已开发了一种橡胶制成的用于履带单元的履带传送带。如下列专利文件 1-3所公开的，履带传送带具有许多间隔地布置在传送带外周上的踏板凸块。 踏板凸块抓在地面上的阶梯或隆起上，由此允许履带单元跨过阶梯或隆起。

本发明待解决的问题
然而，专利文件1-3中公开履带传送带的踏板凸块形状相同并且具有高 抗挠刚性。这会限制履带单元可跨过的阶梯的高度。更具体地说，首先接触 阶梯的踏板凸块抵靠阶梯的上升面，抑制履带单元进一步朝向阶梯移动。相 应地，当阶梯较高时，随后的踏板凸块不能抓住阶梯的上端。如果踏板凸块 间的距离足够宽，那么在首先到达阶梯的踏板凸块已朝下移动并且离开阶梯 后，随后的踏板凸块可扣住高阶梯的上端。但是，加大踏板凸块间的距离可 能会危及运动的稳定性。
解决问题的方法
为了解决上述问题，提出本发明。根据本发明，提供一种用于履带的连 续延长部件，包含沿其周向方向间隔布置的多个踏板凸块，所述多个踏板凸 块包括至少两种踏板凸块，第一踏板凸块和第二踏板凸块，所述第一踏板凸 块具有高挠性刚度并且不容易弯曲，所述第二踏板凸块具有低挠性刚度并且 容易弯曲。
在这种结构中，当履带单元碰到阶梯或隆起时，第二踏板凸块弹性变形 发生弯折。相应地，即使当阶梯的高度比从轮子中心到踏板凸块的上端的半 径大时，第一踏板凸块也可接近阶梯并且抓住阶梯的上端。因此，履带就可 跨过高阶梯。
优选地，包括所述第一踏板凸块和第二踏板凸块的所有所述踏板凸块具 有相同的高度。这允许履带单元稳定地在平整地面上移动。
优选地，所述连续延长部件包括沿其周向方向交替布置的第一区和第二 区，每个所述第一区具有至少一个所述第一踏板凸块，每个所述第二区具有 至少一个所述第二踏板凸块。这允许履带单元更肯定地跨过高阶梯。
优选地，所述第二踏板凸块的高度不小于其厚度的3倍，不大于其厚度 的7倍。这允许第二踏板凸块在保持其负载承受能力的同时容易产生变形。 这样也使第二踏板凸块具有用于瓦砾等的极佳夹持能力，因此使得履带单元 能够无滑动地移动。
优选地，所述第一踏板凸块和所述第二踏板凸块沿所述连续延长部件的 宽度方向延伸，并具有梯形纵向横截面，所述第二踏板凸块的底端比所述第 一踏板凸块的底端更薄。在这种结构中，梯形纵向剖面提供用于模制踏板凸 块的拔模斜度(draft angle)。
优选地，所述第二踏板凸块具有弯折的平面形状。这样增强第二踏板凸 块的负载承受能力。
根据本发明，也提供一种履带单元，具有沿前和后方向布置的多个轮子 以及围绕所述轮子缠绕的连续延长部件，所述连续延长部件包括沿其周向方 向间隔布置的高度相同的多个踏板凸块，所述连续延长部件具有沿其周向方 向交替布置的第一区和第二区，所述多个踏板凸块包括至少两种踏板凸块， 第一踏板凸块和第二踏板凸块，每个所述第一区具有至少一个所述第一踏板 凸块，每个所述第二区具有至少一个所述第二踏板凸块，所述第一踏板凸块 具有高挠性刚度并且不容易弯曲，所述第二踏板凸块具有低挠性刚度并且容 易弯曲。
在这种结构中，当履带单元碰到阶梯或隆起时，第二踏板凸块弹性变形 发生弯折。相应地，即使当阶梯的高度比从轮子中心到踏板凸块的上端的半 径大时，第一踏板凸块也可接近阶梯并且抓住阶梯的上端。因此履带就可跨 过高阶梯。
发明效果
根据本发明，履带单元可跨过高阶梯或隆起。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的具有一对左、右履带单元的机器人的 底部的透视图。
图2是左侧履带单元的右侧视图。
图3是左侧履带单元的左侧视图。
图4是图2中的履带单元沿IV-IV线截取的横截面剖视图。
图5是图4的履带单元的分解截面图。
图6是图4的履带单元的前端部的放大横截面剖视图。
