CN105109576B - 可控的连杆式差动平衡装置及具有其的移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控的连杆式差动平衡装置，其包括空间七杆机构、滑块驱动单元、锁定单元，空间七杆机构包括机架、滑块、平衡杆、两个侧摇杆和两个侧连杆；滑块与机架以移动副相连，平衡杆与滑块可枢转地相连，两个侧摇杆与机架构成同轴线的转动副，两个侧连杆分别以球铰连接平衡杆与侧摇杆；滑块驱动单元驱动和制动滑块的移动；锁定单元与平衡杆相连并可锁定和释放其转动。本发明还提出了具有上述可控的连杆式差动平衡装置的移动平台，所述机架与移动平台的主车体相连，两个所述侧摇杆与移动平台的两个行走部相连。本发明使移动平台实现了差动平衡功能的使能控制以及对主车体俯仰角的主动调节，使其具有更好的地形适应性与稳定性。

Description

可控的连杆式差动平衡装置及具有其的移动平台

技术领域

本发明涉及移动技术领域，尤其涉及一种可控的连杆式差动平衡装置及具有其的移动平台，可用于移动机器人。

背景技术

移动平台采用差动平衡装置连接其主车体与左右两个行走部，可使得移动平台具有良好的被动适应地形的性能。如专利摇杆式四轮机器人(授权公告号：CN101549715B)提出了一种机器人，该机器人由主箱体、差动平衡器、左右两摇杆以及轮子构成，差动平衡器连接了主箱体与左右两个与车轮相连的摇杆。采用此技术方案当机器人行驶在不平整的地形上时车轮可带动左右摇杆与主箱体做相关联的摆动，同时将主箱体的重量较为均匀的分布到各个车轮，因此所述机器人具有较高的适应不平整地形的性能。

但，因为差动平衡装置(器)的存在，又因所述差动平衡装置(器)无法进行锁定，当采用了差动平衡装置(器)的移动平台在某些不平整的地形上运行时差动平衡装置使移动平台运动产生不稳定，如专利摇杆式四轮机器人(授权公告号：CN101549715B)在不平整的地形上转向时，可能使得某个车轮抬起，进而造成倾覆。另外，现有的差动平衡装置(器)连接主车体与左右行走部后，主车体与左右行走部的初始夹角即确定而无法调节，因此，主车体的俯仰角无法进行主动调节。

为了使采用了差动平衡装置的移动平台(如移动机器人)具有更好的稳定性与地形适应性，设计一种运动和功能可控的连杆式差动平衡装置及使用其的移动平台十分必要。

在国家自然科学基金青年基金(批准号：51205391)的支持下，本发明人团队进一步进行研究，为克服上述的问题，探索一种可控的连杆式差动平衡装置及具有该可控的连杆式差动平衡装置的移动平台。

发明内容

本发明的一个目的旨在解决现有技术中存在的技术问题，提出一种可控的连杆式差动平衡装置及具有其的移动平台；可根据使用的需要对所述可控的连杆式差动平衡装置进行锁定与释放，从而实现具有其的移动平台的差动平衡作用的使能控制；通过对该可控的连杆式差动平衡装置的调节可实现对具有其的移动平台俯仰角的主动调节。

根据本发明实施例的可控的连杆式差动平衡装置，包括：一个空间七杆机构及滑块驱动单元和锁定单元。所述空间七杆机构包括：机架；滑块，所述滑块与所述机架的一端以移动副相连；平衡杆，所述平衡杆中部与所述滑块可枢转地相连，构成第一转动副，且所述第一转动副轴线与所述移动副的移动方向不平行；侧摇杆，所述侧摇杆为两个，两个所述侧摇杆的长度相同，两个所述侧摇杆与所述机架的另一端以转动副同轴线地相连，所述转动副轴线与所述移动副移动方向垂直，且所述转动副轴线与所述第一转动副轴线垂直；侧连杆，所述侧连杆为两个，两个所述侧连杆的长度相同，两个所述侧连杆的一端分别与所述平衡杆的两端以球铰相连，两个所述侧连杆的另一端分别与两个所述侧摇杆以球铰相连。所述滑块驱动单元与所述空间七杆机构的所述滑块相连并驱动和制动所述滑块移动。所述锁定单元与所述空间七杆机构的所述平衡杆相连并可锁定和释放所述平衡杆的转动。

作为可选的，根据本发明的实施例，所述滑块驱动单元采用丝杆驱动单元，且其包括：基座、丝杆、丝母和丝杆驱动装置；所述基座与所述机架相连；所述丝杆与基座可枢转地相连；所述丝母与所述滑块相连，且所述丝母与所述丝杆以螺纹副相连；所述丝杆驱动装置与所述丝杆相连并驱动所述丝杆转动。

作为另一可选的，根据本发明的其他实施例，所述滑块驱动单元采用齿轮式驱动单元，且其包括：齿条、齿轮、齿轮驱动装置；所述齿条与所述机架相连，所述齿条长度方向与所述移动副的运动方向平行；所述齿轮与所述滑块可枢转地相连，且所述齿轮与所述齿条啮合；所述齿轮驱动装置与所述齿轮相连并驱动所述齿轮转动。

作为可选的，根据本发明的实施例，所述锁定单元采用销套式锁定单元，所述销套式锁定单元包括：销孔件、限位销、限位销驱动件；所述销孔件与所述平衡杆相连，且所述销孔件上设有限位销孔；所述限位销与所述滑块可移动地相连，所述限位销设有导向锥头，当所述平衡杆处于摆动中位时，即所述平衡杆相对所述滑块的移动方向垂直时，即所述限位销可嵌设于所述销孔件的所述限位销孔内；所述限位销驱动件与所述限位销相连，并驱动所述限位销沿轴线运动。

