本发明涉及一种可伸缩变形的弹性履带，属于移动平台用的履带行走机构研究领域。
背景技术：
：履带式行走机构地形适应性与地形通过性好，越障能力强，在小型移动机器人中得到较为广泛的应用。有时采用主动或被动改变履带形状的方案，使履带式移动机器人获得更好的越障性能。目前常见的改变履带形状的方式有关节履带变形和履带自身变形两种。前者采用多个履带单元铰接，形成关节履带机器人，如两摆臂四履带机器人(如公开号为CN201179899的专利申请中的履带形式)、四摆臂六履带机器人，通过改变关节履带(摆臂)的角度改变履带族的形状。后者是采用单侧一根履带，通过驱动轮和导向轮的位置变化改变履带包络的形状。根据履带的节线长度有无在变形过程中发生变化，又可以分为固定长度变形履带和可伸缩变形履带。利用固定长度变形履带行走机构研发的常见的机器人型式有三角形变形履带机器人和平行四边形变形履带机器人。可伸缩变形履带本身可伸缩变形，履带的本身长度可改变，因此用其设计的行走机构的形式可灵活多样，不仅可以用于履带形状的变化，也可以实现履—轮行走模式的转变，近年来引起不少学者的研究兴趣，展开了相应的研究。本专利申请的研究对象即为可伸缩变形的弹性履带。专利文献(公开号：CN101570216)提出了一种小型轮-履变结构移动搜索侦察机器人，采用弹性履带可实现轮-履行走模式的转变，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，靠材料本身的性质实现履带伸缩变形。但该弹性履带在撑开时，弹性履带的外径逐渐变大，造成其内齿不能很好的紧固在主动轮的外齿上，致使运动失效。为了解决该履带存在的问题，专利文献(公开号：CN102530118A)提出了一种鱼鳞式分段弹性履带，由鱼鳞式橡胶体、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，该履带结构复杂、零件多，会带来加工困难、使用故障率高等问题。专利文献(公开号：CN102530118A)提出了一种轮履带移动装置及其轮履带，所述的轮履带，包括弹性层、皱褶层及鞋履段；皱褶层设置于弹性层外侧，皱褶层包括多个第一皱褶部及多个第一连接部，多个第一皱褶部与多个第一连接部之间交替间隔设置，第一连接部与弹性层的外表面相连接，在外力作用下第一皱褶部可被拉直；鞋履段设置于第一连接部上，并位于皱褶层的外侧面上，鞋履段与皱褶层的两侧面相齐平，鞋履段、皱褶层的两侧面以及第一连接部的底面共同形成摩擦结合面，摩擦结合面用于与轮毂紧密贴合，轮毂通过与摩擦结合面之间的摩擦带动轮履带转动。轮毂通过与轮履带上的摩擦结合面之间的摩擦力带动轮履带转动。该技术方案与美国专利AdaptableTractionSystemofaVehicle(专利号：US7334850B2)的技术方案有很多相似之处。通过说明书和实施例，不难看出该专利申请：(1)该轮履带分为三层，从外至内为皱褶层、弹性层、导向层，三层相连接；其中皱褶层为储存履带长度的作用，可拉平，达到延长的履带，且又限制其长度的目的；弹性层靠自身的结构或材料性质，起到弹性回缩，保证张紧力的作用，实施例中为片状弹簧结构，也提出了螺旋弹簧结构；导向层主要用于与履带变换机构配合，使履带发生形变。(2)采用了摩擦传动，靠履带内面以及呈V型的两侧边与与摩擦圈内的摩擦传动。该专利由三层组成，结构较为复杂，实施较为困难，如弹性层为螺旋弹簧结构时，其既要与外部皱褶层相连又要与内部的导向层相连，无论是具体设计还是制作均存在很多难题，比如材料的选择与连接方式。摩擦传动在带传动领域应用十分广泛，但存在打滑的现象。该履带在不同长度的情况下其对驱动轮的张紧力不同造成摩擦驱动力不同，因此存在打滑的可能，这也给履带以及与其配合的履带传动机构的设计带来困难。综上所述，目前的可伸缩变形的弹性履带技术方案普遍存在结构复杂、加工困难、伸缩与传动不可靠等问题。