专利名称:一种三自由度轮履多用机械腿的制作方法
【专利摘要】一种三自由度轮履多用机械腿，包括左边齿轮组件、中间齿轮组件、右边齿轮组件和履带组件，所述左边齿轮组件的第三左边齿轮(4)与中间齿轮组件的第二中间齿轮(23)相啮合，中间齿轮组件的第一中间齿轮(6)与右边齿轮组件的第三右边齿轮(9)相啮合，中间齿轮组件的第一齿轮(33)通过第一松紧皮带(17)与履带组件的第二齿轮(54)平行相联，中间齿轮组件的第三齿轮(7)通过第二松紧皮带(15)与履带组件的第四齿轮(18)平行相联；所述中间齿轮组件与履带组件之间还连有上臂关节上支架(31)和上臂关节下支架(16)。本实用新型具有轮子履带复合用腿、动力集中在末端和主关节是3层的轴等优点。
【专利说明】一种三自由度轮履多用机械腿
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及轮履移动机构【技术领域】，具体的说是一种三自由度轮履多用机械腿。
【背景技术】
[0002]轮履复合式移动机构将轮式移动和履带式移动相结合，综合利用了轮式移动方式灵活机动、工作空间小、行走速度快和工作效率高以及履带式移动方式接地比压小、具有良好的越障能力和很好的环境适应性的优点。采用复合型移动机构既能兼顾上述单一移动机构的优点，又能消除单一移动机构存在的不足，提高了机器人的环境适应能力，也使机器人具有更好地跨越障碍的能力，使得轮履复合式移动机器人在反恐排爆、灾难救援、环保清洁、农业生产以及科学研宄等领域得到了广泛的应用，因而受到国内外科研人员的广泛关注。
[0003]目前，关于针对特定环境下的复合型移动机构的机器人的研宄，国内外已有相关的研宄。例如 Y.Maeda 等的多功能机器人(Maeda Y Tsutani S, Hagihara S.Prototype ofmultifunct1nal robot vehicle.1n: Proc.0f Int.Conf.0n Advanced Robotics,1985:421-428)以及中科院沈阳自动化所研制的CUMBER(王挺，王越超，赵忆文.多机构复合智能移动机器人的研制.机器人，2004，26(4): 289-294)，为复合型移动机构的机器人在复杂的非结构环境下行走方面做了有益的探索，取得了一定的研宄成果，但是复合式移动机构的机器人由于自由度多，结构和控制复杂，能效转化率低，而且对复杂路面自适应能力差。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是针对上述现状设计一种针对复杂路面具有较好的自适应能力、结构简单和能量集中在末端的三自由度轮履多用机械腿。
[0005]一种三自由度轮履多用机械腿，包括左边齿轮组件、中间齿轮组件、右边齿轮组件和履带组件，所述左边齿轮组件的第三左边齿轮与中间齿轮组件的第二中间齿轮相啮合，中间齿轮组件的第一中间齿轮与右边齿轮组件的第三右边齿轮相啮合，中间齿轮组件的第一齿轮通过第一松紧皮带与履带组件的第二齿轮平行相联，中间齿轮组件的第三齿轮通过第二松紧皮带与履带组件的第四齿轮平行相联；所述第一松紧皮带和第一松紧齿轮构成松紧传动装置，把动力传递给第二齿轮；所述第二松紧皮带和第二松紧齿轮构成松紧传动装置，把动力传递给第四齿轮；所述中间齿轮组件与履带组件之间还连有上臂关节上支架和上臂关节下支架。
[0006]所述左边齿轮组件，包括左边马达安装在左边固定架上，左边固定架安装在底板上，左边马盘安装在左边马盘座上，第一左边齿轮同中心地安装在左边马盘的轴上，第二左边齿轮通过左边皮带和第一左边齿轮平行相联，第三左边齿轮和第二左边齿轮通过同一个圆头平键与左边马达的轴同中心地相联并实现同步转动。
[0007]所述右边齿轮组件，包括右边马达安装在右边固定架上，右边固定架安装在底板上，右边马盘安装在右边马盘座上，第一右边齿轮同中心地安装在右边马盘的轴上，第一右边齿轮通过右边皮带和第二右边齿轮平行相联，第三右边齿轮和第二右边齿轮通过同一个圆头平键与右边马达的轴同中心地相联并实现同步转动。
[0008]所述中间齿轮组件，包括中间马达安装在中间固定架上，中间固定架安装在底板上，联轴器的上端通过圆头平键与中间马达的轴同中心地相联，联轴器的下端通过圆头平键与内轴的上端同中心地相联，内轴的下端通过圆头平键和第三齿轮同中心地相联并带动第三齿轮同步转动；所述内轴外部套设有中间空心轴，中间空心轴的上端和第二中间齿轮通过螺钉和圆柱销相联并同步转动，中间空心轴的下端和第一齿轮通过螺钉和圆柱销相联并同步转动，中间空心轴外部还套设有固定架和外层空心轴；第一中间齿轮、上臂关节上支架左端以及外层空心轴的上端通过螺钉和圆柱销同中心地相联；外层空心轴的下端和上臂关节下支架的左端通过螺钉和圆柱销同中心地相联，外层空心轴、上臂关节上支架和上臂关节下支架构成上臂关节，右边马达驱动上臂关节绕着中间空心轴转动。
