阅读说明：本技术 全地形履带及带轮组合机构 (All-terrain crawler belt and belt wheel combined mechanism ) 是由 李少麟 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种全地形履带及带轮组合机构,包括带轮和套设于带轮外侧的履带,履带包括外履带面和内履带面,外履带面上间隔设置有向外突出的履带外齿,履带外齿之间的外履带面形成外履带凹面,内履带面上设置有向外突出的履带内齿；带轮外侧与履带接触处对应履带内齿的位置设置有向内凹陷的带轮凹齿,带轮凹齿的结构与履带内齿的结构相配合；带轮凹齿为贯穿的通孔,带轮凹齿朝向履带的一侧和朝向带轮内部的一侧均为通透性的。解决了现有的履带行走机构无法适应各种路面结构,履带带动力差的问题,通过履带内齿与通透性的带轮凹齿配合,为履带提供足够的带动力的同时,还能通过带轮凹齿将夹杂在内履带的沙石等杂物排出。(The invention provides an all-terrain crawler belt and a belt wheel combined mechanism, which comprise a belt wheel and a crawler belt sleeved outside the belt wheel, wherein the crawler belt comprises an outer crawler belt surface and an inner crawler belt surface, outer crawler belt teeth protruding outwards are arranged on the outer crawler belt surface at intervals, an outer crawler belt surface between the outer crawler belt teeth forms an outer crawler belt concave surface, and inner crawler belt teeth protruding outwards are arranged on the inner crawler belt surface; the contact part of the outer side of the belt wheel and the crawler belt is provided with belt wheel concave teeth which are sunken inwards at the positions corresponding to the inner teeth of the crawler belt, and the structures of the belt wheel concave teeth are matched with the structures of the inner teeth of the crawler belt; the concave tooth of band pulley is the through-hole that runs through, and the concave tooth of band pulley is the permeability towards one side of track and towards the inside one side of band pulley. The problem of current track running gear can't adapt to various road surface structures, track area power is poor is solved, through the cooperation of the concave tooth of band pulley of track internal tooth and permeability, for the track provide sufficient area power in, can also discharge debris such as gravel and sand of track including being mingled with through the concave tooth of band pulley.)

全地形履带及带轮组合机构

技术领域

本发明涉及一种行走履带结构，具体地说，涉及一种由带轮带动履带，透过履带行走机构的驱动力在不同的地面或楼梯上运行的全地形履带及带轮组合机构。

背景技术

现有的履带行走机构，主要分为金属履带和橡胶履带两大类：

金属履带——大多采用于坦克车和挖土机等重型机器(如图1a)，好处是承重力高和抗拉力强，但由于采用金属履带的原固，该行走机构只能行走于泥泞路和沙石路，但缺点是，若行走于普通的街道上，会对路面造成严重破坏。

橡胶履带——采用橡胶制造的履带，再不会对一般路面造成破坏，所以现有的履带行走机构，如(图1b)的爬楼机和(图1c)的探测机器人，都会采用橡胶履带。但橡胶履带的承重力和抗拉力都大大低于金属，即使在橡胶履带中加入钢丝来增强抗拉力，但同时亦需要在带轮上加上(如图1d)的挡边，来防止履带因橡胶的弹性变形拉长而脱离带轮。可惜是，带轮加了档边后，当该行走机构行走于沙石路或泥泞路时，细小杂物就会不断积聚在橡胶履带与有挡边的带轮之间(如图1d中的小黑点)，当杂物积聚到一定数量，履带内齿便会遭破坏而变形，最后履带会脱离带轮。而且，若该行走机构遇到尖锐硬物或攀爬梯角较尖锐的楼梯时，挡边会有机会被压歪(如图1e)。

