專利名稱：可變形履帶行走機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛工程、智能機(jī)器人行走技術(shù)，特別涉及履帶式行走機(jī)械。
背景技術(shù)：
形態(tài)自主控制的可變形履帶車為人類開發(fā)海底、太空、地下資源時(shí)，尤其在人無(wú)法臨場(chǎng)條件下提供一種智能型全地形行走系統(tǒng)，它能夠自動(dòng)識(shí)別地形環(huán)境，自主調(diào)節(jié)履帶外廓以實(shí)現(xiàn)越過障礙、階梯、通過松軟地面等。
傳統(tǒng)的履帶式行走系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn)①接地比壓小，可在松軟的路面上行使；②利用履帶形成的接近角，可攀登陡峭的階梯；③利用與地面間的大接觸面獲得高的穩(wěn)定性；④可在最小的空間內(nèi)旋轉(zhuǎn)。但它的缺點(diǎn)也很明顯，它轉(zhuǎn)向時(shí)能耗高，地形適應(yīng)性較差。增加履帶條數(shù)可使履帶車更好的適應(yīng)地形并減少轉(zhuǎn)向時(shí)能耗。但這樣就增加了自重并使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使操縱復(fù)雜化。如果能使履帶的外形隨時(shí)發(fā)生變化去適應(yīng)不同的地形，雙履帶車也能提高通過障礙物的能力。
日本學(xué)者近騰博提出并制作了具有導(dǎo)向輪、驅(qū)動(dòng)輪、行星輪的可變形履帶行走機(jī)構(gòu)。其中導(dǎo)向輪軸和驅(qū)動(dòng)輪軸是固定的，履帶外廓取決于行星輪的位置。由于導(dǎo)向輪和驅(qū)動(dòng)輪是固定的，這種結(jié)構(gòu)的履帶外廓變化幅度有限，且機(jī)構(gòu)復(fù)雜，另外左右履帶架剛性聯(lián)結(jié)，對(duì)地形的適應(yīng)能力受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種改進(jìn)的可變形履帶行走機(jī)械，使其具有對(duì)各種復(fù)雜地形環(huán)境更強(qiáng)的適應(yīng)能力。
參照?qǐng)D1至3，本發(fā)明可變形履帶行走機(jī)械，由車體5和兩條繞覆在履帶主體及其兩端的導(dǎo)向輪14、驅(qū)動(dòng)輪8上的履帶21組成。其特征在于每條履帶主體由中間主臂2和兩端分別通過鉸軸12鉸接的導(dǎo)向臂1、通過鉸軸10鉸接的驅(qū)動(dòng)臂4三段節(jié)臂組成；主臂2通過主鉸軸6與車體5相鉸接；鉸軸12、10、6分別與步進(jìn)電機(jī)15、19、17驅(qū)動(dòng)連接，在鉸軸12、10上還設(shè)置有大支重輪9；在履帶的上方通過固設(shè)在主關(guān)節(jié)架3上的擋帶輪支架18設(shè)置張緊履帶21的擋帶輪16。
本發(fā)明可變形履帶行走機(jī)械履帶可以繞主鉸軸6相對(duì)于車體轉(zhuǎn)動(dòng)，履帶節(jié)臂之間也可繞鉸軸12、10而產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由CPU控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。該機(jī)共有6個(gè)變形自由度，其中兩個(gè)主鉸軸6，提供每條履帶21相對(duì)于車體5的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；兩個(gè)導(dǎo)向鉸軸12，提供每條履帶導(dǎo)向臂1相對(duì)于主臂的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；兩個(gè)驅(qū)動(dòng)鉸軸12，提供每條履帶驅(qū)動(dòng)臂4相對(duì)于主臂2的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，可變形履帶行走機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)下面的單自由度變形及其組合
