本实用新型涉及一种履带结构，尤指一种适用于履带式全方位移动平台、履带式高效转向平台等的多支撑多滚轮履带构件，以及由多支撑多滚轮履带构件构成的履带。
背景技术：
全方位移动平台又称全向移动平台，是指既能够在二维平面上沿x轴、y轴运动，又能够绕自身中心旋转，并且能够完成以上复合运动的可移动平台。按行走机构的外形与结构不同，全方位移动平台可分为轮式全方位移动平台和履带式全方位移动平台。轮式全方位移动平台的行走机构主要有mecanumwheel(活动脚轮)、transwheel(快递机器车)、orthogonalwheel(正交脚轮)等。履带式全方位移动平台的行走机构主要有全方位自由轮履带(omnidirectionalcrawlerwithfreerollers)，vuton-i履带(vuton-icrawler)，全方位球轮履带(omnidirectionalsphericaltirecrawler)等。
全方位移动平台在物流、仓储、洞库作业等工程机械领域应用广泛。但是在使用过程中，轮式全方位移动平台暴露出一系列问题，如：对地面平整性要求高，滑移严重，越障能力不足，承重能力有限，振动和噪声问题突出，运动控制精确度低等。而履带式全方位移动平台具有传统履带平台运动平稳、载重能力强、地面适应能力强的优点，同时能够完成平面内的全方位运动，具有广阔的应用前景。
履带式高效转向平台是一类特殊的履带平台，其具有优异的转向性能。传统履带平台在转向的过程中依靠两侧履带速度差进行转向，转向阻力大，消耗功率大，转向机动性差，同时履带板磨损严重，使用寿命低。履带式高效转向平台的转向原理与传统履带平台不同，其转向性能和转向半径无关，转向性能好，转向阻力和消耗功率小，同时可减少履带板的磨损。而传统履带平台中的履带板表面没有支撑座来安装滚轮，因此无法应用到履带式全方位移动平台和履带式高效转向平台。
目前行业内出现了一些履带式全方位移动平台和履带式高效转向平台的技术。
例如，参见专利号为201210347188.8的中国发明专利“履带式全方位移动平台”中公开的履带式全方位移动平台，其主要由移动机构等构成，移动机构由多个全方位移动履带构成，全方位移动履带主要由主动轮、履带板、辊子、负重轮、拖带轮以及诱导轮构成。
又例如，专利号为201410655662.2的中国发明专利“一种高效转向履带及其平台”公开了一种高效转向履带，其包括履带本体，履带本体由若干履带板铰接而成，并且履带板外侧交叉设置有安装支架，安装支架上固定设置有辊子，履带板内侧间隔设置有啮合轴，啮合轴与设置在履带板之间的相互匹配的主动轮及诱导轮啮合，履带板接地端间隔设置有负重轮，负重轮相对内侧面间隔设置有托带轮。
再例如，申请号为201410768994.1的中国发明专利申请“一种基于履带车辆运动模式的高效转向平台”公开了一种基于履带车辆运动模式的高效转向平台，其包括台体及对称设置在台体两侧的履带本体，履带本体由若干排履带板铰接而成，履带板外侧设置有安装支架，安装支架上固定设置有辊子，其中，履带板内侧间隔设置有啮合轴，啮合轴与设置在履带板之间的相互匹配的主动轮及诱导轮啮合，履带板接地端间隔设置有负重轮，负重轮相对内侧面间隔设置有托带轮，并且设置于同一排履带板外侧的安装支架之间相互平行，设置于相邻排履带板外侧的安装支架之间相互交叉。
另外，公开号为us6179073b1的美国发明专利“用于车辆的混合履带(hybridtrackforavehicle)”公开了一种混合履带，其履带板上设有滚轮支架和滚轮，滚轮通过轴固定于滚轮支架上，滚轮可以自由转动。