[0009]所述履带组件，包括履带关节上盖板、履带关节下盖板、长轴、短轴、大滚轮、小滚轮、履带、第二齿轮和第四齿轮，所述履带关节上盖板和履带关节下盖板通过连接架相连，履带关节上盖板和履带关节下盖板的大端设有大滚轮，长轴一端与履带关节上盖板相连，另一端穿过大滚轮与履带关节下盖板相连；履带关节上盖板和履带关节下盖板的小端设有小滚轮，短轴一端与履带关节上盖板相连，另一端穿过小滚轮与履带关节下盖板相连；第四齿轮通过位于长轴下端的圆头平键槽中的圆头平键和长轴的下端同中心地相联，第二齿轮和履带关节下盖板的大端上的T形空心圆柱体通过螺钉和圆柱销相联，第二齿轮驱动履带关节绕着长轴转动；大滚轮通过履带带动小滚轮转动。
[0010]中间空心轴内表面的下端和内轴下端第二段轴的外表面之间通过第一深沟球轴承相联，中间空心轴内表面的上端和内轴上端第二段轴的外表面之间通过第二深沟球轴承相联；中间空心轴上端空心圆柱体的外表面的下端和固定架内表面的下端之间通过第三深沟球轴承相联，中间空心轴上端空心圆柱体的外表面的上端和固定架内表面的上端之间通过第四深沟球轴承相联；中间空心轴下端空心圆柱体的外表面的下端和外层空心轴内表面的下端之间通过第五深沟球轴承相联，中间空心轴下端空心圆柱体的外表面的上端和外层空心轴内表面的上端之间通过第六深沟球轴承相联。
[0011 ] 第一深沟球轴承内圈的上端面紧贴着内轴下端的第二轴肩，第一深沟球轴承内圈的下端面紧贴着位于内轴下端的第四轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈；第一深沟球轴承外圈的上端面紧贴着中间空心轴内表面下端的凹槽面，第一深沟球轴承外圈的下端面紧贴着第一齿轮上的环形凹槽的凹槽面。
[0012]第二深沟球轴承内圈的上端面紧贴着位于内轴上端的第五轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈，第二深沟球轴承内圈的下端面紧贴着内轴上端的第二轴肩；第二深沟球轴承外圈的上端面紧贴着位于中间空心轴内表面上端的第三轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈，第二深沟球轴承外圈的下端面紧贴着中间空心轴内表面上端的凹槽面。
[0013]第三深沟球轴承内圈的下端面紧贴着中间空心轴上的圆柱体凸台的上端面，第三深沟球轴承外圈的上端面紧贴着固定架内表面下端的凹槽面。
[0014]第四深沟球轴承内圈的上端面紧贴着位于中间空心轴外表面上端中的第二轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈，第四深沟球轴承外圈的下端面紧贴着固定架内表面上端的凹槽面。
[0015]第五深沟球轴承内圈的下端面紧贴着位于中间空心轴外表面上下端的第一轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈；第五深沟球轴承外圈的上端面紧贴着外层空心轴内表面下端的凹槽面，第五深沟球轴承外圈的下端面紧贴着第一环形挡圈的上端面。
[0016]第六深沟球轴承内圈的上端面紧贴着中间空心轴上的圆柱体凸台的下端面；第六深沟球轴承外圈的上端面紧贴着第二环形挡圈的下端面，第六深沟球轴承外圈的下端面紧贴着外层空心轴内表面上端的凹槽面。
[0017]长轴下端的第二段轴的外表面和履带关节下盖板上的T形空心圆柱体的内表面之间通过第七深沟球轴承相联，第七深沟球轴承内圈的上端面紧贴着长轴下端的第二个轴肩，第七深沟球轴承外圈的下端面紧贴着位于履带关节下盖板上的T形空心圆柱体的内表面中的第六轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈；长轴上端的第一段轴的外表面和履带关节上盖板之间通过第八深沟球轴承相联，第八深沟球轴承内圈的下端面紧贴着长轴上端的轴肩，第八深沟球轴承外圈的上端面紧贴着位于履带关节上盖板中的轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈。
[0018]上臂关节下支架的右端和履带关节下盖板上的T形空心圆柱体的外表面之间通过第九深沟球轴承相联，第九深沟球轴承外圈的下端面紧贴着上臂关节下支架上的沉孔的台阶面，第九深沟球轴承内圈的上端面紧贴着履带关节下盖板上的T形空心圆柱体外表面上的台阶面；上臂关节上支架的右端和履带关节上盖板上的T形空心圆柱体的外表面之间通过第十深沟球轴承相联，第十深沟球轴承外圈的上端面紧贴着上臂关节上支架上的沉孔的台阶面，第十深沟球轴承内圈的下端面紧贴着履带关节上盖板右端上的T形空心圆柱体外表面上的台阶面。
[0019]所述大滚轮为由连接筋把内外圈两个空心圆柱体连接起来的滚轮，大滚轮的外表面为类齿轮状；大滚轮的内圈空心圆柱体的内表面上开有一个与大滚轮等厚度的键槽，在连接筋上对称地开有六个相同的圆通孔。
