用于轻型移动式机器人的通用履带
专利汇可以提供用于轻型移动式机器人的通用履带专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于轻型 机器人 车辆的通用 履带 系统(10)。该通用履带系统包括柔性履带体(16)，该履带体构造成用于围绕轻型机器人车辆的多个履带支承件(12)。沿履带体设有包括至少两种不同类型附着垫的多个附着垫(18)。不同类型的附着垫(20，22)提供不同的接地轮廓，该接地轮廓设计成相对于具有不同附着属性的地面提供附着作用。可选地，附着垫可以拆卸，从而允许重新构造通用履带。本发明还公开了构造通用履带的方法。，下面是用于轻型移动式机器人的通用履带专利的具体信息内容。
1.一种可用于轻型移动式机器人的通用履带，该通用履带包括：
柔性履带体，该柔性履带体构造成围绕多个履带支承件，其中，当柔 性履带体绕多个履带支承件旋转时，柔性履带体的变化的接地部分露出， 以与地面接合；以及多个附着垫，该多个附着垫沿柔性履带体设置，
其中，包括至少两种不同类型的附着垫，各种类型的附着垫具有 不同的接地轮廓，该不同的接地轮廓设计成相对于具有不同附着性能的地 面提供附着作用，以及其中，包括足够的各种类型的附着垫，使得在柔性履带体的接地 部分上始终存在各种类型的至少一个附着垫。
2.如权利要求1所述的通用履带，其特征在于，柔性履带体包括弹 性带，多个附着垫固定在该弹性带上。
3.如权利要求1所述的通用履带，其特征在于，柔性履带体包括多 个缆索，多个附着垫穿在该缆索上。
4.如权利要求1所述的通用履带，其特征在于，柔性履带体构造成 设有与多个履带支承件中的至少一个配合的摩擦驱动接合面。
5.如权利要求1所述的通用履带，其特征在于，多个附着垫可拆卸 地附装到设置在柔性履带体上的对应的多个插口。
6.如权利要求5所述的通用履带，其特征在于，附着垫卡合在对应 的插口中。
7.如权利要求1所述的通用履带，其特征在于，包括至少三种不同 的附着垫。
8.如权利要求1所述的通用履带，其特征在于，各种附着垫被优化， 以相对于具有不同附着性能的地面提供附着作用。
9.如权利要求8所述的通用履带，其特征在于，附着垫类型被优化， 以当被重量小于100磅的轻型移动式机器人加载时提供附着作用。
10.如权利要求1所述的通用履带，其特征在于，第一附着垫类型设 计成在松软、易碎的表面上提供附着作用，第二附着垫类型设计成在硬质、 光滑的表面上提供附着作用。
11.如权利要求1所述的通用履带，其特征在于，第一附着垫类型设 计成在坚固的表面上提供附着作用，第二附着垫类型设计成在松软的表面 上提供附着作用。
12.如权利要求1所述的通用履带，其特征在于，第一附着垫类型设 计成在固体表面上提供附着作用，第二附着垫类型设计成在液体表面上提 供附着作用。
13.如权利要求1所述的通用履带，其特征在于，至少一种附着垫类 型包括具有高摩擦系数的基本上平坦的接地部分，第二附着垫类型包括突 起的防滑条。
14.如权利要求1所述的通用履带，其特征在于，至少一种附着垫类 型包括突起的防滑条，第二附着垫类型包括水浆。
15.如权利要求1所述的通用履带，其特征在于，各附着垫类型选自 包括下列类型的附着垫的集合：粘性垫、防滑条、尖钉、吸盘和水浆。
16.一种构造具有附着垫的履带的方法，包括：
提供适合于安装在轻型机器人车辆上的履带；
将履带安装在轻型机器人车辆上，使得履带的一部分露出，以与地面 接合；以及
以至少两种不同的附着垫的交替序列将多个附着垫附装到履带上，使 得当轻型机器人车辆工作时，各种附着垫中的至少一个位于履带的露出的 部分内。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，该方法还包括从预定 的附着垫类型的集合中选择至少两种不同的附着垫，其中所述至少两种附 着垫选择成与计划的工作环境相对应。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，该方法还包括用不同 类型的附着垫替换所述多个附着垫中的至少一个。
相关申请
本申请要求享有于2006年11月13日向美国专利商标局提交的名称为 “Versatile Endless Track for Lightweight Mobile Robots”(用于轻型移 动式机器人的通用履带)的美国临时专利申请No.60/858,804的权益，该 申请的全文引用在此作为参考。