对于上述文献，履带板上的滚轮(辊子)位于两支架的中间空间中，由一根通轴固定。这种结构存在以下问题：1)滚轮采取两端支撑的布置方式，履带板在运动过程中，滚轮与地面接触前或接触的瞬间，滚轮支架可能会与地面发生碰撞(在非严格平整路面上尤甚)，产生大噪声和强振动，限制了履带及由其构成平台的全方位运动能力，干扰操作与控制，增加滚轮支架的磨损和整个履带的磨损。2)滚轮数量少(每个履带板上仅有1-2个滚轮)，导致在履带运动(滚轮接地)过程中，每个滚轮承受较大压力，压缩程度高，变形程度大，此时滚轮不再是一个规整的圆柱形。履带式全方位移动平台的运动学和动力学模型推导的前提之一，就是假设滚轮是一个规整的圆柱形。因此，滚轮的大变形势必影响了平台的全方位运动能力，增加了运动轨迹的误差，同时给精确控制和操纵带来不小的困难。3)滚轮支架数量少。滚轮在接地过程中受到的冲击力通过滚轮轴传递到支架上，导致滚轮轴和支架产生较大磨损、变形，严重时滚轮轴断裂，影响履带板使用寿命。4)滚轮轴可以自由旋转。在滚轮接地过程中，滚轮轴通过旋转与滚轮和支架产生较大摩擦，引起小轮内部、滚轮轴和支架的磨损。此磨损在平台大负载的情况下，或对履带板进行轻量化设计后的情况中变得极为严重。5)滚轮顶端未超过履带销中心线，导致滚轮在接地运动的过程中，相邻履带板可能会发生翘起，致使履带接地段上表面变得凹凸不平，对于在其上运动的负重轮会产生干扰(在负重轮直径不是远大于履带板节距的情况下，干扰更严重)，进而引发车体的噪声与振动。
申请号为201810165699.5的中国发明专利申请“一种组合式全方位移动履带行走机构及其平台”公开了一种组合式全方位移动履带行走机构及其平台，包括履带组、驱动轮组、主支、诱导轮组、涨紧机构、负重轮组和托带轮组，履带组由两条独立的沿履带组的中心轴线呈纵向对称布置的外侧子履带和内侧子履带构成，外侧子履带和内侧子履带由若干履带板通过销轴铰接而成，……，每个履带还包括两个“z”形连接块、销轴以及轴。此文献除了存在上述2)-5)所述问题之外，还存在如下问题：将两个滚轮分别放置在滚轮支架两侧，因此避免了上述1)所述问题，但同时带来了另一问题，即滚轮轴由两端支撑变为中间支撑，因而滚轮轴变为两段悬臂梁，大大降低了滚轮轴的强度，也就是，滚轮的中间支撑导致滚轮销轴悬臂梁化。在滚轮接地瞬间，滚轮受到的冲击力直接作用于滚轮轴的悬臂端，极易造成滚轮轴的压弯变形，重载时变形严重，甚至会发生剪断现象。另外，一个平台或一条履带上小轮的数量很多，维修和更换滚轮轴工序繁琐，费时费力。
另外，行业内还提出了一种由mecanum轮(麦克纳姆轮)这种滚轮构成的履带机构，如图15，将其合理应用实现的平台能够完成平面内的全方位移动。理论上此履带机构的着地部分位于每个着地辊子上的某一点，是离散的点着地。虽然在实际运动中，“点着地”状态往往会因为压力的作用而形变为点附近的面着地，但是这种不能控制形状的“面着地”将会破坏平台全方位运动中位置定位的准确性，从而影响平台的整体工作状态和效率。同时，因“面着地”的着地面积很小，所以相对于平台整体仍可看成“点着地”，这将引起履带及其平台在运动的过程中振动大、噪声大，滚轮磨损严重，对地面适应性差，可靠性、实用性差。
综上所述，设计出一种一方面可实现全方位运动或高效转向运动功能，另一方面可靠性强，实用，易于推广的履带或说平台技术方案，是目前急需解决的问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种多支撑多滚轮履带构件及履带，履带构件结构紧凑，可保持滚轮第一时间触地，碰撞磨损少，使用寿命长，具有降低噪声与振动、各类路面适应性强等优点。