换句话说，现有的履带行走机构，是无法同时实践行走于一般路面、沙石路、泥泞路和攀爬楼梯，而不会对路面材质造成破坏或出现脱带的情况。

中国专利文献(CN207311643U履带机构和其履带)公开了一种履带机构和其履带。该履带机构包括履带，其中所述履带优选为无缝式循环履带，包括在其外表面定距相隔的均匀地设置的复数的径向地向外凸伸的抓地齿(1)，其中每一所述抓地齿在其相对两端分别与至少沿着所述外表面的长度方向或周向方向反向地延伸的第一辅助齿和第二辅助齿(2)邻接且优选地一体成型。该履带还包括在其内表面定距相隔的均匀地设置的复数的径向地向内凸起的大致为截棱锥形的啮合齿(4)。该实用新型的主要目的，是希望能从爬楼梯与平路行走中取得平衡，既能顺利攀爬楼梯，在平路上亦要舒适防震。但是，为了要取得两种路面间运动的平衡，两个方面都要付出代价，由于履带外齿增加了辅助齿(2)，会对攀梯时造成阻碍。且该结构在平路上的舒适度也较差，不及普通的轮子。

发明内容

为解决现有的履带行走机构无法适应各种路面结构，尤其是行走于特殊路面结构时容易对路面材质造成破坏或出现脱带的情况而提供了本发明的技术方案。本发明的主要目的，是要实现全地形行走，重点在解决特殊路面尤其是崎岖路面和攀爬楼梯时行走困难和容易打滑的问题。

由于履带行走于崎岖路上需要有足够的抓着力，也容易出现因积聚碎沙杂物而出现脱带的情况，并且对于雨后户外的湿滑楼梯，攀爬时更需要有足够的抓着力。本发明是基于上述技术问题而提供了一种全地形履带行走结构。提供的具体技术方案如下：

一种全地形履带及带轮组合机构，包括带轮和套设于带轮外侧的履带，其特征在于，

所述履带包括用于与行走路面接触的外履带面和用于与带轮接触的内履带面，所述外履带面上间隔设置有向外突出的履带外齿，所述履带外齿之间的外履带面形成外履带凹面，所述内履带面上设置有向外突出的履带内齿；

所述带轮外侧与履带接触处对应履带内齿的位置设置有向内凹陷的带轮凹齿，所述带轮凹齿的结构与履带内齿的结构相配合；所述带轮凹齿为贯穿的通孔，带轮凹齿朝向履带的一侧和朝向带轮内部的一侧均为通透性的。

进一步地，所述履带内齿与内履带面接触面的底面积大于履带内齿朝向带轮一面的顶面积，所述履带内齿与内履带面接触面的长和宽均小于履带宽度。

进一步地，所述履带内齿为凸出的截棱锥状或半圆形或倒三角形，所述带轮凹齿为向内凹陷的与履带内齿配合的结构。

进一步地，所述带轮外侧设置有用于防止履带脱落遮挡结构，所述遮挡结构置于履带外侧。

进一步地，所述遮挡结构在带轮外侧的两边间隔设置，装配后遮挡结构贴合于履带外侧，且遮挡结构与履带外齿的位置一一对应。

进一步地，所述遮挡结构包括片状的挡边，挡边垂直设置于带轮外侧，挡边与带轮为一体化结构，所述挡边对称设于履带两侧。

进一步地，所述履带内齿设置于外履带凹面的对应位置或设置于履带外齿的对应位置，即履带内齿的中轴线与外履带凹面的中轴线对应(错齿)，或，履带内齿的中轴线与履带外齿的中轴线对应(对齿)。

在上述两种排布方式中(错齿和对齿)，更优选采用错齿设计，因错齿设计时履带的机械强度要略强于对齿设计。

进一步地，所述履带外齿和外履带凹面的外表面均设置有带凸起的纹理结构。所述凸起是指，纹理结构突出于外履带面，而不仅仅是简单的磨砂面，纹理结构需要为明显凸起，才能在攀爬湿滑楼梯时起到防滑效果。

进一步地，所述纹理结构为W型、横纹形、斜纹形中的一种或多种。

本发明还提供一种轮椅，其特征在于，包括车身部分和行走机构，所述行走机构包括前述任一的全地形履带及带轮组合机构。

与现有技术相对比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明中山丘形内齿和穿透式带轮凹齿：履带内齿与一般履带的设计不同，履带内齿并非横跨整条履带，而是像山丘般独立地凸出来，带轮上设有倒山丘形的凹齿，恰好配合内履带的山丘形内齿，好处是既能为履带提供足够的带动力的同时，当山丘形内齿插进带轮凹齿中时，夹杂在内履带的沙石等杂物，会被山丘形内齿排出带轮之外，从而避免沙石等杂物阻塞履带传动的运作。