作为另一可选的，根据本发明的其他实施例，所述锁定单元采用叉块式锁定单元，所述叉块式锁定单元包括：限位块、限位叉、限位叉驱动件；所述限位块与所述平衡杆相连；所述限位叉与所述滑块可移动地相连，所述限位叉设有锥形导向口，当所述平衡杆处于摆动中位时，所述限位叉可套设于所述限位块上；所述限位叉驱动件与所述限位叉相连，并驱动所述限位叉沿轴线运动。

作为再一可选的，根据本发明的其他实施例，所述锁定单元采用离合式锁定单元，所述离合式锁定单元包括一个离合器，所述离合器与所述第一转动副同轴布置且连接所述滑块与所述平衡杆。作为进一步可选，所述离合器为电磁离合器。

作为其他可选，根据本发明的其他实施例，所述离合式锁定单元所包括的离合器为牙嵌式离合器或摩擦式离合器，或可实现离合功能的制动器，所述制动器包括：盘式制动器、鼓式制动器、电磁制动器。

此外，本发明还提出了一种移动平台，其包括上述可控的连杆式差动平衡装置，且还包括：主车体，所述主车体包括主车架，所述主车架与所述可控的连杆式差动平衡装置的所述机架相连；行走部，所述行走部为两个，且分别设于所述主车体的两侧，所述行走部包括行走部架，两个所述行走部架分别与所述可控的连杆式差动平衡装置的两个所述侧摇杆相连。

根据本发明的一些实施例，所述主车架与所述可控的连杆式差动平衡装置的所述机架共用结构，所述主车架作为所述机架；所述行走部与所述可控的连杆式差动平衡装置的所述侧摇杆共用结构，即所述行走部架与所述主车体可枢转地相连，所述行走部架作为侧摇杆。

根据本发明的实施例，所述移动平台中的所述行走部为轮式行走部或履带式行走部或麦克纳姆轮行走部。

通过上述技术方案，所述可控的连杆式差动平衡装置中的所述空间七杆机构具有两个自由度(剔除两个所述侧连杆处的局部自由度)。当所述滑块驱动单元将所述空间七杆机构的所述滑块制动后，所述滑块无法相对所述机架移动，这样所述可控的连杆式差动平衡装置具有一个自由度，所述可控的连杆式差动平衡装置的所述平衡杆可以摆动从而带动所述侧摇杆摇动，具有差动平衡的作用。当所述锁定单元将所述空间七杆机构的所述平衡杆锁定后，且所述滑块驱动单元将所述滑块制动时，所述可控的连杆式差动平衡装置自由度为零，所述可控的连杆式差动平衡装置无法运动；所述平衡杆被锁定后，当所述滑块驱动单元驱动所述滑块相对所述机架移动时，所述可控的连杆式差动平衡装置具有一个自由度，因此可通过调节所述滑块的位置达到调节所述侧摇杆相对所述机架的夹角的目的；当改变所述滑块相对所述机架的位置时，即改变了所述空间七杆机构的所述机架的尺寸。从而，实现了可控的连杆式差动平衡装置的运动与功能的可控性。

根据一些实施例，所述滑块驱动单元采用丝杆驱动单元，安装所述丝杆的所述基座与所述机架相连，所述丝杆驱动装置驱动所述丝杆转动，从而带动与所述丝母的所述滑块相对所述机架移动。采用此技术方案实现了对所述滑块的驱动与制动。

根据另一些实施例，因为所述齿条与所述机架相连，所述齿轮与所述滑块可枢转地相连，这样利用所述齿轮驱动装置驱动所述齿轮时，可实现滑块相对机架的移动，当驱动装置停止时，实现所述滑块相对所述机架的制动。

根据本发明的实施例，所述锁定单元采用销套式锁定单元，所述限位销与所述滑块可移动相连，且可嵌设于与所述平衡杆相连的所述销孔件的所述限位销孔内，从而实现对所述平衡杆的转动的锁定。

根据本发明的另一些实施例，所述锁定单元采用叉块式锁定单元，所述限位叉与所述滑块可移动地相连，可套设于与所述平衡杆相连的所述限位块上，从而实现对所述平衡杆的转动的锁定。

根据本发明的再一实施例，所述锁定单元采用离合式锁定单元，利用离合器连接所述滑块与所述平衡杆，所述离合器分离时，所述平衡杆可相对所述滑块转动，当所述离合器结合时，所述平衡杆不能相对所述滑块转动，现实所述平衡杆的锁定。如采用电磁离合器可通过通电或断电实现所述平衡杆能否转动的控制。

根据本发明实施例的移动平台，由于使用上述的可控的连杆式差动平衡装置的缘故，因所述可控的连杆式差动平衡装置的所述平衡杆的转动可进行锁定与释放，从而实现所述移动平台的所述可控的连杆式差动平衡装置使能的控制；该可控的连杆式差动平衡装置可调节所述滑块相对所述机架的位置，从而实现可具有其的移动平台的所述主车体的俯仰角的主动调节。进而，使得所述移动平台具有更好的稳定性与地形适应性。

根据本发明的一些实施例，在具体实施时，所述可控的连杆式差动平衡装置的构件可与所述移动平台的所述主车体和所行走部架等共用结构，实现了所述可控的连杆式差动平衡装置的灵活应用。

