全方位移动履带制造技术

一种全方位移动履带，其主要由主动轮(12)、履带板(13)、辊子(14)、负重轮(15)、拖带轮(16)以及诱导轮(17)构成。所述辊子(14)固定在所述每个履带板的辊子支架(23)上，其转动轴线与所述全方位移动履带的主动轮(12)的轴线设置成一定的夹角，形成所述辊子(14)的偏置角。所述辊子(14)的偏置角范围在(0°，90°)或(-90°，0°)之间，优选所述辊子(14)的偏置角为±45°。

【技术实现步骤摘要】
全方位移动履带
本专利技术属于移动机械装置
，具体涉及一种具有全方位运动特性的移动履带。
技术介绍
对于移动机构而言，全方位运动是指在空间坐标系XYZ下，物体在XY平面上同时具有三个自由度的运动，即沿X轴、Y轴的平动和绕Z轴的转动。因此，可实现全方位运动的移动机构也称之为全方位移动机构。移动机构按其结构通常可分为轮式、履带式和腿足式，此外还有适用于特定场合的步进式、蠕动式和蛇形式。目前，绝大多数全方位移动机构都是轮式的，主要有麦克纳姆轮(Mecanumwheel)、连续切换轮(Alternatewheel)、正交轮(Orthogonalwheel)、球轮(ballwheel)和Rover轮等。其中麦克纳姆轮是工程上应用最广泛的一种结构之一。然而，对履带式全方位移动机构的研究则相对滞后，直到上世纪90年代初才开始有这方面的研究成果出现。现有的履带式全方位移动机构都是由国外设计研制的，主要有OmnidirectionalSphericalTireMechanism、“VUTON”Crawler、Crawler-RollerRunningMechanism和Omni-CrawlerwithCircularCross-Section等，但它们目前还未在工程上得到广泛应用。而国内对履带式全方位移动机构的研究还处于空白。上世纪90年代初，美国工程师MarkWest和HaruhikoAsada专利技术了OmnidirectionalSphericalTireMechanism。其结构主要由两条平行的圆棒和若干个球形轮组成，圆棒与球形轮之间保持点接触，球形轮可以沿平行于圆棒轴线的方向运动，同时圆棒的转动又可带动球形轮沿垂直于圆棒轴线的方向运动。因此，该履带机构具有在平面上的两个运动自由度，即沿x轴、y轴的平动。“VUTON”Crawler是由日本的ShigeoHirose教授专利技术，他的专利技术灵感来源于某全方位轮。Hirose教授想通过一连串的自由辊子代替了原有的全方位轮，从而将其演变成一种履带式全方位移动机构。如图1所示，它的结构主要是由一对链条2、3和若干个圆柱形的自由辊子6构成，两条链条之间保持固定的间距，它们之间用矩形框5连接，自由辊子则固定在矩形框上，它们可绕自身轴线转动，但保持始终水平姿态。这种机构的特点是结构平坦、紧凑；相比原有的全方位轮，接地面积增大，载重能力也增强；同时由于与地面之间不发生滑移现象且接地面积较大，所以对地面的破坏程度较小。“VUTON”移动履带(crawler)是与本专利技术相近似的一种方案，在前文中已对其有所介绍，它的实物结构如图2所示，其主要由主动轮轴1、内侧链条2、外侧链条3、调速带4、矩形框5、框支架6、辊子7及张紧装置8构成，其中辊子轴线与主动轮轴线的夹角为90°，即辊子的偏置角为90°(1)越障能力差。“VUTON”移动履带中的部分结构设计，例如采用90°偏置角辊子和矩形框等，导致其通过具有台阶、槽沟等障碍的路面的能力较差，从而降低了其通过性。日本三重大学(Mieuniversity)的PengChen等人针对当前大多数全方位移动机构只能适用于平坦路面而不能用于复杂不平路面的问题，设计了Crawler-RollerRunningMechanism。该机构是在一个链传动机构上增加了若干的自由轮，每两个自由轮为一组，它们的安装方向与链条的传动方向垂直。这些自由轮使得该机构不仅具有横向运动的自由度，还能攀爬台阶等障碍物，因此它不仅可以实现全方位运动，还具备了一定的越障能力。日本工程师KenjiroTadakuma、RiichiroTadakuma和HiroakiKinoshita等人专利技术了一种具有圆形横截面的履带式全方位移动机构。该机构的横截面为圆形，它除了可以实现纵向运动外，还具备了一个沿纵轴方向的主动旋转轴，从而又可实现横向运动。前文所述的几种履带式全方位移动机构，都利用了自由辊子，由于自由辊子是被动驱动的，且其尺寸相对于整个履带较小，所以会造成履带克服台阶和不连续路面等障碍的能力差。而该履带机构没有了自由辊子，所以能有效克服上述几种结构的缺点，但其结构设计较为复杂。Mecanum轮是一种典型的轮式全方位移动机构，如图3所示，它主要由轮毂9和固定在轮毂上的一系列均匀分布的鼓形辊子11组成，辊子的外廓包络线10与轮子的理论圆周线相重合，辊子可以绕其轴线自由旋转，辊子轴线和轮毂轴线的夹角为辊子的偏置角，通常为±45°。Mecanum轮在平面上具有3个运动自由度：一是绕轮子轴线转动；二是沿接地辊子轴线垂线方向平动；三是绕轮子和地面的接触点转动。Mecanum轮是一种刚性轮，其接地辊子与地面之间是点接触，通常为一点或两点接触，接地面积非常小，所以在运动过程中，容易产生振动和滑移，尤其在高速运动下更为明显，从而影响运动的稳定性。另外，点接触也决定了Mecanum轮只能适用于平坦路面，在随机不平路面上的运动精度难以保证。同时，由于Mecanum轮接地面积小，地面所受压强大，所以也容易对地面造成破坏。Mecanum轮结构的关键在于辊子的设计，因为理论上要求辊子外廓包络线应是一个标准的圆周，而辊子的外轮廓曲线主要决定了辊子外廓包络线的圆度误差。但是现有辊子外轮廓曲线的计算方法复杂且仍存在一定的误差，而且在加工过程中也可能出现误差。另外，轮毂的加工精度也需要保证。上述因素很可能使辊子外廓包络线产生较大的圆度误差，从而在运动过程中产生较大的振动，影响运动稳定性和精度。总而言之，Mecanum轮的结构设计复杂，对加工精度要求高。
技术实现思路
为了解决现有的Mecanum轮运动颠簸、路面适应能力差，以及为了解决“VUTON”移动履带越障能力差的问题，以及提高全方位移动机构运动的稳定性和精度，本专利技术提供了一种全方位移动履带，其主要由主动轮(12)、履带板(13)、辊子(14)、负重轮(15)、托带轮(16)以及诱导轮(17)构成，其特征在于，由多个履带板(13)拼接而成，所述辊子(14)固定在所述每个履带板的辊子支架(23)上，其转动轴线与所述全方位移动履带的主动轮(12)的轴线设置成一定的夹角，形成所述辊子(14)的偏置角。所述履带板(13)由板体(19)、导向齿(20)、啮合轴(21)、销孔(22)、以及辊子支架(23)构成，其中板体(19)用于支撑负重轮(15)和托带轮(16)，其中所述啮合轴(21)与所述主动轮(12)上的齿圈相互啮合以实现动力的转换，所述销孔(22)用于将多个履带板拼接成一条完整的履带。所述辊子(14)可自由转动，其外轮廓为圆柱体形状。所述履带板的辊子支架(23)的轴线与所述主动轮(12)轴线成一固定夹角，以使整条履带上的所述辊子(14)形成统一的固定偏置角。所述辊子(14)在整条履带上均匀分布，所述辊子(14)具有固定偏置角，其偏置角范围在(0°，90°)或(-90°，0°)之间。优选所述辊子(14)的偏置角为±45°。所述全方位移动履带的诱导轮(17)与所述主动轮(12)的结构相同，所述诱导轮(17)可与所述主动轮(12)同时提供驱动力。所述辊子(14)可自由转动，其外轮廓为圆柱体形状。所述主动轮(12)为双齿圈结构。所述负重轮(15)上具有导向槽，其与履带板(13)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全方位移动履带，其主要由主动轮(12)、履带板(13)、辊子(14)、负重轮(15)、拖带轮(16)以及诱导轮(17)构成，其特征在于，由多个履带板(13)拼接而成，所述辊子(14)固定在所述每个履带板的辊子支架(23)上，其转动轴线与所述全方位移动履带的主动轮(12)的轴线设置成一定的夹角，形成所述辊子(14)的偏置角。