技术领域
背景技术
无人驾驶机器人车辆在试图实现机动性时会面临很多挑战。地形的变 化很广泛，例如包括崎岖不平的或光滑的表面、硬质或柔软的地面、松散 和易变的材料等。对于小型机器人车辆，挑战会变得甚至更大。在一种环 境中运行最佳的车辆可能在另一种环境中运行不佳。
已知使用履带以提供一种较好的折衷，这使得机器人车辆适应地形的 各种变化，同时又保持较好的附着力和可操作性。例如，使用一对平行的 履带的类似坦克的车辆在某些环境中可提供较高的稳定性。
然而，对于小型机器人车辆来说，履带的附着力性能可能比所需的小。 部分地，小型机器人车辆的附着力性能由于机器人车辆重量较轻而变得较 差。较小的向下的力施加到履带上，从而导致履带和地面之间的摩擦力减 小。
发明内容
附图说明
从下文结合附图的描述和所附权利要求中可以更清楚地看到本发明。 应当理解，这些附图仅描述了本发明的示例性实施例，它们不应当被认为 是对本发明的范围的限制。可以容易地认识到，文中一般性地描述以及在 附图中示出的本发明的部件可布置成或设计成各种不同的构造。但是下面 将通过附图更加详细和具体地描述和解释本发明，其中：
图1示出安装在按照本发明一实施例的轻型机器人车辆上的通用履带 的透视图；
图2示出按照本发明另一实施例的通用履带的透视图；
图3示出按照本发明另一实施例的通用履带的透视图；
图4示出按照本发明又一实施例的通用履带的透视图；
图5示出按照本发明一实施例的一种附着垫的透视图；
图6示出按照本发明一实施例的另一种附着垫的透视图；以及
图7示出用于构造按照本发明的实施例的具有附着垫的履带的方法的 流程图。
具体实施方式
下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其 中本发明的元件和特征由附图标记标识。
通常，轻型机器人车辆所面对的环境可以变化很大，因为轻型机器人 车辆可以在室内或室外、在陆地上或者在水上使用。因此，术语“地面” 在本申请的范围内广泛地用来一般地指轻型机器人车辆在其上工作的表 面，所述表面可以包括地面、植被、道路表面、地板、地毯、液体表面等。 轻型机器人车辆会遇到的变化范围很广泛的环境与传统的履带车辆如坦克 或土方作业设备的环境不同，传统的履带车辆通常在很有限的环境中(比 如户外未平整的表面上)工作。
例如，土方作业设备常常在履带上包括防滑条，以在松软或光滑的状 况下，如泥泞或松软的地面上，帮助提供附着作用。防滑条陷入地面中并 与地面接合，由此帮助减少履带的打滑。在硬质地面上也可得到良好的性 能，因为设备的重量足够大到产生大的向下力，所述向下力转变成履带与 地面接触的部分的高摩擦力(并因此转变成高附着作用)。
相比较而言，轻型机器人车辆不太可能产生大的向下力，因此需要不 同的产生附着作用的方法。尽管一种方法是使用适于在负载轻时产生附着 作用的防滑条轮廓，但这种解决方案可能仅在较窄的环境状况范围内很好 地实施。例如，当机器人车辆在很松软的表面(比如，沙子或土壤)上工 作时，防滑条可以很好地实施，但当在很硬的光滑表面(比如，玻璃或经 过抛光的石材)上工作时，提供很小的附着作用。因此，特定的防滑条或 其它附着装置构型常常是在较窄的表面状况范围内很好地实施的折衷解决 方案。
本发明的发明人已认识到，通用履带通过在履带体上包括具有不同的 接地轮廓的许多不同的附着垫，可以在很宽的条件范围内提供附着作用。 参见图1，图1示出的是按照本发明第一实施例的通用履带的视图。总体 上用标号10表示的通用履带围绕多个履带支承件12安装在轻型机器人车 辆14上。通用履带包括柔性履带体16。多个附着垫18沿柔性履带体16 设置。包括不同类型的附着垫20、22，各附着垫类型具有不同的露出的接 地轮廓，该接地轮廓设计成相对于具有不同附着力性能的地表面提供牵引 力。
当轻型机器人车辆工作时，柔性履带体16的露出部分26与地面接合。 应该认识到，当柔性履带体绕多个履带支承件旋转时，露出的部分不断地 改变。可以包括足够的各类型(20、22)附着垫18，使得在柔性履带体的 露出的接地部分上总是存在各类型的至少一个附着垫。
柔性履带体16可以用各种方法构造。例如，柔性履带体可以是环形件， 该环形件横向滑动到履带支承件12上。或者，履带可以是一长的组件，该 长的组件围绕履带支承件，然后柔性履带体的端部连接在一起以形成环形 件。柔性履带体可以是例如用橡胶或其它弹性材料制成的弹性带。作为另 一个例子，柔性履带体可以是两个或多个缆索19；按照本发明另一实施例， 如图2所示，附着垫穿在所述缆索19上。