1)單側(cè)導(dǎo)向臂的抬起；2)單側(cè)導(dǎo)向臂的降落；3)單側(cè)驅(qū)動(dòng)臂的抬起；4)單側(cè)驅(qū)動(dòng)臂的降落；5)單側(cè)履帶的外旋；6)單側(cè)履帶的內(nèi)旋。
可變形履帶行走機(jī)械的變形形式可根據(jù)路面情況選取。利用設(shè)置在車體上的CCD攝像機(jī)和超聲波測(cè)距傳感器及壓力傳感器等相結(jié)合，獲得地況信息，通過中央控制器CPU控制調(diào)整履帶相對(duì)于車體的變形角度和履帶外廓形狀，以實(shí)現(xiàn)提高越過障礙、階梯、通過松軟地面等適應(yīng)能力。如圖4所示，是履帶為適應(yīng)地形而繞主鉸軸6相對(duì)于車體進(jìn)行的轉(zhuǎn)動(dòng)圖中(a)是履帶車通過階梯路面時(shí)進(jìn)行的變形；(b)是履帶車沿尖峰路面行進(jìn)時(shí)進(jìn)行的變形；(c)是履帶車沿谷底或溝底行進(jìn)時(shí)進(jìn)行的變形。
如圖5所示，是履帶為適應(yīng)地形而繞其鉸軸12、10轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行的變形圖中(a)是履帶在通過階梯形障礙物時(shí)，前節(jié)履帶抬起，目的在于增大接近角，提高通過性；(b)、(c)是履帶在越過深溝與障礙物頂峰時(shí)進(jìn)行的變形，目的在于提高跨越障礙物時(shí)整車的穩(wěn)定性；(d)是在整車爬躍陡坡時(shí)履帶進(jìn)行的變形。此變形方式更有利于履帶車的松軟路面通過性，使履帶車具有從沉陷狀態(tài)自行爬出的能力。
另外，履帶的接地長(zhǎng)度是可以變化的，以達(dá)到調(diào)節(jié)接地比壓的目的?？勺冃温膸к嚨淖冃伟ㄉ鲜龈髯冃畏绞降乃锌赡芙M合方式。
可變形履帶行走機(jī)構(gòu)地形感知及形態(tài)自主控制技術(shù)研究旨在為人類開發(fā)海底、太空、地下資源時(shí)，尤其在人無(wú)法臨場(chǎng)條件下提供一種智能型全地形行走系統(tǒng)，它能夠自動(dòng)識(shí)別地形環(huán)境，自主調(diào)節(jié)履帶外廓以實(shí)現(xiàn)越過障礙、階梯、通過松軟地面等?，F(xiàn)有的機(jī)器人行走系統(tǒng)有輪式、履帶式、步行式和混合式，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，輪式行走系統(tǒng)能以高速行走，但缺乏跨越障礙物的能力，且軟路面通過性差。步行機(jī)構(gòu)易于適應(yīng)地形變化但操縱復(fù)雜。履帶式行走機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向時(shí)能耗高，地形適應(yīng)性較差。增加履帶條數(shù)可使履帶行走機(jī)構(gòu)適應(yīng)地形并減少轉(zhuǎn)向時(shí)能耗，但增加了自重并使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使操縱復(fù)雜化。與現(xiàn)有履帶車相比，本可變形履帶行走機(jī)械，履帶主體具有仿爬行類動(dòng)物體的多關(guān)節(jié)與地面有良好的適應(yīng)性，同時(shí)可根據(jù)需要調(diào)整接近角，爬越障礙。履帶主體與車體的連接仿雙足步行動(dòng)物足與身體的聯(lián)接，使兩條履帶相對(duì)車體的位置可獨(dú)立調(diào)整。能夠適應(yīng)的路面環(huán)境更多、通過障礙物的能力更強(qiáng)、通過障礙物時(shí)整機(jī)的穩(wěn)定性更高、通過障礙物時(shí)消耗的能量更少；可變形履帶行走機(jī)構(gòu)地形感知及形態(tài)自主控制技術(shù)，使其能夠自動(dòng)識(shí)別地形環(huán)境，自主調(diào)節(jié)履帶外廓以實(shí)現(xiàn)越過障礙、階梯、通過松軟地面等，可以提高人類探索未知空間及開發(fā)危險(xiǎn)資源的能力。本實(shí)用新型可變形履帶行走機(jī)械作為無(wú)人駕駛車輛在各工程領(lǐng)域的應(yīng)用具有重大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。