图7是图4的履带单元的后端部的放大横截面剖视图。
图8是图2的履带单元沿VIII-VIII线截取的横截面剖视图。
图9是履带传送带的放大横截面剖视图，钢传送带的厚度被放大。
图10是履带单元正在跨过高阶梯时的示意图。
图11是当履带传送带的第二踏板凸块夹持一块橡胶时的示意图。
附图标记的说明
2L、2R    履带单元
10        轮子
20        履带传送带(连续延长部件)
25        第一踏板凸块
26        第二踏板凸块
R1        第一区
R2        第二区。

参照附图，描述本发明的实施例如下。图1示出轻型机器人的底部A。 底部A包含安装基部1和一对履带单元2L、2R，它们附接在安装基部1的 左右部分，机器人的上体安装在安装基部1上。根据机器人的角色，上体可 采用各种构造。例如，在遇到地震之类的灾难时，用来搜救困在瓦砾中的人 的机器人根据需要具有摄像头、监视传感器、照明装置和用来夹持轻型物体 的夹持机构。
如图1-3所示，履带单元2L、2R的每个都包含前后轮10、围绕轮子10 连续排列的连续履带传送带20(履带的连续延长部件)和一对侧板30。两 个履带单元2L、2R每个的侧板30里面的一个的中间部分附接至安装基部1。
左、右履带单元2L、2R结构基本相同。然而，在左履带单元2L中， 后轮10连接至致动器40，用作从动轮，前轮10用作非从动轮。另一方面， 在右侧履带单元2R中，前轮10连接至致动器40，用作从动轮，后轮10用 作非从动轮。
下面将详细描述左履带单元2L。如图4、6和7所示，每个轮子10由 树脂做成，具有多个片孔13以减轻重量。车轮10的外周表面为圆柱表面。 金属制成的接合销12嵌入轮子10的外周表面。接合销12沿周向方向以平 均的间隔布置，并且处于沿轮子10的外周表面宽度方向的中心。接合销12 的头部呈半球状，并且从轮子10的外周表面伸出。头部设置为接合伸出件 12a。在该实施例中，接合伸出件12a的直径大约为3mm，而轮子10的宽 度为30mm。
如图1-3所示，该对轮子10的左边和右边设置有该对侧板30。每个侧 板30具有采用沿前后方向延长的长方形板的形状的金属板31，以及上、下 密封件32。该对金属板31的前后端部覆盖该对轮子10的相对侧表面。
侧板30的金属板31包含分别沿前后轮10的外周边缘弯曲的半圆形形 状的前后端边缘部分31a，如图4、6和7所示，前后末端部分31a从里面切 割开从而减少厚度。
密封件32可拆卸地附接在上下线性边缘部分，直到金属板31的末端部 分31a。更具体地说，密封件32是由弹性系数比下文所述的履带传送带20 的传送带主体22低的橡胶材料组成。图8清楚地示出，密封件32通过硫化 粘接等附接至具有L形横截面的线性支架33上，支架33采用螺钉34可拆 卸地固定至金属板31的上、下边缘部分。密封件32包括薄上升壁32a。
如图9所示，履带传送带20包括由不绣钢制成的连续钢传送带21(薄 的钢传送带、高拉伸强度的传送带)和传送带主体22。传送带主体22是连 续的，由诸如SBR和聚氨酯橡胶的橡胶(弹性材料)制成，通过硫化粘接 等围绕刚传送带21的整个外周附接。
钢传送带21通过焊接厚度从0.05-1.0mm(本实施例中为0.15mm)的延 长薄传送带的相对端而形成。钢传送带21的宽度大体和轮子10的宽度相同。 钢传送带21具有沿周向方向以平均的间隔(该间隔与轮子10的接合伸出件 12a的间隔相同)布置并且处于沿其宽度方向的中心的圆形接合孔21a。接 合孔21a的直径和接合伸出件12a的直径相同或稍微大一点。
比起后面描述的基板部件23(厚度为3mm)，根据本实施例的钢传送带 21极端地薄。图9放大地示出钢传送带21的厚度，其他附图中省略了钢传 送带21。