(2)本发明中间歇式挡边：为要达到防止履带外脱、防止沙石等杂物在履带内积聚和防止尖锐的硬物或梯角将挡边压歪，本发明特别设计了间歇式挡边，而每次运转，挡边会恰好运行至履带外齿的旁边，而楼梯尖角却会运行至外履带凹面处，从而发挥阻挡履带外脱和防止尖锐的硬物或梯角将挡边压歪的情况。

(3)本发明中外履带防滑坑纹的设计，使得一整条外履带面均布满防滑坑纹，可以增大履带与其接触面增加磨擦力，达到防滑的作用。

附图说明

图1a为现有技术中一般常见的金属履带。

图1b为现有技术中采用橡胶履带的爬楼机。

图1c为现有技术中采用橡胶履带的探测机器人。

图1d为现有技术中带有挡边的一般带轮，小黑点代表积聚在带轮上的沙石等杂物。

图1e为现有技术中带有挡边的带轮遇上较尖的梯角时，挡边会有机会被压歪的示意图。

图2a为本发明中全地形履带结构的其中一种实施方案的侧视图。

图2b为本发明中外履带面上加上了“W形”纹理的结构图。

图2c为现有技术中一般的履带内齿结构图，其齿节都是横跨整条履带。

图2d为本发明中履带的部分结构图，用以表明履带内齿如山丘般独立地凸出来。

图2e为本发明中带轮上设有倒山丘形凹齿的结构图，圆圈为该凹齿的特写，显示该凹齿是通透性的。

图2f为本发明中带轮上设有间歇式挡边的结构图。

图3a为本发明履带及带轮组合机构的侧视结构图，图中示出了履带和带轮。

图3b为本发明履带及带轮组合机构的立体结构图。

图4a为本发明中履带的立体结构图。

图4b为本发明中履带的部分侧视结构图。

图4c为本发明中履带的部分俯视结构图，并示出履带内齿的位置和形态。

图5a为本发明中带轮的立体结构图。

图5b为本发明中带轮的侧视结构图。

图5c为本发明中带轮的部分侧视透视图。

图5d为本发明中带轮的俯视结构图。

图6为本发明履带及带轮组合机构在攀爬楼梯时，W形防滑纹理发挥出防滑作用的示意图

图7为本发明履带及带轮组合机构的侧视透视图，展示出当沙石等杂物依附在内履带面时，履带内齿和带轮凹齿如何合作无间地将杂物吐出的情况。

图8为本发明中，当履带受到横向拉力时，带轮间歇式挡边如何发挥防止履带外脱的示意图。

图9为当本发明履带及带轮组合机构遇到梯角较尖的楼梯时，带轮间歇式挡边发挥作用出防止被楼梯尖角所压歪的示意图。

附图中标记的具体含义如下：

1：履带；2：带轮；101：外履带凹面；102：履带外齿；103：履带内齿；201：带轮凹齿；202：挡边。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提供的全地形履带及带轮组合机构具体结构及工作原理进行具体说明。

参见图2a所示，本实施例提供的全地形履带及带轮组合机构主要包括如下结构：

履带1(履带的材质可以是橡胶、混合橡胶或尼龙等材质)，两个带轮2(带轮的材质可以是金属或塑料等硬质材质)，履带1会紧套在两个带轮2之上(实际使用时，带轮数量可以根据实际需要进行选择)。当本发明机构套用在具体的行走机构之上，该行走机构的动力会透过其中一个带轮2传递至履带1之上，令本机构可以在普通地面、砂石路、楼梯、山路上进行行走。

本实施例中，履带1包括用于与行走路面接触的外履带面和用于与带轮2接触的内履带面，外履带面上间隔设置有向外突出的履带外齿102，所述履带外齿102之间的外履带面形成外履带凹面101，所述内履带面上设置有向外突出的履带内齿103。相应地，带轮2外侧与履带1接触处对应履带内齿103的位置设置有向内凹陷的带轮凹齿201，带轮凹齿201的结构与履带内齿103的结构相配合。