根据本发明的具体实施例，所述移动平台中的所述行走部可以选择为轮式行走部、麦克纳姆轮行走部、履带式行走部中的一种，因此形成轮式移动平台、基于麦克纳姆轮移动平台和履带式移动平台，这样，本发明具有更广的使用范围。

采用本发明的技术方案将能获得以下有益效果：(1)因为所述滑块驱动单元和所述锁定单元的存在，可对所述可控的连杆式差动平衡装置进行自由度的调节，进而可以实现所述可控的连杆式差动平衡装置差动平衡作用的使能控制以及内部杆件尺寸的调节；(2)采用了所述可控的连杆式差动平衡装置的移动平台具有了差动平衡功能的使能控制，使其在一些场合具有更好的稳定性和适应性；(3)采用了所述可控的连杆式差动平衡装置的移动平台通过调节滑块位置可对所述主车体俯仰角进行主动调节，这样可拓宽移动平台的用途，也可使移动平台具有更好的地形适应性，也可利用此方法主动调节移动平台重心位置，使所述移动平台具有更好的稳定性；(4)利用本发明可设计多种形式的移动平台，扩展了本发明的应用范围。

附图说明

图1是根据本发明的可控的连杆式差动平衡装置的空间七杆机构的简图；

图2是根据本发明实施例的可控的连杆式差动平衡装置的立体简图；

图3是图2所示可控的连杆式差动平衡装置的另一立体简图；

图4是图2所示可控的连杆式差动平衡装置的再一立体简图；

图5是根据本发明另一实施例的可控的连杆式差动平衡装置的立体简图；

图6是根据本发明又一实施例的可控的连杆式差动平衡装置的立体简图；

图7是根据本发明再一实施例的可控的连杆式差动平衡装置的立体简图；

图8是图7所示可控的连杆式差动平衡装置的另一立体简图；

图9是具有图2所示可控的连杆式差动平衡装置的移动平台的结构示意图(去除部分结构)；

图10是图9所示移动平台的另一结构示意图；

图11是图9所示移动平台在复杂地形上行驶时的立体示意图；

图12是图11所示移动平台在复杂地形上行驶时的主视图；

图13是图9所示移动平台驶下斜坡时的立体示意图；

图14是图13所示移动平台驶下斜坡时的主视图；

图15是图9所示移动平台驶上斜坡时的立体示意图；

图16是图15所示移动平台驶上斜坡时的主视图；

图17是具有图5所示可控的连杆式差动平衡装置的移动平台的结构示意图；

图18是图17所示移动平台的主视图；

图19是图17所示移动平台驶下斜坡时的立体示意图；

图20是图19所示移动平台驶下斜坡时的主视图；

图21是图17所示移动平台驶上斜坡时的立体示意图；

图22是图21所示移动平台驶上斜坡时的主视图；

图23是根据本发明又一实施例的基于麦克纳姆轮的移动平台的立体图；

图24是图23的移动平台的平衡杆与滑块的装配关系图；

图25是利用图23所示的移动平台设计的轮椅在下斜坡时的状态示意图；

图26是根据本发明再一实施例的履带式移动平台的立体图；

图27是图26所示履带式移动平台的主视图；

图28是图26所示履带式移动平台在斜坡上的立体图；

图29是图28所示履带式移动平台在斜坡上时的主视图；

图30是图26所示履带式移动平台在斜坡上的另一立体图；

图31是图30所示履带式移动平台在斜坡上时的主视图；

附图标记：

1000可控的连杆式差动平衡装置

100空间七杆机构；

101移动副101；102第一转动副；103第一球副；104第二球副；105第二转动副；

1机架；

2滑块；

20滑块组件；21滑块体；22丝孔；23平衡杆轴；24轴承；

3平衡杆；

31旋转座；

4侧连杆；

41第一侧连杆；42第二侧连杆；

401关节轴承；402螺杆；

5侧摇杆；

51第一侧摇杆；52第二侧摇杆；

6滑块驱动单元；

61丝杆驱动单元；

611基座；612丝杆；613丝母；614丝杆驱动装置；

62齿轮式驱动单元；

621齿条；622齿轮；623齿轮驱动装置；

63丝杠模组；

631丝杠基座；

6311端座；6312导轨；

632丝杠件；

633电机；

7锁定单元；

71销套式锁定单元；

711销孔件；712限位销；713限位销驱动件；

72叉块式锁定单元

721限位块；722限位叉；723限位叉驱动件；

73电磁离合器；

8主车体；

81主车架；

811侧轴；

9行走部；

91轮式行走部；

911轮式行走部架；912车轮组件；

92麦克纳姆轮行走部；

921麦克纳姆轮行走部架；

9211连接杆；

922麦克纳姆轮组件；

93履带式行走部；

931履带式行走部架；932履带单元；933履带驱动单元；934轴座；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，并进一步说明本发明，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图31详细描述根据本发明实施例的可控的连杆式差动平衡装置1000及具有其的移动平台，该可控的连杆式差动平衡装置1000可用于移动平台，进而可用于设计移动机器人，但不限于此，比如可应用于电动轮椅的设计等。

