与侧板夹角α为0～90°之间，如图6所示，通过该变形履带运动模式的切换，使之可以适应各种地形。

本实用新型提供一种新的自适应欠驱动变形履带，该自适应欠驱动变形履带通过变形驱动机构驱动行星杆与可伸缩侧板之间的夹角α变化，进而驱动行星轮系和履带轮系的变形，使得该变形履带可以变为多种运动模式，实现快速翻越障碍和适应复杂地形的功能；同时，基于欠驱动方式和最小能耗原理采用了较少驱动，从而减小了越障响应时间，减小了整体重量，可实现其快速越障，同时降低了成本。

本实用新型所述的自适应欠驱动变形履带在移动过程中，主驱动机构通过行星轮系带动履带轮系转动为1个自由度，变形驱动机构带动行星轮系转动为1个自由度，整体变形履带绕主驱动机构转动为1个自由度，即该自适应欠驱动变形履带具有3个自由度，并采用了两个驱动机构，故该变形履带为欠驱动装置。

如图1所示，本实施例中所述主驱动机构13包括驱动两所述行星轮11的主动轮130和驱动所述主动轮130转动的主驱动电机131；其中一所述从动轮22和相邻的其中一行星轮11之间的连线与相邻的另一行星轮11和另一从动轮22之间的连线平行且相等。本实施例中两从动轮和两行星轮通过履带连接并形成平行四边形结构，便于该变形履带变形为三种运动模式，即直臂模式(如图4所示)、正交模式(如图5所示)和过渡模式(如图6所示)，使之可以适应多种复杂地形。

如图1所示，本实施例中所述主驱动机构13还包括行走驱动轴132、第一锥齿轮133以及与所述第一锥齿轮133啮合的第二锥齿轮134，所述行走驱动轴132的一端依次穿过所述可伸缩侧板23和行星杆12并与所述主动轮130固定连接，另一端转动连接在轴承座135上，所述第一锥齿轮133套设于所述行走驱动轴132上且与所述第二锥齿轮134垂直连接，所述第二锥齿轮134套设于所述主驱动电机131的输出轴上。本实施例中主驱动电机的转动带动第二锥齿轮的转动，由于第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合，因此，第二锥齿轮的转动带动第一锥齿轮转动，进而通过行走驱动轴带动主动轮转动，该设置可以更加合理的利用空间，减少车体质量；第一锥齿轮与行走驱动轴之间、第二锥齿轮与主驱动电机之间均可以通过键连接。

该变形履带的主要特点是能够自适应地形，进而采用最小能耗的状态进行移动。在平整路面会以低能耗状态进行移动，当遇到障碍物并阻碍其不能按原低耗能状态进行移动时，并不需要传感器等识别设备，瞬时把提供其移动的牵引力转化为绕主动轮轴线方向转动的扭矩，使该变形履带绕行走驱动轴旋转，从而减小越障响应时间，实现快速翻滚越障。

如图2、图3所示，本实施例中所述可伸缩侧板23包括侧板本体230以及设于所述侧板本体230上的两个弹簧231，各所述弹簧231的两端均连接有弹簧座232，其中一所述弹簧座232固定在所述侧板本体230上，另一弹簧座232与相对应的从动轮22连接并随所述从动轮22滑动。设置弹簧是为了保证履带具有一定的张紧力，从而实现该变形履带的变形功能。

如图2、图3所示，本实施例中所述可伸缩侧板23设有两个，分别设于所述从动轮22的前后两侧，且每个可伸缩侧板23的侧板本体230上均设有两个供所述从动轮22滑动的滑槽233。设置滑槽是便于从动轮的的变形移动，且限制从动轮的移动距离。

本实施例中所述侧板本体230的长度大于行星杆12的长度。侧板的长度大于行星杆的长度是为了便于该变形履带本体的变形，使得该履带本体变为直臂式后行星轮分别位于主动轮与从动轮之间。

如图2、图3所示，本实施例中所述履带轮系2还包括两个从动轴24，各所述从动轴24分别套设于对应的从动轮22内，且两端分别穿过对应的弹簧座232并滑动连接在所述滑槽233内。从动轴与弹簧座固定连接，从而保证履带具有一定的张紧力，进而实现该变形履带的变形功能。

