CN110289730A - 一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元及其传递方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元，包括驱动电机，所述的驱动电机的转轴上设置有太阳轮，所述的太阳轮上啮合连接有行星轮，所述的行星轮上固定连接行星架，行星轮上套设有齿圈，行星轮与所述的齿圈啮合连接。本发明的有益效果是体积小、重量轻、使用寿命长。

Description

一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元及其传递方法
技术领域
本发明属于仿生机器人技术领域，尤其是涉及一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元及其传递方法。
背景技术
传统电机的减速器单元，在电机达到额定基速前，减速器单元处在恒定扭矩的工作情况，在达到额定基速后，减速器单元进入恒定功率阶段，如过采用该种形式的减速器单元，在到达额定基速后便无法获得更大的功率输出，考虑到整体仿生机器人的续航里程和轻量化要求，不宜采用大功率电机安装到仿生机器人上。
混合动力系统通过发动机、两个电机与多个行星排、多片离合器之间的结合，可以实现混合动力输出，这种方式是通过各组行星排的串联、并联、混连和电机、发动机之间的开闭，实现在不同工作情况下的功率输出，在最小的体积结构单元内实现最大的扭矩、功率输出范围，但是，混合动力系统结构复杂，其内部包括各种液压阀体、传感器、离合器，对于仿生机器人这种体积远小于汽车的机械设备来说，还是无法安装到仿生机器人上的。
发明内容
本发明的目的是提供一种体积小、重量轻、使用寿命长的动力单元，尤其适合一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元，还提供了一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元的传递方法。
本发明的技术方案是：
提供一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元，包括驱动电机，所述的驱动电机的转轴上设置有太阳轮，所述的太阳轮上啮合连接有行星轮，所述的行星轮上固定连接行星架，行星轮上套设有齿圈，行星轮与所述的齿圈啮合连接。
进一步地，所述的太阳轮包括一级太阳轮和二级太阳轮，所述的二级太阳轮与所述的驱动电机的转轴固定连接，所述的行星轮包括一级行星轮和二级行星轮，所述的一级行星轮与所述的一级太阳轮啮合连接，所述的二级行星轮与所述的二级太阳轮啮合连接，所述的行星架包括一级行星架和二级行星架，所述的一级行星架固定连接在所述的一级行星轮上，所述的二级行星架固定连接在所述的二级行星轮，二级行星架前端与所述的一级太阳轮固定连接，所述的齿圈包括一级齿圈和二级齿圈，所述的一级齿圈套设在所述的一级行星轮上，一级齿圈与一级行星轮啮合连接，所述的二级齿圈套设在所述的二级行星轮上，二级齿圈与二级行星轮啮合连接。
进一步地，所述的一级行星架固定连接在差速电机的转轴上。
还提供一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元的传递方法，所述的方法包括以下步骤：
a.所述的驱动电机选用转速高于10000rpm、功率密度大于10kw/kg的高转速大功率电机，所述的差速电机选用扭矩密度大于10Nm/kg的低转速大力矩电机，当仿生机器人在进行跑跳动作时，开启驱动电机；仿生机器人在进行起跳或跨越动作时，开启驱动电机和差速电机。
进一步地，驱动电机输入的动力依次经过二级太阳轮、二级行星轮和二级齿圈，驱动电机输入的动力还依次经过二级太阳轮、二级行星架、一级太阳轮、一级行星轮和一级齿圈。
进一步地，差速电机输入的动力依次经过一级行星架、一级齿圈。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.由于动力输出路径采用分流式设计，解决了缩小动力单元体积后，输出动力降低的问题，在保证输出动力的情况下，降低齿轮的模数，缩小齿轮的体积，从而使动力单元整体的体积和重量减小。
2.由于采用了差速电机，解决了仿生机器人在进行跑跳等动作时，产生的冲击动能全部作用在动力单元上的问题，差速电机会产生相对转动，吸收冲击动能，为动力单元提供缓冲，起到保护内部结构、延长使用寿命的效果。
3.与传统混合动力单元相比，差速电机代替内燃机，采用双电机共同驱动，工作模式根据具体工况自由组合，驱动电机和差速电机分别为高速大功率和低速大力矩电机，这样的组合方式可以取消离合器结构，所以，相对于传统混动机构，体积更小、质量更轻、可靠性高。
附图说明