在国家自然科学基金青年基金(项目编号：51205391)的支持下，本发明人团队进一步进行研究，探索一种结构简单、便于加工、伸缩与传动可靠的可伸缩变形的弹性履带。技术实现要素：本发明的目的是为了解决上述的问题，提供一种结构简单、便于加工、伸缩与传动可靠的可伸缩变形的弹性履带。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：可伸缩变形的弹性履带，包括外层履带、内层履带和连接节，由非金属弹性材料通过模具整体加工成型；所述外层履带为蛇形弹簧结构，整体呈封闭环状，初始状态下其侧端面呈波浪形；所述内层履带为蛇形弹簧结构，整体呈封闭环状，初始状态下其侧端面呈波浪形；内层履带和外层履带的凹、凸弯曲段间隔设置，且两者的凹凸弯曲个数相同；内层履带的宽度小于外层履带的宽度，内层履带设在外层履带的内部；内层履带的外凸段二镶嵌在外层履带外凸段一的内部，内层履带的内凹段二包围着外层履带的内凹段一，且内层履带与外层履带间存在间隙；所述的连接节设置于外层履带内凹段一与内层履带的内凹段二中部，连接着外层履带和内层履带；所述的连接节包括外齿、连接段与内齿，外齿设于外层履带外壁上并向外伸出，连接段设于外履带层和内层履带间且连接二者，内齿设于外层履带内壁上且处于内层履带两端；内齿与内层履带间设有导向槽。优选地，内层履带的厚度小于外层履带的厚度，内层履带的外凸段二的长度小于外层履带的外凸段一的长度。进一步，所述的外层履带的外凸段一上设有防滑棱条一，所述的连接节的外齿的顶面上设有防滑棱条二。进一步，在外层履带的外凸段一和内层履带的外凸段二间设有连接两者的连接支撑块。进一步，本发明可只设有一层所述的外层履带，所述的外层履带内部未设有内层履带，外层履带的内凹段一处设有连接节，所述的连接节包括外层履带的内壁上设有的内齿和外壁上设有的外齿。进一步，外层履带的内部设有多层内层履带，所述的多层内层履带在内凹段二处通过连接节相连接。优选地，外层履带的内部设有两层内层履带。优选地，加工可伸缩变形的弹性履带的材料为聚氨酯橡胶。采用上述方案，本发明使用同一种非金属弹性材料通过模具整体成型，加工相对简单，而且本发明可根据需要加工成圆形、圆矩形等初始形状。本发明的外层履带和内层履带均被加工成封闭环状的、侧端面呈波浪形的、具有蛇形弹簧结构的初始形状，两者相互嵌套，且通过一系列连接节相连。本发明的内层履带和外层履带初始状态下的弯曲结构，在自内向外的扩撑力的作用下发生形变，弯曲凸凹段被展开，本发明变长，当除去外力后两层履带又能恢复至原来的形状，从而实现了履带的伸缩变形。因本发明的制作材料本身具有一定的弹性，在本发明伸展时，除了弯曲部分展开外，弯曲部分本身也可存在一定的伸长形变；优选地，内层履带的厚度小于外层履带的厚度，内层履带的宽度小于外层履带的宽度，内层履带的外凸段二的长度小于外层履带的外凸段一的长度；采用此优选方案，本发明向外伸展时，在同样的扩张力的作用下，厚度小且较窄的内层履带更容易伸长，且内层履带会产生较多的变形伸展量，内层履带除弯曲段展平外，本身还发生了伸长形变，使其具有更大的回缩力，能够有效的保证履带回缩至初始形状；外层履带较厚，除了凸凹弯曲段展平外，本身弹性伸长较小，起到限制伸长长度的作用。因可伸缩变形的弹性履带本身采用了非金属弹性材料其本身具有弹性和柔韧性，所以很容易利用改向轮的布置使本发明形成不同的形状。在使用本发明时，因本发明初始状态时呈环形，本发明可正好束缚在驱动轮的外部，且本发明的内齿与驱动轮的齿槽啮合，构成轮式行走机构。采用展带装置自内向外扩撑，可将本发明从初始状态转换成履带行走机构。展带装置包括改向轮、支撑轮和驱动架，当本发明被展带装置延展开，履带内齿的节距增大；随着本发明被展开，部分内齿脱离初始啮合的齿槽；随着驱动轮转动，进入间隔较大的齿槽。