用于履带爬楼车的滑轮组机构、履带结构及履带爬楼车的制作方法

本实用新型涉及履带爬楼车技术领域，特别涉及用于履带爬楼车的滑轮组机构、履带结构及履带爬楼车。

背景技术：

基于人口老龄化发展，国内对于无障碍设施的需求越来越大，已经有越来越多的爬楼机器人等被引进及开发，相比于其他爬楼机器人仅能用于爬楼，履带爬楼车则不仅可用于爬楼，还可在平地、荒地等多种地形下使用，同时行动模式较多，因此，履带爬楼车也越来越被大众所接受。

履带爬楼车在运行过程中的能量损耗主要由履带与履带爬楼车底盘的滑动摩擦产生，现有技术中为了减小摩擦，一般都是通过在履带与履带爬楼车底盘的相接处贴附低摩擦系数材料的方式，如传统履带爬楼车采用特氟龙等低摩擦系数材料贴于爬楼车底盘与履带接触处，从而达到减小摩擦来降低能量损耗的目的。

而对于履带爬楼车来说，随着行动模式的增加，其对于平底履带行走和转向时的减摩擦要求更高，而传统的在履带与履带爬楼车底盘的相接处贴附低摩擦系数材料的方式，在采用现有成熟技术的蓄电池储能技术后，其运行时间也仅有40分钟，可爬楼仅20层，其中，爬楼车的能量损耗很大程度上仍是由于自摩擦导致，因此，设计一种新的履带爬楼车结构，实现降低履带爬楼车运行过程中的能量损耗、进一步优化传动效率、增加履带模式的续航能力，已成为履带爬楼车研发技术上需要突破的一大瓶颈。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服上述背景技术中不足，提供用于履带爬楼车的滑轮组机构、履带结构及履带爬楼车，通过设计一种专用于履带爬楼车的滑轮组机构，可实现将以往底盘与履带的静摩擦转换为滚动摩擦，从而达到减少履带与履带爬楼车底盘之间的摩擦、降低履带爬楼车运行过程中的能量损耗的目的。

为了达到上述的技术效果，本实用新型采取以下技术方案：

用于履带爬楼车的滑轮组机构，包含滑轮组骨架、滑轮组中骨架、小滑轮、滑轮组轴，其中，所述滑轮组骨架、滑轮组中骨架的一端分别开设有相对应的螺丝孔，滑轮组骨架、滑轮组中骨架通过螺丝固定连接，在滑轮组骨架的两侧开设有沿长度方向分布的轮轴安装孔，滑轮组中骨架的两侧开设有沿长度方向分布的轮轴安装槽，小滑轮套接于滑轮组轴上，滑轮组轴的两端分别穿过滑轮组中骨架两侧的轮轴安装槽后固定于滑轮组骨架两侧的轮轴安装孔内；所述滑轮组轴分为单轮轴及双轮轴，在单轮轴上仅套接有一个小滑轮，在双轮轴上套接有两个小滑轮，且单轮轴及双轮轴交替分布安装于滑轮组骨架及滑轮组中骨架上；

本实用新型提供了一种专用于履带爬楼车的滑轮组机构，在安装时，将滑轮组机构结构设于履带置于底盘与履带之间，在保证履带爬楼车的正常使用的同时还可将滑动摩擦转换成滚动摩擦，极大降低了由于摩擦而产生的能量损耗，减轻了驱动电机的负载，从而进一步优化了驱动电机的传动效率并增加了履带爬楼车在履带模式的续航能力。

进一步地，所述单轮轴上的小滑轮嵌于滑轮组中骨架中间，双轮轴上的两个小滑轮分别嵌于滑轮组中骨架的两侧。

进一步地，所述滑轮组轴的两端分别焊接固定于滑轮组骨架两侧的轮轴安装孔内。

进一步地，所述小滑轮由PE高分子材料制成。

进一步地，还包含底盘下骨架，在所述底盘下骨架的一端与滑轮组骨架开设螺丝孔相对应的位置也开设有螺丝孔，底盘下骨架的内壁与滑轮组骨架的外壁相贴合且底盘下骨架与滑轮组骨架通过螺丝连接。

