一种用于复杂环境的多履带载运行走机构的制作方法

1.发明涉及履带机器人技术领域，尤其是指一种用于复杂环境的多履带载运行走机构。


背景技术：

2.履带式行走方式作为地面移动式机器人的一种，其典型特点是通行能力强、适用于在比较复杂、有路况突变的地面行走；因此履带式行走机构经常在野外战场、山地城市消防、山区救灾等领域的机动设备上应用。另外在一些特殊情况，尤其是森林消防、山区救灾等复杂环境领域，其相比于轮式、仿生足式等形式的移动机器人移动平台，其在运载能力、越障能力、地形适应能力具备极大优势。根据文献已公布资料目前具备物料运输能力的履带式机器人，如1986年日本“彩虹5号”机器人；2012年弗吉尼亚理工学院研制的charli-2消防机器人，该机器人具备推拽消防水管，攀爬台阶的能力；我国上海消防研究所研制的一代消防机器人其具备能够行走、爬坡、跨障等功能；从公布文献来看这些机器人均采用传统双履带车式结构，履带主梁与车身固定连接。
3.但是上述履带式行走方式的机器人均存在以下问题：对环境适应能力有限，尤其在路况复杂状态，其对恶劣环境的攀爬能力存在不足(例如，攀爬台阶的路况)，容易翻车。
4.因此需要设计一种能够适用于复杂地形、具备较强运载能力的履带行走机构的移动平台，使得其适用于在森林消防、山区救灾以及战场救援中对救援设备、救援物资运输的迫切需求。


技术实现要素：

5.为此，发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中在复杂路况(例如，攀爬台阶)时由于攀爬能力不足导致翻车的问题。
6.为解决上述技术问题，发明提供了一种用于复杂环境的多履带载运行走机构，包括：
7.载运架；
8.两组履带组件，对称设置在载运架两侧的底部，履带组件包括沿行走机构行进方向依次设置的至少两个履带部；
9.多个底架组件，设置在载运架的底部；
10.多个摆臂组件，设置在载运架的底部；摆臂组件包括多个相互铰接的第一臂杆和第二臂杆，第一臂杆与履带部铰接，第二臂杆与载运架铰接；
11.多个缓冲弹簧组件，两端分别与载运架和履带部转动连接；
12.其中，履带组件中，相邻两履带部之间连接一底架组件，相邻两履带部相对于底架组件对称设置；履带部的一侧连接一摆臂组件；履带部的一侧连接一摆臂组件。
13.在发明的一个实施例中，履带部包括履带主梁、驱动轮、限位轮、第一负重轮、支撑轮和履带；
14.履带依次绕设在驱动轮、限位轮、第一负重轮和支撑轮；驱动轮与履带主梁连接；限位轮与履带主梁转动连接；第一负重轮铰接有第一负重臂，第一负重臂的另一端与履带主梁铰接；支撑轮与履带主梁转动连接。
15.在发明的一个实施例中，履带部还包括张紧机构，张紧机构包括张紧轮、顶杆、张紧杆和张紧臂；
16.顶杆、张紧杆和张紧臂，三者的一端铰接；顶杆的另一端与张紧轮铰接，张紧臂的另一端与履带主梁铰接；张紧杆的另一端与第一负重轮铰接；张紧轮设置在第一负重轮的上方，张紧轮滚动连接在履带的内壁；张紧杆为伸缩杆。
17.在发明的一个实施例中，履带部还包括第二负重轮和第二负重臂，第二负重轮位于第一负重轮和支撑轮之间；
18.第二负重臂的两端分别与第二负重轮和履带主梁铰接。
19.在发明的一个实施例中，履带部还包括第一负重缓冲阻尼元件和/或第二负重缓冲阻尼元件；
20.其中，第一负重缓冲阻尼元件的一端与第一负重轮铰接、另一端与履带主梁铰接；第二负重缓冲阻尼元件的一端与第二负重轮铰接、另一端与履带主梁铰接。
21.在发明的一个实施例中，底架组件包括三角形的底框架和上装架，底框架的三个角中，位于底部的两个角分别与相邻两履带部铰接、位于顶部一个角与上装架连接。
22.在发明的一个实施例中，本技术还包括连接在底架组件与载运架之间的板簧组件；
23.板簧组件包括至少一个板簧，板簧为两端向上翘起的弧形结构，板簧中间位置的底部与底架组件连接，板簧两端与载运架铰接；板簧的两侧均设置有限位板。
24.在发明的一个实施例中，缓冲弹簧组件包括弹簧筒盖、弹簧筒、缓冲弹簧和活塞筒；弹簧筒的一端套设置活塞筒上，弹簧筒的另一端以及活塞筒的自由端均连接有弹簧筒盖，弹簧筒的弹簧筒盖以及活塞筒的弹簧筒盖之间设有缓冲弹簧。
25.在发明的一个实施例中，摆臂组件包括长臂杆和摆杆，长臂杆和摆杆的一端铰接，长臂杆的另一端与履带主梁铰接；摆杆的另一端与载运架铰接。
26.发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
27.本发明所述的一种用于复杂环境的多履带载运行走机构，其设置了两个履带组件，每个履带组件包括至少两个履带部，载运架通过缓冲弹簧组件和摆臂组件连接在多个履带部的顶部，这样各履带部均可以单独驱动行进(即单独姿态控制)，各履带部均以各自的回转中心回转(下文中的主轴)，从而能够实现本行走机构的姿态灵活变换，以适应复杂地形的行走需求，从而提高攀爬能力。另外，同一履带组件中的相邻两履带部通过底架组件连接，这样在越障时，本技术中位于前方的两个履带部先与障碍物接触进行上抬，而位于该两个履带部顶部的载运架在缓冲弹簧组件和摆臂组件的作用下不会上抬而是随位于后方的履带部保持平衡，从而能够避免在越障时翻车。由此可见，本技术提高了攀爬能力和越障力，且避免翻车。