为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
一种多支撑多滚轮履带构件，其特征在于：它包括履带板，履带板上安装有滚轮，其中：履带板包括板体，板体上设有支撑构件，板体两侧设有履带销；支撑构件包括同轴依次分离设置的两个滚轮支架和一个滚轮支座，两个滚轮通过滚轮螺栓安装在支撑构件上，滚轮螺栓的螺纹端穿过两个滚轮支架的通孔后与锁紧螺母螺接的同时，滚轮螺栓的头部置于滚轮支座的定位凹槽上，滚轮可转动地穿设在滚轮螺栓的螺杆上，滚轮相对于履带销形成偏置角，其中，一个滚轮介于两个滚轮支架之间，另一个滚轮介于滚轮支架与滚轮支座之间。
一种履带，其特征在于：它包括所述的多支撑多滚轮履带构件，相邻两个所述多支撑多滚轮履带构件通过所述履带销互相销接而构成履带。
与已有履带板相比，本实用新型的优点是：
1、本实用新型履带构件结构紧凑，可充分利用履带板外表面空间布置多滚轮和多滚轮支架。
2、本实用新型履带构件中的滚轮支座设计，一方面，避免了滚轮螺栓发展成悬臂梁，大大增加了滚轮螺栓的强度，解决了滚轮螺栓易损问题，另一方面，防止了滚轮螺栓发生自由转动，减少了滚轮螺栓与滚轮和滚轮支架在履带接地过程中发生互相触碰磨损的几率，延长了使用寿命。
3、滚轮伸出履带销的设计，避免了相邻两个履带板发生翘起以及履带板内表面凹凸不平的问题，增加了负重轮在连续的履带板内表面上运动的平稳性和连续性，降低了噪声与振动。
4、本实用新型履带构件形成的履带接地段所在平面形成了一种多构型的三角形稳定网络，大大增强了“平台”的稳定性、可靠性以及多路面的适应性、实用性。
附图说明
图1是本实用新型履带构件一较佳实施例结构的立体示意图。
图2是从图1中a方向看去的结构示意图。
图3是本实用新型履带构件较佳实施例的履带板结构立体示意图。
图4是图3的俯视示意图。
图5是本实用新型履带构件较佳实施例构成的履带非接地段反向弯折示意图。
图6是图5的俯视局部示意图。
图7a是支撑构件的滚轮与履带销在履带板板体上的投影关系示意图。
图7b是滚轮及其边缘的圆弧过渡角说明示意图。
图8是负重轮在本实用新型履带构件较佳实施例的履带板内表面上的行走示意图。
图9是本实用新型履带构件较佳实施例构成的履带接地段形成的多构型三角形稳定网络示意图。
图10是本实用新型履带构件的另一实施例示意图。
图11是本实用新型履带构件的再一实施例示意图。
图12、图13、图14是已有履带板的板体形状示意图。
图15是现有技术mecanum轮构成的履带机构示意图。
具体实施方式
如图1至图9，本实用新型多支撑多滚轮履带构件包括履带板10，履带板10上安装有滚轮30，其中：履带板10包括板体11，板体11上设有支撑构件，板体11两侧设有履带销50，履带销50用于将相邻两个履带板10互相销接在一起(图1仅示出了一个板体11与履带销50连接的情形)；支撑构件包括同轴依次分离设置的两个滚轮支架12和一个滚轮支座13，即滚轮支座13位于两个滚轮支架12一侧，两个滚轮30通过滚轮螺栓20安装在支撑构件上，滚轮螺栓20的螺纹端穿过两个滚轮支架12的通孔120后与锁紧螺母40螺接的同时，滚轮螺栓20的头部22置于滚轮支座13顶面上的定位凹槽130上，即滚轮螺栓20被稳固不转动地架设在滚轮支架12和滚轮支座13上，滚轮30可转动地穿设在滚轮螺栓20的螺杆21上，滚轮30相对于履带销50形成偏置角，其中，一个滚轮30介于两个滚轮支架12之间，另一个滚轮30介于滚轮支架12与滚轮支座13之间。