如图1-9所示，传送带主体22整体包括连续的基板部件23，该基板部 件的宽度大于钢传送带21的宽度、沿基板部件23的宽度方向的相对侧形成 的防护凸缘24和两种在基板部件23的外周间隔形成的踏板凸块25、26。基 板部件23具有大体为半圆形并且布置在基板部件23宽度方向的中心的逸出 凹口23a，其位置与钢传送带21的接合孔21a对应，从而与接合通道21a相 连通。
如图2-4所示，履带传送带20前面和后面围绕轮子10的外半周设置。 如图9所示，在覆盖轮子10的外半周的区域中，轮子传送带21直接地接触 轮子10的外周表面，轮子10的接合伸出件12a接合钢传送带21的接合孔 21a，并且进入基板部件23的逸出凹口23a。
防护凸缘24围绕传送带主体22的整个外周连续地形成。防护凸缘24 从基板23的外周表面沿倾斜方向伸出。防护凸缘24具有锥形横截面，由此 允许其容易地产生弹性变形。
如图2所示，履带传送带20包括沿圆周方向交替布置的第一区R1和第 二区R2。第一区R1中设置有两个第一踏板凸块25，第二区R2中设置有4 个第二踏板凸块26。
第一踏板凸块25沿履带传送带20的宽度方向延伸并且具有梯形的纵向 截面。在本实施例中，第一踏板凸块25底部的厚度是15mm，顶部厚度是 4mm，高度是15mm。第一踏板凸块25底部厚，因此，当对第一踏板凸块 25施加与履带传送带的宽度方向(如周向方向)正交的力时，其具有足够的 挠性刚性，从而保持不弯曲。
第二踏板凸块26沿履带传送带20的宽度方向延伸，并且具有梯形的纵 向截面。在本实施例中，第二踏板凸块26底部的厚度是5mm，顶部厚度是 3mm，而高度是15mm。比起第二踏板凸块的高度，第二踏板凸块26的厚 度很薄，因此第二踏板凸块26的挠性刚性比第一踏板凸块25小得多。相应 地，当对第二踏板凸块26施加与履带传送带的宽度方向(如周向方向)正 交的力时，第二踏板凸块26容易弯曲。优选地，踏板凸块26的高度不小于 其厚度(平均厚度或高度方向中心的厚度)的3倍，不大于其厚度的7倍。 更优选地，踏板凸块26的高度不小于其厚度的3.5倍，不大于其厚度的5 倍。踏板凸块26具有在图1所示的中心处弯曲的平面形状。弯曲的结构增 强了踏板凸块26在高度方向承受如机器人自身重量这样负荷的能力。
如图4、6和7所示，前部和后部的轮子10分别经由前部和后部的支承 机构50通过该对侧板30可旋转地支承。支承结构50包含圆盘状的附接基 板51、轴部件52、轴承53和旋转件54。
附接基板51通过螺钉51a(只在图1和2示出)固定到侧板30(位于 内侧)的一个。轴部件52的一端通过螺钉52a固定到加接基板51，轴部件 52的另一端通过螺钉52b固定到侧板30的(位于外侧)的另一个。
轴承53容纳在轴承箱55中并且围绕轴部件52的外周装配。轴承53 由围绕轴部件52形成的阶梯以及固定到轴部件52止推轴承56的支承。
旋转件54包括圆盘部54a、从圆盘部54a的外周边缘连续延伸的管状 部件54b、从管状部件54b的外周边缘(在圆盘部54a的相对侧中的周向边 缘)向外径向延伸的圆形凸缘部件54c。圆盘部54a的中心形成有孔，用于 接纳从中穿过的轴部件52。该孔的外周边缘部分通过螺钉58固定到轴承箱 55的凸缘部。
另一方面，向内径向延伸的圆形凸缘部19在轮子10的内周的宽度方向 上的中央部分形成。凸缘部19通过螺钉59固定至旋转件54的凸缘部54c。 这样允许经由旋转件54和轴承53通过轴部件52旋转地支承轮子10。
