CN219584342U - 一种履带式行走机构及具有该机构的陆空两栖机器人 - Google Patents

Abstract

一种履带式行走机构及具有该机构的陆空两栖机器人，履带式行走机构包括：传动机构和负重缓冲机构。所述传动机构为所述履带式行走机构提供驱动力，所述负重缓冲机构为所述履带式行走机构提供支撑力。所述传动机构包括：履带、主动轮和从动轮。所述负重缓冲机构包括：第一负重轮组和第二负重轮组。所述履带套设于所述主动轮、所述从动轮、所述第一负重轮组和所述第二负重轮组的外侧。所述第一负重轮组靠近所述主动轮，所述第二负重轮组靠近所述从动轮。本申请实施例通过抬高本体的头部以及在从动轮下方安装传动机构，增大本体的离地间隙，越障能力得到提升。

Description

一种履带式行走机构及具有该机构的陆空两栖机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种履带式行走机构及具有该机构的陆空两栖机器人。

背景技术

目前，两栖机器人具有可同时适应水陆两栖环境、多功能运动模式等技术优势；在机器人作业环境日益多元化和复杂化的情况下具有广阔的应用前景。

现有的两栖机器人为了增强行进时的稳定性，一般其底盘设计较低以及离地间隙较小，导致现有的两栖机器人爬坡和越障能力较差。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，第一方面，本实用新型实施例提供一种履带式行走机构，包括：传动机构和负重缓冲机构；

所述传动机构为所述履带式行走机构提供驱动力；

所述负重缓冲机构为所述履带式行走机构提供支撑力；

所述传动机构包括：履带、主动轮和从动轮；

所述负重缓冲机构包括：第一负重轮组和第二负重轮组；

所述履带套设于所述主动轮、所述从动轮、所述第一负重轮组和所述第二负重轮组的外侧；所述第一负重轮组靠近所述主动轮，所述第二负重轮组靠近所述从动轮。

第二方面，一种陆空两栖机器人，包括：本体、螺旋桨和至少一对第一方面中所述的履带式行走机构；

在所述本体上开设多个气流口；

所述螺旋桨安装于所述气流口内；

所述履带式行走机构对称设置在所述机器人本体的两侧。

本实用新型上述第一方面和第二方面提供的方案中，通过负重缓冲机构和传动机构之间的配合，与现有相关技术中传动机构为了增强稳定性导致底盘较低离地间隙较小相比，通过负重缓冲机构为传动机构提供缓冲力，进而提高了行走机构整体的离地间隙，使得爬坡和越障能力增强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1示出了本实用新型实施例所提供的本体与履带式行走机构侧视图；

图2示出了本实用新型实施例所提供的本体与履带式行走机构立体示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的主动轮结构示意图；

图4示出了本实用新型实施例所提供的从动轮结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例所提供的第一负重轮组结构示意图；

图6示出了本实用新型实施例所提供的第二负重轮组结构示意图；

图7示出了本实用新型实施例所提供的第三负重轮组结构示意图；

图8示出了本实用新型实施例所提供的端盖结构示意图；

图9示出了本实用新型实施例所提供的轮架结构示意图；

图10示出了本实用新型实施例所提供的惰轮支架、减震支架和摇臂支架结构示意图；

图11示出了本实用新型实施例所提供的第一销轴、第二销轴、第一减震销轴和第二减震销轴的结构示意图；

图12示出了本实用新型实施例所提供的从动轮与本体偏转俯视示意图。

附图标记说明：

10、主动轮；11、从动轮；12、本体；13、第一销轴；14、第一负重轮；15、履带；16、摇臂支架；17、减震支架；18、惰轮；19、第二负重轮；20、第一摇臂；21、支撑杆；22、轮架；23、第二销轴；24、第三摇臂；25、支撑臂；26、减震器；27、第二摇臂；28、挡圈；29、电机销轴；30、齿动件；31、从动轮支架；32、第一开口；33、第一螺纹孔；34、轴承；35、端盖；36、第一螺钉；37、第二螺钉；38、第二螺纹孔；39、惰轮支架；40、固定部；41、第一减震销轴；42、第二减震销轴；43、加强肋；44、第二开口；45、螺旋桨；46、气流口。