在本实用新型中，滚轮螺栓20、滚轮30与支撑构件同轴设置，滚轮30相对于履带销50形成偏置角β(0＜β＜90°或90°＜β＜180°)，也就是说，滚轮螺栓20的轴线与履带销50的轴线之间形成非直角的夹角，即滚轮螺栓20的轴线不能平行于履带销50的轴线且不能垂直于履带销50的轴线，，如图1所示，图1所示a方向即为滚轮螺栓20的轴线方向。
在实际设计中，较佳的方案是，履带板10上设有两个支撑构件，两个支撑构件在板体11上以板体11的中心点o中心对称设置。
进一步地，更佳的方案是，支撑构件中介于滚轮支架12与滚轮支座13之间的滚轮30伸出履带销50，与履带销50相交。在这里，伸出履带销50的滚轮30外侧紧挨的是滚轮螺栓20的头部22，因头部22为扁平片结构，因此头部22不会带来碰撞相邻履带板10等问题。
具体来说，支撑构件中介于滚轮支架12与滚轮支座13之间的滚轮30伸出履带销50的长度应满足下面公式：
0＜支撑构件中介于滚轮支架12与滚轮支座13之间的滚轮30伸出履带销50的长度减去滚轮30边缘的圆弧过渡角301半径后的数值≤p/10，
其中，p为履带板10的节距，此节距是指履带上互相销接在一起的相邻两个履带销50之间相距的距离。
如图7a和图7b，将履带板10的板体11下表面视为一平面并记作α平面，将支撑构件中靠近履带销50的滚轮30的轴线段在α平面上的投影记为线段
于是，滚轮30伸出履带销50的长度，即线段
其中，p为履带板10的节距，即履带上互相铰接在一起的相邻两个履带销50之间的距离。
记
若k＞p/10，则可能会引起或加剧履带板10在接地时的振动。
上面公式1)的约束避免了相邻两个履带板10发生翘起以及履带板10内表面凹凸不平的问题。如图8，这样的设计增加了负重轮80在连续的履带板10内表面上运动的平稳性和连续性，降低了噪声与振动。
如图3和图4，支撑构件中的滚轮支架12超出板体11的部分应切削掉，同样地，支撑构件中的滚轮支座13超出板体11的部分应切削掉，如图3、图4中标号90所指部位。
如图1，在实际设计中，较佳的方案是，板体11上介于两个支撑构件之间还设有同轴分离设置的两个滚轮支架14，该两个滚轮支架14在板体11上同样以板体11的中心点o中心对称设置，其中一个滚轮支架14的下部延伸有托台15，托台15顶面上设有定位凹槽150，一个滚轮30通过一个滚轮螺栓20安装在该两个滚轮支架14之间，该滚轮螺栓20的轴线与支撑构件的轴线平行，即该滚轮螺栓20的轴线与履带销50的轴线之间所呈夹角与两个支撑构件的滚轮螺栓20的轴线与履带销50的轴线之间所呈夹角相同，即板体11上的各滚轮30相对于履带销50的偏置角角度相同，如图1所示，滚轮支架14与其上的滚轮螺栓20、滚轮30同轴设置，其中：该滚轮螺栓20的螺纹端穿过该两个滚轮支架14的通孔140后与一个锁紧螺母40螺接的同时，该滚轮螺栓20的头部22置于托台15的定位凹槽150上，即该滚轮螺栓20被稳固不转动地架设在该两个滚轮支架14和托台15上，该滚轮30可转动地穿设在该滚轮螺栓20的螺杆21上。
在实际实施时，上述托台15可使用滚轮支座13替代。
在实际设计中，两个滚轮支架14上的滚轮30位于板体11上而不用伸出履带销50。
在本实用新型中，滚轮螺栓20与普通的螺栓结构大致一样，滚轮螺栓20包括螺杆21，螺杆21一端设有螺纹，称为螺纹端，螺杆21另一端设有头部22。
