适应复杂路况的履带式移动机器人轮带结构的制作方法
【专利摘要】一种专用机器人【技术领域】的适应复杂路况的履带式移动机器人轮带结构，包括：轮毂和履带，轮毂由轮轴套筒、中心轮盘、若干轮杆和两个挡板组成，中心轮盘设置于两个挡板的端面中间，且三者均轴向设置于轮轴套筒上，各个轮杆穿过中心轮盘分别均匀设置于两个挡板之间形成轮毂齿面；所述的履带由带齿面和带背齿组成，带齿面均匀分布齿状凸起且与轮毂齿面啮合，带背齿设置凸起结构且与地面接触。本发明设计结构简单，越障能力更强，轮毂有自适应除杂能力，提高了履带机器人在复杂路况下的稳定性。
【专利说明】适应复杂路况的履带式移动机器人轮带结构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种专用机器人领域的行走机构，具体是一种适应复杂路况的履 带式移动机器人轮带结构。
【背景技术】
[0002] 近年来，在星球表面探测、事故救灾、管道检测、爆炸物处理、防核辐射污染等极限 环境和复杂现场中，采用机器人代替人类作业的方案被广泛采纳。履带式移动机器人对地 压力小，不容易出现打滑现象，牵引性能良好，能够很好地适应特殊地形。特别是在爬越坡 面，跨越障碍、壕沟，以及在泥泞、碎石等路面行走时，履带式移动机器人更具优越性，因此 获得了广泛应用。
[0003] 自20世纪80年代起，就有专家对其展开了系统研究，比较有代表性的有美国 iRoBot公司的Packbot系列机器人、英国的Supper Wheelbarrow排爆机器人、加拿大布鲁 克大学的AZIMUT机器人等。国内在移动机器人领域的研究也取得了一定成果，如沈阳自动 化研究所的CUMBER机器人、北京航空航天大学的可重构机器人等。
[0004] 履带式移动机器人在极限和复杂环境中替代人类作业的趋势明显，技术发展较 快，但目前针对复杂路况的轮带结构设计还需进一步探讨。特别是现有的履带机器人在通 过复杂路面时，轮带接触面容易进入碎石泥土等固体杂质，堵塞轮毂面，增大轮毂外径，导 致履带打滑以及相对长度变短，轮面径向力增大，甚至轮轴变形等一系列问题，都急需解 决。
[0005] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103373404,
【公开日】2012-04-27， 公开了一种轮履腿复合式移动机器人。该技术在一定程度上解决了履带机器人结构复杂， 越障能力差，承载能力低，等技术问题。但该技术的不足之处在于：1、轮履腿复合的结构简 单，越障高度受限于腿长；2、没有考虑复杂路面的灰尘泥土等干扰因素，轮带接触面容易积 累杂质，堵塞齿槽，影响履带传动。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种适应复杂路况的履带式移动机器 人轮带结构，该设计结构简单，越障能力更强，轮毂有自适应除杂能力，提高了履带机器人 在复杂路况下的稳定性。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：轮毂和履带，所述的轮毂由轮轴 套筒、中心轮盘、若干轮杆和两个挡板组成，其中：中心轮盘设置于两个挡板的端面中间，且 三者均轴向设置于轮轴套筒上，各个轮杆穿过中心轮盘分别均匀设置于两个挡板之间形成 轮毂齿面；所述的履带由带齿面和带背齿组成，其中：带齿面均匀分布齿状凸起且与轮毂 齿面啮合，带背齿设置凸起结构且与地面接触。
[0008] 所述的带背齿的截面形状为梯形，该截面形状根据履带的纵向阻力和推土阻力 确定，其中：履带的纵向阻力产生于土壤的摩擦力和剪切力，其纵向阻力表示为=F max = Ac+Wtan<K其中，A为履带面积，c为土壤黏性附着系数，W为履带的垂直负荷，Φ为土壤的 剪切阻力角，Wtanct即为推土阻力。根据上述公式，为了减小纵向阻力Fmax，应当减小土壤 的剪切阻力角，即推土阻力，故将带背齿截面设计为梯形以达到此目的。
[0009] 所述的中心轮盘的截面整体为圆形，其圆心位置为与轮轴套筒相配合的中心孔， 圆周上开有与轮杆相适应的通孔。
[0010] 所述的挡板的截面整体为圆形，其圆心为与轮轴套筒相配合的圆孔，中部为辐条 结构，圆周上开有与轮杆相适应的通孔。
[0011] 所述的轮杆的截面形状为梯形。