具体实施方式

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

履带式行走机构在实际应用中，通常安装于遥控车，在两栖机器人中少有应用，履带15所需的张紧结构大多采用扭簧的缓冲方式，结构复杂的同时装配也较为繁琐。目前，现有的履带式行走机构中用于安装履带15的轮组通常采用直接接触并旋转摩擦的连接方式。同时，履带式行走机构的底盘较低、离地间隙较小，导致越障能力较差。安装的轮组具有减震效果，但减震器26行程和轮组张紧均无法进行调节。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提出的一种履带式行走机构及具有该机构的两栖机器人，参见图1所示的本体与履带式传动机构侧视图和参见图2所示的本体与履带式传动机构立体示意图，该履带式行走机构包括：本体12、传动机构和负重缓冲机构；传动机构包括：履带15、主动轮10、从动轮11、第一负重轮组和第二负重轮组；主动轮10、从动轮11分别位于本体12的尾部与本体12的头部；本体12的头部高于本体12的尾部；履带15套设于主动轮10、从动轮11、第一负重轮组和第二负重轮组的外侧；第一负重轮组靠近主动轮10，第二负重轮组靠近从动轮11；第二负重轮组包括：第二摇臂27、减震器26和第二轮组组件；第二摇臂27、减震器26均与第二轮组组件连接；第二摇臂27、减震器26之间具有一定的夹角；本体12的尾部设置电动机，电动机与主动轮10之间通过电极销轴29连接；本体12上还设置有第三负重轮组和惰轮18。进一步地，第三负重轮组位于第一负重轮组和第二负重轮组之间，第三负重轮组的数量至少为一个且第三负重轮组的数量可根据本体12的长度进行增减。其中，主动轮10、从动轮11和惰轮18均位于第一负重轮组、第二负重轮组和第三负重轮组的上方。

本实用新型实施例中，传动机构抬高了本体12的离地间隙，电动机可以带动主动轮10和履带15的转动，如图1所示，本体12右侧的从动轮11离地间距要大于本体12左侧的主动轮10离地间距，优选地，本体12的头部离地间距为80mm。在上述描述中，从动轮11的位置要高于主动轮10的位置，本体12形成了后仰角，本体12的后仰角并不是某一特定角度，此处形成的后仰角只是为抬高本体12的头部，便于在行进的过程越过障碍物。因此，不同尺寸和结构的传动机构、负重缓冲机构均会影响后仰角的取值范围，后仰角设置的目的是为了保证本体12的头部具有足够的离地间隙，本体12的后部又不至于高度过低。若后部高度过低会导致在行驶离开时卡住。

例如，在越障过程中若本体12平行于地面，本体12的头部位置与前方障碍物接触后，由于离地间隙较小，本体12的头部底端就无法越过障碍物，履带15也无法更好的与障碍物进行接触。此时履带15会发生卡顿，无法攀爬。反之，若本体12头部的从动轮11高于本体12尾部的主动轮10，则本体12产生了后仰角，履带15与障碍物的接触处发生倾斜，启动电动机后，主动轮10在电动机的作用下带动履带15进行运动，履带15轻松越过障碍物。

如图1所示，在本实用新型实施例中，依次从本体12头部位置到尾部位置的第一负重轮组、第二负重轮组和第三负重轮组均具有支撑和减震作用。进一步地，履带15整体的张紧可以通过第一负重轮组、第二负重轮组和第三负重轮组的减震实现。本体12头部的减震结构为前行遇到障碍物时提供了相应的减震效果，本体12中部和尾部的支撑结构也降低了制造成本，增加本体12的整体轮组的刚性，以便于承受更大重量的负载。较优地，本体12中的主动轮10、从动轮11、惰轮18、第一负重轮14和第二负重轮19均为镂空结构，使得本体12的自身重量得到下降，可以提高本体12的载重量。其中，从动轮11直径小于主动轮10直径，以此给靠近本体12头部的第二负重轮组预留安装空间。

进一步地，主动轮10、从动轮11、惰轮18、第一负重轮14和第二负重轮19均可根据不同使用场景选择不同的材质，在普通场景时可采用成本更低、工艺更简单的尼龙打印等材质；在恶劣环境下可采用强度高的铝合金材质。

本实用新型实施例中，本体12的头部高于本体12的尾部，保证了本体12遇到障碍物时能够翻过障碍物。在本体12的头部高于本体12的尾部的情况下，本体12存在一定的后仰角，后仰角的优选角度为31度，但上述的后仰角并非是特定角度，只是为了提高本体12的头部高度，后仰角在取值时只需保证本体12的头部离地间隙一定，同时又可确保本体12在行走时能够保持正常车身姿态的适当值即可。

本体12和传动机构的比例关系以及传动机构的不同尺寸都可能导致不同的后仰角，本体12的后仰角设置目的需要保证本体12头部具有足够高的离地间隙，本体12的尾部又不至于与地面接触，导致本体12在行进时其尾部发生拖地。本体12头部离地间隙的提高可以提升本体12的越障能力，同时本体12的使用场景会进一步的增大。