附图说明
28.为了使发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据发明的具体实施例并结合附
图，对发明作进一步详细的说明，其中
29.图1是本发明优选实施例中一种用于复杂环境的多履带载运行走机构的结构示意图；
30.图2是图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构中未包括载运架的结构示意图；
31.图3是图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构中履带部的结构示意图；
32.图4是图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构中底架组件与板簧组件的连接示意图；
33.图5是图2所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构中板簧组件的结构示意图；
34.图6是图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构中摆臂组件的结构示意图；
35.图7是图6所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构的a-a向剖视图；
36.图8是图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构中缓冲弹簧组件的结构示意图；
37.图9是图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构中载运架的结构示意图；
38.图10是图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构处于随动张紧的示意图；
39.图11是图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构处于固定张紧的示意图；
40.图12是图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构载运架与履带悬挂连接；
41.图13是图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构中履带部处于最大上抬位置的状态示意图；
42.图14是图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构中履带部处于最大下摆位置的状态示意图；
43.图15为图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构在上台阶工况时的示意图；
44.图16为图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构在上台阶工况时达到行走面状态的示意图；
45.图17为图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构在下台阶工况时的示意图；
46.图18为图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构在下台阶工况时达到行走面状态的示意图；
47.图19为图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构攀爬大坡度台阶或坡度的示意图；
48.图20为图1所示一种用于复杂环境的多履带载运行走机构攀爬复杂路况的示意图；
49.说明书附图标记说明：1、履带组件；2、底架组件；3、板簧组件；4、摆臂组件；5、缓冲
弹簧组件；6、载运架；7、驱动轮；8、驱动轮安装盘；9、限位轮；10、第一负重轮；11、第一负重缓冲阻尼元件；12、第二负重轮；13、第二负重缓冲阻尼元件；14、支撑轮；15、主轴；16、第二负重臂；17、张紧臂；18、张紧杆；19、调整螺母；20、顶杆；21、张紧轮；22、支撑销；23、电气系统安装架；24、摆臂连接座；25、履带主梁；26、第一负重臂；27、连接耳轴；28、缓冲组耳轴；29、底框架；30、螺堵；31、端部堵头；32、上装架；33、缓冲限位器；34、板簧吊耳；35、摆臂耳轴；36、耳轴座；37、长臂杆；38、摆杆；39、连接耳座；40、横梁；41、活塞筒；42、抗弯肋板；43、缓冲弹簧；44、弹簧筒；45、弹簧筒盖；46、限位块；47、关节轴承；48、支撑套筒；49、紧固螺母；50、抗剪销；51、板簧；52、限位板；53、支撑轴；54、板簧座；55、紧固板；56、抗弯拉杆；57、板簧压板；100、履带部；100a、第一前履带部；100b、第二前履带部；100c、第一后履带部；100d、第二后履带部。