[0020]所述小滚轮内表面的上端和短轴外表面的上端通过第十一深沟球轴承相联，第十一深沟球轴承内圈的上端面紧贴着位于短轴外表面上端的轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈，第十一深沟球轴承内圈的下端面紧贴着短轴外表面上端的轴肩，第十一深沟球轴承外圈的下端面紧贴着小滚轮内表面上端的凹槽面；小滚轮内表面的下端和短轴外表面的下端通过第十二深沟球轴承相联，第十二深沟球轴承外圈的上端面紧贴着小滚轮内表面下端的凹槽面，第十二深沟球轴承内圈的上端面紧贴着短轴外表面下端的轴肩，第十二深沟球轴承内圈的下端面紧贴着位于短轴外表面下端的轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈。
[0021]所述长轴为由四个长度各不相同的圆柱体组成的阶梯轴，从左端起第二个圆柱体和第四个圆柱体的直径相同。
[0022]本实用新型与已有技术相比，具有如下积极效果:
[0023]I)本实用新型既能以轮式运动模式在平坦硬质路面上运动，也能以履带式运动模式在松软、陡峭和崎岖的复杂地形上行走，三自由度轮履多用机械腿能够以合理的运动模式在不同复杂地况中高效快速地行走。
[0024]2)本实用新型还能以履腿复合模式在有障碍物、台阶等复杂路况上运动，既克服了单纯腿式机构结构和控制的复杂性，又增大了与地面的接触面积，提高了越障性能，机动灵活，对复杂地形适应性好。
[0025]3)本实用新型在复杂路面上行走时，三自由度轮履多用机械腿能够实时地根据地形的变化而通过自身机构的调整实现履腿式运动、轮式-履带式互换，需要三个相互独立的液压马达来控制，将能量集中在机构末端，故而本实用新型对复杂地况具有较强的自适应性，且易于控制。
[0026]本实用新型一种三自由度轮履多用机械腿具有轮子履带复合用腿、动力集中在末端、主关节是3层的轴、结构简单和自主适应性好等优点。
【附图说明】
[0027]图1是本实用新型的整体结构示意图；
[0028]图2是图1的A-A剖面示意图；
[0029]图3是图1的B-B剖面示意图；
[0030]图4是中间空心轴的剖面示意图；
[0031]图5是中间空心轴的左视示意图；
[0032]图6是中间空心轴的右视示意图；
[0033]图7是内轴的剖面示意图；
[0034]图8是外层空心轴的结构示意图；
[0035]图9是外层空心轴的左视示意图；
[0036]图10是图8的C-C剖面示意图；
[0037]图11是外层空心轴的右视示意图；
[0038]图12是上臂关节上支架的结构示意图；
[0039]图13是图12的D-D剖面示意图；
[0040]图14是上臂关节下支架的结构示意图；
[0041]图15是图14的E-E剖面示意图；
[0042]图16是履带关节下盖板的结构示意图；
[0043]图17是图16的F-F剖面示意图；
[0044]图18是大滚轮的结构示意图；
[0045]图19是图18的G-G剖面示意图；
[0046]图20是长轴的结构示意图；
[0047]图21是图20的H-H剖面示意图；
[0048]图22是第三齿轮的结构示意图；
[0049]图23是图22的1-1剖面示意图；
[0050]图24是第四齿轮的结构示意图；
[0051]图25是图24的J-J剖面示意图；
[0052]图26是第一齿轮的结构示意图；
[0053]图27是图26的K-K剖面示意图；
[0054]图28是第二齿轮的结构示意图；
[0055]图29是图28的L-L剖面示意图；
[0056]图30是第二左边齿轮的结构示意图；
[0057]图31是图30的M-M剖面示意图；
[0058]图32是第二右边齿轮的结构示意图；
[0059]图33是图32的N-N剖面示意图。
【具体实施方式】
[0060]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步说明，并非对其保护范围的限制。
[0061]—种三自由度轮履多用机械腿，如图1、图2和图3所示，三自由度轮履多用机械腿主要由三条动力链组成，动力链一的部件包括左边马达22、左边马盘45、第一左边齿轮3、第二左边齿轮46、第三左边齿轮4、第二中间齿轮23、中间空心轴38、第一齿轮33、第二齿轮54和履带关节下盖板21 ;动力链二的部件包括中间马达24、联轴器26、内轴35、第三齿轮7、第四齿轮18、长轴51、大滚轮52、履带20和小滚轮57 ;动力链三的部件包括右边马达28、右边马盘29、第一右边齿轮12、第二右边齿轮30、第三右边齿轮9、第一中间齿轮6、上臂关节上支架31、外层空心轴39和上臂关节下支架16。
[0062]如图1和图2所示，左边马达22安装在左边固定架5上，左边固定架5安装在底板13上，左边马盘45安装在左边马盘座I上，第一左边齿轮3同中心地安装在左边马盘45的轴上，第二左边齿轮46通过左边皮带2和第一左边齿轮3平行相联，第三左边齿轮4和第二左边齿轮46通过同一个圆头平键与左边马达22的轴同中心地相联并实现同步转动；第三左边齿轮4和与它平行的第二中间齿轮23相啮合并驱动第二中间齿轮23转动，第二中间齿轮23和中间空心轴38的上端通过螺钉和圆柱销相联并同步转动；中间空心轴38内表面的下端和内轴35下端第二段轴的外表面之间通过第一深沟球轴承34相联，中间空心轴38内表面的上端和内轴35上端第二段轴的外表面之间通过第二深沟球轴承27相联，第二深沟球轴承27外圈的下端面紧贴着中间空心轴38内表面