本实用新型实施例中，履带15不与地面之间直接发生接触，避免了履带15上的橡胶发生磨损降低履带15表面的附着力，进而影响履带15的爬坡能力。同时，不同于现有的柔性履带，本实施例所提供的履带15具有一定的韧性，在拆卸或安装的过程中均较为方便，履带15采用的为D5W-15-1260尺寸的同步带，履带15内部有增加强度的纤维，履带15表面设置有耐磨的防护布，避免履带15的橡胶材料直接与地面接触，增加了履带15的使用寿命、增强履带15的抓地能力和提高爬坡能力。在极端天气时可以通过替换为具有高强度纤维和耐磨布的履带15，来延长履带15在极端天气时使用寿命；本体12所使用的履带15可以在相对恶劣的情况下用来做传动，为了避免在雨雪恶劣天气时，履带15与各轮组之间发生打滑，履带15上设置多个啮合齿；同时主动轮10、从动轮11、第一负重轮14、第二负重轮19和惰轮18均设置有与啮合齿相配合的齿动件30，齿动件30为5M齿形；其中，主动轮10为48齿，从动轮11为三十六齿，第一负重轮14与第二负重轮19均为十九齿。进一步地，履带15为双齿面同步带，增大与地面的摩擦，能够为爬坡和越障提供保障，提高翻越障碍物的成功率。

本实用新型实施例中，履带15中在从动轮11与接近的第一负重轮14之间的部分履带15与地面之间呈一定夹角，该部分履带15形成坡面，一定程度上增强了本体12的越障能力；相应的，在主动轮10与接近的第一负重轮14之间的部分履带15也形成了坡面；通过上述部分履带15形成的坡面，提高了具有履带式传动机构的陆空两栖机器人在陆地行走时的灵活性与通过性。

参见图3所示的主动轮结构示意图，本实用新型实施例中，为了对主动轮10进行安装，主动轮10可以直接安装于位于本体12尾部的电动机上，并用电机销轴29将主动轮10与电动机进行固定。

参见图4所示的从动轮结构示意图，本体12的头部包括：从动轮11、从动轮支架31、轴承34和端盖35；从动轮支架31与本体12固定连接；从动轮支架31包括：第一螺纹孔33和第一螺钉36；第一螺纹孔33位于从动轮支架31的中心处；第一螺钉36穿过从动轮11与第一螺纹孔33螺纹连接；端盖35位于第一螺钉36与从动轮11之间；端盖35上设置多个等间距排布在端盖35周缘的第二螺钉37；从动轮11上设置与第二螺钉37配合的第二螺纹孔38；第二螺钉37与第二螺纹孔38之间为螺纹连接；从动轮11中心处设置第一开口32，轴承34位于第一开口32中；参见图8所示的端盖结构示意图，端盖35中心处设置第二开口44；第一螺钉36穿过从动轮11的第一开口32和端盖35的第二开口44后与第一螺纹孔33螺纹连接；轴承34直径小于第一开口32且大于第二开口44；第二螺钉37穿过端盖35与从动轮11连接。

本实用新型实施例中，第一螺钉36穿过轴承34与本体12的从动轮支架31上的第一螺纹孔33连接，轴承34整体嵌入从动轮11中心的第一开口32，从动轮11间接与本体12连接；轴承34一侧靠近本体12，轴承34另一侧用端盖35进行限制，轴承34两侧分别被端盖35和从动轮支架31遮挡，从动轮11无法从两侧与轴承34脱离；进一步地，若想对从动轮11进行更加稳固的固定，将第二螺钉37穿过端盖35与从动轮11上的第二螺纹孔38连接；由于轴承34的直径大于端盖35上的第二开口44，轴承34无法穿过第二开口44，使得从动轮11也无法与轴承34脱离，从动轮11被安装在本体12上。

为了防止履带15与主动轮10或从动轮11脱离，主动轮10、从动轮11、第一负重轮14和第二负重轮19上均设置挡圈28，通过挡圈28将履带15进行限制，防止出现履带15脱落的问题。

本实用新型实施例中，参见图2所示的本体与履带式传动机构立体示意图和参见图6所示的从动轮与本体12的头部方向偏转俯视图，履带15在张紧的情况下，轴承34嵌入从动轮11后会使从动轮11转动时产生远离本体12的倾斜，导致本体12沿直线行进时发生倾斜。为了避免本体12沿直线行进时发生倾斜，本体12上的从动轮支架31向右侧(本体12的头部方向)进行偏转，即从动轮中心轴远离本体12一端的延长线向本体12的头部方向偏转，图6中的虚线为本体12一端的延长线且与地面平行，图6中的实线为从动轮支架31实际意义上的中心线，中心线与虚线之间的夹角就是从动轮支架31向本体12头部偏转的偏转角(即偏转的角度)。