具体实施方式
50.下面结合附图和具体实施例对发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解发明并能予以实施，但所举实施例不作为对发明的限定。
51.为了便于描述，以下实施例中以的每个履带组件包括两个履带部为例来说明，为了便于下文描述将两组履带组件中的履带部分别称为第一前履带部、第二前履带部、第一后履带部和第二后履带部，其中，第一前履带部和第一后履带部为同一履带组件，第二前履带部和第二后履带部为同一履带组件。
52.参照图1～图15所示，发明提供了一种用于复杂环境的多履带载运行走机构，包括：
53.载运架6；
54.两组履带组件1，对称设置在载运架6两侧的底部，履带组件1包括沿行走机构行进方向依次设置的至少两个履带部100；
55.多个底架组件2，设置在载运架6的底部；
56.多个摆臂组件4，设置在载运架6的底部；摆臂组件4包括多个相互铰接的第一臂杆和第二臂杆，第一臂杆与履带部100铰接，第二臂杆与载运架6铰接；
57.多个缓冲弹簧组件5，两端分别与载运架6和履带部100转动连接；
58.其中，履带组件1中，相邻两履带部100之间连接一底架组件2，相邻两履带部100相对于底架组件2对称设置；履带部100的一侧连接一摆臂组件4；履带部100的一侧连接一摆臂组件4。
59.在一些对比实施里中，每一履带组件1包括一个履带部100，这样在履带部100越障时，位于履带部100顶部的载运架6会随着履带部100同步倾斜，这样导致整个行走机构翻车。
60.具体地，本实施例设置了两个履带组件1，每个履带组件1包括至少两个履带部100，载运架6通过缓冲弹簧组件5和摆臂组件4连接在多个履带部100的顶部，这样各履带部100均可以单独驱动行进(即单独姿态控制)，各履带部100均以各自的回转中心回转(下文中的主轴15)，从而能够实现本行走机构的姿态灵活变换，以适应复杂地形的行走需求，从而提高攀爬能力。另外，同一履带组件1中的相邻两履带部100通过底架组件2连接，这样在越障时，本技术中位于前方的两个履带部100先与障碍物接触进行上抬，而位于该两个履带
部100顶部的载运架6在缓冲弹簧组件5和摆臂组件4的作用下不会上抬而是随位于后方的履带部100保持平衡，从而能够避免在越障时翻车。由此可见，本技术提高了攀爬能力和越障力，且避免翻车。
61.本技术的底架组件2与缓冲弹簧组件5构成车体支撑与缓冲机构；并通过摆臂组件4实现履带部100摆动过程的行程限位，实现各组独立悬挂减震系统的履带行走系统。
62.该申请的各功能机构协同，从而构成四履带独立悬挂行走机构。可满足履带机器人物资运输状态下的大角度越障、高效率减震的性能需求。
63.本发明适用于户外越障、楼梯攀爬、城市救援、山区救灾的载运性能行走机构。
64.本实施例应用于复杂路况下的货运及带载越障。
65.进一步地，履带部100包括履带主梁25、驱动轮7、限位轮9、第一负重轮10、支撑轮14和履带；
66.履带依次绕设在驱动轮7、限位轮9、第一负重轮10和支撑轮14；驱动轮7与履带主梁25连接；限位轮9与履带主梁25转动连接；第一负重轮10铰接有第一负重臂26，第一负重臂26的另一端与履带主梁25铰接；支撑轮14与履带主梁25转动连接。驱动轮7的两端设有驱动轮安装盘8，驱动轮安装盘8通过螺钉与履带主梁25连接，通过调整履带主梁25的垫环，来调整驱动轮7的装配中心距，使履带节线达到长度匹配。驱动轮7为集成式驱动轮7，其内部采用集成化电机和减速机驱动该驱动轮7；即驱动轮7为集成式电机、减速机和驱动齿一体化设计模块。履带主梁25为两个，两个履带主梁25分别位于履带部100的内侧和外侧，两个履带主梁25通过支撑销22和螺钉连接，形成履带部100的刚性骨架。支撑销22的数量以及位置根据机构空间需求分布于履带主梁25周围。限位轮9的轴通过螺钉和抗剪销50与履带主梁25连接，限位轮9相对于轴转动，从而实现限位轮9自转。履带为橡胶履带。支撑轮14穿设在主轴15上，支撑轮14在主轴15上转动，主轴15与履带主梁25固定连接，支撑轮14是履带部100张紧与支撑的基础轮。支撑轮14还可以防止履带脱带，实现对履带限位与张紧支撑作用。
67.需要说明的是，第一负重轮10通过第一负重臂26与履带主梁25铰接，从而在本技术行进过程中根据受力上浮或下降，从而对履带部100起到承载与缓冲的作用。
