專利名稱：履帶與輪式結合的擺臂式菱形行走裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及到行走裝置的設計領域，特指一種履帶與輪式結合的擺臂式菱形行 走裝置，可適用于惡劣環(huán)境下的無人探測和礦石采集領域。
技術背景目前，于惡劣環(huán)境下的進行無人探測和礦石采集時，普遍采用自動行走裝置，比如 用于完成月面探測和礦石采集的月球探測車。對于現(xiàn)有的國內月球探測車來說，其行動 裝置基本都是采用輪式結構。對于月面環(huán)境而言，由于其地面條件復雜未知，且多以軟 泥砂為主，這對探測器的行走裝置有著特殊的要求1、月球表面多為柔軟的軟性土壤， 月球車必須要有很強的翻越障礙、跨越溝壕和軟地行駛能力?，F(xiàn)有的月球車均為采用輪 式結構，由于與地面的接觸面積較小，在軟地行駛方面具有先天不足，這將會大大影響 月球車的活動范圍和增加能源消耗。2、在月面地形非常復雜的情況下，探測器必須要有 很強的靈活性和機動性能，這對月球車的行走裝置有很高的要求。目前的月球車的底盤 布置多采用平行布置的方式，轉向半徑較大，靈活性不強，在月面環(huán)境下行駛還會有諸 多不足。目前的月球車在以上兩方面做得都還不夠完善，尤其是在軟地行駛和跨越溝壕 能力方面有較大欠缺，其他領域的探測車輛也同樣具有以上缺陷。 發(fā)明內容本發(fā)明要解決的問題就在于針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一種結構 簡單緊湊、成本低廉、能適合各種惡劣環(huán)境下作業(yè)、適用范圍廣、穩(wěn)定性好的履帶與輪 式結合的擺臂式菱形行走裝置。為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的解決方案為 一種履帶與輪式結合的擺臂式菱 形行走裝置，其特征在于它包括類菱形的車架以及安裝于車架上的前輪、后輪和兩個 履帶行動裝置，前輪和后輪分別通過懸架裝設于車架的前側和后側，兩個履帶行動裝置 分別通過履帶行動裝置懸架裝設于車架的左側和右側，所述前輪和后輪內均裝設有轉向 系統(tǒng)。所述轉向系統(tǒng)包括連接板、支持橋、轉向減速機、轉向電機、中心軸以及轉動主銷， 車輪的輪轂通過連接板固定于中心軸上，轉向減速機與支持橋固接，中心軸與轉動主銷 固接，轉向電機通過轉向減速機與轉動主銷相連。所述履帶行動裝置包括履帶行動裝置懸架、主動輪、連接件、導向輪、負重輪、履 帶環(huán)以及安裝于主動輪中的獨立驅動系統(tǒng)，所述履帶環(huán)繞設于主動輪、導向輪和負重輪 上，導向輪和負重輪位于同一側，導向輪位于負重輪的上方，所敘主動輪、導向輪和負 重輪通過連接件相連。所述獨立驅動系統(tǒng)包括驅動電機、內齒輪、小齒輪和支撐板，固定于支撐板上的驅 動電機的輸出軸與小齒輪相連，小齒輪與內齒輪嚙合，內齒輪與主動輪輪轂固接。所述履帶行動裝置懸架包括導向桿、減震彈簧以及解鎖器，導向桿與連接件相連， 減震彈簧套設于導向桿上，導向桿的底部設有解鎖器。所述解鎖器采用電磁感應原理，跟步進電機的保持力矩原理一樣，在通電時其輸出軸相對解鎖器固定，不能自由轉動;斷電時解鎖，其輸出軸可以自由轉動。所述解鎖器通過螺栓與導向桿底部固連，履帶行動裝置的連接件通過連接銷跟解鎖 器輸出軸固連。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點就在于1、 本發(fā)明采用的底盤結構為搖臂式類菱形底盤，在同樣的轉向角度下，可以顯著減 小月球車的轉向半徑，提高月球車的轉向靈活性。同時轉向半徑小，與周圍環(huán)境的干涉 幾率會降低，從而提高月球車的適應性；2、 本發(fā)明底盤的中間輪被履帶式行動裝置所代替，可以提高履帶車輛的越壕能力和 越障能力，增強月球車的機動性能；另外，由于履帶行動裝置與地面的接觸面積較大， 更適合在月面的軟性土壤上行駛；3、 本發(fā)明中履帶行動裝置作為一個整體，定位在鎖住-解鎖器上，鎖住-解鎖器固定 在裝有減震系統(tǒng)的懸架上，平時行走的時候，鎖住-解鎖器是解鎖的，此時可以保證四個 輪子一直與地面接觸，保證其接地性能，提高車身的行駛平順性。