专利名称：鱼鳞式分段弹性履带的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分段弹性履带，是用于轮/履变结构移动机器人中的一种特殊分段弹性履带，属于移动机器人的机构部件。
背景技术：
轮式移动机器人具有移动的快速性，而履带式移动机器人的跨越障碍能力很强， 即履带式移动机器人对复杂地形具有很高的通过性能。但是，如何将轮式、履带式移动机器人的优点结合在一起将是机器人机构技术的创新，而用于轮式与履带式运动机构变换的关键部件之一就是履带，此履带的特点是既要有轮胎的作用，又要有履带的作用，而且还要保持机器人在移动过程中运动的连续性。当机器人以履带式移动方式移动时，在轮/履变换机构的作用下，履带靠自身的弹性而自然地伸开，弹性履带不仅要传递动力，还要频繁地拉伸或收缩。专利文献[公开号CN101570216]提出了这种机器人，其中，该机器人所用弹性履带是由弹性橡胶材料制成，弹性履带的内外侧都加工有齿，外侧的齿与地面接触防止弹性履带打滑，内侧的齿与主动轮外齿啮合传递动力。由于弹性履带频繁的撑开、收回，弹性履带的外径逐渐变大，使履带的内齿不能很好的紧固在主动轮的外齿上，致使运动失效，而且该专利文献中的履带内部有金属环，履带在拉伸和收缩时，其圆周长度是变化的，金属环只能发生弹性变形，不能产生塑性变形，否则就被毁坏，这点在此专利文献中并未说明。
发明内容
本发明提供一种鱼鳞式分段弹性履带，在轮/履变换机构的作用下，鱼鳞式分段弹性履带通过弹簧的弹性而自然地撑开或收缩，实现机器人轮式移动及履带式移动方式的运动转换。本专利解决技术问题所采用的技术方案是鱼鳞式分段弹性履带，包括两个以上的履带单元，每个履带单元包括橡胶体、连接铝块、合页、梯形铝块、履带支承轴、弹簧和弹簧连接轴构成，橡胶体粘贴在连接铝块的上方，所有相邻橡胶体的顶端均贴合在一起，表面形成一圆环状，两相邻连接铝块内外两侧各安装一副合页，连接铝块内部开有两个通孔，弹簧在通孔内通过弹簧连接轴将其连接，弹性履带能够通过弹簧的伸展而自然地撑开。本发明的履带主体采用橡胶体，由具有高耐磨性的弹性橡胶材料制成，外形为鱼鳞状，底部加工为一矩形，同连接铝块的上端面粘贴连接；橡胶体的内、外两端面均加工成圆弧状，内端面的弧度比外端面的弧度略大，内、外两端面的具体弧度值要根据弹性履带的长度和弹性履带单元的数量而定，内、外两圆弧端面之间的厚度自下而上越来越薄，直至相切于橡胶体的顶部。当机器人以轮式移动方式移动时，弹性履带紧固在主动轮上，所有相邻鱼鳞式橡胶体的顶端均贴合在一起，弹性履带的表面形成一圆环状；当机器人以履带式方式移动时，在轮/履变换结构的作用下，弹性履带自然地撑开，由于橡胶体本身有一定的弹性，此时，弹性履带的表面依然保持比较光滑的圆弧，从而使机器人在攀爬楼梯或攀越障碍物时减少颠簸、运行更平稳。此外，橡胶体还可以保护弹簧，避免在机器人运行过程中地面对弹簧造成损害，以影响弹性履带自然地撑开。橡胶体底部加工一突起，同连接铝块顶部凹槽粘贴连接，连接铝块内部开有两个通孔，在连接铝块的另一侧铆接一弹簧连接轴，弹簧连接轴的位置经过两通孔的中心轴线， 弹簧在通孔内连接在弹簧连接轴上。当机器人以履带式移动方式移动时，在轮/履变换机构的作用下，弹性履带通过弹簧的伸展而自然地撑开，实现机器人移动方式的轮/履转换， 弹簧的伸缩范围需满足机器人轮/履移动方式的转换要求。通孔内的弹簧由连接铝块对其保护，连接铝块之间的弹簧由橡胶体对其保护。所有相邻的两连接铝块内外两侧均安装一副合页，两合页的一端通过一中心轴动装连接，另一端分别通过一支点动装连接在连接铝块内外两侧的上部，当机器人以履带式移动方式移动时，在轮/履变换机构的作用下，支撑轮推动弹性履带自由地撑开，合页在连接铝块的带动下将展开一定的角度，合页展开角度的范围需满足机器人由轮式移动方式转变为履带式移动方式的要求。