68.在一些对比实施例中，攀爬台阶时，由于车体前部两组履带组松段位于驱动轮7下方，尖点障碍物(如台阶边缘)的尖点使第一前履带部100a和第一前履带部100b的履带松边内凹，从而导致上抬分力不足和履带节线张力过大，致使越障失败甚至履带断裂的故障；采用限位轮9支撑，可在车体前行越障时对松段履带内凹处进行限制，车体后退越障时对后位履带组松段内凹限位，保证履带较小履带节线牵引力下的可靠越障。
69.需要说明的是，攀爬台阶时，本技术的第一前履带部100a和第一前履带部100b中，各限位轮9处的履带上抬坡面首先接触台阶，由于履带前进过程中履带的松边位于下方；这样在车体越障时，在履带尖角台阶接触履带坡度面时产生垂直于履带法向面的作用力，该作用力会使履带产生内凹的趋势；此时限位轮9接触履带从而限制履带继续内凹，在驱动轮7作用下履带产生牵引力，此时台阶接触力与履带牵引力构成合力，并使前履带组产生上抬作用，第一前履带部100a和第一前履带部100b上抬压缩缓冲弹簧组件5，避免对车体及负载产生冲击载荷。
70.具体地，本实施例的履带主梁25、驱动轮7、第一负重轮10、支撑轮14和履带构成履
带的缓冲与行走模块单元；本实施例在驱动轮7和第一负重轮10之间设置了限位轮9，这样限位轮9对橡胶履带支撑和爬坡角起到诱导作用(当前侧的履带部100驱动时，爬坡段为履带松边，例如爬台阶。因障碍尖点作用，履带内收导致履带内张力过大，进一步导致履带越障无力甚至履带抗拉过载断裂的故障。当本实施例设置了诱导作用，这样当本技术爬台阶时，障碍尖点与限位轮9接触，从而避免履带内收)。
71.参见图10，进一步地，履带部100还包括张紧机构，张紧机构包括张紧轮21、顶杆20、张紧杆18和张紧臂17；
72.顶杆20、张紧杆18和张紧臂17，三者的一端铰接；顶杆20的另一端与张紧轮21铰接，张紧臂17的另一端与履带主梁25铰接；张紧杆18的另一端与第一负重轮10铰接，例如，张紧杆18与第一负重轮10的轴铰接；张紧轮21设置在第一负重轮10的上方，张紧轮21滚动连接在履带的内壁；张紧杆18为伸缩杆。将该结构的张紧机构称为随动张紧机构。
73.需要说明的是，当张紧杆18一端与第一负重轮10的轴连接时，此时张紧杆18、上顶杆20、张紧轮21和张紧臂17构成与第一负重轮10的第一负重臂26构成四连杆随动杆组机构。当第一负重轮10受倒路况冲击时，压缩第一负重缓冲阻尼元件11(下文中描述)，第一负重缓冲阻尼元件11压缩带动张紧杆18上顶，从而驱动张紧臂17和上顶杆20，使张紧轮21沿履带主梁25卡槽(下文中描述)上顶运动，补偿因第一负重缓冲阻尼元件11压缩而导致的履带的松弛量。在起伏路况，车辆以较高速度运行时，因负载重力加速度冲击时，存在缓冲较大冲击变形时，能有效避免脱带故障。当第一负重轮10受路况冲击时，压缩前负重缓冲阻尼元件，使缓冲阻尼元件压缩，带动张紧杆18上顶，驱动张紧臂17和上顶杆20，使张紧轮21沿履带主梁25导轨槽上顶运动，补偿因前缓冲阻尼器压缩而导致的履带的松弛量，在起伏路况，车辆以较高速度运行时，因负载重力加速度冲击时，存在缓冲较大冲击变形时，能有效避免脱带故障。
74.具体地，本实施例的张紧机构包括张紧轮21、顶杆20、张紧杆18和张紧臂17，顶杆20、张紧杆18和张紧臂17，三者的一端铰接；张紧轮21与顶杆20铰接，张紧杆18的长度可以调节，从而可以通过调节伸缩杆的长度使张紧轮21上达到对履带的张紧与放松作用；另外，张紧杆18和的另一端与第一负重轮10铰接，这样再第一负重轮10承受冲击缓冲压缩履带时带动张紧轮21上升张紧履带，第一负重轮10张紧履带时带动张紧轮21下降放松履带，从而实现对本技术行走时维持恒定包络节线长度的作用。
75.在一些可能的实施方式中，张紧杆18上设有张紧螺母，张紧螺母为左右旋复合螺纹，从而通过调整螺母19回转，可调整张紧杆18的长度。
76.在一些可能的实施方式中，履带的内壁设有卡槽，张紧轮21位于卡槽中。
77.具体地，本实施例设置了与张紧轮21匹配的卡槽，这样卡槽能够限制张紧轮21在竖直平面内移动。
78.参见图11，在另一些实施例中，履带部100还包括张紧机构，张紧机构包括张紧轮21、顶杆20、张紧杆18和张紧臂17；
79.顶杆20、张紧杆18和张紧臂17的一端铰接；顶杆20的另一端与张紧轮21铰接，张紧杆18和张紧臂17的另一端分别与履带主梁25铰接；张紧轮21设置在第一负重轮10的上方，张紧轮21滚动连接在履带的内壁；张紧杆18为伸缩杆。将该结构的张紧机构称为固定张紧机构。
80.需要说明的是，当张紧杆18与履带主梁25连接时，其张紧杆18的另一端与张紧杆18、上顶杆20、张紧轮21构成平面三角拉杆机构；此时调节张紧杆18的长度(例如，紧张紧螺母)时张紧轮21在履带主梁25左右两侧的限位槽作用下只能载竖直平面中上下运动，从而起到张紧履带的作用，进一步避免履带脱带。如果在碎石或土质较软、泥泞需履带产生较大的张紧力时，采用此形式可以调节调节张紧杆18的长度使得履带组在行走过程中能够保持良好张紧与缓冲状态。