本实施例中，通过上述结构中履带内齿103与带轮凹齿201之间的配合，能够为履带1提供足够的带动力，方便将带轮2的动力通过履带内齿103与带轮凹齿201之间的配合传递给履带1。通过在带轮2上设置了与履带内齿103配合的带轮凹齿201，可以为履带1提供更加充足的带动力，相比传统履带和带轮直接配合的方式，带动更加方便。

同时，本发明中将带轮凹齿201设计为贯穿的通孔(如图2e和图5a，图2e中画圈位置即为完全贯穿的通孔)。即带轮凹齿朝向履带的一侧和朝向带轮内部的一侧均为通透性的，如有石子或其他杂物卡在内履带面与带轮之间，将可以通过带轮凹齿201排出。这样带轮凹齿201既能为履带1提供足够的带动力，同时，当履带内齿103插进带轮2中的凹齿时，夹杂在内履带面上的沙石等杂物，会被带轮凹齿201排出带轮之外(如图7所示)，从而避免沙石等杂物阻塞履带1传动的运作。

在本发明的另一个实施例中，设置履带内齿103与内履带面接触面的底面积大于履带内齿103朝向带轮2一面的顶面积，所述履带内齿103与内履带面接触面的长和宽均小于履带1宽度。进一步地，(如图2d)可以将履带内齿103为凸出的截棱锥状，所述带轮凹齿201为向内凹陷的倒截棱锥状(或称为山丘状)。也可以将履带内齿103设计成其他半圆形或倒三角形的形状，带轮凹齿201的形状与履带内齿配合即可。本实施例中，截棱锥状履带内齿103与一般的内齿(如图2c)不同，齿节并非横跨整条履带1，而是像山丘般独立地凸出来，带轮凹齿201为对应的倒山丘状结构。通过履带内齿103和带轮凹齿201的特殊结构设计，可以更加方便带动履带1运行，同时该结构的履带内齿103能够方便砂石排出。

在本发明的另一个实施例中，履带1采用了错齿设计，即履带外齿102和履带内齿103呈交错状态设置(且均等间距设置)，所以带轮2的带轮内齿和挡边202亦需要呈交错状态，履带内齿103设置于外履带凹面101的对应位置。且履带外齿102与挡边202的中线均完全对应，履带内齿103与外履带凹面101的中线均完全对应。保证每次运行中，挡边202必然会运行至履带外齿102的旁边。错齿设计的形式更有利于在攀爬楼梯时保护带轮2不被损坏。该设计有利于发挥将杂物排走的功能，且错齿设计的履带机械强度更强。

在本发明的另一实施例中，履带1亦可以考虑采用对齿设计，即履带外齿102和履带内齿103为并排而列，其中线重合。此种情况下带轮2中的带轮凹齿201和挡边202亦需要改为并排而列(由于要保证履带外齿102与挡边202的位置对应，则挡边202刚好卡在履带内齿和带轮凹齿201对应位置的外侧。此种设计也能够起到防止挡边202被压弯的功能)。

在本发明的另一个实施例中，带轮2外侧设置有防止履带1脱落的挡边202(图5a)，挡边202与带轮2一体化设置，挡边202作为遮挡机构，等间距间隔设置，对称设置于履带1两侧，与履带外齿102的位置一一对应，挡边202采用片状结构，片状结构的水平面贴合于履带外齿下的履带外侧。挡边202可以有效防止履带1脱落。挡边202的结构可以根据需要进行设计，本实施例中使用的是圆弧片状结构的挡边202。相比于传统的一体式全挡边(如图1d)，可以起到防止挡边被压歪的作用。

为了防止履带1从带轮2中脱出，带轮2上通常会设置挡边，但全挡边除会积聚杂物之外(如图1d)，亦会有机会被梯角压歪(如图1e)。因此，本实施例的带轮2上，设有间歇式挡边(如图2f)，履带及带轮组合机构行走时，挡边202会恰巧运行至履带外齿102的对应位置，用作防止履带1外脱，而相邻履带外齿102之间位置(即外履带凹齿)所对应的带轮2上，并没有挡边202，因而避免了挡边202与履带内齿103之间积聚杂物(如图7)和挡边202被梯角压歪(如图9)。