上端的凹槽面，第二深沟球轴承27外圈的上端面紧贴着位于中间空心轴38内表面上端的如图4所示的第三轴用弹性挡圈槽62中的轴用弹性挡圈；第一深沟球轴承34外圈的上端面紧贴着中间空心轴38内表面下端的凹槽面，第一深沟球轴承34外圈的下端面紧贴着第一齿轮33上的如图27所示的环形凹槽83的凹槽面；中间空心轴38上端的空心圆柱体的外表面的上端和固定架43内表面的上端之间通过第四深沟球轴承44相联，中间空心轴38上端的空心圆柱体的外表面的下端和固定架43内表面的下端之间通过第三深沟球轴承42相联；第三深沟球轴承42外圈的上端面紧贴着固定架43内表面下端的凹槽面，第三深沟球轴承42内圈的下端面紧贴着中间空心轴38上的如图4所示的圆柱体凸台60的上端面；第四深沟球轴承44外圈的下端面紧贴着固定架43内表面上端的凹槽面，第四深沟球轴承44内圈的上端面紧贴着位于中间空心轴38外表面上端中的如图4所示的第二轴用弹性挡圈槽61中的轴用弹性挡圈冲间空心轴38下端的空心圆柱体的外表面的下端和外层空心轴39内表面的下端之间通过第五深沟球轴承37相联，中间空心轴38下端的空心圆柱体的外表面的上端和外层空心轴39内表面的上端之间通过第六深沟球轴承40相联，第六深沟球轴承40内圈的上端面紧贴着中间空心轴38上的如图4所示的圆柱体凸台60的下端面，第五深沟球轴承37内圈的下端面紧贴着位于中间空心轴38外表面上下端的如图4所示的第一轴用弹性挡圈槽59中的轴用弹性挡圈；中间空心轴38的下端和第一齿轮33通过螺钉和圆柱销相联并同步转动；第一齿轮33通过第一松紧皮带17和如图3所示的第二齿轮54平行相联，第一松紧齿轮19和第一松紧皮带17构成松紧传动装置，同时把动力传递给如图3所示的第二齿轮54 ;如图3所示，第二齿轮54和履带关节下盖板21的大端上的如图17所示的T形空心圆柱体73通过螺钉和圆柱销相联，履带关节下盖板21和履带关节上盖板32与它们之间的连接架56通过螺钉和圆柱销相联组成履带关节，第二齿轮54驱动履带关节绕着长轴51转动。
[0063]如图1和图2所示，中间马达24安装在中间固定架25上，中间固定架25安装在底板13上，联轴器26的上端通过圆头平键与中间马达24的轴同中心地相联，联轴器26的下端通过圆头平键和内轴35的上端同中心地相联，中间马达24驱动内轴35转动；内轴35下端的第二段轴的外表面和中间空心轴38的内表面的下端之间通过第一深沟球轴承34相联，内轴35上端的第二段轴的外表面和中间空心轴38的内表面的上端之间通过第二深沟球轴承27相联，第二深沟球轴承27内圈的上端面紧贴着位于内轴35上端的如图7所示的第五轴用弹性挡圈槽64中的轴用弹性挡圈，第二深沟球轴承27内圈的下端面紧贴着内轴35上端的第二轴肩；第一深沟球轴承34内圈的上端面紧贴着内轴35下端的第二轴肩，第一深沟球轴承34内圈的下端面紧贴着位于内轴35下端的如图7所示的第四轴用弹性挡圈槽63中的轴用弹性挡圈；内轴35的下端通过圆头平键和第三齿轮7同中心地相联并带动第三齿轮7同步转动；第三齿轮7通过第二松紧皮带15和如图3所示的第四齿轮18平行相联，第二松紧齿轮14和第二松紧皮带15构成松紧传动装置，从而把动力传递给如图3所示的第四齿轮18 ;如图3所示，第四齿轮18通过位于长轴51下端的如图20和图21所示的圆头平键槽77中的圆头平键和长轴51的下端同中心地相联，长轴51下端的第二段轴的外表面和履带关节下盖板21上的如图17所示的T形空心圆柱体73的内表面之间通过第七深沟球轴承55相联，第七深沟球轴承55内圈的上端面紧贴着长轴51下端的第二个轴肩，第七深沟球轴承55外圈的下端面紧贴着位于履带关节下盖板21上的如图17所示的T形空心圆柱体73的内表面中的如图17所示的第六轴用弹性挡圈槽74中的轴用弹性挡圈；如图3所示，长轴51上端的第一段轴的外表面和履带关节上盖板32之间通过第八深沟球轴承50相联，第八深沟球轴承50内圈的下端面紧贴着长轴51上端的轴肩，第八深沟球轴承50外圈的上端面紧贴着位于履带关节上盖板32中的轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈；如图3所示，大滚轮52通过圆头平键和长轴51同中心地相联并实现同步转动，大滚轮52通过履带20带动小滚轮57转动，小滚轮57内表面的上端和短轴48外表面的上端通过第i^一深沟球轴承47相联，第十一深沟球轴承47内圈的上端面紧贴着位于短轴48外表面上端的轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈，第十一深沟球轴承47内圈的下端面紧贴着短轴48外表面上端的轴肩，第十一深沟球轴承47外圈的下端面紧贴着小滚轮57内表面上端的凹槽面；如图3所示，小滚轮57内表面的下端和短轴48外表面的下端通过第十二深沟球轴承58相联，第十二深沟球轴承58外圈的上端面紧贴着小滚轮57内表面下端的凹槽面，第十二深沟球轴承58内圈的上端面紧贴着短轴48外表面下端的轴肩，第十二深沟球轴承58内圈的下端面紧贴着位于短轴48外表面下端的轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈。