连接铝块正下方安装一梯形铝块，当支撑轮在轮/履变换机构的作用下，推动弹性履带自然地撑开时，梯形铝块连接在支撑轮外齿齿槽内，以防止机器人攀爬楼梯时弹性履带发生轴向蹿动。连接铝块的内外两侧均安装一根履带支承轴，当机器人以轮式移动方式移动时，履带支承轴均勻地卡在主动轮外齿齿槽内，将主动轮和弹性履带连接起来，起到传递动力的作用；当机器人以履带式移动方式移动时，由于弹性履带同主动轮接触点位置的拉伸程度不同，故履带支承轴不规则的连接在主动轮的部分外齿齿槽内，可以起到传递动力及防止弹性履带打滑的作用。有益效果本发明能实现轮/履变结构移动机器人快速攀爬楼梯或攀越障碍物， 结构精巧、运动可靠和便于制造；同时，本发明基于鱼鳞鳞片的生物结构机理，实现机器人的关键机构部件的创新，达到使轮/履变结构移动机器人在平地、楼梯台阶、斜坡上等全地形“行走”时运行更平稳、更可靠。
图1是本发明的结构原理图。图2是本发明的整体结构图。图3是本发明当机器人以轮式移动方式移动时的工作原理图。图4是本发明当机器人以履带式移动方式移动时的工作原理图。图5是本发明的鱼鳞式橡胶体为空心结构时结构原理图。图6是本发明的鱼鳞式橡胶体内部加弹簧钢时结构原理图。图中1、橡胶体，2、连接铝块，3、梯形铝块，4、弹簧，5、履带支承轴，6、弹簧连接轴， 7、合页，8、主动轮，9、支撑轮，10、鱼鳞式空心橡胶体，11、鱼鳞式弹簧钢橡胶体。
具体实施例方式实施方式1 结合附图1、附图2、附图3和附图4所示，说明本发明的整体结构构成及工作原理。该鱼鳞式分段弹性履带，是由橡胶体1、连接铝块2、梯形铝块3、弹簧4、履带支承轴5、弹簧连接轴6和合页7构成，橡胶体1粘贴在连接铝块2的上方，所有相邻橡胶体1的顶端均贴合在一起，使弹性履带的表面形成一圆环状；两相邻连接铝块2内外两侧各安装一副合页7，合页7将各段履带体连接成一环形整体，连接铝块2内部开有两个通孔，弹簧4在通孔内通过弹簧连接轴6将其连接。橡胶体1是由橡胶材料制成，这种橡胶材料具有一定的弹性和高耐磨性，外形为鱼鳞状。当机器人以轮式移动方式移动时，弹性履带紧固在主动轮8上，所有相邻橡胶体1 的顶端均贴合在一起，弹性履带的表面形成一圆环状；当机器人以履带式移动方式移动时， 在轮/履变换机构的作用下，通过弹簧4的伸展弹性履带可自然地撑开，由于橡胶体1本身有一定的弹性，此时，弹性履带的表面依然保持比较光滑的圆弧，从而使机器人在攀爬楼梯或攀越障碍物时减少颠簸、运行更平稳。此外，橡胶体1还可以保护弹簧4，避免在机器人运行过程中地面对弹簧4造成损害，以影响弹性履带自然地撑开。连接铝块2安装在鱼鳞式橡胶体1的下侧，橡胶体1底部加工一突起，同连接铝块 2的顶部凹槽通过胶液粘贴连接，连接铝块2内部开有两个通孔，在连接铝块2的另一侧铆接一弹簧连接轴6，弹簧连接轴6的位置经过两通孔的中心轴线，弹簧4在通孔内连接在弹簧连接轴6上。当机器人以履带式移动方式移动时，在轮/履变换机构的作用下，弹性履带通过弹簧4的伸展而自然地撑开，实现机器人由轮式移动方式向履带式移动方式的转换， 弹簧的伸缩范围需满足机器人轮/履移动方式的转换要求。通孔内的弹簧4由连接铝块2 对其保护，连接铝块2之间的弹簧4由橡胶块1对其保护。所有相邻的两连接铝块2内外两侧均安装一副合页7，两合页7的一端通过一中心轴动装连接，另一端分别通过一支点动装连接在连接铝块2内外两侧的上部，当机器人以履带式移动方式移动时，在轮/履变换结构的作用下，支撑轮9推动弹性履带自由伸展，合页7在连接铝块2的带动下将展开一定的角度，合页展开角度的范围需满足机器人由轮式移动方式转变为履带式移动方式的要求。梯形铝块3焊接在连接铝块2的正下方，当支撑轮9推动弹性履带自然地撑开时， 梯形铝块3连接在支撑轮8的外齿齿槽内，以防止机器人以履带式移动方式移动时弹性履带发生轴向蹿动。