同時，由于履帶是隨 動的，路面的起伏對車身的姿態(tài)變化影響較小，從而可以提高月球車行駛的穩(wěn)定性；4、 本發(fā)明的前、后兩輪均采用搖臂式懸架系統(tǒng)與車身相連，可以大大增強月球車的 翻越障礙物的能力；5、 本發(fā)明相對較長的履帶行動裝置，越壕溝性能明顯優(yōu)越于其他月球車。
圖1是本發(fā)明的立體結構示意圖； -圖2是本發(fā)明中履帶行動裝置的結構示意圖； 圖3是本發(fā)明中前輪或后輪的結構示意圖；圖4是本發(fā)明履帶行動裝置中主動輪的立體結構示意圖； 圖5是本發(fā)明履帶行動裝置中主動輪的主視結構示意圖； 圖6是本發(fā)明前輪或后輪中轉向系統(tǒng)的結構示意圖； 圖7是本發(fā)明越障應用實例示意圖一； 圖8是本發(fā)明越障應用實例示意圖二；圖9-l、 9-2、 9-3、 9-4、 9-5、 9-6是本發(fā)明越障應用實例示意圖三; 圖10-1、 10-2、 10-3、 10-4、 10-5、 10-6是本發(fā)明越壕溝應用實例示意圖。 圖例說明1、前輪2、履帶行動裝置3、后輪4、履帶行動裝置懸架5、主動輪6、連接件7、鎖住解鎖器8、導向桿9、減震彈簧10、導向輪11、負重輪12、驅動電機13、支撐板14、軸承15、連接板16、支持橋17、轉向減速機18、轉向電機19、軸承20、中心軸21、轉動主銷22、車架23、懸架24、履帶環(huán)25、輪轂26、內齒輪27、小齒輪28、主動輪輪轂具體實施方式
以下將結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1-圖6所示，本發(fā)明履帶與輪式結合的擺臂式菱形行走裝置，它類菱形的車架 22以及安裝于車架22上的前輪1 、后輪3和兩個履帶行動裝置2，前輪1和后輪3分別 通過懸架23裝設于車架22的前側和后側，兩個履帶行動裝置2分別通過履帶行動裝置 懸架4裝設于車架22的左側和右側，前輪1和后輪3內均裝設有轉向系統(tǒng)。在本實施例 中，參見圖3和圖6所示，轉向系統(tǒng)包括連接板15、支持橋16、轉向減速機17、轉向電 機18、中心軸20以及轉動主銷21，車輪的輪轂25通過連接板15固定于中心軸20上，轉向減速機17與支持橋16固接，中心軸20與轉動主銷21固接，轉向電機18通過轉向 減速機17與轉動主銷21相連。參見圖2所示，本實施例中履帶行動裝置2包括履帶行 動裝置懸架4、主動輪5、連接件6、導向輪IO、負重輪ll、履帶環(huán)24以及安裝于主動 輪5中的獨立驅動系統(tǒng)，履帶環(huán)24繞設于主動輪5、導向輪10和負重輪11上，導向輪 10和負重輪11位于同一側，導向輪10位于負重輪11的上方，履帶行動裝置懸架4通過 連接件6與主動輪5、導向輪10和負重輪11相連。履帶行動裝置懸架4包括導向桿8、 減震彈簧9以及解鎖器7，導向桿8與連接件6相連，減震彈簧9套設于導向桿8上，導 向桿8的底部設有解鎖器7。參見圖4和圖5所示，本實施例中，獨立驅動系統(tǒng)包括驅動 電機12、內齒輪26、小齒輪27和支撐板13，固定于支撐板13上的驅動電機4的輸出軸 與小齒輪27相連，小齒輪27與內齒輪26嚙合，內齒輪26與主動輪輪轂28固接。其中， 解鎖器采用電磁感應原理，跟步進電機的保持力矩原理一樣，在通電時其輸出軸相對解 鎖器固定，不能自由轉動;斷電時解鎖，其輸出軸可以自由轉動。解鎖器通過螺栓與導向 桿底部固連。履帶行動裝置的連接件通過連接銷跟解鎖器輸出軸固連。在一般行駛時，驅動力由履帶裝置中的主動輪5內動力裝置提供，動力由驅動電機 12輸出到小齒輪27上，小齒輪27與內齒輪26嚙合，內齒輪26跟主動輪5是固連的， 所以內齒輪26把驅動力傳遞到主動輪5上，主動輪5通過齒傳遞到履帶環(huán)24上，即驅 動履帶環(huán)24跟地面產(chǎn)生相對運動，實現(xiàn)行駛動作。