在本实用新型中，滚轮支座13不同于滚轮支架12，滚轮支座13的体积、外形都比滚轮支架12小巧，占用空间小。滚轮支座13的主要作用为：第一，对滚轮螺栓20的头部22所在端起到支撑作用，避免头部22所在端及其邻近部位发展成为悬臂梁。第二，滚轮支座13的定位凹槽130可很好地防止滚轮螺栓20发生转动，减少了滚轮螺栓20与滚轮30和滚轮支架12在履带接地过程中发生互相触碰磨损的几率。
滚轮支架14的托台15的设计目的和发挥的作用与滚轮支座13相同，故不在此赘述。
滚轮支架14的托台15的定位凹槽150、滚轮支座13的定位凹槽130的形状应与滚轮螺栓20的头部22的形状相适配，具体形状不受局限。例如，头部22可设计成正六边形，于是定位凹槽150、130可相应设计成v形，如图2所示。
另外，滚轮支座13的小巧结构结合其在板体11上的合理布局可以做到不会干扰相邻两个履带板10的正常反向弯折，例如履带非接地段在未完全张紧的情况下会产生正常的反向弯折，即在相邻两个履带板10反向弯折到极限位置(此时相邻两个履带板10上的滚轮30会接触并挤压，从而限制履带板10进一步弯折，这是正常现象)时，滚轮支座13不会与相邻的履带板10发生接触与碰撞。如图6中虚线圆圈内的两个滚轮30发生接触时，此时相邻两个履带板10已经反向弯折到最大角度，这时，如图6中点划线圆圈所示，滚轮支座13与相邻的履带板10仍没有接触与碰撞，两者之间仍保留有一定空隙。这种结构设计带来的有益效果是：无论履带是正向还是反向运动，履带板10接地的瞬间都是滚轮支座13上支撑的滚轮30第一时间触地，这样避免了滚轮支架12发生触地引起振动与噪声的问题，于是既保留了多滚轮、多支撑、受力分散的优点，又避免了滚轮支架触地发生碰撞的问题。
同样地，如图3和图4，介于两个支撑构件之间的滚轮支架14超出板体11的部分应切削掉，如图3和图4中标号100所指部位。
下面以图1所示的本实用新型较佳实施例来说明。如图9，支撑构件中介于滚轮支架12与滚轮支座13之间的滚轮30伸出履带销50的设计使得滚轮30在履带接地段所在平面形成了一种多构型的三角形稳定网络，也就是形成了由不同形状的若干三角形构成的稳定网络。稳定的三角形形状可为单个履带板10上的滚轮30形成，例如δa1a2b和δc1c2b等。稳定的三角形形状也可为相邻的履带板10上的滚轮30之间形成，例如δc2fe、δd2ge、δc1c2f和δd2d1a2等。
在履带运动的过程中，履带接地段的滚轮30在理想(理论)状态下是以线段的形式与地面接触的，但在实际运动过程中因滚轮30受压，往往以面的形式与地面接触。虽然滚轮30的面接触与线段接触相比，增加了接触面积，但是与整个“平台”的体积(地面投影面积)比起来仍然较小，因此当“平台”在重载或地面非严格平整的情况下，“平台”在运动过程中的稳定性就较差，振动大、噪声大。
于是，受几何学中“三点确定一个平面”定理的启发设计了多构型的三角形稳定网络，这样可为单个履带板10以及相邻履带板10之间在接地时形成的接地段提供了稳定的三角形作为支撑面，从而使得“平台”在重载或非严格平整路面上运动时，大大提高了稳定性、可靠性，同时减少了振动与噪声。
在本实用新型中，板体11的外轮廓呈矩形，通常设计为长方形，板体11两侧为锯齿结构，锯齿结构的各突出齿111对应开设有用于贯穿履带销50的销孔112，履带销50贯穿锯齿结构的各突出齿111上的销孔112安装，其中：
当履带销50除了具有销接相邻两个履带板10的功能之外，履带板10通过履带销50传递动力而与动力传动机构(如齿轮)连接时，如履带销50运动到齿轮时处于相邻两个齿轮的缺口中，则履带板10的内表面上设有限制齿60，限制齿60用于将履带板10与动力传动机构活动卡合而使履带板10在触及动力传动机构时不脱离，限制齿60为本领域已有部件。