如图1、2所示，根据本发明实施例的可控的连杆式差动平衡装置1000包括：一个空间七杆机构100及滑块驱动单元6和锁定单元7。

具体而言，如图1所示，空间七杆机构100包括：机架1；滑块2，滑块2与机架1的一端以移动副101相连；平衡杆3，平衡杆3中部与滑块2可枢转地相连，构成第一转动副102，且第一转动副102轴线方向与移动副101的移动方向不平行；侧摇杆5，侧摇杆5为两个，记为第一侧摇杆51和第二侧摇杆52，两个侧摇杆5的长度相同，两个侧摇杆5与机架1的另一端以转动副同轴线地相连，记所述第一侧摇杆51与机架1组成的转动副为第二转动副105，第二转动副105轴线与移动副101移动方向垂直；侧连杆4，侧连杆4为两个，记为第一侧连杆41和第二侧连杆42，两个侧连杆4的长度相同，两个侧连杆4的一端分别与平衡杆3的两端以球铰相连，两个侧连杆4的另一端分别与两个侧摇杆5以球铰相连。平衡杆3与第一侧连杆41构成第一球副103，所述第一侧摇杆51与第一侧连杆41构成第二球副104。采用上述的技术方案，空间七杆机构100具有两个自由度(剔除两个侧连杆4处的局部自由度)。

当滑块2相对机架1固定时，空间七杆机构100具有一个自由度，一侧的侧摇杆5运动将通过侧连杆4和平衡杆3带动另一侧的侧摇杆5动作，且两个侧摇杆5的摆角方向相反，大小接近，因此具有差动平衡的作用。当锁定了平衡杆3处的转动，不限定滑块2，则空间七杆机构100也具有一个自由度，通过调节滑块2相对机架1的位置，可调节侧摇杆5相对机架1的夹角。当滑块2的移动和平衡杆3的转动均被锁定，则空间七杆机构100的自由度为零，空间七杆机构100不运动。

如图2、图3、图4所示，滑块驱动单元6与空间七杆机构100的滑块2相连并驱动和制动滑块2移动；锁定单元7与空间七杆机构100的平衡杆3相连并可锁定和释放平衡杆3的转动。因此滑块驱动单元6起到对滑块2运动的控制，锁定单元7起到对平衡杆3转动的控制。平衡杆3被锁定后，当滑块驱动单元6驱动滑块2相对机架1移动时，可控的连杆式差动平衡装置1000具有一个自由度，因此可通过调节滑块2的位置达到调节侧摇杆5相对机架1的夹角的目的；当改变滑块2相对机架1的位置时，即改变了所述空间七杆机构100的机架1的尺寸。从而，实现了可控的连杆式差动平衡装置1000的运动与功能的可控性。

如图2、图3、图4所示，根据本发明的此实施例，滑块驱动单元6采用丝杆驱动单元61，且其包括：基座611、丝杆612、丝母613和丝杆驱动装置614；基座611与机架1相连；丝杆612与基座611可枢转地相连；丝母613与滑块2相连，且丝母613与丝杆612以螺纹副相连；丝杆驱动装置614与丝杆612相连并驱动丝杆612转动。丝杆驱动装置614采用电机，这样，电机固定在基座611上，其电机轴与丝杆612相连并带动丝杆612旋转；在其他实施例中，丝杆驱动装置614也可采用液压马达、气动马达等旋转驱动装置。通过采用此技术方案，安装丝杆612的基座611与机架1相连，丝杆驱动装置614驱动丝杆612转动，从而带动与丝母613的滑块2相对机架1移动。采用此技术方案实现了对滑块2的驱动与制动。

如图2、图3、图4所示，锁定单元7采用销套式锁定单元71，销套式锁定单元71包括：销孔件711、限位销712、限位销驱动件713；销孔件711与平衡杆3相连，且销孔件711上设有限位销孔；所述限位销孔可采用圆孔，也可采用长槽孔，所述限位销孔设有倒角。限位销712与滑块2可移动地相连，限位销712设有导向锥头，当平衡杆3处于摆动中位时，限位销712可嵌设于销孔件711的所述限位销孔内。限位销驱动件713与限位销712相连，并驱动限位销712沿轴线运动。具体实施时，限位销驱动件713可选择电磁铁，也可以选择直线电机，或者是通过机械传动实现直线往复运动的装置，在某些应用实施中也可选择油缸或气缸。图中所示实施例采用了电磁铁。通过采用此技术方案，限位销712与滑块2可移动相连，且在限位销驱动件713的驱动下限位销712伸出并可嵌设于与平衡杆3相连的销孔件711的所述限位销孔内，从而实现对平衡杆3的转动的锁定；限位销驱动件713可从销孔件711中拔出限位销712，实现对平衡杆3转动的释放。

图9至图16为根据本发明实施例的移动平台。该移动平台使用了图2至4所示的可控的连杆式差动平衡装置1000。如图9与图10所示，所述移动平台包括上述可控的连杆式差动平衡装置1000，且还包括：主车体8，主车体8包括主车架81，所述主车架81与可控的连杆式差动平衡装置1000的机架1相连；行走部9，所述行走部9为两个，且分别设于主车体8的两侧，所述行走部9包括行走部架901，两个行走部架901分别与可控的连杆式差动平衡装置1000的两个侧摇杆5相连。所述行走部9可为轮式行走部91，轮式行走部91包括一个轮式行走部架911和两个车轮组件912，车轮组件912与轮式行走部架911的两端相连。具体而言车轮组件912包括车轮与车轮驱动件，所述车轮驱动件驱动所述车轮转动。

