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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410655281.4 (22)申请日 2014.11.18 B62D 55/08(2006.01) (71)申请人上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路800号 (72)发明人颜国正 石煜 王志武 姜萍萍 刘大生 (74)专利代理机构上海交达专利事务所 31201 代理人王毓理 王锡麟 (54) 发明名称 适应复杂路况的履带式移动机器人轮带结构 (57) 摘要 一种专用机器人技术领域的适应复杂路况的 履带式移动机器人轮带结构，包括：轮毂和履带， 轮毂由轮轴套筒、中心轮盘、若干轮杆和两个挡板 组成，中心轮盘设置于两个挡。
2、板的端面中间，且三 者均轴向设置于轮轴套筒上，各个轮杆穿过中心 轮盘分别均匀设置于两个挡板之间形成轮毂齿 面；所述的履带由带齿面和带背齿组成，带齿面 均匀分布齿状凸起且与轮毂齿面啮合，带背齿设 置凸起结构且与地面接触。本发明设计结构简单， 越障能力更强，轮毂有自适应除杂能力，提高了履 带机器人在复杂路况下的稳定性。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104386152 A (43)申请公布日 2015.03.04 CN 104386152 A 1/1页 2 1.一种适应复杂路况的履。
3、带式移动机器人轮带结构，其特征在于，包括：轮毂和履带， 所述的轮毂由轮轴套筒、中心轮盘、若干轮杆和两个挡板组成，其中；中心轮盘设置于两个 挡板的端面中间，且三者均轴向设置于轮轴套筒上，各个轮杆穿过中心轮盘分别均匀设置 于两个挡板之间形成轮毂齿面；所述的履带由带齿面和带背齿组成，其中：带齿面均匀分 布齿状凸起且与轮毂齿面啮合，带背齿设置凸起结构且与地面接触； 所述的带背齿的截面形状为梯形，该截面形状根据履带的纵向阻力和推土阻力确 定，其中：履带的纵向阻力产生于土壤的摩擦力和剪切力，其纵向阻力表示为：F max Ac+Wtan，其中，A为履带面积，c为土壤黏性附着系数，W为履带的垂直负荷，为土壤的。
4、 剪切阻力角，Wtan即为推土阻力。 2.根据权利要求1所述的结构，其特征是，所述的中心轮盘的截面整体为圆形，其圆心 位置为与轮轴套筒相配合的中心孔，圆周上开有与轮杆相适应的通孔。 3.根据权利要求1或2所述的结构，其特征是，所述的挡板的截面整体为圆形，其圆心 为与轮轴套筒相配合的圆孔，中部为辐条结构，圆周上开有与轮杆相适应的通孔。 4.根据权利要求3所述的结构，其特征是，所述的轮杆的截面形状为梯形。 权 利 要 求 书CN 104386152 A 1/3页 3 适应复杂路况的履带式移动机器人轮带结构 技术领域 0001 本发明涉及的是一种专用机器人领域的行走机构，具体是一种适应复杂路况的履 。
5、带式移动机器人轮带结构。 背景技术 0002 近年来，在星球表面探测、事故救灾、管道检测、爆炸物处理、防核辐射污染等极限 环境和复杂现场中，采用机器人代替人类作业的方案被广泛采纳。履带式移动机器人对地 压力小，不容易出现打滑现象，牵引性能良好，能够很好地适应特殊地形。特别是在爬越坡 面，跨越障碍、壕沟，以及在泥泞、碎石等路面行走时，履带式移动机器人更具优越性，因此 获得了广泛应用。 0003 自20世纪80年代起，就有专家对其展开了系统研究，比较有代表性的有美国 iRoBot公司的Packbot系列机器人、英国的Supper Wheelbarrow排爆机器人、加拿大布鲁 克大学的AZIMUT机。
6、器人等。国内在移动机器人领域的研究也取得了一定成果，如沈阳自动 化研究所的CLIMBER机器人、北京航空航天大学的可重构机器人等。 0004 履带式移动机器人在极限和复杂环境中替代人类作业的趋势明显，技术发展较 快，但目前针对复杂路况的轮带结构设计还需进一步探讨。特别是现有的履带机器人在通 过复杂路面时，轮带接触面容易进入碎石泥土等固体杂质，堵塞轮毂面，增大轮毂外径，导 致履带打滑以及相对长度变短，轮面径向力增大，甚至轮轴变形等一系列问题，都急需解 决。 0005 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103373404，公开日2012-04-27， 公开了一种轮履腿复合式移动机器人。该。
7、技术在一定程度上解决了履带机器人结构复杂， 越障能力差，承载能力低，等技术问题。但该技术的不足之处在于：1、轮履腿复合的结构简 单，越障高度受限于腿长；2、没有考虑复杂路面的灰尘泥土等干扰因素，轮带接触面容易积 累杂质，堵塞齿槽，影响履带传动。 发明内容 0006 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种适应复杂路况的履带式移动机器 人轮带结构，该设计结构简单，越障能力更强，轮毂有自适应除杂能力，提高了履带机器人 在复杂路况下的稳定性。 0007 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：轮毂和履带，所述的轮毂由轮轴 套筒、中心轮盘、若干轮杆和两个挡板组成，其中：中心轮盘设置于两个挡板的端。