当履带销50仅具有销接相邻两个履带板10的功能，履带板10不通过履带销50传递动力而不与动力传动机构(如齿轮)连接时，如图10，则履带板10的内表面上设有托架70，托架70将履带板10与动力传动机构(例如齿轮)连接，通常托架70可设为1个或2个，托架70为本领域已有部件。
在本实用新型中，履带板10的外表面为朝外的表面，外表面上用于安装支撑构件等，用于接地。而履带板10的内表面为朝内的表面，朝向车轮。
在本实用新型中，履带板10的板体11形状与已有履带板的板体形状不同。如图12至图14，图中示出了已有各履带板的板体所具有的形状。图12示出的板体为长方形，板体两侧边没有锯齿。图13和图14示出的板体侧边为锯齿结构但锯齿在板体上为轴对称设置。
然而如图4和图11所示，在本实用新型中，板体11两侧为锯齿结构，并且板体11两侧的锯齿结构的突出齿111在板体11上是中心对称设置的。图4示出了板体11两侧各设有3个突出齿111的情形，图11示出了板体11两侧各设有一宽一窄2个突出齿111的情形。
在实际设计中，板体11侧边的突出齿111与缺口成对出现，板体11两侧的突出齿111的个数以及相邻两个突出齿111的间距可根据实际要求合理设计，不受局限。
上述这种具有中心对称锯齿结构的板体11设计使得本实用新型具有了下面的优点：①能够为多滚轮、多滚轮支架的布局提供空间，且使布局最优化。②能够满足上面公式1)。
对于图12示出的长方形板体，若将滚轮30、滚轮支架12、14、滚轮支座13等置于板体上的话，显然不能满足上面公式1)的要求。
对于图13、图14示出的锯齿结构轴对称的板体。若将滚轮30、滚轮支架12、14、滚轮支座13等置于板体上的话，显然图13所示板体不能满足上面公式1)的要求，而图14所示板体会浪费大量空间。并且，图13、图14示出的这种布置方式使得履带板不平衡，在使用过程中会引起严重的振动、噪声、磨损等问题。
另外，本实用新型还提出了一种履带，它包括上述本实用新型多支撑多滚轮履带构件，相邻的两个本实用新型多支撑多滚轮履带构件通过履带销50互相销接而构成履带，可参考图8、图9来理解。
由于履带基于本实用新型多支撑多滚轮履带构件而实现，因而其具有本实用新型多支撑多滚轮履带构件所具有的特点，在这里不再赘述。
在本领域中，“滚轮”也可称为“辊轮”、“辊子”、“小轮”。在履带式全方位移动平台和履带式高效转向平台领域，“滚轮”、“辊轮”、“辊子”、“小轮”是对同一物体的不同称谓，习惯上可混用。
履带式全方位移动平台和履带式高效转向平台在本实用新型的描述中被统称为“平台”，它们都包括动力传动机构(如齿轮)。
与已有履带板相比，本实用新型的优点是：
1、本实用新型履带构件结构紧凑，可充分利用履带板外表面空间布置多滚轮和多滚轮支架。
2、本实用新型履带构件中的滚轮支座设计，一方面，避免了滚轮螺栓发展成悬臂梁，大大增加了滚轮螺栓的强度，解决了滚轮螺栓易损问题，另一方面，防止了滚轮螺栓发生自由转动，减少了滚轮螺栓与滚轮和滚轮支架在履带接地过程中发生互相触碰磨损的几率，延长了使用寿命。
3、滚轮伸出履带销的设计，避免了相邻两个履带板发生翘起以及履带板内表面凹凸不平的问题，增加了负重轮在连续的履带板内表面上运动的平稳性和连续性，降低了噪声与振动。
4、本实用新型履带构件形成的履带接地段所在平面形成了一种多构型的三角形稳定网络，大大增强了“平台”的稳定性、可靠性以及多路面的适应性、实用性。
以上所述是本实用新型较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。