[0064]如图1和图2所示，右边马达28安装在右边固定架8上，右边固定架8安装在底板13上，右边马盘29安装在右边马盘座10上，第一右边齿轮12同中心地安装在右边马盘29的轴上，第一右边齿轮12通过右边皮带11和第二右边齿轮30平行相联，第三右边齿轮9和第二右边齿轮30通过同一个圆头平键与右边马达28的轴同中心地相联并实现同步转动；第三右边齿轮9和与它平行的第一中间齿轮6相嗤合并驱动第一中间齿轮6转动，第一中间齿轮6与上臂关节上支架31的左端和外层空心轴39的上端通过螺钉和圆柱销同中心地相联，外层空心轴39内表面的下端和中间空心轴38下端的空心圆柱体的外表面的下端之间通过第五深沟球轴承37相联，外层空心轴39内表面的上端和中间空心轴38下端的空心圆柱体的外表面的上端之间通过第六深沟球轴承40相联，第五深沟球轴承37外圈的下端面紧贴着第一环形挡圈36的上端面，第五深沟球轴承37外圈的上端面紧贴着外层空心轴39内表面下端的凹槽面，第六深沟球轴承40外圈的下端面紧贴着外层空心轴39内表面上端的凹槽面，第六深沟球轴承40外圈的上端面紧贴着第二环形挡圈41的下端面；外层空心轴39的下端和上臂关节下支架16的左端通过螺钉和圆柱销同中心地相联，外层空心轴39与上臂关节上支架31和上臂关节下支架16构成上臂关节，从而使得右边马达28驱动上臂关节绕着中间空心轴38转动；如图3所示，上臂关节下支架16的右端和履带关节下盖板21上的如图17所示的T形空心圆柱体73的外表面之间通过第九深沟球轴承53相联，第九深沟球轴承53外圈的下端面紧贴着上臂关节下支架16上的如图15所示的沉孔70的台阶面，第九深沟球轴承53内圈的上端面紧贴着履带关节下盖板21上的如图17所示的T形空心圆柱体73外表面上的台阶面，上臂关节上支架31的右端和履带关节上盖板32上的T形空心圆柱体的外表面之间通过第十深沟球轴承49相联，第十深沟球轴承49外圈的上端面紧贴着上臂关节上支架31上的如图13所示的沉孔68的台阶面，第十深沟球轴承49内圈的下端面紧贴着履带关节上盖板32右端上的T形空心圆柱体外表面上的台阶面。
[0065]如图4、图5和图6所示，所述中间空心轴38是一根由左边空心圆柱体、圆柱体凸台60和右边空心圆柱体组成的台阶状空心圆柱体轴；中间空心轴38外表面的左端上开有第一轴用弹性挡圈槽59，在中间空心轴38外表面的右端上开有第二轴用弹性挡圈槽61，在中间空心轴38内表面的左右两端各开有一个相同的环形凹槽，在中间空心轴38内表面的右端环形凹槽中开有第三轴用弹性挡圈槽62 ;在中间空心轴38的左右两个端面上各开有六个相同的螺钉孔和两个相同的圆柱销孔，两个圆柱销孔呈180°分布，六个螺钉孔对称分布，这两个圆柱销孔把六个螺钉孔对称地分隔在两边。
[0066]如图7所示，所述内轴35是一根由5个尺寸不完全相同的圆柱体组成的阶梯轴；内轴35上从左端起的第一段轴和从右端起的第一段轴的尺寸相同，在它们相同位置上各开有一个相同的圆头平键槽，在内轴35的左端第一段轴的端面上开有一个螺钉孔；在内轴35上从左端起的第二段轴上开有第四轴用弹性挡圈槽63，在内轴35上从右端起的第二段轴段上也开有一个相同的第五轴用弹性挡圈槽64。
[0067]如图9、图10和图11所示，所述外层空心轴39是一个空心圆柱体轴，外层空心轴39内表面的左右两端各开有一个相同的环形凹槽，在外层空心轴39的左右两个端面上对称地开有六个相同的螺钉孔和两个相同的圆柱销孔，两个圆柱销孔呈180°分布，六个螺钉孔对称分布，这两个圆柱销孔将六个螺钉孔分隔在两边。
[0068]如图12和图13所示，所述上臂关节上支架31是一块左右两端为两个直径相等的半圆中间为长方形的薄板，在左边半圆薄板上开有一个沉孔67，在沉孔67的外圈均匀分布地开有六个相同的螺钉孔和两个同的圆柱销孔，两个圆柱销孔呈180°分布，六个螺钉孔对称分布，这两个圆柱销孔将六个螺钉孔分隔在两边；在右边半圆薄板上也开有一个沉孔68，在该上臂关节上支架31的中间开有两个大小和形状都相同的矩形孔65和66。
[0069]如图14和图15所示，所述上臂关节下支架16是一块左右两端为两个直径相等的半圆中间为长方形的薄板，在左边半圆薄板上开有一个沉孔69，在该沉孔69的外圈均匀分布地开有六个相同的螺钉孔和两个相同的圆柱销孔，在右边半圆薄板上也开有一个沉孔
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[0070]如图16和图17所示，所述履带关节下盖板21的两端为两个大小不等的半圆，它的中间为梯形状；履带关节下盖板21的小端部分开有一个圆头平键形沟槽71，它的中间部分开有一个形状不规侧的沟槽72 ;在履带关节下盖板21大端的下方有一个突起的T形空心圆柱体73，在T形空心圆柱体73的内表面上开有一个第六轴用弹性挡圈槽74，在该T形空心圆柱体73的下端面上对称的开有六个相同的螺钉孔和两个相同的圆柱销孔。