这样，本发明伸长后，驱动轮的齿槽仍可与节距变大了的本发明的内齿啮合，保证了传动的可靠性。在连接节的内齿与内层履带间设有导向槽，导向轮和支撑轮均成对布置，设置于该导向槽内，导向轮的轮对和支撑轮的轮对限制了内层履带的侧边和内齿的侧边，对本发明起到良好的导向作用，可有效防止本发明在履带模式下的使用过程中发生脱轮，另外，导向轮和支撑轮对外层履带具有一定的支撑作用。在外层履带的外凸段一和内层履带的外凸段二间可设有连接两者的连接支撑块。采用此技术方案，当本发明展开时，处于外层履带和内层履带之间的连接支撑块使本发明具有更好的支撑性，使其更适应不平整地面。采用上述方案的可伸缩变形的弹性履带，可根据实际的情况对本发明进行简化与强化。本发明可省去内层履带，只保留外层履带，在外层履带的内凹段一处同样也设有连接节，该连接节包括外层履带的内壁上设有的内齿和外层履带的外壁上设有的外齿，因无内层履带，省去了连接段；采用此方案，使本发明的结构更为简单，但单层的回缩力较小，适用小型的轮-履变换移动平台。本发明也可在外层履带的内部设有多层内层履带，同样在多层内层履带在内凹段处通过连接节相连接，优选地，可采用2层内层履带2；采用此方案，使本发明具有更强的韧性与回缩力，适用于负载较大的移动平台。所述的连接节的外齿部分设置于外层履带的外壁上，初始状态下被外层履带两相邻的内凹段一的侧壁的包围，外齿的高度与初始状态下的外层履带的外凸段一的高度相同或相近。采用该技术方案，在初始状态下，外层履带的外凸段一和外齿均可与地面接触；当外层履带被撑开、展平后，外齿凸出在履带的外侧，形成起抓地作用的履带外齿。所述的外层履带的外凸段一上设有防滑棱条一，所述的连接节的外齿的顶面上设有防滑棱条二，可以提高本发明与地面的摩擦系数，增加其抓地能力。采用上述的方案，可以达到以下几点有益效果：(1)采用非金属弹性材料通过模具整体加工成型，本发明整体上为一个零件，没有连接件，结构简单；(2)因可采用模具整体加工成型，加工简单，质量可得以保，适合批量生产；(3)采用弹性材料以及环状的蛇形弹簧结构，使本发明具有良好的延展性和回缩性，伸缩可靠；(4)设置了内齿结构，采用啮合传动，较摩擦传动更为可靠；(5)本发明在基本结构不变的情况下，在设计与制作时可根据实际情况增加或减少内层履带，能够适用于不同的移动平台，具有较好的适应性和扩展性。附图说明图1为本发明实施例一的立体图；图2为图1所示实施例一的侧端面图；图3为图1所示实施例一伸展后的局部立体图；图4为本发明实施例二的立体图；图5为本发明实施例三的侧端面图；图6为图5所示实施例三伸展后的局部立体图；图7为利用图1所示实施例一设计的行走机构的轮式行走模式的结构简图；图8为由图7所示的行走机构的轮式移动模式变换的三角履带行走模式的结构简图；图9为本发明实施例四的侧端面图；图10为本发明实施例五的侧端面图；图中：1、外层履带2、内层履带3、连接节4、外凸段一5、外凸段二6、内凹段一7、内凹段二8、外齿9、内齿10、连接段11、导向槽12、连接支持块13、驱动轮14、齿槽15、展带装置16、改向轮17、支撑轮具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例一参照附图1、2、3、7、8：本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：可伸缩变形的弹性履带，包括外层履带1、内层履带2和连接节3，由非金属弹性材料通过模具整体加工成型，所述外层履带1为蛇形弹簧结构，整体呈封闭环状，初始状态下其侧端面呈波浪形；所述内层履带2为蛇形弹簧结构，整体呈封闭环状，初始状态下其侧端面呈波浪形；内层履带2和外层履带1的凹、凸弯曲段间隔设置，且两者的凹凸弯曲个数相同，内层履带2的宽度小于外层履带1的宽度；内层履带2设在外层履带1的内部，内层履带2的外凸段二5镶嵌在外层履带1外凸段一4的内部，内层履带2的内凹段二7包围着外层履带1的内凹段一6，且内层履带2与外层履带1间存在间隙；所述的连接节3设置于外层履带1内凹段一6与内层履带2的内凹段二7中部，连接着外层履带1和内层履带2；所述的连接节3包括外齿8、连接段10与内齿9，连接节3的三个组成部分为一整体单元，外齿8设于外层履带1外壁上并向外伸出，连接段10设于外层履带1和内层履带2间且连接二者，内齿9设于外层履带1内壁上且处于内层履带2两端；内齿9与内层履带2间设有导向槽11。