在一般行駛過程中，履帶行動裝置的 連接件6跟鎖住解鎖器7是解鎖的，即履帶行動裝置可以繞鎖住解鎖器7和履帶行動裝 置連接件6的定位中心自由轉動。這樣無論路況怎么樣，總有一部分履帶環(huán)2與路面保 持接觸，從而提高車身的行駛平順性。在翻越障礙物的時候，如果障礙物的高度低于前輪l的話，如圖7，則無需動作，直 接通過輪子良好的抓地性能和強大的驅動力即可以實現(xiàn)越障。如果障礙物的高度高于前 輪1直徑而低于導向輪10中心到地面的高度的話，如圖8 ，首先將鎖住解鎖器7設置在鎖住狀態(tài)，這樣可以避免當前輪1抬起時出現(xiàn) 車身向前傾覆狀況，然后通過蝸輪蝸桿減速機17的動力輸出使得前輪2繞蝸輪蝸桿轉向 減速機17輸出軸中心旋轉，從而向上擺起，然后將前輪1置于障礙物上，然后直接驅動 履帶行動裝置2，由于履帶行動裝置2的優(yōu)越的越野性能，對于低于導向輪10中心到地 面高度的障礙，履帶行動裝置2都可以輕松越過。如果障礙物高度高于導向輪10中心到地面高度，如圖9-l所示。先給解鎖器7通電 使之設置在鎖住狀態(tài)，使得履帶行動裝置2相對車架22不發(fā)生運動，避免當前輪1抬起時出現(xiàn)車身向前傾覆狀況。然后通過蝸輪蝸桿的轉向減速機17的動力輸出把前輪2繞蝸 輪蝸桿的轉向減速機17輸出軸中心旋轉，把前輪2擺起，直至將前輪1抬至障礙物高度 以上，如圖9-2。然后驅動至前輪2完全置于障礙物之上，如圖9-3。然后將前輪2通過 懸架23繞蝸輪蝸桿的轉向減速機17往下擺，將整車前部抬起，直至導向輪10中心高于 障礙物的高度，如圖9-4。根據(jù)履帶行動裝置2的特點，此時只要直接驅動即可越過障礙 物，當車全部置于障礙物之上時，如圖9-5。下一步就將前輪1再繞蝸輪蝸桿的轉向減速 機17輸出軸下擺至接觸地面，然后解鎖器7斷電解鎖，如圖9-6。當前方出現(xiàn)壕溝時，如圖10-1所示，先將解鎖器7通電使之置于鎖住狀態(tài)，使得履 帶行動裝置2跟車架22為一個整體，前輪l懸空時車身不至于向前傾覆。然后直接向前 行駛，使前輪l接觸到壕溝另一端，這時要求車的重心還未離開溝壕這一端，如圖10-2。 這樣就可以保證月球車不會傾覆到溝壕中，然后繼續(xù)行駛，履帶一部分懸空沒有關系， 該發(fā)明履帶行動裝置2相對較長， 一部分履帶總是接地的，可以保證月球車一直是穩(wěn)定 行走，然后一直走到履帶行動裝置前部開始接觸壕溝另一端，如圖10-3。繼續(xù)驅動，此 時履帶裝置2與壕溝兩端都接觸，如圖10-4。繼續(xù)驅動直至車的重心通過壕溝，此時要 求后輪2還未離開溝壕這端，這樣就可以保證月球車不會往后傾覆，如圖10-5。當重心 過壕溝之后，就可以繼續(xù)驅動直至整車通過壕溝了。如圖10-6。也就是說，如果壕溝寬 度低于我們的最大越壕溝寬度的話，我們其實只需要將鎖住解鎖器2置于鎖住狀態(tài)，然 后直接驅動就可輕松越過壕溝。如果壕溝另一端高度高于開始端高度的話，我們可以在 前輪2離地后適當把前輪2往上擺一邊更好的抵達溝壕的另一端。以月球車使用本發(fā)明的行走裝置為例，菱形履帶-輪式混合月球車的轉向可以有兩種 方法 一為通過控制前后兩輪的轉動角度，二靠中間兩履帶行動裝置2的差速。方法一 利用轉向電機驅動前輪1和后輪3轉向，使其與行駛方向產(chǎn)生一定角度，在中間履帶行 動裝置2中的驅動電機12的驅動下產(chǎn)生轉向。這種方法可以使月球車行駛的時候執(zhí)行轉 向操控，從而提高月球車的行駛速度和工作效率。在一些更加惡劣的情況下，可以采用 方法二即差速法。差速法即利用中間履帶行動裝置2中的驅動電機12，使兩履帶行動裝 置產(chǎn)生相反的速度，同時通過前輪1和后輪3的轉向電機18使前后輪轉到合適的角度， 在差速的作用下，可以使月球車繞車身上某一點旋轉，從而大大減小月球車的轉彎半徑， 提高月球車的轉向靈活性。方法二是月球車在很小的空間內轉向， 一般需先將月球車停 止下來，通過控制才能夠實現(xiàn)。