前和后支承机构50的结构相同。然而，如图7所示，后支承机构50增 加有连接致动器40的结构。更具体地说，致动器40(包括电动马达和减速 机构)的外壳41穿过内侧板30，通过螺钉固定到附接基板51，致动器40 的输出轴45穿过附接基板51。正齿轮46固定到输出轴45。另一方面，齿 部分54d形成在旋转件54的管状部件54b的内周。齿状部分54d与正齿轮 46的啮合将转矩从致动器40传输到后轮10。
旋转件54的管状部件54b包括彼此邻近的装配部分54x和导向部件 54y。装配部分54x设置在凸缘部件54c侧。装配部分54x具有圆柱外周表 面，并且其直径与由凸缘部件19的内周表面限定的装配孔19的直径相同， 使得装配部分54x可装配入该装配孔19a。导向部件54y位于圆盘部分54a 侧上，并且具有圆锥形外周表面，即锥形外周表面。
装配部分54x和导向部件54y在组装履带单元2L时使用。现在参照图 5说明组装履带单元2L的步骤。首先组装致动器40与前支承机构50和后 支承机构50，并且将支承机构50固定到侧板30之一(内侧板)以形成第一 组件101。
另一方面，履带传送带20围绕前、后轮10环绕以形成第二组件102。
接下来，第一组件101的前后支承机构50的旋转件54装配至第二装配 102的前后轮10。此时，通过旋转件54的导向部件54y的导向操作运动稍 微地增加前后轮10之间的距离，换句话说，当装配部分54x装配入轮子10 的装配孔19a时，对履带传送带20施加拉伸力。这允许轮子10精确地定位。 之后，轮子10的凸缘部19通过螺钉固定到旋转件54的凸缘部54c。然后， 另一侧板30固定到支承机构50的轴部件52。
右侧上的履带2R以与左侧上的履带2L相同的方式进行组装。如上所述， 导向部件54y和装配部分54x的动作使履带单元2L、2R进行高效和精确的 组装。使用树脂形成轮子10可进一步促使旋转件54顺畅地装配和固定至轮 子10。
在上述结构的机器人中，当驱动左边和右边的履带单元2L、2R的致动 器40时，对左履带单元2L的后轮10和右履带单元2R的前轮10施加旋转 扭矩。结果，履带传送带20旋转，由此使得机器人移动。
尽管用在履带传送带20中的传送带主体22是由橡胶做的，但是由于其 采用钢传送带21加固，所以即使长时间使用也不会伸长，也可防止从轮子 10上脱落。而且，也可很大程度地减轻履带20的重量。第一原因是履带传 送带20由薄的钢传送带21加固，而不会增加厚度。第二原因是传送带经由 钢传送带21与轮子10啮合，这样就不需要形成与传送带主体22上的轮子 10啮合的伸出件。
由于轮子10的伸出件12a装配入钢传送带21的接合孔21a，所以确保 履带传送带20防止沿左右方向从轮子10脱落。
在本实施例中，如图10所示，机器人可跨过高度为H的阶梯或隆起S 上移动，高度H大于半径D，该半径代表从轮子10中心到踏板凸块25、26 的顶端的距离。更具体地说，当机器人在运行时碰到阶梯S并且第二踏板凸 块26的顶端抵靠阶梯S时，第二踏板凸块26受到与图10所示箭头相反的 方向作用的力量并且进行弹性弯曲。然后，第二踏板凸块26受到与机器人 的前进力相反的方向的力并且弯曲得更厉害。然后，当第二踏板凸块26处 于弯曲的状态时，第一踏板凸块25的顶端部分抓住阶梯S的上端，由此使 得机器人能够跨过高阶梯S。
为了与本实施例进行比较，让我们假设第二踏板凸块26保持不弯曲， 如图10虚线所示的现有技术的履带传送带的情况。在这种情况下，第二踏 板凸块26的顶端抵靠阶梯S，因此，履带单元2L、2R不能更靠近阶梯S。 因此，第一踏板凸块25不能抓住阶梯S的上端。因此，机器人不能跨过高 度大于半径D的阶梯。
在图10中，踏板凸块25、26之间的间隔宽，但是采用较窄的间隔可获 得相同的效果。
提供两种类型的踏板凸块25、26使得本实施例的机器人可跨过多个障 碍物。