如图2所示，本实施例中所述行星轮系1还包括行星主动轮15、两个行星从动轮16和同步带17，所述行星主动轮15与所述主动轮130连接且设于远离所述主驱动电机131的一侧，两个所述行星从动轮16分别连接在两所述行星轮11上且均与所述行星主动轮15设于同一侧，所述同步带17连接行星主动轮15和两个所述行星从动轮16；所述行星杆12设有两个且分别设于所述行星轮11的前后两侧，其中一个行星杆12的两端分别连接在两行星轮11上，另一个所述行星杆12的两端分别连接在两所述行星从动轮16上。主动轮与行星主动轮固定连接，行星轮与行星从动轮固定连接，从而实现同步转动；所述固定连接可以是采用轴将两个轮连接，而轴与轮通过键连接。

本实施例中所述变形驱动机构14包括变形驱动电机，所述变形驱动电机与所述行星主动轮15设于同一侧，输出轴穿过侧板并与行星轮11连接。

本实施例中主驱动电机通过行走驱动轴驱动主动轮和行星主动轮同步转动，带动同步带、行星轮和行星从动轮转动，进而带动从动轮和履带转动，实现该变形履带的移动功能；变形驱动电机通过带动行星杆转动，使行星杆与侧板的夹角发生变化，在履带长度为定值的约束下，行星杆带动履带发生变形，进而使从动轮和从动轴沿侧板两端的限位槽移动，从动轴与弹簧连接，保证履带具有一定的张紧力，从而实现该变形履带的变形功能。

随着行星杆转角α发生变化，进而使该变形履带的质心高度和接地面积随之发生改变，由图4-图6以及根据计算可知，直臂模式的质心最低且接地面积最大；正交模式的质心高度最高且接地面积最小；过渡模式的质心高度和接地面积均介于直臂模式和正交模式之间。

由于直臂模式的变形履带接地面积最大，因此应用该变形履带的行走机构可以跨越较宽的沟槽；行走机构中心靠近沟槽左侧断面时，前端变形履带触及沟槽右侧断面并支撑住车体，通过前、后端变形履带提供“前扒后蹬”的牵引力推动前端变形履带跨越沟槽，此过程如图7a～7d所示；后端变形履带机构以相同的方式跨越至沟槽右侧，此过程如图7e～7f所示，车体将恢复成跨越前的状态，直臂式完成沟槽越障功能；通过以上两种运动工况分析可知直臂模式的变形履带适合在松软路面进而沟槽较宽的路面移动。

正交模式变形履带具有质心高的特点，故该模式变形履带具有良好的凸台越障性能。变形履带前端触及凸起式障碍物而不能向前移动时，瞬时将牵引力转化为变形履带绕前端从动轮中心转动的扭矩，从而使变形履带顺时针旋转并翻越至凸台障碍物的上方，此过程如图8a～8d所示；后端变形履带以相同的方式翻越至凸台障碍物的上方，此过程如图8e～8f所示，车体将恢复成越障前的状态，正交模式变形履带完成凸台越障功能；由于正交模式变形履带可抬高车体质心，并且变形履带本体可绕行走驱动轴轴线方向旋转，保证变形履带具有自适应越障功能，因此正交模式的变形履带适合在含有高障碍物路面移动。

过渡模式变形履带的质心高度和接地面积均介于直臂模式和正交模式之间，因此该模式变形履带既有一定的沟槽越障能力又有一定的凸台越障能力。前端变形履带通过沟槽左侧断面时，变形履带本体顺时针转动出现前倾，同时前端变形履带从动轮与沟槽右侧断面接触，通过前后变形履带的牵引力推动变形履带跨越沟槽，此过程如图9a～9d所示；后端变形履带以相同的方式跨越沟槽，此过程如图9e～9f所示，车体将恢复成越障前的状态，过渡模式变形履带完成沟槽越障功能；变形履带前端触及凸台障碍物时，通过前后端变形履带的牵引力推动变形履带通过凸台障碍物，此过程如图10a～10d所示。后端变形履带以相同的方式通过凸台障碍物，此过程如图10e～10f所示，车体将恢复成越障前的状态，过渡模式变形履带完成凸台越障功能；由于过渡模式变形履带既能抬高车体质心又能增大接地面积，并且变形履带具有一定的接近角，可通过斜坡和碎石地形，因此过渡模式变形履带适合在同时含有沟槽和凸台等复合型障碍物的凹凸路面移动(其中，ν加直线箭头表示该自适应欠驱动变形履带的运动方向，翻转的箭头表示该自适应欠驱动变形履带跨越沟槽或者翻越障碍物时的翻转方向)。

如图11所示，一种应用权利要求所述的自适应欠驱动变形履带的移动机构，包括车架100以及设于车架100上的四个自适应欠驱动变形履带200，所述轴承座135和主驱动电机131均设于所述车架100的底部。