在一个实施方式中，偏转角可以被设置为1度到5度之间的任意角度。

优选地，偏转角可以被设置为2度；在从动轮11套装完履带15后，即使从动轮11受到履带15张紧力的作用，但由于从动轮11中心轴远离本体12一端的延长线向本体12的头部方向偏转，会抵消掉从动轮11转动时产生远离本体12的倾斜，从而保证本体12在行进时不会发生偏转。

参见图5所示的第一负重轮组结构示意图、图6所示的第二负重轮组结构示意图和参见图11所示的第一销轴、第二销轴、第一减震销轴41和第二减震销轴42的结构示意图，第一负重轮组包括：支撑杆21和第一摇臂20；第二负重轮组包括：减震器26和第二摇臂27；第一摇臂20和第二摇臂27的底部均设置固定部40，固定部40两侧均设置第一负重轮14，第一负重轮14为多个，第一负重轮14与固定部40之间设置第一销轴13；固定部40与第一负重轮14之间转动连接；第一销轴13穿过第一负重轮14与固定部40连接；支撑杆21与固定部40之间、以及减震器26与固定部40之间均设置有第一减震销轴41；支撑杆21或减震器26均通过第一减震销轴41与固定部40连接，支撑杆21与减震器26之间可相互替换；第一减震销轴41与第一销轴13上还设置卡簧。

参见图7所示的第三负重轮组结构示意图、参见图9所示的轮架结构示意图和参见图12所示的从动轮与本体偏转俯视示意图，第三负重轮组位于主动轮10与从动轮11之间；第三负重轮组包括：支撑臂25、第三摇臂24、轮架22、第二减震销轴42、第二销轴23和第二负重轮19；第二负重轮19为多个，且平均分布于轮架22两侧；支撑臂25、第三摇臂24之间具有一定夹角；第三摇臂24一端接近本体12，第三摇臂24远离本体12的另一端与轮架22连接；支撑臂25通过第二减震销轴42与第三摇臂24转动连接；第二负重轮19通过第二销轴23与轮架22和固定部40连接。第一负重轮14和第二负重轮19均设置单侧的负重轮挡圈，防止履带15发生脱离；进一步地，负重轮挡圈的厚度约为1毫米；更进一步地，履带15依靠第一负重轮组、第二负重轮组和第三负重轮组(以下简称负重轮组)来实现张紧，履带15从本体12两侧拆卸时，只需使得负重轮组进行压缩，即可完成履带15的快速拆卸。

本实用新型实施例中，在地面凹凸不平的情况下，可选择用减震器26替换支撑杆21，更换支撑杆21时仅需将卡簧拆下，抽出第一销轴13和第一减震销轴41；反之，减震器26更换为支撑杆21时同理；支撑杆21的尺寸规格与所使用的减震器26相同。支撑臂25也可用减震器26进行替换，替换时抽出第二销轴23和第二减震销轴42即可。

参见图10所示的惰轮支架、减震支架和摇臂支架结构示意图，惰轮18与本体12之间连接惰轮支架39；第一摇臂20、第二摇臂27和第三摇臂24与本体12的连接处连接摇臂支架16；减震器26、支撑杆21和支撑臂25与本体12之间连接减震支架17。本实用新型实施例中，惰轮支架39、减震支架17和摇臂支架16均拧紧在由本体12伸出的预埋螺钉上；惰轮支架39、减震支架17和摇臂支架16均呈锥形，地面增大了与履带式行走机构之间的接触面积，减小了整体的形变，侧边做了多个加强肋43，连接后用卡簧来固定并限制位置，方便后期的养护更换。

本实用新型实施例中，还提出了一种陆空两栖机器人，包括：本体12、螺旋桨45和至少一对履带式行走机构；在本体12上开设多个气流口46；螺旋桨45安装于气流口46内；履带式行走机构对称设置在本体12的两侧。其中，本体12在气流口46和螺旋桨45配合下，可以使得陆空两栖机器人在空中进行飞行。本体12与两侧的履带式行走机构结合后，可以使得陆空两栖机器人在陆地上进行移动。

本实用新型实施例中，陆空两栖机器人的履带15的前后两端均与地面之间形成有一定的倒角，在陆空两栖机器人的底部的履带15处形成坡面，在一定程度上增大了地面接近角。两栖机器人在陆地上的灵活性和通过性得到提升。