图1是本发明的动力传递原理图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明的图2的A-A剖视图；
图4是本发明的图2的B-B剖视图；
图5是本发明的图2的C-C剖视图。
图中：
1、差速电机 2、一级太阳轮 3、一级齿圈
4、一级行星架 5、一级行星轮 6、二级齿圈
7、二级行星架 8、二级行星轮 9、二级太阳轮
10、驱动电机
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
实施例1
本发明提供一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元，包括驱动电机10，驱动齿轮10为本发明的动力输入点，所述的驱动电机10的转轴上设置有太阳轮，所述的太阳轮上啮合连接有行星轮，所述的行星轮上固定连接行星架，太阳轮带动行星轮转动时，行星轮也带动行星架转动，行星轮上套设有齿圈，行星轮与所述的齿圈啮合连接，齿圈为本发明的动力输出点。
如图1至图5所示，其中，所述的太阳轮包括一级太阳轮2和二级太阳轮9，所述的二级太阳轮2与所述的驱动电机10的转轴固定连接，所述的行星轮包括一级行星轮5和二级行星轮8，所述的一级行星轮5与所述的一级太阳轮2啮合连接，所述的二级行星轮8与所述的二级太阳轮9啮合连接，所述的行星架包括一级行星架4和二级行星架7，所述的一级行星架4固定连接在所述的一级行星轮5上，所述的二级行星架7固定连接在所述的二级行星轮8，二级行星架7前端与所述的一级太阳轮2固定连接，所述的齿圈包括一级齿圈3和二级齿圈6，所述的一级齿圈3套设在所述的一级行星轮5上，一级齿圈3与一级行星轮5啮合连接，所述的二级齿圈6套设在所述的二级行星轮8上，二级齿圈6与二级行星轮8啮合连接。驱动电机10输入的动力首先传递到二级太阳轮9，然后由二级太阳轮9并依次经过二级行星轮8、二级齿圈6和二级行星架7、一级太阳轮2、一级行星轮5、一级齿圈3，通过两种传输路径共同输出，采用这种分流式的设计后，可以在不降低输出动力的情况下，降低齿轮的模数，使齿轮的齿的变小，减小齿轮的体积，使本发明达到体积小、重量轻的效果。
如图1、图2和图5所示，其中，所述的一级行星架4固定连接在差速电机1的转轴上。一级行星架4可以带动差速电机1的转轴转动，差速电机1也可以带动一级行星架4转动，使本动力单元在仿生机器人做出动作时产生不同的工作情况，避免各零部件之间产生碰撞，起到了提高使用率和保护内部结构的效果。
本实例的工作过程：
首先，启动驱动电机10，驱动电机10转动并对动力单元进行整体的动力输入，输入的动力直接传递到二级太阳轮9上，二级太阳轮9转动并带动二级行星轮8和二级行星架7转动，二级行星架7带动二级齿圈6转动，同时，由于二级行星架7转动，所以二级行星架7带动一级太阳轮2转动，一级太阳轮2带动一级行星轮5和一级行星架4，一级行星架4带动一级齿圈3转动，动力通过二级齿圈6和一级齿圈3输出，实现双路径、分流式动力输出。
实施例2
本发明还提供一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元的传递方法，所述的方法包括以下步骤：
a.所述的驱动电机10选用转速高于10000rpm、功率密度大于10kw/kg的高转速大功率电机，所述的差速电机1选用扭矩密度大于10Nm/kg的低转速大力矩电机，当仿生机器人在进行跑跳动作时，开启驱动电机10；仿生机器人在进行起跳或跨越动作时，开启驱动电机10和差速电机1。
如图3和图4所示，其中，驱动电机10输入的动力依次经过二级太阳轮9、二级行星轮8和二级齿圈6，驱动电机10输入的动力还依次经过二级太阳轮9、二级行星架7、一级太阳轮2、一级行星轮5和一级齿圈3。在驱动电机10单独工作时，差速电机1主要起到电涡流缓冲器的作用，仿生机器人在进行跑跳等具有冲击载荷的动作时，可以使差速电机1产生相对转动，吸收仿生机器人落地时产生的冲击动能，为传动路径提供缓冲，起到保护内部结构、延长使用寿命的效果。
本实例的工作过程：
当仿生机器人在进行跑跳等动作时会产生冲击动能，这种冲击动能反馈到二级齿圈6和一级齿圈3上后，会传递到停转的差速电机1上，使差速电机1产生转动，吸收冲击动能，并不会传递到驱动电机10破环输出路径。
实施例3
其中，差速电机1输入的动力依次经过一级行星架4、一级齿圈3。在仿生机器人进行起跳或跨越等动作时，差速电机1与驱动电机10同时工作，差速电机1将动力输入到一级行星架4上，再传递到一级齿圈3上，使一级齿圈3扭矩增大，起到保护内部结构、延长使用寿命的效果。
本实例的工作过程：
当仿生机器人在进行起跳或跨越等动作时，启动差速电机1，差速电机1和驱动电机10同时对动力单元进行动力输入，差速电机1将动力输入到一级行星架4上，通过一级行星架4将动力传递到一级齿圈3上，同时对二级齿圈6也传递了部分动力，使动力单元整体的扭矩增大，一级齿圈3和二级齿圈6输出的动力增大。