權利要求
1、一種履帶與輪式結合的擺臂式菱形行走裝置，其特征在于它包括類菱形的車架(22)以及安裝于車架(22)上的前輪(1)、后輪(3)和兩個履帶行動裝置(2)，前輪(1)和后輪(3)分別通過懸架(23)裝設于車架(22)的前側和后側，兩個履帶行動裝置(2)分別通過履帶行動裝置懸架(4)裝設于車架(22)的左側和右側，所述前輪(1)和后輪(3)內均裝設有轉向系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的履帶與輪式結合的擺臂式菱形行走裝置，其特征在于所 述轉向系統(tǒng)包括連接板(15)、支持橋(16)、轉向減速機(17)、轉向電機(18)、中心 軸(20)以及轉動主銷(21)，車輪的輪轂(25)通過連接板(15)固定于中心軸(20) 上，轉向減速機(17)與支持橋(16)固接，中心軸(20)與轉動主銷(21)固接，轉 向電機(18)通過轉向減速機(17)與轉動主銷(21)相連。
3. 據(jù)權利要求1或2所述的履帶與輪式結合的擺臂式菱形行走裝置，其特征在于 所述履帶行動裝置(2)包括履帶行動裝置懸架(4)、主動輪(5)、連接件(6)、導向輪(10)、負重輪(11)、履帶環(huán)(24)以及安裝于主動輪(5)中的獨立驅動系統(tǒng)，所述履 帶環(huán)(24)繞設于主動輪(5)、導向輪(10)和負重輪(11)上，導向輪(10)和負重 輪(U)位于同一側，導向輪(10)位于負重輪(11)的上方，所述履帶行動裝置懸架(4)通過連接件(6)與主動輪(5)、導向輪(10)和負重輪(11)相連。
4. 據(jù)權利要求3所述的履帶與輪式結合的擺臂式菱形行走裝置，其特征在于所述 獨立驅動系統(tǒng)包括驅動電機(12)、內齒輪(26)、小齒輪(27)和支撐板(13)，固定于 支撐板(13)上的驅動電機(4)的輸出軸與小齒輪(27)相連，小齒輪(27)與內齒輪(26)嚙合，內齒輪(26)與主動輪輪轂(28)固接。
5. 據(jù)權利要求1或2所述的履帶與輪式結合的擺臂式菱形行走裝置，其特征在于 所述履帶行動裝置懸架(4)包括導向桿(8)、減震彈簧(9)以及解鎖器(7)，導向桿(8)與連接件(6)相連，減震彈簧(9)套設于導向桿(8)上，導向桿(8)的底部設 有解鎖器(7)。
6. 據(jù)權利要求3所述的履帶與輪式結合的擺臂式菱形行走裝置，其特征在于所述 履帶行動裝置懸架(4)包括導向桿(8)、減震彈簧(9)以及解鎖器(7)，導向桿(8) 與連接件(6)相連，減震彈簧(9)套設于導向桿(8)上，導向桿(8)的底部設有解 鎖器(7)。7、根據(jù)權利要求4所述的履帶與輪式結合的擺臂式菱形行走裝置，其特征在于所述履帶行動裝置懸架(4)包括導向桿(8)、減震彈簧(9)以及解鎖器(7),導向桿(8) 與連接件(6)相連，減震彈簧(9)套設于導向桿(8)上，導向桿(8)的底部設有解 鎖器(7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種履帶與輪式結合的擺臂式菱形行走裝置，它包括類菱形的車架以及安裝于車架上的前輪、后輪和兩個履帶行動裝置，前輪和后輪分別通過懸架裝設于車架的前側和后側，兩個履帶行動裝置分別通過履帶行動裝置懸架裝設于車架的左側和右側，所述前輪和后輪內均裝設有轉向系統(tǒng)。本發(fā)明是一種結構簡單緊湊、成本低廉、能適合各種惡劣環(huán)境下作業(yè)、適用范圍廣、穩(wěn)定性好的履帶與輪式結合的擺臂式菱形行走裝置。
文檔編號B62D55/02GK101214832SQ20081003044
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月9日 優(yōu)先權日2008年1月9日
發(fā)明者尤紅耀, 文桂林, 楊興發(fā), 平 鄒, 馬傳帥 申請人:湖南大學