【技术特征摘要】
1.一种全方位移动履带，其主要由主动轮(12)、履带板(13)、辊子(14)、负重轮(15)、托带轮(16)以及诱导轮(17)构成，其特征在于，所述全方位移动履带由多个履带板(13)拼接而成，所述辊子(14)固定在所述每个履带板的辊子支架(23)上，其转动轴线与所述全方位移动履带的主动轮(12)的轴线设置成一定的夹角，形成所述辊子(14)的偏置角；所述履带板(13)由板体(19)、导向齿(20)、啮合轴(21)、销孔(22)、以及辊子支架(23)构成，其中板体(19)用于支撑负重轮(15)和托带轮(16)，其中所述啮合轴(21)与所述主动轮(12)上的齿圈相互啮合以实现动力的转换，所述销孔(22)用于将多个履带板拼接成一条完整的履带；所述辊子(14)可自由转动，其外轮廓为圆柱体形状。2.如权利要求1所述的全方位移动履带，其特征在于，所述履带板的辊子支架(23)的轴线与所述主动轮(12)轴线成一固定夹角，以使...

【专利技术属性】
技术研发人员：张豫南，黄涛，颜南明，张健，尚颖辉，李年裕，李瀚飞，蔡志远，王双双，田鹏，闫永宝，赵玉慧，孙晓雨，吴中坚，李辉，张舒阳，王恒，
申请(专利权)人：张豫南，
类型：发明
国别省市：