CN101585305A

CN101585305A - 摇杆机器人齿轮式差动平衡机构

Info

Publication number: CN101585305A
Application number: CNA2008101233554A
Authority: CN
Inventors: 李允旺; 葛世荣; 朱华
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2009-11-25

Abstract

一种摇杆机器人齿轮式差动平衡机构，由输入太阳外齿轮(4)、输出太阳外齿轮(1)，同轴固联的两外齿轮(2)、(3)以及系杆H构成，两太阳外齿轮(1)、(4)及系杆H的轴在同一轴线上，系杆H支撑着同轴固联的两外齿轮(2)、(3)，两外齿轮(2)、(3)分别与两太阳外齿轮(1)、(4)相啮合；输入太阳外齿轮(4)与系杆H为机构的输入，输出太阳外齿轮(1)为机构的输出；输入的太阳外齿轮(4)的齿数比上与其相啮合的齿轮(3)的齿数的比值，与输出的太阳外齿轮(1)比上与其相啮合的齿轮(2)的齿数的比值的倒数的乘积等于1/2。输出太阳外齿轮(1)的转角为输入太阳外齿轮(4)与系杆H转角的线性平均。

Description

摇杆机器人齿轮式差动平衡机构

所属技术领域

本发明涉及一种齿轮式差动平衡机构，是应用在具有摇杆结构的移动机器人上使机器人主车体保持相对平衡的摇杆机器人齿轮式差动平衡机构。

背景技术

具有摇杆结构的移动机器人是目前移动机器人领域研究的一个重要方向。美国研制的Rock系列和FIDO等大量行星探测机器人的原理样机及成功登陆火星的“索杰纳”、“勇气号”等火星车均采用了6轮独立驱动的摇杆悬架式移动系统。这些机器人均采用了美国专利US4840394中提出的Rocker-Bogie的摇杆机构，左右两侧摇杆通过平衡机构与机器人主车体相连，使得机器人主车体的转角是两侧摇杆机构转角的和的一半，使得机器人主车体保持相对平衡。美国专利US4840394提出了采用连杆机构连接左右两侧摇杆，以保持机器人的平衡。该连杆平衡机构一般布置在机器人主体机壳的外面，这样给机器人的结构设计带来了不便。因此，设计一种体积小、结构紧凑的差动器十分必要。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种体积小、结构紧凑的齿轮式差动平衡机构，该齿轮式差动平衡机构应用在具有摇杆结构的移动机器人上，连接两侧的摇杆以保持机器人主车体的相对平衡。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明由输入太阳外齿轮、输出太阳外齿轮，同轴固联的两外齿轮以及系杆构成，两太阳外齿轮及系杆的轴在同一轴线上，系杆支撑着同轴固联的两外齿轮，同轴固联的两外齿轮分别与两太阳外齿轮相啮合；输入太阳外齿轮与系杆为机构的输入，输出太阳外齿轮为机构的输出；输入的太阳外齿轮的齿数比上与其相啮合的齿轮的齿数的比值，与输出的太阳外齿轮比上与其相啮合的齿轮的齿数的比值的倒数的乘积等于

设两太阳外齿轮及与其相啮合的两齿轮的齿数分别为Z₁、Z₄、Z₂、Z₃，根据上述条件可知：

\frac{Z_{2} \cdot Z_{4}}{Z_{1} \cdot Z_{3}} = \frac{1}{2} .

设两太阳外齿轮及系杆分别的角速度为ω₁、ω₄及ω_H，输出太阳外齿轮与输入太阳外齿轮相对系杆的传动比为i₁₄ ^H：

i_{14}^{H} = \frac{ω_{1} - ω_{H}}{ω_{4} - ω_{H}} = {(- 1)}^{2} \frac{Z_{2} \cdot Z_{4}}{Z_{1} \cdot Z_{3}} = \frac{Z_{2} \cdot Z_{4}}{Z_{1} \cdot Z_{3}} = \frac{1}{2}

ω_{1} = i_{14}^{H} \cdot ω_{4} + (1 - i_{14}^{H}) \cdot ω_{H} = \frac{ω_{4} + ω_{H}}{2}