以上对本发明的多个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元，其特征在于：包括驱动电机(10)，所述的驱动电机(10)的转轴上设置有太阳轮，所述的太阳轮上啮合连接有行星轮，所述的行星轮上固定连接行星架，行星轮上套设有齿圈，行星轮与所述的齿圈啮合连接。
2.根据权利要求1所述的一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元，其特征在于：所述的太阳轮包括一级太阳轮(2)和二级太阳轮(9)，所述的二级太阳轮(2)与所述的驱动电机(10)的转轴固定连接，所述的行星轮包括一级行星轮(5)和二级行星轮(8)，所述的一级行星轮(5)与所述的一级太阳轮(2)啮合连接，所述的二级行星轮(8)与所述的二级太阳轮(9)啮合连接，所述的行星架包括一级行星架(4)和二级行星架(7)，所述的一级行星架(4)固定连接在所述的一级行星轮(5)上，所述的二级行星架(7)固定连接在所述的二级行星轮(8)，二级行星架(7)前端与所述的一级太阳轮(2)固定连接，所述的齿圈包括一级齿圈(3)和二级齿圈(6)，所述的一级齿圈(3)套设在所述的一级行星轮(5)上，一级齿圈(3)与一级行星轮(5)啮合连接，所述的二级齿圈(6)套设在所述的二级行星轮(8)上，二级齿圈(6)与二级行星轮(8)啮合连接。
3.根据权利要求2所述的一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元，其特征在于：所述的一级行星架(4)固定连接在差速电机(1)的转轴上。
4.权利要求1～3任意一项所述的一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元的传递方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
a.所述的驱动电机(10)选用转速高于10000rpm、功率密度大于10kw/kg的高转速大功率电机，所述的差速电机(1)选用扭矩密度大于10Nm/kg的低转速大力矩电机，当仿生机器人在进行跑跳动作时，开启驱动电机(10)；仿生机器人在进行起跳或跨越动作时，开启驱动电机(10)和差速电机(1)。
5.根据权利要求4所述的一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元的传递方法，其特征在于：驱动电机(10)输入的动力依次经过二级太阳轮(9)、二级行星轮(8)和二级齿圈(6)，驱动电机(10)输入的动力还依次经过二级太阳轮(9)、二级行星架(7)、一级太阳轮(2)、一级行星轮(5)和一级齿圈(3)。
6.根据权利要求4所述的一种仿生机器人混合动力可变功率动力单元的传递方法，其特征在于：差速电机(1)输入的动力依次经过一级行星架(4)和一级齿圈(3)。
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Assignee: GUIZHOU AEROSPACE LINQUAN MOTOR Co.,Ltd.

Assignor: BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021980017367

Denomination of invention: A hybrid variable power unit of bionic robot and its transmission method

Granted publication date: 20200811

License type: Common License

Record date: 20220104

Application publication date: 20190927

Assignee: SHANDONG SHUAIKE MACHINERY MANUFACTURING Co.,Ltd.

Assignor: BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022980000077

Denomination of invention: A hybrid variable power unit of bionic robot and its transmission method

Granted publication date: 20200811

License type: Common License

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