通常，轻型机器人车辆14包括驱动单元，该驱动单元使通用履带16 绕履带支承件12旋转，从而提供轻型机器人的推进力。例如，一个履带支 承件可以提供与柔性履带体的摩擦驱动接合面。摩擦驱动接合面提供的好 处是，柔性履带体不需要在内表面上包括用于与驱动单元接合的齿轮状突 起。摩擦驱动接合可用于轻型机器人车辆，因为所包括的力比较低(例如， 与重型车辆如坦克或雪地机动车相比)。
将附着垫18附装到柔性履带体16上的各种方法都是可行的。例如， 如图2所示，附着垫可以穿在由多个缆索19形成的柔性履带体上。按照本 发明的一实施例，作为另一种方案，如图3所示，附着垫可以例如通过将 柔性履带体模塑成单个组件而与柔性履带体一体形成。作为另一个方案， 附着垫可以用不同的材料形成，并通过胶水、紧固件和类似的技术固定到 柔性履带体上。附着垫可以拆卸，从而允许方便地替换或更换附着垫的类 型。
图4示出按照本发明的实施例用于将附着垫28、29固定到柔性履带体 16上的技术的具体例子。柔性履带体包括多个插孔30，附着垫可以插入所 述插孔30中。例如，附着垫可以滑动到或卡合到插孔中。附着垫可以具有 与插孔的摩擦配合接合部，从而允许由人手工插入和取出附着垫。对于小 型机器人车辆的轻负荷状况，摩擦配合是合适的，因为作用在附着垫上的 力比较小。例如，轻型机器人车辆的重量一般小于100磅，通常小于50 磅，不过一些轻型机器人车辆的重量可以小于20磅或甚至小于10磅。
附着垫18可以按序列的顺序安装，例如如图2所示，不过这不是必不 可少的。换句话说，对于三种附着垫类型A、B、C，附着垫可以围绕柔性 履带体全部按A-B-C-A-B-C...的序列安装。或者，附着垫可以按不同的顺 序安装。例如，由于所提供的附着作用的差异，可能希望所包括的一种类 型的附着垫比其它类型的附着垫多。因此，附着垫可以按 A-A-A-B-C-A-A-A-B-C...这样的序列设置，其中，对于类型B和类型C的 各个附着垫，设有三个类型A的附着垫。例如，图3示出不同类型附着垫 的可供选择的安排。当然，本领域技术人员可想到许多其它的安排。
希望包括足够的各类型的附着垫，以在柔性履带体的接地部分上总是 存在各类型的至少一个附着垫。这可以帮助保证总是提供合适的附着作用。
具有两种或多种类型附着垫18的通用履带可以在各种状况下为轻型 机器人车辆14提供改善的附着作用。以前，履带构型一般具有相同的接地 轮廓，该接地轮廓是对一定范围的表面状况的折衷设计。相比之下，通用 履带可以包括多种附着垫，各种附着垫设计用于在特定条件下具有良好的 性能。例如，不同类型的附着垫可以由它们不同的接地轮廓限定。柔性履 带体16可以具有两种、三种、或更多种不同类型的附着垫。
现在说明附着垫的各种不同的例子，不过已掌握本公开内容的本领域 技术人员可想到各种其它的附着垫。第一附着垫类型可以设计成在松软、 易碎的表面上提供附着作用。例如，图5示出一种附着垫40，该附着垫设 计成帮助将轻型机器人车辆的重量散布在一定的区域上，以便帮助避免破 坏表面，这种对表面的破坏会使履带插入所述表面。附着垫包括安装在基 本平坦的接地表面44上的薄的突出的防滑条42。
第二附着垫类型可以设计成在硬质的光滑表面上提供附着作用。例如， 图6示出一种设计成提供大的高摩擦系数表面的粘性垫50。该粘性垫具有 基本上平坦的接地表面52，该接地表面可以包括磨料(grit)、不干胶、 或类似的高摩擦系数材料。或者，供在硬质的光滑表面上使用的附着垫设 计可以包括一个或多个吸盘。
可以使用各种其它的附着垫类型和轮廓，其中包括例如平垫(如20)、 防滑条(如22)、尖钉(如24)、胎面花纹(如25)、锯齿轮廓(如28) 和水浆(water paddle)(如29)。
由于在通用履带上包括不同的附着垫以适应不同的条件，所以在一个 实施例中，各个附着垫类型可分别优化，以相对于具有不同附着性能的地 表提供附着作用。换句话说，单个附着垫类型不需要为一种以上的表面类 型折衷地设计。因此，例如，当设计用于在沙子中工作的附着垫时，可忽 略该附着垫在泥泞地面或硬质地面中的性能。这是可行的，因为在通用履 带上包括多种附着垫。当遇到一种附着垫类型提供较差性能的状况时，其 它的附着垫类型可能会很好地执行。因此，根据地表面状况，一种类型的 附着垫可以提供大部分附着作用，而其它类型附着垫提供较少的附着作用。 当然，单个附着垫也可以设计成适应一定范围的表面状况。因此，在通用 履带中可获得很大的柔性。