同时，本实用新型公开了一种履带爬楼车的履带结构，包含上述的用于履带爬楼车的滑轮组机构，还包含底盘上骨架，所述底盘上骨架安装于底盘下骨架上且与底盘下骨架相贴合，在两侧的底盘下骨架上与底盘下骨架之间设有电机支撑架，在电机支撑架的两端各安装有一个驱动电机及减速箱，驱动电机与减速箱相连，减速箱的输出端连接有传动轴，在每侧的底盘上骨架与底盘下骨架的前端均通过传动轴固定有驱动轮，在底盘上骨架的后端安装有内部开孔的涨紧固件，在涨紧固件上通过固定轴安装有涨紧轮，在两侧的底盘上骨架上部靠近涨紧固件的位置分别开设有通孔，在所述通孔内安装有中心开孔的顶轮，底盘连接杆的两端分别插接于两侧的底盘上骨架上的顶轮的中心孔内，且在底盘连接杆的两端还分别开设有螺纹孔，在底盘连接杆的两端的螺纹孔内分别安装有顶轮固定螺丝，在驱动轮、底盘上骨架、底盘下骨架及涨紧轮外周套接有履带本体。

进一步地，所述底盘上骨架与底盘下骨架为焊接、所述涨紧固件焊接于底盘上骨架上、和/或所述电机支撑架与底盘上骨架及底盘下骨架为焊接。

进一步地，所述顶轮固定螺丝为半牙轴承螺丝。

同时，本实用新型还公开了一种履带爬楼车，包含上述的履带结构。

本实用新型与现有技术相比，具有以下的有益效果：

本实用新型的履带爬楼车中，其底盘与履带之间设有滑轮组机构，从而将底盘与履带之间的滑动摩擦转换成滚动摩擦，相比现有技术中的履带爬楼车的结构，本申请公开的履带爬楼车的结构可更大幅度的减少摩擦，从而降低履带爬楼车运行过程中的能量损耗，达到进一步优化传动效率及增加履带爬楼车的续航能力的目的。

附图说明

图1是本实用新型的滑轮组机构的安装示意图。

图2是本实用新型的滑轮组机构的示意图。

图3是本实用新型的滑轮组机构中小滑轮与滑轮组轴的组合示意图。

图4是本实用新型的履带结构的示意图。

图5是本实用新型的履带结构的局部透视图。

图6是图5中A部的局部放大示意图。

图7是本实用新型的履带爬楼车的示意图。

图8是本实用新型的履带爬楼车的爬楼状态图。

附图标记：1-滑轮组骨架，2-滑轮组中骨架，3-小滑轮，4-滑轮组轴，5-底盘下骨架，6-底盘上骨架，7-电机支撑架，8-驱动电机，9-减速箱，10-传动轴，11-驱动轮，12-涨紧固件，13-涨紧轮，14-顶轮，15-顶轮固定螺丝，16-履带本体，17-底盘连接杆，18-头枕，19-扶手，20-操作面板盒，21-平台护栏，22-车身后置箱，23-载物平台，24-万向静音轮，25-定向静音轮，26-导向板，27-液压推杆，28-控制器盒，29-电机盒，31-电池箱，101-轮轴安装孔，201-轮轴安装槽，401-单轮轴，402-双轮轴。

具体实施方式

下面结合本实用新型的实施例对本实用新型作进一步的阐述和说明。

实施例：

实施例一：

如图1至3所示，一种用于履带爬楼车的滑轮组机构，包含滑轮组骨架1、滑轮组中骨架2、底盘下骨架5、小滑轮3、滑轮组轴4，其中，所述滑轮组骨架、滑轮组中骨架、底盘下骨架的一端分别开设有相对应的螺丝孔，滑轮组骨架、滑轮组中骨架及底盘下骨架通过螺丝固定连接。

在滑轮组骨架的两侧开设有沿长度方向分布的轮轴安装孔101，滑轮组中骨架的两侧开设有沿长度方向分布的轮轴安装槽201，小滑轮套接于滑轮组轴上，滑轮组轴的两端分别穿过滑轮组中骨架两侧的轮轴安装槽后固定于滑轮组骨架两侧的轮轴安装孔内。

具体的，所述滑轮组轴分为单轮轴401及双轮轴402，在单轮轴上仅套接有一个小滑轮，在双轮轴上套接有两个小滑轮，且单轮轴及双轮轴交替分布安装于滑轮组骨架及滑轮组中骨架上。且所述单轮轴上的小滑轮嵌于滑轮组中骨架中间，双轮轴上的两个小滑轮分别嵌于滑轮组中骨架的两侧。

本实施例中，所述滑轮组轴的两端分别焊接固定于滑轮组骨架两侧的轮轴安装孔内，且底盘下骨架的内壁与滑轮组骨架的外壁相贴合。

同时，作为优选，所述小滑轮由PE高分子材料制成，具体的，本实施例中，滑轮组轴是采用Φ8-304不锈钢棒加工而成。

本实用新型的滑轮组结构中的小滑轮采用PE材料制作，PE材料的极高耐磨性和极强耐冲击性可以保证在使用过程中的安全和使用寿命，而特氟龙薄膜在高强度摩擦下有被履带和金属底盘划破的可能。