[0071]如图18和图19所示，所述大滚轮52是一个由连接筋76把内外圈两个空心圆柱体连接起来的滚轮，该空心圆柱体滚轮的外表面是类齿轮状；该大滚轮52的内圈空心圆柱体的内表面上开有一个与该大滚轮52等厚度的键槽75，在连接筋76上对称地开有六个相同的圆通孔。
[0072]如图20和图21所示，所述长轴51是一根由四个长度各不相同的圆柱体组成的阶梯轴，从左端起第二个圆柱体和第四个圆柱体的直径相同；在从左端起的第一个圆柱体上开有一个圆头平键槽77，在左端起的第一个圆柱体上垂直于端面方向开有一个螺钉孔，在从左端起的第三个圆柱体上相同方向开有一个大尺寸的圆头平键槽78。
[0073]如图22和图23所示，所述第三齿轮7是一个19齿T字形齿轮；第三齿轮7的下端是一个空心圆柱体80，空心圆柱体80内表面的右侧的正中央开有一个键槽79，在空心圆柱体80的下方正中央开有一个螺钉通孔，在空心圆柱体80上的键槽79的正中央垂直于键槽79的方向也开有一个螺钉通孔。
[0074]如图24和图25所示，所述第四齿轮18是一个19齿T字形齿轮；第四齿轮18的下端是一个空心圆柱体82，空心圆柱体82内表面的右侧的正中央开有一个键槽81，在空心圆柱体82的下方正中央开有一个螺钉通孔，在该空心圆柱体82上的键槽81的正中央垂直于键槽81方向也开有一个螺钉通孔。
[0075]如图26和图27所示，所述第一齿轮33是一个在其圆环面上开了一个环形凹槽83的台阶状圆环；在第一齿轮33的环形凹槽83的凹槽面上对称地开有六个相同的螺钉孔和两个相同的圆柱销孔，两个圆柱销孔将六个螺钉孔对称地隔在两边。
[0076]如图28和图29所示，所述第二齿轮54是一个在其圆环面上开了一个环形凹槽84的台阶状圆环；在第二齿轮54的环形凹槽84的凹槽面上对称地开有六个相同的螺钉孔和两个相同的圆柱销孔，两个圆柱销孔将六个螺钉孔对称地隔在两边。
[0077]如图30和图31所示，所述第二左边齿轮46是一个厚度均匀的30齿圆环状齿轮，在其左端正中央开有一个和第二左边齿轮46等厚度的键槽85，在第二左边齿轮46的键槽85的正中央垂直于键槽85方向开有一个螺钉通孔86。
[0078]如图32和图33所示，所述第二右边齿轮30是一个厚度均匀的30齿圆环状齿轮，在其左端正中央开有一个和第二右边齿轮30等厚度的键槽87，在第二右边齿轮30的键槽87的正中央垂直于键槽87方向开有一个螺钉通孔88。
[0079]本【具体实施方式】中，左边马达22驱动第三左边齿轮4转动，第三左边齿轮4带动第二中间齿轮23同步转动，第二中间齿轮23带动中间空心轴38转动，中间空心轴38带动第一齿轮33同步转动，第一齿轮33通过第一松紧皮带17带动第二齿轮54转动，第二齿轮54驱动履带关节下盖板21转动，履带关节上盖板32与履带关节下盖板21和连接架56构成履带关节，履带关节下盖板21带动履带关节转动，从而使左边马达22驱动履带关节转动；中间马达24通过联轴器26带动内轴35同步转动，内轴35带动第三齿轮7同步转动，第三齿轮7通过第二松紧皮带15带动第四齿轮18，第四齿轮18带动长轴51同步转动，长轴51带动大滚轮52同步转动，大滚轮52带动履带20同步转动，大滚轮52与小滚轮57和履带20构成履带传动装置，从而使中间马达24驱动履带20转动；右边马达28驱动第三右边齿轮9转动，第三右边齿轮9带动第一中间齿轮6同步转动，第一中间齿轮6带动上臂关节上支架31同步转动，上臂关节上支架31与外层空心轴39和上臂关节下支架16构成上臂关节，上臂关节上支架31带动上臂关节转动，从而使得右边马达28驱动上臂关节转动。
[0080]当上述三个马达中左边马达和中间马达协同转动而右边马达不工作时，左边马达驱动履带关节转动调整到和地面垂直且大滚轮端履带着地，中间马达驱动履带转动，此时本【具体实施方式】采用轮式运动模式；当上述三个马达中的中间马达转动而另外两个马达不工作时，中间马达驱动履带转动，此时本【具体实施方式】采用履带式运动模式；当上述三个马达均工作时，左边马达驱动履带关节转动，右边马达驱动上臂关节转动，中间马达驱动履带转动，此时本【具体实施方式】的上臂关节和履带关节协调配合构成腿式运动，同时履带也在运动，即采用履腿运动模式。
[0081]本【具体实施方式】与已有技术相比，具有如下积极效果:
[0082]I)本【具体实施方式】既能以轮式运动模式在平坦硬质路面上运动，也能以履带式运动模式在松软、陡峭和崎岖的复杂地形上行走，三自由度轮履多用机械腿能够以合理的运动模式在不同复杂地况中高效快速地行走。
[0083]2)本【具体实施方式】还能以履腿复合模式在有障碍物、台阶等复杂路况上运动，既克服了单纯腿式机构结构和控制的复杂性，又增大了与地面的接触面积，提高了越障性能，机动灵活，对复杂地形适应性好。
[0084]3)本【具体实施方式】在复杂路面上行走时，三自由度轮履多用机械腿能够实时地根据地形的变化而通过自身机构的调整实现履腿式运动、轮式-履带式互换，需要三个相互独立的液压马达来控制，将能量集中在机构末端，故而本【具体实施方式】对复杂地况具有较强的自适应性，且易于控制。