如上所述的通用履带在使轻型机器人车辆的配置适用于特殊任务方面 可能有帮助。例如，可以根据轻型机器人车辆的计划工作环境所预期的环 境状况，在轻型机器人车辆上安装不同类型的附着垫。预期在坚固的陆地 上和在水上工作的轻型机器人车辆可以包括桨型附着垫和防滑条型附着垫 的组合。作为另一个例子，预期在宽的可变表面状况下工作的轻型机器人 车辆可以包括三种或更多的附着垫类型，其中包括例如粘性垫、短钉、长 钉、防滑条、吸盘和水桨。在其中附着垫可容易地拆卸和更换的可重新构 造的通用履带的情况下，可实现几乎数量不限的不同配置。
图7示出按照本发明的实施例用于配置具有附着垫的履带的方法。总 体上用标号70表示的该方法包括步骤72：提供适于安装轻型机器人车辆 的履带。履带的各种材料和配置如上所述。所述方法的下一个步骤是步骤 74：将履带安装在轻型机器人车辆上，使得一部分履带露出以与地面接合。 用于将履带安装在轻型机器人车辆上的各种技术如上所述。所述方法还包 括步骤76：将多个附着垫附装到履带上，使得当轻型机器人车辆工作时在 履带的露出的部分内包括各种类型附着垫中的至少一个。例如，附着垫可 以按如上所述的序列顺序按放。
所述方法可以包括用不同类型的附着垫替换多个附着垫中的至少一 个。例如，可以通过用不同类型的附着垫替换一种类型的附着垫，来将轻 型机器人车辆重新构造用于不同的工作环境。作为特定的例子，考虑第一 构型，其中附着垫类型包括交替(排列)的吸盘和尖钉，该第一构型设计 成既可在光滑的硬质表面上又可在松软的可穿透的表面上提供良好的附着 作用。所述尖钉可拆卸并替换成粘性垫，以便既可在光滑的硬质表面上又 可在粗糙的硬质表面上提供良好的附着作用。作为另一个例子，具有两种 附着垫的第一构型可以重新安排成包括第三附着垫类型，以提供增加的通 用性。
在某种程度上概括并重申，按照本发明实施例的通用履带系统在用于 轻型机器人车辆的履带的构造中提供了柔性。可以包括与一定范围的预期 环境相对应的不同附着垫类型的组合，其中单个附着垫在不同的状况下提 供良好的附着力性能。附着垫可以拆卸并替换成不同的附着垫类型，以使 轻型机器人车辆适应不同的状况。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理 解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修 改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的， 如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的 范围内。
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明 并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可 认识到的经过修改、省略、(例如各个实施例之间的)组合、适应性改变 和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用 的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期 间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。例如，在本发明中，术 语“优选地”不是排他性的，这里它的意思是“优选地，但是并不限于”。 在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不 限于权利要求中提出的顺序。手段/装置加功能或步骤加功能的限定仅用在 对于具体的权利要求的限定出现所有以下条件之处：a)在此限定中明确地 记载了“用于...的手段/装置”或“用于...的步骤”；b)在此限定中明确 地记载了对应的功能；和c)在说明书中描述了支持该功能的结构、材料 或作用。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确 定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。
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