安装时，将滑轮组机构结构设于履带置于底盘与履带之间，将滑动摩擦转换成滚动摩擦，极大降低了由于摩擦而产生的能量损耗，减轻了驱动电机的负载，从而进一步优化了驱动电机的传动效率并增加了履带爬楼车在履带模式的续航能力。

因此，与市面上传统的履带式爬楼车的结构中其下侧仍为会导致滑动摩擦产生的结构且基本采用的是特氟龙薄膜进行减磨擦的技术方案相比，本实用新型采用滑轮组结构在具有如下优点：

本实用新型的履带爬楼车中，其底盘与履带之间设有专用于履带爬楼车的滑轮组机构，从而将底盘与履带之间的滑动摩擦转换成滚动摩擦，相比现有技术的履带爬楼车，可更大幅度的减少底盘与履带之间的摩擦，从而降低履带爬楼车运行过程中的能量损耗，达到进一步优化传动效率及增加履带爬楼车的续航能力的目的。

实施例二

如图4至6所示，一种履带爬楼车的履带结构，包含上述的用于履带爬楼车的滑轮组机构，还包含底盘上骨架6，所述底盘上骨架安装于底盘下骨架上且与底盘下骨架相贴合。

在两侧的底盘下骨架上与底盘下骨架之间设有电机支撑架7，在电机支撑架的两端各安装有一个驱动电机8及减速箱9，驱动电机与减速箱相连，减速箱具体通过螺丝固定于驱动电机的法兰上和电机支撑架前侧固定板上，减速箱的输出端连接有传动轴10。

在每侧的底盘上骨架与底盘下骨架的前端均通过传动轴固定有驱动轮11，驱动轮通过传动轴固定位置。在底盘上骨架的后端安装有内部开孔的涨紧固件12，在涨紧固件上通过固定轴安装有涨紧轮13，将涨紧轮通过固定轴固定于两侧的涨紧固件上，使得涨紧轮可随着涨紧固件进行履带本体16的涨紧，且更加便于安装和拆卸更换履带本体，涨紧固件具体可通过焊接于底盘上骨架上，其内部开孔可供涨紧。

在两侧的底盘上骨架上部靠近涨紧固件的位置分别开设有通孔，在所述通孔内安装有中心开孔的顶轮14，底盘连接杆17的两端分别插接于两侧的底盘上骨架上的顶轮的中心孔内，且在底盘连接杆的两端还分别开设有螺纹孔，在底盘连接杆的两端的螺纹孔内分别安装有顶轮固定螺丝15，本实施例中，顶轮固定螺丝具体为半牙轴承螺丝，通过底盘上骨架上的开孔及顶轮的中心孔固定于底盘连接杆顶端的开孔内的螺纹上。

具体的，本实施例中，所述底盘上骨架与底盘下骨架为焊接、所述涨紧固件焊接于底盘上骨架上、所述电机支撑架与底盘上骨架及底盘下骨架为焊接

在驱动轮、底盘上骨架、底盘下骨架及涨紧轮外周套接有履带本体，本实施例中，履带本体为定制履带本体16，其内齿采用HTD-M14齿。

在本实施例的履带结构中，具体采用滑轮组结构置于底盘下骨架与履带本体之间，从而将现有技术中的滑动摩擦转换成滚动摩擦，极大降低了由于摩擦而产生的能量损耗，减轻了驱动电机的负载。并且小滑轮的结构设计使得整个滑轮组结构具有强度高、自润滑性好的优点，可以更好的配合履带本体，从而极大的增加了履带结构的整体使用寿命。

实施例三

如图7至8所示，一种包含上述的履带结构的履带爬楼车，其中，图7为该履带爬楼车正常停放和非爬楼模式时的示意图；图8为该履带爬楼车的爬楼状态图。

该履带爬楼车还包含车身后置箱22及载物平台23，载物平台与车身后置箱相连，载物平台安装于履带结构上且内部设有加强筋，在载物平台的左右两侧对应安装有一对4寸万向静音轮24及一对4寸定向静音轮25，用于在非爬楼模式下进行人工移动。