[0085]本【具体实施方式】一种三自由度轮履多用机械腿具有轮子履带复合用腿、动力集中在末端、主关节是3层的轴、结构简单和自主适应性好等优点。
【权利要求】
1.一种三自由度轮履多用机械腿，其特征在于:包括左边齿轮组件、中间齿轮组件、右边齿轮组件和履带组件，所述左边齿轮组件的第三左边齿轮(4)与中间齿轮组件的第二中间齿轮(23)相啮合，中间齿轮组件的第一中间齿轮(6)与右边齿轮组件的第三右边齿轮(9)相啮合，中间齿轮组件的第一齿轮(33)通过第一松紧皮带(17)与履带组件的第二齿轮(54)平行相联，中间齿轮组件的第三齿轮(7)通过第二松紧皮带(15)与履带组件的第四齿轮(18)平行相联；所述第一松紧皮带(17)和第一松紧齿轮(19)构成松紧传动装置，把动力传递给第二齿轮(54);所述第二松紧皮带(15)和第二松紧齿轮(14)构成松紧传动装置，把动力传递给第四齿轮(18);所述中间齿轮组件与履带组件之间还连有上臂关节上支架(31)和上臂关节下支架(16)； 所述左边齿轮组件，包括左边马达(22)安装在左边固定架(5)上，左边固定架(5)安装在底板(13)上，左边马盘(45)安装在左边马盘座(I)上，第一左边齿轮(3)同中心地安装在左边马盘(45)的轴上；第二左边齿轮(46)通过左边皮带(2)和第一左边齿轮(3)平行相联，第三左边齿轮(4)和第二左边齿轮(46)通过同一个圆头平键与左边马达(22)的轴同中心地相联并实现同步转动； 所述右边齿轮组件，包括右边马达(28)安装在右边固定架(8)上，右边固定架(8)安装在底板(13)上，右边马盘(29)安装在右边马盘座(10)上，第一右边齿轮(12)同中心地安装在右边马盘(29)的轴上，第一右边齿轮(12)通过右边皮带(11)和第二右边齿轮(30)平行相联，第三右边齿轮(9)和第二右边齿轮(30)通过同一个圆头平键与右边马达(28)的轴同中心地相联并实现同步转动； 所述中间齿轮组件，包括中间马达(24)安装在中间固定架(25)上，中间固定架(25)安装在底板(13)上，联轴器(26)的上端通过圆头平键与中间马达(24)的轴同中心地相联，联轴器(26)的下端通过圆头平键与内轴(35)的上端同中心地相联，内轴(35)的下端通过圆头平键和第三齿轮(7)同中心地相联并带动第三齿轮(7)同步转动；所述内轴(35)外部套设有中间空心轴(38)，中间空心轴(38)的上端和第二中间齿轮(23)通过螺钉和圆柱销相联并同步转动，中间空心轴(38)的下端和第一齿轮(33)通过螺钉和圆柱销相联并同步转动，中间空心轴(38)外部还套设有固定架(43)和外层空心轴(39);第一中间齿轮(6)、上臂关节上支架(31)左端以及外层空心轴(39)的上端通过螺钉和圆柱销同中心地相联；外层空心轴(39)的下端和上臂关节下支架(16)的左端通过螺钉和圆柱销同中心地相联，外层空心轴(39)、上臂关节上支架(31)和上臂关节下支架(16)构成上臂关节，右边马达(28)驱动上臂关节绕着中间空心轴(38)转动； 所述履带组件，包括履带关节上盖板(32)、履带关节下盖板(21)、长轴(51)、短轴(48)、大滚轮(52)、小滚轮(57)、履带(20)、第二齿轮(54)和第四齿轮(18)，所述履带关节上盖板(32)和履带关节下盖板(21)通过连接架(56)相连，履带关节上盖板(32)和履带关节下盖板(21)的大端设有大滚轮(52)，长轴(51) —端与履带关节上盖板(32)相连，另一端穿过大滚轮(52)与履带关节下盖板(21)相连；履带关节上盖板(32)和履带关节下盖板(21)的小端设有小滚轮(57)，短轴(48) —端与履带关节上盖板(32)相连，另一端穿过小滚轮(57)与履带关节下盖板(21)相连；第四齿轮(18)通过位于长轴(51)下端的圆头平键槽(77)中的圆头平键和长轴(51)的下端同中心地相联，第二齿轮(54)和履带关节下盖板(21)的大端上的T形空心圆柱体(73)通过螺钉和圆柱销相联，第二齿轮(54)驱动履带关节绕着长轴(51)转动；大滚轮(52)通过履带(20)带动小滚轮(57)转动。2.如权利要求1所述的三自由度轮履多用机械腿，其特征在于:所述中间空心轴(38)内表面的下端和内轴(35)下端第二段轴的外表面之间通过第一深沟球轴承(34)相联，中间空心轴(38)内表面的上端和内轴(35)上端第二段轴的外表面之间通过第二深沟球轴承(27)相联；中间空心轴(38)上端空心圆柱体的外表面的下端和固定架(43)内表面的下端之间通过第三深沟球轴承(42)相联，中间空心轴(38)上端空心圆柱体的外表面的上端和固定架(43)内表面的上端之间通过第四深沟球轴承(44)相联；中间空心轴(38)下端空心圆柱体的外表面的下端和外层空心轴(39)内表面的下端之间通过第五深沟球轴承(37)相联，中间空心轴(38)下端空心圆柱体的外表面的上端和外层空心轴(39)内表面的上端之间通过第六深沟球轴承(40)相联。3.