圖1是可變形履帶行走機(jī)械的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是圖1的側(cè)視圖；圖4是履帶繞主鉸軸相對(duì)于車體轉(zhuǎn)動(dòng)變形的狀態(tài)示意圖；
圖5是履帶繞自身鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)變形的狀態(tài)示意圖；圖6是可變形履帶車的主視圖；圖7是圖6的俯視圖；圖8是圖6的A-A向局部剖視圖；圖9是履帶主臂與導(dǎo)向臂鉸接部局部剖視圖；圖10是圖9的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參照?qǐng)D6至8，一種可變形履帶車由兩條履帶和車體5組成。履帶主體由中間主臂2、導(dǎo)向臂1、驅(qū)動(dòng)臂4組成，導(dǎo)向臂1的一端安裝有導(dǎo)向輪14，另一端通過導(dǎo)向鉸軸12與主臂2的一端鉸接；驅(qū)動(dòng)臂4的一端安裝有驅(qū)動(dòng)輪8，另一端通過驅(qū)動(dòng)鉸軸10與主臂2的另一端鉸接。主臂2通過主鉸軸6與車體5相鉸接；三節(jié)臂上裝有若干小支重輪11，用于支承整機(jī)重量。導(dǎo)向鉸軸12和驅(qū)動(dòng)鉸軸10上還裝有大支重輪9，它同時(shí)起支重輪和托帶輪的作用。另外履帶的上方通過固設(shè)在主關(guān)節(jié)架3上的擋帶輪支架18設(shè)置張緊履帶21的擋帶輪16，它與大支重輪一同保證在履帶變形時(shí)，履帶板隨同履帶主體一起變形，且保證在變形時(shí)，所需的履帶長(zhǎng)度不變或變化不大。
主臂2的兩端設(shè)有步進(jìn)電機(jī)15、19，經(jīng)一級(jí)蝸桿副減速后驅(qū)動(dòng)鉸軸12、10相對(duì)于主臂2轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)導(dǎo)向臂1或驅(qū)動(dòng)臂4相對(duì)于主臂2轉(zhuǎn)動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)臂4上還裝有步進(jìn)電機(jī)20，經(jīng)一級(jí)蝸桿副減速后，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪8，提供履帶車的行駛動(dòng)力。
主鉸軸6通過軸承設(shè)置在主關(guān)節(jié)架3上，主關(guān)節(jié)架3與主臂2通過螺釘固連成一體，主鉸軸6通過鍵與車體關(guān)節(jié)臂7固連；在主關(guān)節(jié)架3上固設(shè)步進(jìn)電機(jī)17，并通過蝸桿、蝸輪副驅(qū)動(dòng)連接主鉸軸6?？沈?qū)動(dòng)主鉸軸6相對(duì)于主關(guān)節(jié)架3轉(zhuǎn)動(dòng)，因此形成主關(guān)節(jié)架即主臂或履帶相對(duì)于車體的轉(zhuǎn)動(dòng)。
參照?qǐng)D9、10(以主臂與導(dǎo)向臂鉸接圖示為例)，鉸軸12、10分別通過軸承13設(shè)置在主臂2的兩端上，通過鍵30及螺母29與導(dǎo)向臂1、驅(qū)動(dòng)臂4固連，步進(jìn)電機(jī)15、19固設(shè)在主臂2上，并分別通過蝸桿23、蝸輪22與鉸軸12、10驅(qū)動(dòng)連接，即蝸桿23通過銷26固設(shè)在步進(jìn)電機(jī)軸上，蝸輪22通過鍵27及螺母28固設(shè)在鉸軸12、10上。電機(jī)15、19的轉(zhuǎn)動(dòng)通過蝸輪蝸桿減速后驅(qū)動(dòng)鉸軸12、10轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)導(dǎo)向臂1、驅(qū)動(dòng)臂4相對(duì)于主臂2轉(zhuǎn)動(dòng)。