因为可控的连杆式差动平衡装置1000的空间七杆机构100呈对称结构，所述移动平台中，可控的连杆式差动平衡装置1000的机架1也对称地与主车体8相连，因此，滑块2的移动方向与所述主车架81的左右对称面平行，且第一转动副102处于所述主车架81的中部，且第一转动副102的轴线与所述主车架81的左右对称面平行。

当所述移动平台的可控的连杆式差动平衡装置1000的滑块2被滑块驱动单元6驱动至某一特定位置并制动时，在水平地面上时，主车体8保持水平状态。若锁定单元7未将平衡杆3进行锁定，这样本移动平台的可控的连杆式差动平衡装置1000仍具备差动平衡作用。因此当移动平台行进在不平整的地面上时，两个轮式行走部91的车轮接触不同高度的地面，轮式行走部架911均会相对与主车体8发生转动，因主车体8通过可控的连杆式差动平衡装置1000架在两个轮式行走部架911上，因此，主车架81将相应地发生关联性转动，可控的连杆式差动平衡装置1000将两个轮式行走部架911的摆动平衡为主车架81的摆动，且主车架81的摆角基本为所述两个所述轮式行走部架911摆角和的平均值。如图11和图12为本移动平台在不平整地形上的状态图。若锁定单元7将平衡杆3锁定后，本实施例中，将限位销712嵌设在所述限位销孔内，平衡杆3将无法相对滑块2转动，一旦滑块2也被滑块驱动单元6制动，可控的连杆式差动平衡装置1000将不起作用，因此移动平台的行走部相对主车体8无法动作。这样，所述移动平台在一些情况下，具有较好的稳定性。

调整可控的连杆式差动平衡装置1000的滑块2的位置可实现移动平台主车体8的仰角的调节。因此，当移动平台在斜坡上行进时，可使主车体8调节至与水平面平行。此种状态时，对平衡杆3可进行锁定也可以释放，均能实现主车体8俯仰角的调节。图13与图14为所述移动平台下斜坡时的状态，此时主车体8是水平的。图15与图16为所述移动平台上斜坡时的状态，此时主车体8亦是水平的。这样使得移动平台主车体8具有较好的平稳性。

根据本发明实施例的移动平台，由于使用上述的可控的连杆式差动平衡装置1000的缘故，因可控的连杆式差动平衡装置1000的平衡杆3的转动可进行锁定与释放，从而实现所述移动平台的差动平衡功能的使能的控制；该可控的连杆式差动平衡装置1000可调节滑块2相对机架1的位置，从而实现可具有其的移动平台的主车体8的俯仰角的主动调节。进而，使得所述移动平台具有更好的稳定性与地形适应性。

根据本发明的实施例，可控的连杆式差动平衡装置1000在应用时，机架1的放置方向可有所不同。图2至4所示的可控的连杆式差动平衡装置1000的机架1的滑块2的导轨6312为竖直布置。根据本发明的另一实施例，如图5所示，可控的连杆式差动平衡装置1000的滑块2的导轨6312为水平布置。即图5与图2所示的可控的连杆式差动平衡装置1000实质上为相同的形式，只是布置方式不同。

根据本发明的另一些实施例，可控的连杆式差动平衡装置1000的滑块2的导轨6312方向并不是在水平或竖直设置的，而是与机架1放置的水平面存在一定的夹角，如图6所示，这同样能够实现本发明的发明目的。

图17至图22为根据本发明实施例的移动平台，所述移动平台使用了图6所示的可控的连杆式差动平衡装置1000。图17与图18为该移动平台可起到差动平衡的作用时在复杂地形上行驶的状态。图19与图20为所述移动平台下斜坡时的状态，此时主车体8调节成水平。图21与图22为所述移动平台上斜坡时的状态，此时主车体8亦调节成水平。当然，根据实际需要也可将主车体8调节成仰起或俯下状态，以满足使用现场的实际需要。

根据本发明的其他实施例，如图7、8所示，滑块驱动单元6采用齿轮式驱动单元62，且其包括：齿条621、齿轮622、齿轮驱动装置623；齿条621与机架1相连，齿条621长度方向与移动副的运动方向平行；齿轮622与滑块2可枢转地相连，且齿轮622与齿条621啮合；齿轮驱动装置623与齿轮622相连并驱动齿轮622转动。采用此技术方案，因为齿条621与机架1相连，齿轮622与滑块2可枢转地相连，这样利用齿轮驱动装置623驱动齿轮622时，可实现滑块2相对机架1的移动，当齿轮驱动装置623停止时，实现滑块2相对机架1的制动；从而，实现对本发明的可控的连杆式差动平衡装置1000的可控性。

根据本发明的其他实施例，如图7、8所示，锁定单元7可采用叉块式锁定单元72，叉块式锁定单元72包括：限位块721、限位叉722、限位叉驱动件723；限位块721与平衡杆3相连，且限位块721上设置了导向倒角；限位叉722与滑块2可移动地相连，限位叉722设有锥形导向口，当平衡杆3处于摆动中位时，限位叉722可套设于限位块721上；限位叉驱动件723与限位叉722相连，并驱动限位叉722沿轴线运动。具体实施时，限位叉驱动件723可选择与图2中所示限位销驱动件713相似的驱动装置，比如电磁铁、直线电机等。采用此技术方案，当限位叉722相对滑块2向限位块721移动时，限位叉722的锥形导向口很容易与限位块721的导向倒角接触并起到导向作用，使限位叉722套设于与平衡杆3相连的限位块721上，从而实现对平衡杆3的转动的锁定。