如权利要求2所述的三自由度轮履多用机械腿，其特征在于:所述第一深沟球轴承(34)内圈的上端面紧贴着内轴(35)下端的第二轴肩，第一深沟球轴承(34)内圈的下端面紧贴着位于内轴(35)下端的第四轴用弹性挡圈槽￠3)中的轴用弹性挡圈；第一深沟球轴承(34)外圈的上端面紧贴着中间空心轴(38)内表面下端的凹槽面，第一深沟球轴承(34)外圈的下端面紧贴着第一齿轮(33)上的环形凹槽(83)的凹槽面； 第二深沟球轴承(27)内圈的上端面紧贴着位于内轴(35)上端的第五轴用弹性挡圈槽(64)中的轴用弹性挡圈，第二深沟球轴承(27)内圈的下端面紧贴着内轴(35)上端的第二轴肩；第二深沟球轴承(27)外圈的上端面紧贴着位于中间空心轴(38)内表面上端的第三轴用弹性挡圈槽(62)中的轴用弹性挡圈，第二深沟球轴承(27)外圈的下端面紧贴着中间空心轴(38)内表面上端的凹槽面； 第三深沟球轴承(42)内圈的下端面紧贴着中间空心轴(38)上的圆柱体凸台(60)的上端面，第三深沟球轴承(42)外圈的上端面紧贴着固定架(43)内表面下端的凹槽面； 第四深沟球轴承(44)内圈的上端面紧贴着位于中间空心轴(38)外表面上端中的第二轴用弹性挡圈槽￠1)中的轴用弹性挡圈，第四深沟球轴承(44)外圈的下端面紧贴着固定架(43)内表面上端的凹槽面； 第五深沟球轴承(37)内圈的下端面紧贴着位于中间空心轴(38)外表面上下端的第一轴用弹性挡圈槽(59)中的轴用弹性挡圈；第五深沟球轴承(37)外圈的上端面紧贴着外层空心轴(39)内表面下端的凹槽面，第五深沟球轴承(37)外圈的下端面紧贴着第一环形挡圈(36)的上端面; 第六深沟球轴承(40)内圈的上端面紧贴着中间空心轴(38)上的圆柱体凸台(60)的下端面；第六深沟球轴承(40)外圈的上端面紧贴着第二环形挡圈(41)的下端面，第六深沟球轴承(40)外圈的下端面紧贴着外层空心轴(39)内表面上端的凹槽面。4.如权利要求1所述的三自由度轮履多用机械腿，其特征在于:所述长轴(51)下端的第二段轴的外表面和履带关节下盖板(21)上的T形空心圆柱体(73)的内表面之间通过第七深沟球轴承(55)相联，第七深沟球轴承(55)内圈的上端面紧贴着长轴(51)下端的第二个轴肩，第七深沟球轴承(55)外圈的下端面紧贴着位于履带关节下盖板(21)上的T形空心圆柱体(73)的内表面中的第六轴用弹性挡圈槽(74)中的轴用弹性挡圈；长轴(51)上端的第一段轴的外表面和履带关节上盖板(32)之间通过第八深沟球轴承(50)相联，第八深沟球轴承(50)内圈的下端面紧贴着长轴(51)上端的轴肩，第八深沟球轴承(50)外圈的上端面紧贴着位于履带关节上盖板(32)中的轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈。5.如权利要求1所述的三自由度轮履多用机械腿，其特征在于:所述上臂关节下支架(16)的右端和履带关节下盖板(21)上的T形空心圆柱体(73)的外表面之间通过第九深沟球轴承(53)相联，第九深沟球轴承(53)外圈的下端面紧贴着上臂关节下支架(16)上的沉孔(70)的台阶面，第九深沟球轴承(53)内圈的上端面紧贴着履带关节下盖板(21)上的T形空心圆柱体(73)外表面上的台阶面；上臂关节上支架(31)的右端和履带关节上盖板(32)上的T形空心圆柱体的外表面之间通过第十深沟球轴承(49)相联，第十深沟球轴承(49)外圈的上端面紧贴着上臂关节上支架(31)上的沉孔￠8)的台阶面，第十深沟球轴承(49)内圈的下端面紧贴着履带关节上盖板(32)右端上的T形空心圆柱体外表面上的台阶面。6.如权利要求1所述的三自由度轮履多用机械腿，其特征在于:所述大滚轮(52)为由连接筋(76)把内外圈两个空心圆柱体连接起来的滚轮，大滚轮(52)的外表面为类齿轮状；大滚轮(52)的内圈空心圆柱体的内表面上开有一个与大滚轮(52)等厚度的键槽(75)，在连接筋(76)上对称地开有六个相同的圆通孔。7.如权利要求1所述的三自由度轮履多用机械腿，其特征在于:所述小滚轮(57)内表面的上端和短轴(48)外表面的上端通过第十一深沟球轴承(47)相联，第十一深沟球轴承(47)内圈的上端面紧贴着位于短轴(48)外表面上端的轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈，第十一深沟球轴承(47)内圈的下端面紧贴着短轴(48)外表面上端的轴肩，第十一深沟球轴承(47)外圈的下端面紧贴着小滚轮(57)内表面上端的凹槽面；小滚轮(57)内表面的下端和短轴(48)外表面的下端通过第十二深沟球轴承(58)相联，第十二深沟球轴承(58)外圈的上端面紧贴着小滚轮(57)内表面下端的凹槽面，第十二深沟球轴承(58)内圈的上端面紧贴着短轴(48)外表面下端的轴肩，第十二深沟球轴承(58)内圈的下端面紧贴着位于短轴(48)外表面下端的轴用弹性挡圈槽中的轴用弹性挡圈。8.如权利要求1所述的三自由度轮履多用机械腿，其特征在于:所述长轴(51)为由四个长度各不相同的圆柱体组成的阶梯轴，从左端起第二个圆柱体和第四个圆柱体的直径相同。
【文档编号】B62D57-028GK204296906SQ201420767422
【发明者】黄桂德, 金祖飞, 蒋林, 刘晓磊 [申请人]深圳市贝特尔机电有限公司