81.具体地，本实施例的张紧机构包括张紧轮21、顶杆20、张紧杆18和张紧臂17，顶杆20、张紧杆18和张紧臂17，三者的一端铰接；张紧轮21与顶杆20铰接，张紧杆18的长度可以调节，从而可以通过调节伸缩杆的长度使张紧轮21上升与下降，达到对履带的张紧与放松作用。
82.在一些可能的实施方式中，张紧杆18上设有张紧螺母，张紧螺母为左右旋复合螺纹，从而通过调整螺母19回转，可调整张紧杆18的长度。
83.在一些可能的实施方式中，履带的内壁设有卡槽，张紧轮21位于卡槽中。
84.具体地，本实施例设置了与张紧轮21匹配的卡槽，这样卡槽能够限制张紧轮21在竖直平面内移动。
85.需要说明的是，本技术具备固定张紧和随动张紧作用的复合张紧功能机构。该申请的履带部100的张紧机构具备复合功能，当张紧杆18与履带主梁25连接构成固定张紧结构；当拉紧杆与第一负重轮10连接构成随动张紧机构。可根据不同使用工况，快速变换张紧形式。
86.进一步地，履带部100还包括第二负重轮12和第二负重臂16，第二负重轮12位于第一负重轮10和支撑轮14之间；
87.第二负重臂16的两端分别与第二负重轮12和履带主梁25铰接。
88.具体地，本实施例设置了与第二负重轮12，第二负重轮12通过第二负重臂16与履带主梁25铰接，从而在本技术行进过程中根据受力上浮或下降，从而对履带部100起到承载与缓冲的作用。第二负重轮12与第一负重轮10构成履带部100的承载与缓冲的轮系。
89.进一步地，履带部100还包括第一负重缓冲阻尼元件11和/或第二负重缓冲阻尼元件13；
90.其中，第一负重缓冲阻尼元件11的一端与第一负重轮10铰接、另一端与履带主梁25铰接；第二负重缓冲阻尼元件13的一端与第二负重轮12铰接、另一端与履带主梁25铰接。
91.具体地，本实施例设置了第一负重缓冲阻尼元件11、第二负重缓冲阻尼元件13，第一负重缓冲阻尼元件11和第二负重缓冲阻尼元件13分别对履带部100提供支撑力与路面缓冲作用。
92.需要说明的是，该申请各履带部100均为模块化结构，可单独拆解与组装。当一履带部100出现故障则可以通过拆解底架组件2侧边的螺堵30，可快速完成履带更换和模块更换，极大的提高维护、维修性。
93.进一步地，底架组件2包括三角形的底框架29和上装架32，底框架29的三个角中，位于底部的两个角分别与相邻两履带部100的支撑轮14铰接、位于顶部一个角与上装架32连接。底框架29通过顶部螺钉与上装板连接，上装板为履带部100的安装框架。底框架29为两个，两个底框架29通过上装架32连接为一体，两个底框架29分别设置在支撑轮14的两侧。
底框架29底部的两个角处均设置有铰接耳轴孔，铰接耳轴孔与支撑轮14的主轴15通过轴承铰接，并且采用螺堵30使主轴15限制在底框架29的内侧。
94.具体地，本实施例设置了三角形的底框架29和上装架32，底框架29与相邻两履带部100的支撑轮14铰接，上装架32连接在底框架29的顶部，这样底架组件2稳固的将同一履带组件1中相邻两履带部100稳固可靠的连接在一起，并且该相邻两履带部100还可以独立摆动机构。
95.在一些可能的实施例中，两组履带组件1中，相对应位置处的底架组件2之间连接有横梁40。例如，相对应位置处的两个底架组件2中，位于内侧的底框架29之间连接有横梁40。
96.具体地，本实施例设置了横梁40，从而将两组履带组件1连接在一起。
97.在一些可能的实施例中，横梁40的两端设置有抗弯肋板42，抗弯肋板42通过螺钉与底框架29连接。
98.具体地，本实施例设置了抗弯肋板42，这样在两组履带组件1行走过程中，可以抵抗侧向偏载弯矩的作用。
99.在一些可能的实施例中，底架组件2还包括紧固板55和多个抗弯拉杆56，底框架29包括水平设置的直边和两个斜边，紧固板55连接设置在两个斜边之间，多个抗弯拉杆56设置在紧固板55连接上。
100.具体地，本实施例设置了紧固板55和抗弯拉杆56，进一步增加底架组件2的强度。
101.需要说明的是，本技术的侧向弯矩采用横梁40承载，同时配合抗弯拉杆56的抗弯结构，进一步提高侧向弯矩的承载。
102.进一步地，本技术还包括连接在底架组件2与载运架6之间的板簧组件3；板簧组件3包括至少一个板簧51，板簧51为两端向上翘起的弧形结构，板簧51中间位置的底部与底架组件2连接，板簧51两端与载运架6铰接；板簧51的两侧均设置有限位板52。板簧51的两端均设有支撑套筒48，板簧51为两个，该两个板簧51两端的支撑套筒48之间连接有支撑轴53。板簧组件3还包括板簧吊耳34，板簧吊耳34连接在支撑轴53的中部，板簧吊耳34的一端与支撑轴53铰接，板簧吊耳34的另一端与载运架6铰接。支撑轴53为板簧组件3的传动车体载荷构件，其左右两侧通过螺母垫圈限位。板簧吊耳34是车体和板簧组件3的连接构件，为板簧51在缓冲变形后提供伸展空间。