根据本发明的另一些具体实施例，所述主车架81与可控的连杆式差动平衡装置1000的机架1共用结构，所述主车架81作为机架1；所述行走部与可控的连杆式差动平衡装置1000的侧摇杆5共用结构，即所述行走部架与所述主车体可枢转地相连，所述行走部架作为侧摇杆5。

图23中为根据本发明的实施例的一个移动平台，图示移动平台为基于麦克纳姆轮的移动平台，其包括：主车体8、两个麦克纳姆轮行走部92及可控的连杆式差动平衡装置1000；两个麦克纳姆轮行走部92通过可控的连杆式差动平衡装置1000连接在主车体8的两侧。

如图23所示，主车体8包括主车架81和丝杠模组63。主车架81的两侧各设有一个侧轴811，且两个侧轴811同轴线布置。丝杠模组63，丝杠模组63与主车架81一端相连，丝杠模组63包括：丝杠基座631、丝杠件632、滑块组件20和电机633，丝杠基座631与主车架81相连，本实施例中，丝杠基座631通过螺纹连接件与主车架81相连。丝杠基座631包括端座6311和导轨6312。丝杠件632与丝杠基座631的端座6311可枢转地相连。滑块组件20包括滑块体21和平衡杆轴23，滑块体21上设有丝孔22和导向槽，滑块体21的导向槽卡装在导轨6312上，并通过丝孔22与丝杠件632以螺纹副相连；平衡杆轴23与滑块体21相连，本实施例中，通过螺纹连接件相连，也可采用焊接等方式固连；电机633固定在端座6311上，电机633与丝杠件632相连并驱动丝杠件632转动，丝杠件632带动滑块体21沿着导轨6312移动。

麦克纳姆轮行走部92包括：麦克纳姆轮行走部架921，麦克纳姆轮行走部架921与主车架81的侧轴811可枢转地相连，麦克纳姆轮行走部架921的枢转轴线的上方设有连接杆9211；麦克纳姆轮组件922，麦克纳姆轮组件922连接在麦克纳姆轮行走部架921的两端。

图24为所述移动平台的平衡杆3与滑块2的装配关系图，本实施例中的可控的连杆式差动平衡装置1000的平衡杆3上设有旋转座31，旋转座31套装在滑块组件20的平衡杆轴23上，为了减少摩擦，旋转座31与平衡杆轴23间装设了轴承24。

图23与图24中，本实施例的可控的连杆式差动平衡装置1000采用了电磁离合器73作为锁定单元7，电磁离合器73包括外壳和可控轴，电磁离合器73的外壳与旋转座31相连，本实施例中采用螺纹连接件相连，以便拆装，同时，电磁离合器73的可控轴与平衡杆轴23联接，以实现同轴线的转动。

在根据本发明的其他的实施例中，锁定单元的离合器也可采用其他形式的离合器来实现本功能，如采用牙嵌式离合器、摩擦式离合器；当然，也可采用可实现离合功能的制动器(如盘式制动器、鼓式制动器、电磁制动器等)代替离合器对所述平衡杆3的运动进行制动锁定。

图23中，本实施例的可控的连杆式差动平衡装置1000的侧连杆4包括一根螺杆402和两个关节轴承401，螺杆402将两个关节轴承401连接在一起。两个关节轴承401分别与平衡杆3的一端和麦克纳姆轮行走部架921上的连接杆9211相连。

从图23和24可见，在可控的连杆式差动平衡装置1000的应用时，可控的连杆式差动平衡装置1000与主车体8和麦克纳姆轮行走部架921共用了一些结构。可控的连杆式差动平衡装置1000的机架1包括了主车体8的主车架81和丝杠模组63的导轨6312。可控的连杆式差动平衡装置1000的滑块2包括了丝杠模组63的滑块组件20。可控的连杆式差动平衡装置1000的侧摇杆5包括了麦克纳姆轮行走部架921的枢转轴线上方一部分结构以及连接杆9211。可控的连杆式差动平衡装置1000的滑块驱动单元6包括了丝杠模组63的丝杠件632、丝杠基座631和电机633。

根据基于麦克纳姆轮的移动平台，在其设计过程中将可控的连杆式差动平衡装置1000的构件与所述移动平台的主车架81和行走部架901的设计融合在了一起，更容易进行自由和方便的设计工作。采用了电磁离合器73做为控制平衡杆3的锁定机构，可以在平衡杆3相对滑块2任意角度对平衡杆3进行锁定，即所述两个麦克纳姆轮行走部92可在活动范围内的任一角度下与所述主车体8锁定，使用起来更加方便灵活。本实施例采用了丝杠模组63作为空间七杆机构100的移动副处的设计方案，便于制作。本实施例采用了麦克纳姆轮作为行走机构，这样既可以实现移动平台的全方位移动，又能适用于不平整地面上的运动。利用所述基于麦克纳姆轮的移动平台可设计为移动机器人，也可设计全方位移动轮椅。图25为一种采用了图23所示的基于麦克纳姆轮的移动平台的全方位移动轮椅。因为该全方位移动轮椅采用了可控的连杆式差动平衡装置1000，因此所述全方位移动轮椅的座椅可以调节仰角，即使在上坡或下坡时，也可将座椅的椅面调整为水平，这样有利于使用者的乘坐，也可调整重心防止轮椅的倾覆。