图1为本发明实施例一的立体图，图2为实施例一的侧端面图，本发明的实施例一由非金属弹性材料通过模具整体成型，包括一层外层履带1、一层内层履带2和一系列连接节3，内层履带2和外层履带1均为封闭的环状蛇形弹簧结构，两者的侧端面均呈波浪形，两者的凹凸弯曲段的个数相同，内层履带2处于外层履带1的内部，且内层履带2和外层履带1在宽度方向居中布置，连接节3的连接段10在外层履带1的内凹段一6和内层履带2的内凹段二5处将内层履带2和外层履带1连接。本实施例一的内层履带2的厚度小于外层履带1的厚度，内层履带2的宽度小于外层履带的宽度，内层履带2的外凸段二5的长度小于外层履带1的外凸段一4的长度。实施例一的外层履带1的外凸段一4上设有防滑棱条一，所述的连接节3的外齿8的顶面上设有防滑棱条二。本实施例一的加工材料采用了聚氨酯橡胶。采用上述方案，本发明的实施例一使用了聚氨酯橡胶这种非金属弹性材料通过模具整体加工成型，加工相对简单，本发明实施例一的外层履带1和内层履带2均被加工成封闭环状的、侧端面呈波浪形的、具有蛇形弹簧结构的初始形状，两者相互嵌套，且通过连接节3相连。本发明实施例一的内层履带2和外层履带1初始状态下的弯曲结构，在自内向外的扩撑力的作用下发生形变，弯曲凸凹段被展开，本发明变长，如图3所示；当除去外力后两层履带又能恢复至原来的形状，如图1所示，从而实现了本发明的伸缩变形。因本发明实施例一的制作材料本身具有一定的弹性，在本发明实施例一伸展时，除了弯曲部分展开外，弯曲部分本身也可存在一定的伸长形变；实施例一的内层履带2的厚度小于外层履带1的厚度，内层履带2的宽度小于外层履带的宽度，内层履带2的外凸段二5的长度小于外层履带1的外凸段一4的长度；采用此优选方案，本发明实施例一向外伸展时，在同样的扩张力的作用下，厚度小且较窄的内层履带2更容易伸长，且内层履带2会产生较多的变形伸展量；因内层履带2除弯曲段展平外，本身还发生了伸长形变，使其具有更大的回缩力，能够有效的保证履带回缩至初始形状；外层履带1较厚，除了凸凹弯曲段展平外，本身弹性伸长较小，起到限制伸长长度的作用。因本发明采用了非金属弹性材料制作，具有弹性和柔韧性，所以很容易利用改向轮的布置使本发明形成不同的形状。图7、8为采用本发明实施例一设计的轮-履变换行走机构，图7为该行走机构的轮式行走模式的结构简图，本发明在展带装置15自内向外的扩撑下可形成如图8所示的三角形履带行走模式，本说明书不对轮-履变换行走机构的内部的具体结构作详细的描述。图7、8中，与本发明啮合的驱动轮13，设有多个均布的齿槽14，该齿槽14的数量多于本发明的内齿9的数量。如图7所示的行走机构中，驱动轮13的齿槽14的数量为本发明内齿9数量的2倍。图7中，轮式行走模式下，本发明处于初始状态时，设于外层履带1内壁的内齿9间隔地啮合于驱动轮13的齿槽14中。图8中，展带装置15包括改向轮16、支撑轮17和驱动架，当本发明被展带装置15展开，本发明的内齿9的节距增大；本发明的实施例一在展开后其履带的内齿9的节距为初始状态下履带内齿9的节距的1.5倍。进行展开动作时，采用驱动轮13与展带装置15配合进行，即驱动轮13转动的同时，展带装置15向外撑开。随着本发明被展开以及驱动轮13的转动，内齿9脱离初始啮合的齿槽14，进入间隔较大的齿槽14。图8中，展开后的履带的内齿进入间隔2个齿槽的新齿槽。