综上所述，本实施例提出得一种履带式行走机构及具有该机构的两栖机器人，通过设置本体12的头部高于本体12的尾部，通过传动机构与负重暖冲机构的配合，与相关技术中的两栖机器人相比，增加了所述本体12的离地间距，使得具有履带式传动机构的陆空两栖机器人的接近角更大，提高了具有履带式传动机构的陆空两栖机器人的越障爬坡能力。同时，第一轮组和第二轮组安装时，通过第一销轴13和第二销轴23的插拔即可快速实现第一轮组和第二轮组的拆卸与安装，避免了使用螺钉等操作较为繁琐的零部件实现轮组的安装于拆卸。极大缩短了轮组的拆装操作时间和提高了拆装效率。

以上所述，仅为本实用新型实施例的具体实施方式，但本实用新型实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型实施例披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型实施例的保护范围之内。因此，本实用新型实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种履带式行走机构，其特征在于，履带式行走机构包括：传动机构和负重缓冲机构；

所述传动机构为所述履带式行走机构提供驱动力；

所述负重缓冲机构为所述履带式行走机构提供支撑力；

所述传动机构包括：履带、主动轮和从动轮；

所述负重缓冲机构包括：第一负重轮组和第二负重轮组；

所述履带套设于所述主动轮、所述从动轮、所述第一负重轮组和所述第二负重轮组的外侧；所述第一负重轮组靠近所述主动轮，所述第二负重轮组靠近所述从动轮。

2.根据权利要求1所述的履带式行走机构，其特征在于，所述第一负重轮组包括：第一摇臂、支撑杆和第一轮组组件；所述第一摇臂与所述支撑杆均连接于所述第一轮组组件；所述第一摇臂与所述支撑杆之间具有一定的夹角；

所述第二负重轮组包括：第二摇臂、减震器和第二轮组组件；所述第二摇臂、所述减震器均与所述第二轮组组件连接；所述第二摇臂、所述减震器之间也具有一定的夹角。

3.根据权利要求1所述的履带式行走机构，其特征在于，所述主动轮、所述从动轮分别位于所述履带式行走机构的尾部与所述履带式行走机构的头部_，所述履带式行走机构的头部高于所述履带式行走机构的尾部。

4.根据权利要求1所述的履带式行走机构，其特征在于，所述从动轮处设置从动轮支架；所述从动轮支架包括：第一螺纹孔和第一螺钉；所述第一螺纹孔位于所述从动轮支架的中心处；所述第一螺钉穿过所述从动轮与所述第一螺纹孔螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的履带式行走机构，其特征在于，所述从动轮中心轴的延长线沿水平方向向所述履带式行走机构的头部方向偏转。

6.根据权利要求2所述的履带式行走机构，其特征在于，所述第一轮组组件和所述第二轮组组件均包括：第一销轴和多个第一负重轮；所述第一摇臂底部和第二摇臂底部均设置有固定部；所述固定部与第一负重轮转动连接；所述第一销轴穿过固定部与两侧的第一负重轮连接；所述支撑杆与固定部之间、以及所述减震器与所述固定部之间均设置有第一减震销轴；所述支撑杆或所述减震器均通过所述第一减震销轴与固定部连接。

7.根据权利要求6所述的履带式行走机构，其特征在于，还包括：至少为一组的第三负重轮组；所述第三负重轮组位于所述第一负重轮组与所述第二负重轮组之间；所述第三负重轮组包括：支撑臂、第三摇臂、轮架、第二减震销轴、第二销轴和第二负重轮；所述第二负重轮为多个且平均分布于所述轮架前后两侧；所述支撑臂、所述第三摇臂之间具有一定夹角；所述第三摇臂一端与轮架连接；所述支撑臂通过第二减震销轴与第三摇臂转动连接；所述第二销轴穿过所述轮架与两侧所述第二负重轮连接。

8.根据权利要求7所述的履带式行走机构，其特征在于，所述传动机构还包括：惰轮、惰轮支架、减震支架和摇臂支架；所述惰轮安装于所述惰轮支架上；所述摇臂支架为多个且分别与所述第二摇臂、所述第一摇臂和所述第三摇臂连接；所述减震支架为多个且分别与所述减震器、所述支撑杆和所述支撑臂连接。

9.根据权利要求8所述的履带式行走机构，其特征在于：所述惰轮支架、减震支架和摇臂支架上均设置多个加强肋。

10.一种陆空两栖机器人，其特征在于，包括：本体、螺旋桨和至少一对上述权利要求1-9任一项所述的履带式行走机构；

在所述本体上开设多个气流口；

所述螺旋桨安装于所述气流口内；

所述履带式行走机构对称设置在所述机器人本体的两侧。