例如，如图1所示，当遇到具有平整表面的相对低的瓦砾S’时，第二踏 板凸块26弹性变形，从而增加与瓦砾S’的接触面积。这允许第二踏板凸块 26很好地夹持瓦砾S’，而不会滑落，由此阻止履带传送带20空转运动。如 果踏板凸块26相互间的间隔变窄，那么瓦砾S’可更紧固地由两个邻近的第 二踏板凸块26夹持，如图11所示。尤其是当瓦砾S’湿了或上面粘有沙子时， 该功能非常有帮助。
另一方面，当瓦砾S’相对低并且粘有例如沙子时，第一踏板凸块25具 有相应于瓦砾S’的有限夹持能力。但是第一踏板凸块25夹持管或其他具有 弯曲横截面的障碍物的能力比第二踏板凸块26要大，因此，比第二踏板凸 块26更容易跨过这种障碍物。
踏板凸块25、26的均一高度允许履带单元2L、2R稳固地移动。尽管踏 板凸块26容易弯曲，但是其强度足以承受沿高度方向的负载，即机器人的 自重，而基本上不会变形。这允许机器人保持顺畅地移动。踏板凸块26具 有弯曲的平面形状，并且因此其强度足以承受沿高度方向的负载。
在围绕轮子10前部和后部设置的履带传送带20的区域，防护凸缘24 的边缘部分接触侧板30的前部和后部中的末端边缘部分31a。在履带传送带 20位于轮子10前部和后部之间的其他区域中，防护凸缘24的边缘部分接 触密封件32的上升壁32a。因此，由履带传送带20和一对侧板30环绕的内 部空间得以密封，由此防止诸如水、沙子和灰尘的异物进入内部空间。
在履带传送带20围绕轮子10的半外周设置的区域中，履带传送带20 弯曲，因此，防护凸缘24的边缘部分沿离开侧板30的末端边缘部分31a 的方向翘曲。但是尽管产生翘曲，防护凸缘24的边缘部分可紧固地接触末 端边缘部分31a，因为防护凸缘24的边缘部分弹性变形从而接触侧板30的 端部边缘部分31a，如上所述。履带传送带20的防护凸缘24在侧板30的 上和下边缘部分处接触该密封件32。该密封件32比防护凸缘24变形得更 厉害，因为密封件32的弹性系数更小，比防护凸缘24更薄。这允许即使当 履带传送带20在不受轮子10限制的区域中移动时，密封件32和防护凸缘24 也保持互相接触，因为密封件32随着传送带20运动而产生变形。密封件32 涂布有.用来减少密封件32和防护凸缘24之间的摩擦的Teflon等。
本发明不局限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可进行各 种改进。例如两个履带单元对可以是前轮驱动、后轮驱动或两轮驱动的。
另一轮子可采用在前和后的轮子之间。非从动轮子不可与履带传送带啮 合，只要其限制履带传送带沿宽度方向的运动。
踏板凸块26可具有在多个点处弯曲的波状平面形状。踏板凸块26可能 不具有梯形的纵向截面，但形成均一的厚度。
在轮子10上可能形成沿不同方向倾斜的两排短螺旋状(双螺旋状)的 接合伸出件，与螺旋接合伸出件对应的接合孔可在高拉伸强度的传送带上形 成，从而确保防止履带传送带弯曲(meandering)。
可采用链条作为连续延长部件，以代替履带传送带。
除了第一、第二区外，连续延长部件可能具有第三区。在这种情况下， 第三区中形成形状与第一、第二踏板凸块不同的第三踏板凸块。
致动器可以不采用电动马达，但可能是液压马达或发动机。
根据本发明的履带单元的应用不局限于搜救机器人。也可用在那些用来 清扫医院的其他轻型机器人，或除了机器人外的轻型建筑机械上。
当履带单元用于几乎不要求在平地上移动的机器人上时，第一踏板凸块 和第二踏板凸块的重量不必相同。
工业实用性
本发明可应用于轻量级机器人等的底部。
专利文件1：日本专利申请待审公开No.H6-156333
专利文件2：日本专利申请待审公开No.H6-199253
专利文件3：日本专利申请待审公开No.H6-329057。