图26至图31为根据本发明的实施例的再一个移动平台，该移动平台为一种履带式移动平台。该履带式移动平台与图23所示实施例中的移动平台相似，同样地，可控的连杆式差动平衡装置1000与主车体8和麦克纳姆轮行走部架921共用了一些结构。本实施例采用了与图23所示实施例组成相同的可控的连杆式差动平衡装置1000，不同之处在于本实施例的丝杠模组63竖直布置，所示平衡杆3在竖直方向摆动。可控的连杆式差动平衡装置1000同样采用了电磁离合器73以实现对平衡杆3摆动的锁定控制。

主车架81的两侧各设有一个侧轴811，且两个侧轴811同轴线布置。履带式行走部93包括：履带式行走部架931，履带式行走部架931与主车架81的侧轴811可枢转地相连，履带式行走部架931的枢转轴线的一侧与侧连杆4以球副相连；履带单元932，履带单元932为两个，均与履带式行走部架931相连形成一体；履带驱动单元933，履带驱动单元933与履带式行走部架931相连，并将动力通过挠性传动件传递给两个履带单元932。履带驱动单元933可选择减速电机，也可选择液压马达或气压马达等，本实施例中使用了减速电机。具体地，侧轴811与主车架81固定相连，如可通过焊接方式，也可采用螺纹连接件将侧轴811与主车架81连接；在履带式行走部架931上设有轴座934，侧轴811置于轴座934内可枢转地相连，这样实现了主车体8与履带式行走部架931的可枢转地连接；在其他一些可选的实施方案中，侧轴811可与主车体8可枢转地相连，侧轴811与履带式行走部架931固定连接，采用此方案同样可达到履带式行走部架931与主车架81的可枢转地相连。

从图26可见，在可控的连杆式差动平衡装置1000的应用时，可控的连杆式差动平衡装置1000与主车体8和履带式行走部架931共用了一些结构。可控的连杆式差动平衡装置1000的机架1包括了主车体8的主车架81和丝杠模组63的导轨6312。可控的连杆式差动平衡装置1000的滑块2包括了丝杠模组63的滑块组件20。可控的连杆式差动平衡装置1000的侧摇杆5包括了履带式行走部架931的枢转轴线一侧的一部分结构，即履带式行走部架931兼做了侧摇杆5的作用。可控的连杆式差动平衡装置1000的滑块驱动单元6包括了丝杠模组63的丝杠件632、丝杠基座631和电机633。

通过采用上述的技术方案，根据本实施例的履带式移动平台使用了可控的连杆式差动平衡装置1000，当可控的连杆式差动平衡装置1000的滑块组件20被丝杆驱动单元61制动在某一位置时，可控的连杆式差动平衡装置1000只起到差动平衡作用，这样当所述履带式移动平台形式在不同高低不平的地面上时，履带单元932接触到起伏的地面，履带式行走部93发生摇动产生一定俯仰角，通过可控的连杆式差动平衡装置1000将两侧的履带式行走部93的摇动体现在主车体8的摇动上，因为差动平衡的作用，主车体8的俯仰角近似为两侧履带式行走部93的俯仰角和的一半。图26展现了所述履带式移动平台在起伏地形上行驶时的状态，图27更为清晰地展示了两个履带式行走部93与主车体8俯仰角的关系。

当可控的连杆式差动平衡装置1000的平衡杆3处于摆动中位时被锁定，所述摆动中位指的是平衡杆3相对滑块2的移动方向垂直，此时两个侧摇杆5与机架1的夹角相等。通过滑块驱动单元6改变滑块组件20的位置时，主车体8相对履带式行走部93的俯仰角就可发生变化。图28和图29中，所述履带式移动平台处于斜坡上，此时主车体8与所述斜坡的坡面平行。

利用滑块驱动单元6改变滑块组件20的位置时，主车体8的俯仰角发生了变化，如图30和图31所示，当滑块组件20的位置相对主车体8向上调节时，主车体8的仰角变大，图30与图31中，主车体8的正好与水平面平行，若滑块组件20的位置进一步向上调节时，主车体8的仰角将进一步增加。反向调节，主车体8将向下摆动。采用了此种方案，有利于扩大所述移动平台前方配置设备的观察或检测范围，比如移动平台前方设置了固定的摄像头，可通过调节主车体8的俯仰角可对移动平台前方上下方向进行大范围的观察。当所述两履带式行走部93处于平整地面上，也可在不锁定平衡杆3的基础上，调节主车体8的俯仰角。

图26至图31所展示的履带式移动平台，其转向是通过调整两侧履带式行走部93的速度不同实现的，当地面与履带式行走部93的摩擦力较大，或地面不平整，在转向时，若其中一侧履带式行走部93速度大或驱动力大，会致使其以与主车体8的枢转轴线为轴线发生转动，致使一端脱离地面，造成不稳定的情况存在。利用锁定单元7将平衡杆3锁定后，一旦滑块驱动单元6将滑块组件20制动，可控的连杆式差动平衡装置1000将不能运动，即所述履带式移动平台的两侧的履带式行走部93与主车体8将被固定为一体，避免了在移动平台转向时的行走部不受控的抬起的问题，进一步增加了移动平台的稳定性，也提高了其对地形的适应性。所述履带式移动平台可用于设计履带式移动机器人，用于环境探测、军事侦察等领域。