连接铝块2的内外两侧均安装一根履带支承轴5，当机器人以轮式移动方式移动时，履带支承轴5均勻地连接在主动轮8的外齿齿槽内，将主动轮8和弹性履带连接起来，起到传递动力的作用；当机器人以履带式移动方式移动时，由于弹性履带同主动轮8 接触点位置的拉伸程度不同，故履带支承轴5不规则地连接在主动轮8的部分外齿齿槽内， 履带支承轴5可以起到传递动力及防止弹性履带打滑的作用。较优的，附图5所示，如鱼鳞式空心橡胶体10是由具有高耐磨性的弹性橡胶材料制成，外形为鱼鳞状，内部加工成空心形式，弹性履带的其它结构及其工作原理与实施方式 1相同。鱼鳞式空心橡胶体10在满足弹性履带抗疲劳强度的前提下节约了一定的成本，具有较高的经济效益。如附图6所示，鱼鳞式弹簧钢橡胶体11是在具有高耐磨性的弹性橡胶材料制的基础上，在其内部附加了一层弹簧钢，外形为鱼鳞状，弹性履带的其它结构及其工作原理与实施方式1相同。此种结构方式极大地提高了弹性履带的抗疲劳性能，具有较高的应用价值。
权利要求
1.鱼鳞式分段弹性履带，其特征在于所述弹性履带包括两个以上的履带单元，每个履带单元包括橡胶体、连接铝块、合页、梯形铝块、履带支承轴、弹簧和弹簧连接轴；橡胶体固定连接在连接铝块的上方，梯形铝块焊接在连接铝块的正下方，连接铝块内部安装有履带支撑轴，连接铝块沿支撑轮直径方向里外两侧面各安装一副合页，连接铝块沿支撑轮圆周方向开有两个通孔，弹簧在通孔内通过弹簧连接轴将相邻的连接铝块连接，所有相邻橡胶体的顶端均贴合在一起后表面形成一圆环状，弹性履带通过弹簧的伸展能自然地撑开。
2.根据权利要求1所述的鱼鳞式分段弹性履带，其特征在于橡胶体底部有一突起结构，连接铝块顶部有凹槽，橡胶体底部突起同连接铝块顶部凹槽粘贴连接。
3.根据权利要求1或2所述的鱼鳞式分段弹性履带，其特征在于橡胶体由弹性橡胶制成，外形为鱼鳞状，底部为矩形，同连接铝块的上端面粘贴连接；橡胶体的内、外两端面均加工成圆弧状，内端面的弧度大于外端面的弧度，内、外两端面的弧度值取决于弹性履带的长度和弹性履带单元的数量，内、外两圆弧端面之间的厚度自下而上越来越薄，直至相切于橡胶体的顶部。
4.根据权利要求1所述的鱼鳞式分段弹性履带，其特征在于弹簧连接轴铆接在连接铝块上。
5.根据权利要求4所述的鱼鳞式分段弹性履带，其特征在于两合页的一端通过一中心轴动装连接，另一端分别通过一支点动装连接在连接铝块内外两侧的上部。
6.根据权利要求5所述的鱼鳞式分段弹性履带，其特征在于梯形铝块下端连接在支撑轮外齿齿槽内。
7.根据权利要求6所述的鱼鳞式分段弹性履带，其特征在于连接铝块的前后两侧均安装一根履带支承轴，履带支承轴均连接在主动轮外齿齿槽内，并将主动轮和弹性履带连接起来。
8.如权利要求7所述的鱼鳞式分段弹性履带，其特征在于橡胶体内部为空心或附加一层弹簧钢结构。
全文摘要
本发明涉及一种鱼鳞式分段弹性履带，履带由橡胶体、连接铝块、合页、梯形铝块、履带支承轴、弹簧和弹簧连接轴构成，橡胶体粘贴在连接铝块的上方，所有相邻橡胶体的顶端均贴合在一起，使弹性履带的表面形成一圆环状；两相邻连接铝块内外两侧各安装一副合页，合页将各段履带体连接成一环形整体，连接铝块内部开有两个通孔，弹簧在通孔内通过弹簧连接轴将其连接。当机器人以履带式移动方式移动时，在轮/履变换机构的作用下，鱼鳞式分段弹性履带通过弹簧的弹性而自然地撑开或收缩，实现机器人轮式移动及履带式移动方式的运动转换，对轮/履变结构移动机器人的性能提高起到极大的技术支撑作用。
文档编号B62D55/24GK102530118SQ20121001831
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者宗成国, 王冬晓, 白阳, 郭文增, 靳飞, 高学山 申请人:北京理工大学