[發(fā)明專利]全方位移動履帶

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210347201.X
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN103043128A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)ツ?/a>;黃濤;顏南明;張健;尚穎輝;李年裕;李瀚飛;蔡志遠(yuǎn);王雙雙;田鵬;閆永寶;趙玉慧;孫曉雨;吳中堅(jiān);李輝;張舒陽;王恒
• 申請（專利權(quán)）人: 張?jiān)ツ?/a>
• 主分類號: B62D55/08
• 分類號: B62D55/08;B62D55/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于移動機(jī)械裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有全方位運(yùn)動特性的移動履帶。

背景技術(shù)

對于移動機(jī)構(gòu)而言，全方位運(yùn)動是指在空間坐標(biāo)系XYZ下，物體在XY平面上同時(shí)具有三個自由度的運(yùn)動，即沿X軸、Y軸的平動和繞Z軸的轉(zhuǎn)動。因此，可實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動的移動機(jī)構(gòu)也稱之為全方位移動機(jī)構(gòu)。移動機(jī)構(gòu)按其結(jié)構(gòu)通常可分為輪式、履帶式和腿足式，此外還有適用于特定場合的步進(jìn)式、蠕動式和蛇形式。目前，絕大多數(shù)全方位移動機(jī)構(gòu)都是輪式的，主要有麥克納姆輪(Mecanum?wheel)、連續(xù)切換輪(Alternate?wheel)、正交輪(Orthogonal?wheel)、球輪(ball?wheel)和Rover輪等。其中麥克納姆輪是工程上應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)之一。

然而，對履帶式全方位移動機(jī)構(gòu)的研究則相對滯后，直到上世紀(jì)90年代初才開始有這方面的研究成果出現(xiàn)。現(xiàn)有的履帶式全方位移動機(jī)構(gòu)都是由國外設(shè)計(jì)研制的，主要有Omnidirectional?Spherical?Tire?Mechanism、“VUTON”Crawler、Crawler-Roller?Running?Mechanism和Omni-Crawler?with?Circular?Cross-Section等，但它們目前還未在工程上得到廣泛應(yīng)用。而國內(nèi)對履帶式全方位移動機(jī)構(gòu)的研究還處于空白。

上世紀(jì)90年代初，美國工程師Mark?West和Haruhiko?Asada發(fā)明了Omnidirectional?Spherical?Tire?Mechanism。其結(jié)構(gòu)主要由兩條平行的圓棒和若干個球形輪組成，圓棒與球形輪之間保持點(diǎn)接觸，球形輪可以沿平行于圓棒軸線的方向運(yùn)動，同時(shí)圓棒的轉(zhuǎn)動又可帶動球形輪沿垂直于圓棒軸線的方向運(yùn)動。因此，該履帶機(jī)構(gòu)具有在平面上的兩個運(yùn)動自由度，即沿x軸、y軸的平動。

“VUTON”Crawler是由日本的Shigeo?Hirose教授發(fā)明，他的發(fā)明靈感來源于某全方位輪。Hirose教授想通過一連串的自由輥?zhàn)哟媪嗽械娜轿惠啠瑥亩鴮⑵溲葑兂梢环N履帶式全方位移動機(jī)構(gòu)。如圖1所示，它的結(jié)構(gòu)主要是由一對鏈條2、3和若干個圓柱形的自由輥?zhàn)?構(gòu)成，兩條鏈條之間保持固定的間距，它們之間用矩形框5連接，自由輥?zhàn)觿t固定在矩形框上，它們可繞自身軸線轉(zhuǎn)動，但保持始終水平姿態(tài)。這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)平坦、緊湊；相比原有的全方位輪，接地面積增大，載重能力也增強(qiáng)；同時(shí)由于與地面之間不發(fā)生滑移現(xiàn)象且接地面積較大，所以對地面的破壞程度較小。“VUTON”移動履帶(crawler)是與本發(fā)明相近似的一種方案，在前文中已對其有所介紹，它的實(shí)物結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要由主動輪軸1、內(nèi)側(cè)鏈條2、外側(cè)鏈條3、調(diào)速帶4、矩形框5、框支架6、輥?zhàn)?及張緊裝置8構(gòu)成，其中輥?zhàn)虞S線與主動輪軸線的夾角為90°，即輥?zhàn)拥钠媒菫?0°(1)越障能力差。“VUTON”移動履帶中的部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，例如采用90°偏置角輥?zhàn)雍途匦慰虻龋瑢?dǎo)致其通過具有臺階、槽溝等障礙的路面的能力較差，從而降低了其通過性。

日本三重大學(xué)(Mie?university)的Peng?Chen等人針對當(dāng)前大多數(shù)全方位移動機(jī)構(gòu)只能適用于平坦路面而不能用于復(fù)雜不平路面的問題，設(shè)計(jì)了Crawler-Roller?Running?Mechanism。該機(jī)構(gòu)是在一個鏈傳動機(jī)構(gòu)上增加了若干的自由輪，每兩個自由輪為一組，它們的安裝方向與鏈條的傳動方向垂直。這些自由輪使得該機(jī)構(gòu)不僅具有橫向運(yùn)動的自由度，還能攀爬臺階等障礙物，因此它不僅可以實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動，還具備了一定的越障能力。

日本工程師Kenjiro?Tadakuma、Riichiro?Tadakuma和Hiroaki?Kinoshita等人發(fā)明了一種具有圓形橫截面的履帶式全方位移動機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的橫截面為圓形，它除了可以實(shí)現(xiàn)縱向運(yùn)動外，還具備了一個沿縱軸方向的主動旋轉(zhuǎn)軸，從而又可實(shí)現(xiàn)橫向運(yùn)動。前文所述的幾種履帶式全方位移動機(jī)構(gòu)，都利用了自由輥?zhàn)樱捎谧杂奢佔(zhàn)邮潜粍域?qū)動的，且其尺寸相對于整個履帶較小，所以會造成履帶克服臺階和不連續(xù)路面等障礙的能力差。而該履帶機(jī)構(gòu)沒有了自由輥?zhàn)樱阅苡行Э朔鲜鰩追N結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。

Mecanum輪是一種典型的輪式全方位移動機(jī)構(gòu)，如圖3所示，它主要由輪轂9和固定在輪轂上的一系列均勻分布的鼓形輥?zhàn)?1組成，輥?zhàn)拥耐饫j(luò)線10與輪子的理論圓周線相重合，輥?zhàn)涌梢岳@其軸線自由旋轉(zhuǎn)，輥?zhàn)虞S線和輪轂軸線的夾角為輥?zhàn)拥钠媒牵ǔ椤?5°。