8、面中间，且 三者均轴向设置于轮轴套筒上，各个轮杆穿过中心轮盘分别均匀设置于两个挡板之间形成 轮毂齿面；所述的履带由带齿面和带背齿组成，其中：带齿面均匀分布齿状凸起且与轮毂 齿面啮合，带背齿设置凸起结构且与地面接触。 0008 所述的带背齿的截面形状为梯形，该截面形状根据履带的纵向阻力和推土阻力 确定，其中：履带的纵向阻力产生于土壤的摩擦力和剪切力，其纵向阻力表示为：F max 说 明 书CN 104386152 A 2/3页 4 Ac+Wtan，其中，A为履带面积，c为土壤黏性附着系数，W为履带的垂直负荷，为土壤的 剪切阻力角，Wtan即为推土阻力。根据上述公式，为了减小纵向阻力F max ，。
9、应当减小土壤 的剪切阻力角，即推土阻力，故将带背齿截面设计为梯形以达到此目的。 0009 所述的中心轮盘的截面整体为圆形，其圆心位置为与轮轴套筒相配合的中心孔， 圆周上开有与轮杆相适应的通孔。 0010 所述的挡板的截面整体为圆形，其圆心为与轮轴套筒相配合的圆孔，中部为辐条 结构，圆周上开有与轮杆相适应的通孔。 0011 所述的轮杆的截面形状为梯形。 0012 本发明驱动轮毂工作时，通过电机驱动轮轴，带动轮毂转动，轮毂外侧由轮杆形成 齿面，与履带的齿面啮合。驱动轮毂为空心结构，挡板辐条间空隙较大，碎石泥土等杂质落 入齿槽后很容易被挤压排出，保证了轮毂和履带的正常运转。 技术效果 0013 与现。
10、有技术相比，本发明所述的轮带结构简单，架构牢固，传动效率高，轮毂采用 轮杆结构和开放型的挡板，自动挤压排出齿槽杂质，提高了运动系统的自适应性和稳定性， 为履带机器人在复杂路况中正常行进提供了保障。 附图说明 0014 图1为本发明的轮毂的结构示意图； 0015 图2为本发明的履带的侧视图； 0016 图3为本发明的中心轮盘的结构示意图； 0017 图4为本发明的挡板的结构示意图。 具体实施方式 0018 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1 0019 如图1、图2和。
11、图3所示，本实施例包括：轮毂和履带，所述的轮毂由轮轴套筒1、中 心轮盘2、若干轮杆3、两个挡板4、辐条5组成，其中；中心轮盘2设置于两个挡板4的端面 中间，且三者均轴向设置于轮轴套筒1上，各个轮杆3穿过中心轮盘2分别均匀设置于两个 挡板4之间形成轮毂齿面，辐条5将齿面和轮轴连接，形成轮毂整体。 0020 如图4所示，所述的履带由带齿面A和带背齿B组成，其中：带齿面A均匀分布齿 状凸起且与轮毂齿面啮合，带背齿B设置凸起结构且与地面接触； 0021 所述的带背齿B的凸起结构与履带一体成型，其截面为圆角梯形； 0022 履带与地面接触部分主要为带背齿，因此，带背齿的截面形状需要筛选。根据履带 的纵向。
12、阻力和推土阻力确定，可选项有半圆形、矩形和梯形。其中：履带的纵向阻力产生于 土壤的摩擦力和剪切力，其纵向阻力表示为：FmaxAc+Wtan，其中，A为履带面积，c为 土壤黏性附着系数，W为履带的垂直负荷，为土壤的剪切阻力角，Wtan即为推土阻力。 综合考虑故将带背齿截面形状选定为梯形。 说 明 书CN 104386152 A 3/3页 5 0023 所述的中心轮盘2的截面整体为圆形，其圆心位置为与轮轴套筒1相配合的中心 孔，圆周上开有与轮杆3相适应的通孔。 0024 所述的挡板4的截面整体为圆形，其圆心为与轮轴套筒1相配合的圆孔，中部为辐 条结构5，圆周上开有与轮杆3相适应的通孔。 0025 。
13、所述的轮杆3的截面形状为梯形。 0026 本发明的驱动轮毂工作时，通过电机驱动轮轴，带动轮毂转动，轮毂外侧由轮杆3 形成齿面，与履带的齿面啮合。驱动轮毂为空心结构，挡板4辐条间空隙较大，碎石泥土等 杂质落入齿槽后很容易被挤压排出，保证了轮毂和履带的正常运转。 0027 如表1所示，将本实施例与现有技术中啮合面封闭的轮毂进行对比实验 0028 表1 0029 表1中封闭轮毂A选用如中国专利文献号CN103373404或CN 103264730中所记 载的技术，本发明轮毂B选用本实施例技术，将上述两种技术在同一装置和履带上分别试 用，并在履带啮合面安装压力传感器以检测其异常状态，通过在三种路面的移。
14、动情况对比， 得到的结果如表1所示，其中，路面I为干净的硬化地面，II为干净的松软地面，III为有细 沙的松软地面。由表中可看出，在干净的硬化路面，两种轮毂均正常工作；路况越复杂，封闭 轮毂正常移动的距离越短，甚至由于轮毂与履带啮合面进入太多杂质，使履带对轮毂的压 力变大，最终导致轮轴变形而停止移动；本发明的轮毂不受复杂路况影响，这是由于杂质进 入啮合面后，被挤入轮毂中，并最终从辐条间被排出，因此履带对轮毂的压力不变，保证了 机构的正常行进。 说 明 书CN 104386152 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104386152 A 2/2页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104386152 A 。