在本发明的另一个实施例中，内履带面上对应挡边202的位置开设有左右两条凹槽，凹槽在宽度方向上贯穿履带1设置，凹槽长度即为履带宽度，两条凹槽之间形成压缩部，压缩部的宽度不小于挡边202宽度。压缩部对挡边202的压力一般不会导致挡边202损坏，可以在起到防止履带1脱落作用的同时，起到保护挡边202的作用。另外，履带1上开设凹槽也有利于延长履带1寿命。

在本发明的另一个实施例中，履带外齿102和外履带凹面101的外表面均设置有带凸起的纹理结构(如图2b)，纹理结构主要起到防滑的作用，具体可以使用W形的纹理(也可以是横纹形、斜纹形等其他形状)，当该行走机构行走于湿滑的路面或攀爬楼梯时，可以避免出现打滑的情况。在本发明的一个具体实施例中，本实施例的履带及带轮组合机构可以用于轮椅中，当轮椅进行攀爬楼梯操作时，如果仅仅在履带外部设置履带外齿102(或类似作用的结构)，只可以起到普通防滑作用，只适用于普通地面。而楼梯结构比较特殊，轮椅由于需要载人，其工作环境也比较特殊，使用普通结构的履带时，轮椅在攀爬楼梯时，由于两个履带外齿102之间通常必须有一定间距，轮椅在爬过某个楼梯角时，会发生非常大的晃动，这对乘坐轮椅的人员而言是非常危险的，甚至有一定几率会将人摔下。本实施例改进后的履带1上增加了W型纹理结构，在攀爬楼梯时，履带可以死死咬住楼梯(如图9)而不会使楼梯角在两个履带外齿102之间发生无法控制的运动，从而可以大大提高乘坐轮椅人员的安全性。

现有技术中的常用履带，由于设计用途不同，通常都没有考虑到攀爬户外湿滑梯级的问题，所以常规做法只会在外履带的表面，加一层磨砂面以作防滑。而磨砂面仅适用于普通路面的行走，实际使用中发现，对于雨后的户外阶梯，该磨砂面没有明显的防滑作用，仍然会发生滑动现象。而本发明在实测上证实，加了凸起的防滑纹理之后，即使在雨后的户外梯级之上，该行走机构依然能顺利攀上楼梯。

当本发明提供的履带及带轮组合机构套用在具体的行走机构之上，能够实现以下功能：

1.动力传递能力：(如图3a所示)当履带1紧套在两个或以上的带轮2之上(带轮直径的大小可以是一样，亦可以是不一样的)，构成一个组合，再套用在行走机构之上，当动力令其中一个带轮2转动时，由于带轮凹齿201与履带内齿103完全吻合，所以转动的带轮2会将动力从带轮凹齿201传递至履带内齿103之上，如是者一离一合的紧密推动，令履带1随着带轮的转向而向前或向后转动，从而令到该行走机构可以在路面上走动。

2.防滑能力：当该行走机构行走于湿滑的路面，甚至如(图6)般攀爬楼梯时，履带外齿102上的W纹理(可以是W或其他纹理)会增加与地面的磨擦力，从而达到防滑的作用。另外，当梯角较圆较滑时，外履带凹面101上的W纹理(可以是W或其他纹理)会增加与梯角的磨擦力，从而达到防滑的作用(如图6所示)。

3.排沙石杂物功能：行走机构经常行走于不同的路面，沙石等杂物很容易会积聚在内履带面之上，但当该行走机构运转时(如图7所示)，可见代表沙石等杂物的小黑点，原本黏附在内履带面之上，当履带内齿103开始插进带轮凹齿201时，小黑点会被推进带轮凹齿201之中，当运转至履带内齿103完全没入带轮凹齿201时，小黑点会从带轮凹齿201的孔中完全排出，随后掉落。即使存在少量没有从带轮凹齿201的孔中排出的小黑点(砂石等杂物)，由于带轮2是采用间隔设置的挡边202，挡边202并没有把缝隙完全密封，因此剩余的砂石等杂物可以从间隔设置的挡边202的缝隙中排出(参见图1d可见，如果是全封闭式挡边而不是使用本发明中的间歇式挡边，砂石等杂物将很难排出)。