[0012] 本发明驱动轮毂工作时，通过电机驱动轮轴，带动轮毂转动，轮毂外侧由轮杆形成 齿面，与履带的齿面啮合。驱动轮毂为空心结构，挡板辐条间空隙较大，碎石泥土等杂质落 入齿槽后很容易被挤压排出，保证了轮毂和履带的正常运转。 技术效果
[0013] 与现有技术相比，本发明所述的轮带结构简单，架构牢固，传动效率高，轮毂采用 轮杆结构和开放型的挡板，自动挤压排出齿槽杂质，提高了运动系统的自适应性和稳定性， 为履带机器人在复杂路况中正常行进提供了保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的轮毂的结构示意图；
[0015] 图2为本发明的履带的侧视图；
[0016] 图3为本发明的中心轮盘的结构示意图；
[0017] 图4为本发明的挡板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1
[0019] 如图1、图2和图3所示，本实施例包括：轮毂和履带，所述的轮毂由轮轴套筒1、中 心轮盘2、若干轮杆3、两个挡板4、辐条5组成，其中；中心轮盘2设置于两个挡板4的端面 中间，且三者均轴向设置于轮轴套筒1上，各个轮杆3穿过中心轮盘2分别均匀设置于两个 挡板4之间形成轮毂齿面，辐条5将齿面和轮轴连接，形成轮毂整体。
[0020] 如图4所示，所述的履带由带齿面A和带背齿B组成，其中：带齿面A均匀分布齿 状凸起且与轮毂齿面啮合，带背齿B设置凸起结构且与地面接触；
[0021] 所述的带背齿B的凸起结构与履带一体成型，其截面为圆角梯形；
[0022] 履带与地面接触部分主要为带背齿，因此，带背齿的截面形状需要筛选。根据履带 的纵向阻力和推土阻力确定，可选项有半圆形、矩形和梯形。其中：履带的纵向阻力产生于 土壤的摩擦力和剪切力，其纵向阻力表示为：Fmax = Ac+Wtanct，其中，A为履带面积，c为 土壤黏性附着系数，W为履带的垂直负荷，Φ为土壤的剪切阻力角，Wtanct即为推土阻力。 综合考虑故将带背齿截面形状选定为梯形。
[0023] 所述的中心轮盘2的截面整体为圆形，其圆心位置为与轮轴套筒1相配合的中心 孔，圆周上开有与轮杆3相适应的通孔。
[0024] 所述的挡板4的截面整体为圆形，其圆心为与轮轴套筒1相配合的圆孔，中部为辐 条结构5,圆周上开有与轮杆3相适应的通孔。
[0025] 所述的轮杆3的截面形状为梯形。
[0026] 本发明的驱动轮毂工作时，通过电机驱动轮轴，带动轮毂转动，轮毂外侧由轮杆3 形成齿面，与履带的齿面啮合。驱动轮毂为空心结构，挡板4辐条间空隙较大，碎石泥土等 杂质落入齿槽后很容易被挤压排出，保证了轮毂和履带的正常运转。
[0027] 如表1所示，将本实施例与现有技术中啮合面封闭的轮毂进行对比实验
[0028] 表 1
【权利要求】
1. 一种适应复杂路况的履带式移动机器人轮带结构，其特征在于，包括：轮毂和履带， 所述的轮毂由轮轴套筒、中心轮盘、若干轮杆和两个挡板组成，其中；中心轮盘设置于两个 挡板的端面中间，且三者均轴向设置于轮轴套筒上，各个轮杆穿过中心轮盘分别均匀设置 于两个挡板之间形成轮毂齿面；所述的履带由带齿面和带背齿组成，其中：带齿面均匀分 布齿状凸起且与轮毂齿面啮合，带背齿设置凸起结构且与地面接触； 所述的带背齿的截面形状为梯形，该截面形状根据履带的纵向阻力和推土阻力确 定，其中：履带的纵向阻力产生于土壤的摩擦力和剪切力，其纵向阻力表示为：F_ = Ac+Wtan 4>，其中，A为履带面积，c为土壤黏性附着系数，W为履带的垂直负荷，为土壤的 剪切阻力角，Wtanct即为推土阻力。
2. 根据权利要求1所述的结构，其特征是，所述的中心轮盘的截面整体为圆形，其圆心 位置为与轮轴套筒相配合的中心孔，圆周上开有与轮杆相适应的通孔。
3. 根据权利要求1或2所述的结构，其特征是，所述的挡板的截面整体为圆形，其圆心 为与轮轴套筒相配合的圆孔，中部为辐条结构，圆周上开有与轮杆相适应的通孔。
4. 根据权利要求3所述的结构，其特征是，所述的轮杆的截面形状为梯形。
【文档编号】B62D55/08GK104386152SQ201410655281
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】颜国正, 石煜, 王志武, 姜萍萍, 刘大生 申请人:上海交通大学