这样，本发明伸长后，节距变大的本发明的内齿9仍可与驱动轮13的齿槽14啮合，保证了传动的可靠性。在连接节3的内齿9与内层履带1间设有导向槽11，这样在使用本发明时，导向轮16和支撑轮17均成对布置且设于该导向槽11内，导向轮16的轮对和支撑轮17的轮对限制了内层履带2的侧边和内齿9的侧边，对本发明起到良好的导向作用，可有效防止本发明在履带行走模式下的使用过程中出现脱轮现象，另外，导向轮16和支撑轮17对外层履带1有一定的支撑作用。所述的连接节3的外齿8设置于外层履带1的外壁上，初始状态下被外层履带1两相邻的内凹段一6的侧壁的包围，外齿8的高度与初始状态下的外层履带1的外凸段一4的高度相同或相近。采用该技术方案，在初始状态下，外层履带的外凸段一4和外齿8均可与地面接触，如图7所示；当外层履带被撑开、展平后，履带外齿8凸出在履带的外侧，形成具有抓地作用的履带外齿，如图8所示。所述的外层履带1的外凸段一4上设有防滑棱条一，所述的连接节3的外齿8的顶面上设有防滑棱条二，这样可以提高本发明与地面的摩擦系数，增加其抓地能力。实施例二参照附图4：本发明由非金属弹性材料通过模具整体加工成型，因此本发明的初始状态可以加工出不同的形状，图4为本发明初始状态为圆矩形的实施例二的立体图，本实施例二的结构可参考实施例一。实施例三参照附图5、6：本实施例三中，在外层履带1的外凸段一4和内层履带2的外凸段二5间设有连接两者的连接支撑块12，如图5所示。采用此技术方案，当本发明展开时，如图6所示，处于外层履带1和内层履带2之间的连接支撑块12使本发明具有更好的支撑性，使其更能适应不平整地面。实施例四参照附图9：本实施例四与实施例一的不同之处在于，实施例四只设有一层外层履带1，外层履带1内部未设有内层履带2，如图9所示；与图1、2所示的实施例一相似，本实施例四外层履带1的内凹段一6处同样设有连接节3，该连接节3包括外层履带1的内壁上设有的内齿9和外层履带1的外壁上设有的外齿8，因无内层履带2，省去了连接段10；外层履带1的内壁上设有内齿9，外层履带1的外壁上设有外齿8。采用此方案，使本发明的结构更为简单，但单层的回缩力较小，适用小型的轮-履变换移动平台。实施例五参照附图10：外层履带1的内部设有多层内层履带2，所述的多层内层履带2在内凹段二7处通过连接节3相连接。图10所示的实施例五，外层履带1的内部设有2层内层履带2，采用此方案，使实施例五具有更强的韧性与回缩力，适用于负载较大的移动平台。如图1、2、3所示的实施例一相似，实施例二、三、四、五的外层履带1的外凸段一4上设有防滑棱条一，所述的连接节3的外齿8的顶面上设有防滑棱条二，可提高本发明与地面的摩擦系数，增加其抓地能力。用于加工本发明的非金属弹性材料可采用聚氨酯橡胶，也可采用轮胎胶等。本发明可以达到以下几点有益效果：(1)采用非金属弹性材料通过模具整体加工成型，本发明整体上为一个零件，没有连接件，结构简单；(2)因可采用模具整体加工成型，加工简单，质量可得以保，适合批量生产；(3)采用弹性材料以及环状的蛇形弹簧结构，使本发明具有良好的延展性和回缩性，伸缩可靠；(4)设置了内齿结构，采用啮合传动，较摩擦传动更为可靠；(5)本发明在基本结构不变的情况下，在设计与制作时可根据实际情况增加或减少内层履带，能够适用于不同的移动平台，具有较好的适应性和扩展性。本发明的技术方案实现了履带本身的伸缩弹性变形，履带的本身长度可改变，因此采用本发明设计的行走机构的形式可灵活多样，不仅可以用于履带形状的变化，也可以实现轮—履行走模式的转变，可广泛应用于移动机器人、轮椅、运输设备等移动平台的设计。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。当前第1页1 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