103.具体地，本实施例的设置了连接在底架组件2与载运架6之间的板簧组件3，板簧组件3包括至少一个板簧51，从而通过板簧51给载运架6传递牵引力，即板簧51是底架组件2与车体的缓冲机构。另外，本实施例在板簧51的两侧均设置了限位板52，限位板52的设置限制板簧51左右扭转。从而使得板簧51安装于底架组件2后，板簧51仅为车体传递垂向缓冲支撑力和纵向牵引力。
104.在一些可能的实施例中，板簧组件3还包括板簧座54、板簧压板57和抗剪销50；板簧座54的底部通过螺钉与底架组件2的上装板连接，板簧座54的顶部为弧形面，该弧形面与板簧51的下弧形面相匹配，板簧座54的中部设有抗剪槽，抗剪槽与抗剪销50配合连接；板簧压板57设置在板簧51的顶部，板簧压板57通过螺钉与板簧座54连接。
105.具体地，本实施例设置了簧座、板簧压板57和抗剪销50，通过板簧压板57和板簧座54夹紧板簧51。
106.在一些可能的实施例中，板簧组件3还包括缓冲限位器33，缓冲限位器33连接于板簧压板57的顶部。板簧51通过内部抗剪销50与紧固螺母49连接构成缓冲板簧51模块。
107.具体地，缓冲限位器33为板簧51提供缓冲行程限位，保护板簧51不被冲击损坏的同时避免了板簧51缓冲击穿后的刚性冲击。
108.进一步地，缓冲弹簧组件5包括弹簧筒盖45、弹簧筒44、缓冲弹簧43和活塞筒41；弹簧筒44的一端套设置活塞筒41上，弹簧筒44的另一端以及活塞筒41的自由端均连接有弹簧筒盖45，弹簧筒盖45与弹簧筒44活塞筒41通过螺钉连接，弹簧筒44的弹簧筒盖45以及活塞筒41的弹簧筒盖45之间设有缓冲弹簧43。
109.具体地，本实施例设置的活塞筒41与弹簧筒44和缓冲弹簧43构成缓冲功能组件，从而对载运架6提供支撑力以及载运架6与各履带部100姿态缓冲力的作用。并且缓冲弹簧组件5作为履带部100的姿态变换以及缓冲的复合作用的结构。
110.在一些可能的实施例中，弹簧筒44中与活塞筒41连接的一端的内壁，在弹簧筒44和活塞筒41连接的位置处设有端部堵头31，端部堵头31的内部以及活塞筒41均设有支撑减摩环。
111.具体地，本实施例设置了端部堵头31，端部堵头31为活塞筒41提供导向与极限长度限位作用。另外，端部堵头31的内部以及活塞筒41均设有支撑减摩环，从而构成滑动摩擦副，同时减摩环采用双支撑形式，使缓冲弹簧组件5具备承受横向弯矩作用。
112.在一些可能的实施例中，缓冲弹簧组件5的两端分别通过关节轴承47与载运架6和履带部100转动连接。
113.进一步地，摆臂组件4包括长臂杆37和摆杆38，长臂杆37和摆杆38的一端铰接，长臂杆37的另一端与履带主梁25铰接；摆杆38的另一端与载运架6铰接。长臂杆37的另一端通过螺钉连接有耳轴座36，耳轴座36与摆臂耳轴35通过轴承连接构成铰接副，摆臂耳轴35与履带主梁25通过螺钉固定连接。长臂杆37和摆杆38通过轴承构成铰接副；摆杆38的另一端连接有连接耳座39，摆杆38与连接耳座39通过轴承连接构成铰接副，连接耳座39通过螺钉与载运架6固定连接。
114.具体地，本实施例设置了长臂杆37和摆杆38，长臂杆37和摆杆38构成履带部100与载运架6构成摆动杆的连接形式，从而为履带越障时提供姿态限位和对履带端部侧向限位作用。
115.需要说明的是，本技术该的摆臂组件4为各履带部100提供姿态限位，同时摆臂组件4的铰接采用双轴承支撑形式，者那样能够承受侧向弯矩。摆臂组件4两端分别与履带部100和载运架6连接，能够有效控制履带部100的姿态以及能够承受履带部100端部受侧向载荷时的侧向变形。另外，本技术的姿态限位采用摆臂组件4与履带部100随动运动，通过限位块46对摆杆38极限姿态位置进行限制。并且可以通过调整限位块46的行程，实现极限姿态角度的限位调整形式。
116.进一步地，载运架6的底部设有限位块46，在履带部100为最大上抬位置时，摆杆38与限位块46接触。
117.具体地，本实施例中限位块46的设置达到对履带部100上抬极限位置限位的作用。
118.在一些可能的实施例中，限位块46采用橡胶等缓冲材质。
119.具体地，能够有效避免了刚性结构接触的碰撞冲击。
120.在一些可能的实施例中，载运架6为钢架结构，载运架6的底部设有与板簧组件3连接的连接耳轴27、与缓冲组件连接的缓冲组耳轴28、与摆臂连接的摆臂连接座24、以及用于安装电气系统的电气系统安装架23。载运架6上还可以设置货舱连接接口，从而满足不同形式运载需求。
121.在一些可能的实施例中，缓冲弹簧组件5设置在履带部100的外侧，摆臂组件4设置在履带部100的内侧。
122.参见图19，本技术为能够在崎岖路况环境或复杂地形条件下能够机性行驶，具有较高机动性、较强越障能力、较大负载能力和较好减震能力的多履带载的独立悬挂结构的行走机构。该申请适用于景区山地物资运输、野外越障、山区救灾、战场救援的行走机构。特别适用于台阶路况下的越障行走形式。如山地景区、城市广场等。本技术适应于坡度≤45
°
的台阶攀爬与翻越。