因此，采用此机构，当

\frac{Z_{2} \cdot Z_{4}}{Z_{1} \cdot Z_{3}} = \frac{1}{2}

时，输出太阳外齿轮、输入太阳外齿轮与系杆的转角

有以下关系：

可见，当输出太阳外齿轮固定时，输入太阳外齿轮与系杆的转速相同转向相反。当输出太阳外齿轮可摆动时，输出太阳外齿轮的转速为输入太阳外齿轮与系杆转速和的一半，因此实现了差动的目的。采用上述技术方案，输出太阳外齿轮的摆角为输入太阳外齿轮与系杆摆角的线性平均。

采用上述方案制作的差动平衡装置，安装在摇杆式机器人上时，可将输出太阳外齿轮采取措施固联在机器人的主车体上，输入太阳外齿轮的轮轴、系杆的轮轴分别与机器人的左右摇杆结构连接，当机器人在不平整的地面上运行时，左右两摇杆绕太阳齿轮的轮轴的轴线转动，这样机器人的主车体的绕该轴线摆角为左右两摇杆的摆角的和的一半，保证了机器人在复杂的地形上移动时机器人主车体的差动平衡。

采用上述的方案，可以达到以下有益效果：本发明为一个独立的功能单元，结构紧凑，比利用连杆机构实现摇杆式机器人平衡节省空间，安装使用方便。

附图说明

图1为本发明的机构原理图；

图2为本发明安装在摇杆式机器人上的安装示意图；

图中：1-输出太阳外齿轮2-外齿轮3-外齿轮4-输入太阳外齿轮H-系杆5-主车体6-太阳内齿轮轮轴7-太阳外齿轮轮轴8-左摇杆9-右摇杆10-左摇杆部分11-右摇杆部分12-轮体

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为的本发明的机构原理图，本发明由输入太阳外齿轮4、输出太阳外齿轮1，同轴固联的两外齿轮2、3以及系杆H构成，两太阳外齿轮1、4及系杆H的轴在同一轴线上，系杆H支撑着同轴固联的两外齿轮2、3，同轴固联的两外齿轮2、3分别与两太阳外齿轮1、4相啮合，输入太阳外齿轮4与系杆H为本机构的输入，输出太阳外齿轮1为本机构的输出，输入的太阳外齿轮4的齿数比上与其相啮合的齿轮3的齿数的比值，与输出的太阳外齿轮1比上与其相啮合的齿轮2的齿数的比值的倒数的乘积等于

图2为本发明安装在摇杆式机器人上的安装示意图，将本发明安装在摇杆式机器人上时，采取措施将其输出太阳外齿轮1与机器人主车体5固定，摇杆部分10、11由摇杆8、9和轮体12构成，输入太阳外齿轮4的轮轴6与左摇杆部分10的摇杆8连接，系杆H的轴7与右摇杆部分11的摇杆9连接。

当机器人在不平整的地面上运行时，轮体随着起伏不平的地面上下起伏，并使得左右两摇杆8、9绕差动平衡机构的太阳齿轮的轮轴的轴线转动，因本发明的作用，机器人的主车体5绕该轴线摆角为左右两摇杆8、9的摆角的和的一半，保证了机器人在复杂的地形上移动时机器人主车体5的差动平衡。

本发明为齿轮式差动平衡机构，具体实施时，可将齿轮部分设置在一个封闭的壳体内，形成一个独立的功能单元，这样即便于齿轮的润滑，又使得差动平衡装置的结构紧凑、体积小，可以节省主车体的空间，且安装方便。本发明可广泛地应用在具有摇杆结构的轮式、履带式及轮履结合式的移动机器人上。

Claims

1、一种摇杆机器人齿轮式差动平衡机构，包括齿轮与系杆，其特征在于：两太阳外齿轮(1)、(4)及系杆H的轴在同一轴线上，系杆H支撑着同轴固联的两外齿轮(2)、(3)，两外齿轮(2)、(3)分别与两太阳外齿轮(1)、(4)相啮合；输入太阳外齿轮(4)与系杆H为机构的输入，输出太阳外齿轮(1)为机构的输出；输入太阳外齿轮(4)的齿数比上与其相啮合的齿轮(3)的齿数的比值，与输出太阳外齿轮(1)比上与其相啮合的齿轮(2)的齿数的比值的倒数的乘积等于1/2。

2、根据权利要求1所述的摇杆机器人齿轮式差动平衡机构，其特征在于：输入太阳外齿轮(4)的轴和系杆H的轴分别与摇杆机器人的左右摇杆连接，输出太阳外齿轮(1)与机器人的主车体固定。