在载物平台上还活动安装有一对导向板26，且在载物平台内部设有导向板的滑动槽，可以使导向板在不使用的情况下收入载物平台内部。

在载物平台与履带结构之间设有液压推杆27，载物平台与履带结构之间通过液压推杆及后侧的可旋转套管连接，且在该履带结构中具体在一侧的底盘下骨架上还安装有控制器盒28及电机盒29，该控制器盒主要用于控制履带爬楼车的工作状态，电机盒是用于放置驱动电机和减速箱，在履带结构的另一侧的底盘下骨架上安装有电池箱31，电池箱内部安放有蓄电池。

车身后置箱上可拆卸安装有扶手19，在扶手上由下至上安装有平台护栏21及操作面板盒20，平台护栏为可拆卸安装于扶手上，操作面板盒内部安装有安全带，其后侧为操作面板，且操作面板盒与扶手连接处内部有打孔以便后续电路布线。

在操作面板盒上还活动安装有头枕18，以便轮椅使用者在爬楼状态下使用，可进行前后和上下方向调控。

本实施例中还对本实用新型的履带爬楼车与传统采用特氟龙胶在底盘和履带之间减少摩擦的履带爬楼车在各种使用状态下做了摩擦测试对比，其中，本实施例中的滑轮由PE高分子材料制成，具体如下：

通过测试得出传统履带爬楼车的履带本体与特氟龙胶的静摩擦因数约为μ1＝0.25，本实用新型的履带爬楼车的履带本体与滑轮的滑动摩擦系数约为μ2＝0.10。已知履带爬楼车自重140KG，预计最大安全载重为200KG，常规楼房楼梯坡度标准为θ＝37°。

则爬楼情况下，履带爬楼车的履带相对于楼道并没有位移，因此其能量损耗主要由履带与履带爬楼车底盘摩擦造成，因此其效率公式如下：

其中m为履带爬楼车及其载重，Δh为爬楼过程中的竖直方向上升位移，由于m和Δh理论上不影响其能量效率，因此在此不进行详细讨论。

将常规楼房楼梯坡度标准为θ＝37°则：

传统的履带爬楼车的传动效率：

本实用新型的的履带爬楼车的传动效率：

在此可以比较得出爬楼过程中，本实施例中的履带爬楼车相比传统的履带爬楼车其传动效率提升了15.12％。

在平地情况下，由于情况较多，在此仅在同方向直线运动情况下进行讨论。

履带本体各点在履带爬楼车运动过程中相对于地面无位移，电机输出机械能主要转化为传动过程中的热能损耗、履带与履带爬楼车底盘的摩擦损耗、履带爬楼车在平地进行同方向位移的有效能。

则平地上的有效效率公式为：

其中Δs为平地上履带爬楼车的相对位移，f摩擦为履带与履带爬楼车底盘的摩擦力，FT为电机驱动力。

履带爬楼车通常采用的驱动电机功率为P＝150W，电机转速为n＝1800rad/min，采用的减速箱为斜齿轮减速箱，其传动效率为92％，减速比为i＝100:1。履带驱动轮半径为R＝53.50mm。

则电机转矩公式为：

电机驱动力为：

在此先讨论履带爬楼车空载的情况下，m1＝140kg

传统的履带爬楼车采用特氟龙胶的滑动摩擦方式的时候，履带与特氟龙胶的静摩擦因数约为μ1＝0.25：

f1＝m1gμ1＝140×9.8×0.25＝343N

这一情况下，传统的履带爬楼车的有效效率为：

本实施例的履带爬楼车采用滑轮组结构将滑动摩擦转为滚动摩擦的时候，履带与滑轮组的滑动摩擦系数约为μ2＝0.1。

f2＝mgμ2＝140×9.8×0.1＝137.2N

这一情况下，本实施例的履带爬楼车有效效率为：

在此可以比较得处履带爬楼车空载情况下履带在平地行驶过程中，本实施例的履带爬楼车相比传统履带爬楼车传动效率提升了15.95％。

此时我们再讨论履带爬楼车最大200KG负载的情况下，m2＝340kg。

当传统履带爬楼车采用特氟龙胶的滑动摩擦方式的时候，履带与特氟龙胶的静摩擦因数约为μ1＝0.25。

f1＝m2gμ1＝340×9.8×0.25＝833N

这一情况下，传统履带爬楼车的有效效率为：

本实施例的履带爬楼车采用滑轮组结构将滑动摩擦转为滚动摩擦的时候，履带与滑轮组的滑动摩擦系数约为μ2＝0.1。

f2＝mgμ2＝340×9.8×0.1＝333.2N

这一情况下，本实施例的履带爬楼车的有效效率为：

在此可以比较得处履带爬楼车200KG满负载载情况下履带在平地行驶过程中，本实施例的履带爬楼车相比传统履带爬楼车传动效率提升了36.52％。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。