可控的錐齒輪式差動平衡裝置及具有其的移動平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可控的錐齒輪式差動平衡裝置及具有其的移動平臺，可用于移動機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]移動平臺采用差動平衡裝置連接其主車體與左右兩個行走部，可使得移動平臺具有良好的被動適應(yīng)地形的性能。如專利搖桿式四輪機器人(授權(quán)公告號:CN101549715B)提出了一種機器人，該機器人由主箱體、差動平衡器、左右兩搖桿以及輪子構(gòu)成，差動平衡器連接了主箱體與左右兩個與車輪相連的搖桿。采用此技術(shù)方案當(dāng)機器人行駛在不平整的地形上時車輪可帶動左右搖桿與主箱體做相關(guān)聯(lián)的擺動，同時將主箱體的重量較為均勻的分布到各個車輪，因此所述機器人具有較高的適應(yīng)不平整地形的性能。
[0003]但，因為差動平衡裝置(器)的存在，又因所述差動平衡裝置(器)無法進行鎖定，當(dāng)采用了差動平衡裝置(器)的移動平臺在某些不平整的地形上運行時差動平衡裝置使移動平臺運動產(chǎn)生不穩(wěn)定，如專利搖桿式四輪機器人(授權(quán)公告號:CN101549715B)在不平整的地形上轉(zhuǎn)向時，可能使得某個車輪抬起，進而造成傾覆。另外，現(xiàn)有的差動平衡裝置(器)連接主車體與左右行走部后，主車體與左右行走部的初始夾角即確定而無法調(diào)節(jié)，因此，主車體的俯仰角無法進行主動調(diào)節(jié)。
[0004]為了使采用了差動平衡裝置的移動平臺(如移動機器人)具有更好的穩(wěn)定性與地形適應(yīng)性，設(shè)計一種運動和功能可控的錐齒輪式差動平衡裝置及使用其的移動平臺十分必要。
[0005]在國家自然科學(xué)基金青年基金(批準(zhǔn)號:51205391)的支持下，本發(fā)明人團隊進一步進行研究，為克服上述的問題，探索一種可控的錐齒輪式差動平衡裝置及具有該可控的錐齒輪式差動平衡裝置的移動平臺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個目的旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提出一種可控的錐齒輪式差動平衡裝置及具有其的移動平臺；可根據(jù)使用的需要對所述可控的錐齒輪式差動平衡裝置進行鎖定與釋放，從而實現(xiàn)具有其的移動平臺的差動平衡作用的使能控制；通過對該可控的錐齒輪式差動平衡裝置的調(diào)節(jié)還可實現(xiàn)對具有其的移動平臺俯仰角的主動調(diào)節(jié)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實施例的可控的錐齒輪式差動平衡裝置，其包括:錐齒輪裝置、底座、轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元和鎖定單元。所述錐齒輪裝置包括:殼體；兩個外聯(lián)錐齒輪，兩個所述外聯(lián)錐齒輪對稱地設(shè)在所述殼體內(nèi)均與所述殼體可樞轉(zhuǎn)地相連，且兩個所述外聯(lián)錐齒輪的齒數(shù)相同；行星錐齒輪，所述行星錐齒輪至少為一個，所述行星錐齒輪設(shè)在所述殼體內(nèi)且與所述殼體可樞轉(zhuǎn)地相連，且所述行星錐齒輪與兩個所述外聯(lián)錐齒輪均正交嚙合。所述底座與所述殼體可樞轉(zhuǎn)地相連，構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，所述轉(zhuǎn)動副與兩個所述外聯(lián)錐齒輪的軸線共線；所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元與所述底座和所述錐齒輪裝置的所述殼體均相連，且可驅(qū)動所述殼體相對所述底座轉(zhuǎn)動；所述鎖定單元與所述錐齒輪裝置相連并鎖定和釋放所述外聯(lián)錐齒輪和所述行星錐齒輪的嗤合傳動。
[0008]作為可選的，根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元采用齒輪式轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元，其包括:第一齒輪，所述第一齒輪與所述殼體相連，且所述第一齒輪的軸線與所述外聯(lián)錐齒輪的軸線共線；第二齒輪，所述第二齒輪與所述底座可樞轉(zhuǎn)地相連，且所述第二齒輪與所述第一齒輪相互嚙合；齒輪驅(qū)動件，所述齒輪驅(qū)動件與所述第二齒輪相連，并驅(qū)動所述第二齒輪轉(zhuǎn)動。
[0009]作為進一步的可選的，根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述齒輪式轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元的所述第一齒輪和所述第二齒輪為圓柱齒輪或錐形齒輪；所述齒輪驅(qū)動件為電機或經(jīng)過減速的電機單元，在其他一些實施例中也可選擇液壓馬達或氣動馬達。
[0010]作為另一可選的，根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元采用蝸輪蝸桿式轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元，其包括:蝸輪，所述蝸輪與所述殼體相連，且所述蝸輪的軸線與所述外聯(lián)錐齒輪的軸線共線；蝸桿，所述蝸桿與所述底座可樞轉(zhuǎn)地相連，且所述蝸桿與所述蝸輪相互嚙合；蝸桿驅(qū)動件，所述蝸桿驅(qū)動件與所述蝸桿相連，并驅(qū)動所述蝸桿轉(zhuǎn)動。
[0011]作為其他可選的，根據(jù)本發(fā)明的另一些實施例，所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元采用直線驅(qū)動單元，所述直線驅(qū)動單元包括:第一連接件，所述第一連接件與所述殼體鉸連，且所述鉸接中心與所述外聯(lián)錐齒輪的軸線不共線；第二連接件，所述第二連接件與所述底座鉸連，所述第二連接件與所述第一連接件可移動地相連。