由于步進(jìn)電機(jī)是開環(huán)控制部件，在導(dǎo)向臂1、驅(qū)動(dòng)臂4和主臂2上對(duì)應(yīng)設(shè)置磁鐵24、霍爾開關(guān)25，以實(shí)現(xiàn)鉸鏈關(guān)節(jié)的零點(diǎn)定位及限位控制。
權(quán)利要求
1.一種可變形履帶行走機(jī)械，由車體(5)和兩條繞覆在履帶主體及其兩端的導(dǎo)向輪(14)、驅(qū)動(dòng)輪(8)上的履帶(21)組成。其特征在于每條履帶主體由中間主臂(2)和兩端分別通過鉸軸(12)鉸接的導(dǎo)向臂(1)、通過鉸軸(10)鉸接的驅(qū)動(dòng)臂(4)三段節(jié)臂組成；主臂(2)通過主鉸軸(6)與車體(5)相鉸接；鉸軸(12)、(10)、(6)分別與步進(jìn)電機(jī)(15)、(19)、(17)驅(qū)動(dòng)連接，在鉸軸(12)、(10)上還設(shè)置有大支重輪(9)，在履帶的上方通過固設(shè)在主關(guān)節(jié)架(3)上的擋帶輪支架(18)設(shè)置張緊履帶(21)的擋帶輪(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變形履帶行走機(jī)械，其特征在于所述的主鉸軸(6)通過軸承設(shè)置在主關(guān)節(jié)架(3)上，主關(guān)節(jié)架(3)與主臂(2)通過螺釘固連成一體，主鉸軸(6)通過鍵與車體關(guān)節(jié)臂(7)固連，所述的步進(jìn)電機(jī)(17)固設(shè)在主關(guān)節(jié)架(3)上，并通過蝸桿、蝸輪副驅(qū)動(dòng)連接主鉸軸(6)。
3..根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變形履帶行走機(jī)械，其特征在于所述的鉸軸(12)、(10)分別通過軸承(13)設(shè)置在主臂(2)的兩端上，通過鍵(30)及螺母(29)與導(dǎo)向臂(1)、驅(qū)動(dòng)臂(4)固連，所述的步進(jìn)電機(jī)(15)、(19)固設(shè)在主臂(2)上，并分別通過蝸桿(23)、蝸輪(22)與鉸軸(12)、(10)驅(qū)動(dòng)連接。
4..根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變形履帶行走機(jī)械，其特征在于在三段節(jié)臂(1)、(2)、(4)上還設(shè)有小支重輪(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及履帶式行走機(jī)械，本發(fā)明可變形履帶行走機(jī)械，由車體和兩條繞覆在履帶主體及其兩端的導(dǎo)向輪、驅(qū)動(dòng)輪上的履帶21組成。特征是每條履帶主體由中間主臂和兩端鉸接的導(dǎo)向臂、驅(qū)動(dòng)臂三段節(jié)臂組成；主臂與車體相鉸接；其鉸軸分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接。與現(xiàn)有履帶車相比，因其履帶主體具有多節(jié)鉸鏈，與地面有良好的適應(yīng)性，同時(shí)可根據(jù)需要調(diào)整接近角，爬越障礙；履帶主體與車體的鉸鏈連接，使兩條履帶相對(duì)車體的位置可獨(dú)立調(diào)整，能夠適應(yīng)的路面環(huán)境更多、通過障礙物的能力更強(qiáng)、穩(wěn)定性更高、消耗的能量更少。
文檔編號(hào)B62D55/08GK1528633SQ0312718
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月26日
發(fā)明者王國(guó)強(qiáng), 羅世魁, 劉玉臣, 周德成, 趙登峰 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)