4.防止脱带功能：本发明提供的全地形的履带行走机构，在行走于磨擦力大的路面并转弯时，履带1会承受强大的横向拉力，若带轮2没有设置挡边202，履带1将会脱离带轮2而滑出，容易导致停车或其它严重的事故。本发明提供的履带及带轮组合机构设有带轮间歇式挡边202，当履带遇到横向拉力时(如图8所示)，设置在履带1两边的挡边202会给予反作用力，防止履带外脱。同时由于履带1的内履带面上对应挡边202处开设有两条凹槽，保证了履带1从侧向给予挡边202的力可以被分散一部分，起到一定缓冲作用，可以防止整个履带1的压力均直接施加于挡边202上，如果发生这种情况，将很容易给薄片状的挡边202造成压弯损坏。因此开设凹槽后，履带1对挡边202施加侧向力的部位实际为两条凹槽之间形成的压缩部，压缩部对挡边202的压力一般不会导致挡边202损坏，可以在起到防止履带1脱落作用的同时，起到保护挡边的作用。另外，履带上开设凹槽也有利于延长履带寿命。

5.防压歪挡边功能：带轮间歇式挡边202之所以采用间歇式的原因，除了要防止履带外脱和留有缝隙给沙石等杂物排出，另有一个非常重要的原因，就是防止带轮挡边202被尖锐的硬物所压歪，当行走机构行走至较尖锐的硬物或梯角时，外履带凹面101会被尖角压至凹陷(如图1e所示)，由于采用了带轮间歇式挡边202，没有挡边202的部份刚好避免了楼梯尖角而免被压歪(如图9所示)。

综上所述，本发明提供的履带及带轮组合机构套用于具体的行走机构上时，能够实现动力有效传递、防滑、排沙石杂物以及防止履带脱带、防止挡边被压歪等功能，可以适用于普通地面、砂石路、楼梯、山路等各种路面结构。

本发明中履带与带轮组合结构，目的是将该行走机构的动力传递至本结构之上，从而达到该行走机构能行走于不同的路面或楼梯的目的。图2所示实施例展示了将履带1紧套于一个大带轮2与一个小带轮2之上。具体实践时，可以根据动力传递的作用，亦可以由一条或多条履带与一个或多个带轮组成组合结构，可以根据该行走机构的实际用途而定。本发明目的在于提供新型履带以及与该履带配合的新型带轮结构，具体的履带与带轮数量及具体配合方式，可以根据需要另行决定。

本发明中在整个外履带面均布满防滑坑纹(或带凸起的纹理结构)，可以是如图8或图2所示例般的W形或其它任何根据其实际需要而设的纹理，目的是令履带与其接触面增加磨擦力，达到防滑的作用(尤其适用于行走在湿滑路面或攀爬室外雨后湿滑的楼梯时)。若该行走机构所行走的路面并不湿滑，可以考虑采用没有防滑坑纹的履带。

本发明中设置有山丘形履带内齿103，履带内齿103的作用是将带轮2的动力传递至履带1，可以是图4a示例般的梯形(又可称为山丘状或截棱锥状)，也可以是半圆形、倒三角形等其他结构，其大小和形状，都要视乎其实际需要而定，但建议履带内齿103的底部面积大于顶部面积，以方面其***带轮内齿中，并方便排出砂石。

本发明中采用通透性带轮，为将行走机构的动力传递至履带1，带轮凹齿201必须要与履带内齿103完全配合。为了达到将黏附在内履带上的沙石等杂物排出的功能，带轮凹齿201必须为通透性，即带轮凹齿的顶部和底部均无遮挡物，让沙石等杂物可以从带轮凹齿201的穿透式的孔中排出。

本发明中采用间歇式挡边202，为要达到防止履带外脱、防止沙石等杂物在履带内积聚和防止尖锐的硬物或梯角将挡边202压歪，本发明特别设计了间歇式挡边202，而每次运转，间歇式挡边202会恰好运行至履带外齿102的旁边，从而发挥阻挡履带外脱和防止尖锐的硬物或梯角将挡边压歪的情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。