应用所述的自适应欠驱动变形履带的移动机构通过控制变形驱动电机切换为3种运动模式(直臂模式、正交模式和过渡模式)，直臂模式适用在松软平坦和沟槽较长的路面移动；正交模式适用在含有高障碍物的路面移动；过渡模式适用在含有沟槽和凸台的凹凸路面移动；变形履带通过控制自身变形改变其质心高度和接地面积，不需要复杂的控制和传感器，依靠机构自适应性快速越障，减小越障响应时间，显著提高了变形履带的快速越障能力和环境适应能力，同时降低了成本。

以上所述实施例仅仅是本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自适应欠驱动变形履带，其特征在于，包括行星轮系(1)和履带轮系(2)，所述履带轮系(2)包括行星轮(11)驱动的履带(21)、由履带(21)驱动的两个从动轮(22)、连接两个所述从动轮(22)的可伸缩侧板(23)；所述行星轮系(1)包括驱动所述履带(21)的两个行星轮(11)、连接两个所述行星轮(11)的行星杆(12)、驱动所述行星轮(11)转动的主驱动机构(13)、驱动所述行星杆(12)与所述可伸缩侧板(23)夹角α变化的变形驱动机构(14)；其中，0°≤α≤90°。

2.根据权利要求1所述的自适应欠驱动变形履带，其特征在于，所述主驱动机构(13)包括驱动两所述行星轮(11)的主动轮(130)和驱动所述主动轮(130)转动的主驱动电机(131)；其中一所述从动轮(22)和相邻的其中一行星轮(11)之间的连线与相邻的另一行星轮(11)和另一从动轮(22)之间的连线平行且相等。

3.根据权利要求2所述的自适应欠驱动变形履带，其特征在于，所述主驱动机构(13)还包括行走驱动轴(132)、第一锥齿轮(133)以及与所述第一锥齿轮(133)啮合的第二锥齿轮(134)，所述行走驱动轴(132)的一端依次穿过所述可伸缩侧板(23)和行星杆(12)并与所述主动轮(130)固定连接，另一端转动连接在轴承座(135)上，所述第一锥齿轮(133)套设于所述行走驱动轴(132)上且与所述第二锥齿轮(134)垂直连接，所述第二锥齿轮(134)套设于所述主驱动电机(131)的输出轴上。

4.根据权利要求3所述的自适应欠驱动变形履带，其特征在于，所述可伸缩侧板(23)包括侧板本体(230)以及设于所述侧板本体(230) 上的两个弹簧(231)，各所述弹簧(231)的两端均连接有弹簧座(232)，其中一所述弹簧座(232)固定在所述侧板本体(230)上，另一弹簧座(232)与相对应的从动轮(22)连接并随所述从动轮(22)滑动。

5.根据权利要求4所述的自适应欠驱动变形履带，其特征在于，所述可伸缩侧板(23)设有两个，分别设于所述从动轮(22)的前后两侧，且每个可伸缩侧板(23)的侧板本体(230)上均设有两个供所述从动轮(22)滑动的滑槽(233)。

6.根据权利要求5所述的自适应欠驱动变形履带，其特征在于，所述侧板本体(230)的长度大于行星杆(12)的长度。

7.根据权利要求5所述的自适应欠驱动变形履带，其特征在于，所述履带轮系(2)还包括两个从动轴(24)，各所述从动轴(24)分别套设于对应的从动轮(22)内，且两端分别穿过对应的弹簧座(232)并滑动连接在所述滑槽(233)内。

8.根据权利要求5所述的自适应欠驱动变形履带，其特征在于，所述行星轮系(1)还包括行星主动轮(15)、两个行星从动轮(16)和同步带(17)，所述行星主动轮(15)与所述主动轮(130)连接且设于远离所述主驱动电机(131)的一侧，两个所述行星从动轮(16)分别连接在两所述行星轮(11)上且均与所述行星主动轮(15)设于同一侧，所述同步带(17)连接行星主动轮(15)和两个所述行星从动轮(16)；所述行星杆(12)设有两个且分别设于所述行星轮(11)的前后两侧，其中一个行星杆(12)的两端分别连接在两行星轮(11)上，另一个所述行星杆(12)的两端分别连接在两所述行星从动轮(16)上。

9.根据权利要求8所述的自适应欠驱动变形履带，其特征在于，所述变形驱动机构(14)包括变形驱动电机，所述变形驱动电机与所述行星主动轮(15)设于同一侧，输出轴穿过侧板并与行星轮(11)连接。

10.一种应用权利要求1-9任一所述的自适应欠驱动变形履带的移动机构，其特征在于，包括车架(100)以及设于车架(100)上的四个自适应欠驱动变形履带(200)，所述轴承座(135)和主驱动电机(131)均设于所述车架(100)的底部。

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