123.需要说明的是，本技术的各履带部100均设置有独立驱动单元，履带部100内部的负重轮系(第一负重轮10、第二负重轮12)通过摆杆38机构(第一负重臂26、第二负重臂16)与缓冲阻尼元件(第一负重缓冲阻尼元件11和第二负重缓冲阻尼元件13)，构成单独模块内部减震系统。
124.需要说明的是，本技术的履带组设有第一负重轮10、第二负重轮12、第一负重臂26、第二负重臂16、第一负重缓冲阻尼元件11和第二负重缓冲阻尼元件13构成负重与缓冲轮系，均与履带主梁25连接。这样在本技术越障或行走过程中，一方面第一负重轮10、第二负重轮12通过第一负重缓冲阻尼元件11和第二负重缓冲阻尼元件13的变形提供路面支撑载荷、另一方面受到局部冲击时缓第一负重缓冲阻尼元件11和第二负重缓冲阻尼元件13产生变形吸收冲击载荷，起到对履带组的缓冲作用。
125.需要说明的是，本技术的履带部100的内部设有缓冲阻尼元件、板簧组件3和缓冲弹簧组件5相结合的方式，使得行走单元独立悬挂的结构，从而在行走过程中起到缓冲作用。由此可见本技术采用多重缓冲形式相互复合的独立悬挂结构，其中缓冲阻尼元件为一级缓冲，其有效减小载运架6对路况激励冲击响应。板簧组件3与缓冲弹簧组件5为二级缓冲，其有效减少姿态冲击，使整个系统行走过程更加平稳。
126.本技术中的铰接点采用轴承支撑结构，有效降低机构传动能耗，提升动力驱动效率。
127.本技术的工作原理如下：
128.1.本技术上下台阶的工作原理：
129.参见图15，例如负载质心过于靠前，行走机构上台阶时：第一前履带部100a和第一前履带部100b需产生最大上抬行程，此时第一前履带部100a和第一前履带部100b的摆.杆达到最大弯曲状态，这时摆杆38与载运架6上设置的极限行程的限位块46接触，有效避免因摆杆38上抬过大与载运架6接触导致的无法行走故障；随着驱动轮7继续驱动，行走机构继续前行，在第一前履带部100a和第一前履带部100b的板簧组件3、缓冲弹簧组件5以及限位块46的作用下，克服整车重力作用使车身上抬。随着车身上抬角度增加，重力在垂直于台阶坡度方向上的分力逐渐减少，缓冲弹簧组件5的力大于该分力，这时弹簧筒44伸张，车身在坡度面上达到合力平衡状态。在第一前履带部100a、第一前履带部100b的驱动轮7、第一前履带部100c、第二前履带部100d，四者的驱动轮7作用下，第一前履带部100a和第一前履带
部100b完全进入台阶坡度平面，在底架组件2的连接牵引作用下，载运架6带动后履带组上抬，平缓进入台阶坡面。
130.参见图16，在第一前履带部100a、第一前履带部100b、第一前履带部100c、第二前履带部100d均进入台阶坡面后，由于四个履带部100的履带的贴地段共同构成行走面，当台阶跨距较大时，每个台阶尖角对履带行程激励，当行走机构经过台阶尖角时支撑载荷通过履带挤压第一负重轮10和第二负重轮12，进一步压缩相应的负重缓冲器(第一负重缓冲阻尼元件11和第二负重缓冲阻尼元件13)，负重缓冲器吸收台阶的激励能量，降低车体的行走冲击。当支撑轮14受到激励冲击时会通过底架组件2和板簧组件3传递至载运架6，这样通过板簧组件3的板簧51的自身变形及弹簧板接触摩擦消耗冲击能量，对载运架6起到缓冲作用。
131.2.本技术上下台阶的工作原理：
132.参见图17，当下台阶时，第一前履带部100a、第一前履带部100b首先经过台阶上平面，在缓冲弹簧组件5的作用下，缓冲弹簧组件5快速伸展直至极限状态。例如下坡台阶坡度过大，在端部堵头31的限制作用下，缓冲弹簧组件5伸张至最大行程。运载质心经过台阶上平面时，第一前履带部100a、第一前履带部100b的底面首先接触下坡台面，由于缓冲弹簧组件5已伸张至最大行程状态，其接触缓冲载荷很小，当载重质心进入下坡台面后，前缓冲弹簧组件5从最大伸张状态开始压缩，直至完全抵消因下坡开始时刻车体重心载荷冲击。由于缓冲行程最大，下坡过程平均冲击力最小，从而能有效降低车体下坡冲击。
133.参见图18，进入台阶坡面后，具体的工作原理同上台阶时相同，在此不再赘述。
134.3.当遇到复杂障碍物(例如，车体的一侧为上升凸起状态障碍物、另一侧为下凹状障碍物)，则本技术的工作原理如下：
135.参见图20，由于各履带部100均围绕各自的主轴15旋转，当第一前履带部100b遇到上升凸起状态障碍物、第一前履带部100a遇到下降凹状障碍物时，由于第一前履带部100b行走过程与障碍物接触，在支撑分力作用下第一前履带部100b上抬压缩第一前履带部100b的缓冲弹簧组件5，从而使得第一前履带部100b始终保持与该障碍物接触；第一前履带部100a由于接触的障碍物为下凹状障碍物，其接触分力减少，在第一前履带部100a的缓冲弹簧组件5张开的作用下，第一前履带部100a下摆从而接触下凹支撑面。这样，整个车身重新进入新的支撑平衡状态，避免因障碍物不同引起的支撑点减少而导致的部分履带不与地面接触，有效的减少侧翻角度，提升车体对复杂路况的适应能力。由此可见，本技术能够适应复杂障碍物。