本发明提出了可控的连杆式差动平衡装置1000，因为设置了所述滑块驱动单元6和所述锁定单元7的存在，可对所述可控的连杆式差动平衡装置进行自由度的调节以及内部杆件尺寸的调节，进而可以控制所述可控的连杆式差动平衡装置1000能够起到或失去差动平衡作用，并能够控制所述可控的连杆式差动平衡装置的姿态的调节。本发明还提出了具有所述可控的连杆式差动平衡装置的移动平台，采用了所述可控的连杆式差动平衡装置的移动平台具有了差动平衡功能的使能控制，使其在一些场合具有更好的稳定性和适应性；所述移动平台通过调节滑块2位置可对所述主车体8俯仰角进行主动调节，从而可主动调节移动平台重心位置，使所述移动平台具有更好的稳定性；利用本发明可设计多种形式的移动平台，可采用轮式行走部、麦克纳姆轮式行走部以及履带式行走部，因此本发明具有较广的应用范围。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种可控的连杆式差动平衡装置，其特征在于，包括：

一个空间七杆机构，所述空间七杆机构包括：

机架；

滑块，所述滑块与所述机架的一端以移动副相连；

平衡杆，所述平衡杆中部与所述滑块可枢转地相连，构成第一转动副，且所述第一转动副轴线与所述移动副的移动方向不平行；

侧摇杆，所述侧摇杆为两个，两个所述侧摇杆的长度相同，两个所述侧摇杆与所述机架的另一端以转动副同轴线地相连，所述转动副轴线与所述移动副移动方向垂直，且所述转动副轴线与所述第一转动副轴线垂直；

侧连杆，所述侧连杆为两个，两个所述侧连杆的长度相同，两个所述侧连杆的一端分别与所述平衡杆的两端以球铰相连，两个所述侧连杆的另一端分别与两个所述侧摇杆以球铰相连；

滑块驱动单元，所述滑块驱动单元与所述空间七杆机构的所述滑块相连并驱动和制动所述滑块移动；

锁定单元，所述锁定单元与所述空间七杆机构的所述平衡杆相连并可锁定和释放所述平衡杆的转动。

2.根据权利要求1所述的可控的连杆式差动平衡装置，其特征在于，所述滑块驱动单元采用丝杆驱动单元，且其包括：

基座，所述基座与所述机架相连；

丝杆，所述丝杆与所述基座可枢转地相连；

丝母，所述丝母与所述滑块相连，且所述丝母与所述丝杆以螺纹副相连；

丝杆驱动装置，所述丝杆驱动装置与所述丝杆相连并驱动所述丝杆转动。

3.根据权利要求1所述的可控的连杆式差动平衡装置，其特征在于，所述滑块驱动单元采用齿轮式驱动单元，且其包括：

齿条，所述齿条与所述机架相连，所述齿条长度方向与所述移动副的运动方向平行；

齿轮，所述齿轮与所述滑块可枢转地相连，且所述齿轮与所述齿条啮合；

齿轮驱动装置，所述齿轮驱动装置与所述齿轮相连并驱动所述齿轮转动。

4.根据权利要求1所述的可控的连杆式差动平衡装置，其特征在于，所述锁定单元采用销套式锁定单元，所述销套式锁定单元包括：

销孔件，所述销孔件与所述平衡杆相连，且所述销孔件上设有限位销孔；

限位销，所述限位销与所述滑块可移动地相连，所述限位销设有导向锥头，当所述平衡杆处于中位时，即所述平衡杆相对所述滑块的移动方向垂直时，所述限位销可嵌设于所述销孔件的所述限位销孔内；

限位销驱动件，所述限位销驱动件与所述限位销相连，并驱动所述限位销沿轴线运动。

5.根据权利要求1所述的可控的连杆式差动平衡装置，其特征在于，所述锁定单元采用叉块式锁定单元，所述叉块式锁定单元包括：

限位块，所述限位块与所述平衡杆相连；

限位叉，所述限位叉与所述滑块可移动地相连，所述限位叉设有锥形导向口，当所述平衡杆处于中位时，所述限位叉可套设于所述限位块上；

限位叉驱动件，所述限位叉驱动件与所述限位叉相连，并驱动所述限位叉沿轴线运动。

6.根据权利要求1所述的可控的连杆式差动平衡装置，其特征在于，所述锁定单元采用离合式锁定单元，所述离合式锁定单元包括一个离合器，所述离合器与所述第一转动副同轴布置且连接所述滑块与所述平衡杆。

7.根据权利要求6所述的可控的连杆式差动平衡装置，其特征在于，所述离合式锁定单元所包括的所述离合器为电磁离合器或牙嵌式离合器或摩擦式离合器，或

可实现离合功能的制动器，所述制动器包括：盘式制动器、鼓式制动器、电磁制动器。

8.一种移动平台，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述可控的连杆式差动平衡装置，所述移动平台还包括：

主车体，所述主车体包括主车架，所述主车架与所述可控的连杆式差动平衡装置的所述机架相连，且所述主车架的左右对称面与所述可控的连杆式差动平衡装置的所述滑块的移动方向平行；

行走部，所述行走部为两个，且分别设于所述主车体的两侧，所述行走部包括行走部架，两个所述行走部架分别与所述可控的连杆式差动平衡装置的两个所述侧摇杆相连。

9.根据权利要求8所述的移动平台，其特征在于：

所述主车架与所述可控的连杆式差动平衡装置的所述机架共用结构，所述主车架作为所述机架；

所述行走部与所述可控的连杆式差动平衡装置的所述侧摇杆共用结构，即所述行走部架与所述主车体可枢转地相连，所述行走部架作为侧摇杆。

10.根据权利要求8或9所述的移动平台，其特征在于：

所述移动平台中的所述行走部为轮式行走部或麦克纳姆轮行走部或履带式行走部。