[0012]作為進一步的可選的，根據(jù)具體實施，所述直線驅(qū)動單元為電動推桿或油缸或氣缸。
[0013]作為可選的，根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述鎖定單元采用離合式鎖定單元，所述離合式鎖定單元包括一個離合器，所述離合器與所述殼體和所述外聯(lián)錐齒輪相連。
[0014]在具體實施中，所述離合式鎖定單元所包括的所述離合器為電磁離合器或牙嵌式離合器或摩擦式離合器，或可實現(xiàn)離合功能的制動器，所述制動器包括:盤式制動器、鼓式制動器、電磁制動器。
[0015]此外，本發(fā)明還提出了一種移動平臺，其包括上述可控的錐齒輪式差動平衡裝置，且還包括:主車體，所述主車體包括主車架，所述可控的錐齒輪式差動平衡裝置的所述底座與所述主車架相連；行走部，所述行走部為兩個，且分別設(shè)于所述主車體的兩側(cè)，所述行走部包括行走部架，兩個所述行走部架分別與所述主車架可樞轉(zhuǎn)地相連，且兩個所述行走部架分別與所述可控的錐齒輪式差動平衡裝置的兩個所述外聯(lián)錐齒輪相連。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述移動平臺中的所述行走部為輪式行走部或履帶式行走部。
[0017]通過上述技術(shù)方案，所述錐齒輪裝置的兩個所述外聯(lián)錐齒輪相對所述殼體做轉(zhuǎn)角相同、轉(zhuǎn)向相反的運動，具有差動平衡作用；所述鎖定單元將所述殼體與兩個所述外聯(lián)錐齒輪和行星錐齒輪中的任一個鎖定在一起，即兩個所述外聯(lián)錐齒輪與所述基座鎖定為一體，這樣所述錐齒輪裝置失去差動平衡作用。所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元驅(qū)動所述錐齒輪裝置的所述殼體相對所述底座轉(zhuǎn)動，這樣可以改變所述殼體和所述底座的夾角。通過所述的鎖定單元可以實現(xiàn)本發(fā)明的差動平衡作用的使能控制，通過轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元可以改變所述錐齒輪裝置相對所述底座的夾角。根據(jù)本發(fā)明的移動平臺，因為使用了上述可控的錐齒輪式差動平衡裝置的緣故，使得所述移動平臺的差動平衡作用的使能可控，也可以實現(xiàn)所述移動平臺主車體的俯仰角的主動調(diào)節(jié)。這樣，當(dāng)所述可控的錐齒輪式差動平衡裝置具有差動平衡作用，可以使得所述移動平臺被動地適應(yīng)地形，具有較好的地形通過性；當(dāng)所述可控的錐齒輪式差動平衡裝置失去差動平衡作用，這樣所述移動平臺的所述主車體與兩個所述行走部固定為一體，當(dāng)所述移動平臺進行轉(zhuǎn)向尤其原地轉(zhuǎn)向等操作時，不會出現(xiàn)在行走部驅(qū)動力的作用下帶來的所述行走部相對所述主車體的轉(zhuǎn)動，可增加了轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。所述移動平臺在一些較為復(fù)雜地形上行走時，可以防止兩個所述行走部相對所主車體過大擺動，進而防止移動平臺的傾覆，提高了移動平臺的穩(wěn)定性。因為所述移動平臺的主車體的俯仰角可以根據(jù)需要進行主動調(diào)節(jié)，使得移動平臺具有良好的適應(yīng)性。
[0018]根據(jù)一些實施例，所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元采用齒輪式轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元，所述第一齒輪與所述殼體相連，如采用螺紋連接件相連，所述第二齒輪與所述底座可樞轉(zhuǎn)地相連，所述第一齒輪與所述第二齒輪嚙合，所述齒輪驅(qū)動件驅(qū)動所述第二齒輪，從而實現(xiàn)了所述底座與所述殼體的夾角的調(diào)節(jié)。具體而言，采用所述第一齒輪和所述第二齒輪可采用圓柱齒輪也可采用錐齒輪，可根據(jù)具體布置空間的需要進行選擇。
[0019]根據(jù)另一些實施例，所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元采用蝸輪蝸桿式轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元，連接方式同齒輪式轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元，通過蝸輪蝸桿傳動實現(xiàn)了所述底座和所述殼體間的角度調(diào)節(jié)，因為采用了蝸輪蝸桿傳動，該傳動具有較好的自鎖性能。
[0020]作為其他可選的，根據(jù)本發(fā)明的另一些實施例，所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元采用直線驅(qū)動單元，所述直線驅(qū)動單元與所述殼體和所述底座鉸連，改變兩個鉸連中心的距離可以實現(xiàn)所述殼體和所述底座夾角的調(diào)節(jié)。此方案可在夾角調(diào)節(jié)方位不大的情況下選用，因為所述直線驅(qū)動單元采用鉸連方式連接，所以安裝較為方便。根據(jù)具體的實施和使用要求，所述直線驅(qū)動單元為電動推桿或油缸或氣缸。
[0021]作為可選的，根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述鎖定單元采用離合式鎖定單元，所述離合式鎖定單元包括一個離合器，所述離合器與所述殼體和所述外聯(lián)錐齒輪相連。通過該技術(shù)方案，當(dāng)所述離合器結(jié)合時實現(xiàn)了所述殼體與所述外聯(lián)錐齒輪的鎖定；當(dāng)所述離合器分離時將釋放所述殼體與所述外聯(lián)錐齒輪的鎖定。在具體實施中，如采用電磁離合器可通過通電或斷電實現(xiàn)所述外聯(lián)錐齒輪相對所述殼體的能否轉(zhuǎn)動的控制。
[0022]根據(jù)本發(fā)明實施例的移動平臺，由于使用