136.由此可见，本发明的各履带部100采用独立悬挂、独立驱动和独立姿态适应结构形式，每个履带部100均具备单独姿态适应和缓冲能力，其可用于各种障碍物下的行走轮姿态自适应。
137.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种用于复杂环境的多履带载运行走机构，其特征在于：包括：载运架；两组履带组件，对称设置在所述载运架两侧的底部，所述履带组件包括沿行走机构行进方向依次设置的至少两个履带部；多个底架组件，设置在所述载运架的底部；多个摆臂组件，设置在所述载运架的底部；所述摆臂组件包括多个相互铰接的第一臂杆和第二臂杆，所述第一臂杆与所述履带部铰接，所述第二臂杆与所述载运架铰接；多个缓冲弹簧组件，所述缓冲弹簧组件的两端分别与所述载运架和所述履带部转动连接；其中，所述履带组件中，相邻两履带部之间连接一所述底架组件，所述相邻两履带部相对于所述底架组件对称设置；所述履带部的一侧连接一所述摆臂组件，所述履带部的一侧连接一所述摆臂组件。2.根据权利要求1所述的用于复杂环境的多履带载运行走机构，其特征在于：所述履带部包括履带主梁、驱动轮、限位轮、第一负重轮、支撑轮和履带；所述履带依次绕设在所述驱动轮、所述限位轮、所述第一负重轮和所述支撑轮；所述驱动轮与所述履带主梁连接；所述限位轮与所述履带主梁转动连接；所述第一负重轮铰接有第一负重臂，所述第一负重臂的另一端与所述履带主梁铰接；所述支撑轮与所述履带主梁转动连接。3.根据权利要求2所述的用于复杂环境的多履带载运行走机构，其特征在于：所述履带部还包括张紧机构，所述张紧机构包括张紧轮、顶杆、张紧杆和张紧臂；所述顶杆、张紧杆和张紧臂，三者的一端铰接；所述顶杆的另一端与所述张紧轮铰接，所述张紧臂的另一端与所述履带主梁铰接；所述张紧杆的另一端与所述第一负重轮铰接；所述张紧轮设置在所述第一负重轮的上方，所述张紧轮滚动连接在所述履带的内壁；所述张紧杆为伸缩杆。4.根据权利要求2或3所述的用于复杂环境的多履带载运行走机构，其特征在于：所述履带部还包括第二负重轮和第二负重臂，所述第二负重轮位于所述第一负重轮和所述支撑轮之间；所述第二负重臂的两端分别与所述第二负重轮和所述履带主梁铰接。5.根据权利要求4所述的用于复杂环境的多履带载运行走机构，其特征在于：所述履带部还包括第一负重缓冲阻尼元件和/或第二负重缓冲阻尼元件；其中，所述第一负重缓冲阻尼元件的一端与所述第一负重轮铰接、另一端与所述履带主梁铰接；第二负重缓冲阻尼元件的一端与所述第二负重轮铰接、另一端与所述履带主梁铰接。6.根据权利要求1所述的用于复杂环境的多履带载运行走机构，其特征在于：所述底架组件包括三角形的底框架和上装架，所述底框架的三个角中，位于底部的两个角分别与相邻两履带部铰接、位于顶部一个角与上装架连接。7.根据权利要求1所述的用于复杂环境的多履带载运行走机构，其特征在于：还包括连接在所述底架组件与所述载运架之间的板簧组件；所述板簧组件包括至少一个板簧，所述板簧为两端向上翘起的弧形结构，所述板簧中
间位置的底部与所述底架组件连接，所述板簧两端与所述载运架铰接；所述板簧的两侧均设置有限位板。8.根据权利要求1所述的用于复杂环境的多履带载运行走机构，其特征在于：所述缓冲弹簧组件包括弹簧筒盖、弹簧筒、缓冲弹簧和活塞筒；所述弹簧筒的一端套设置所述活塞筒上，所述弹簧筒的另一端以及所述活塞筒的自由端均连接有弹簧筒盖，所述弹簧筒的弹簧筒盖以及所述活塞筒的弹簧筒盖之间设有缓冲弹簧。9.根据权利要求1所述的用于复杂环境的多履带载运行走机构，其特征在于：所述摆臂组件包括长臂杆和摆杆，所述长臂杆和所述摆杆的一端铰接，所述长臂杆的另一端与所述履带主梁铰接；所述摆杆的另一端与所述载运架铰接。10.根据权利要求9所述的用于复杂环境的多履带载运行走机构，其特征在于：所述载运架的底部设有限位块，在所述履带部为最大上抬位置时，所述摆杆与所述限位块接触。

技术总结
发明涉及一种用于复杂环境的多履带载运行走机构，包括：载运架；两组履带组件，对称设置在载运架两侧的底部，履带组件包括沿行走机构行进方向依次设置的至少两个履带部；多个底架组件，设置在载运架的底部；多个摆臂组件，设置在载运架的底部；摆臂组件包括多个相互铰接的第一臂杆和第二臂杆，第一臂杆与履带部铰接，第二臂杆与载运架铰接；多个缓冲弹簧组件，两端分别与载运架和履带部转动连接；履带组件中，相邻两履带部之间连接一底架组件，相邻两履带部相对于底架组件对称设置；履带部的一侧连接一摆臂组件；履带部的一侧连接一摆臂组件。本申请提高了攀爬能力和越障力，且避免翻车。车。车。


技术研发人员：李伟达
受保护的技术使用者：苏州普瑞川传动科技有限公司
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/8/5