CN110733335A - 传动机构、行走系统及探月机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传动机构、行走系统及探月机器人，属于机器人制造技术领域。传动机构包括直行机构，包括第一输入轴与传动轴传动连接，传动轴的两端分别设置有第一半轴齿轮，第一输出半轴以及第二输出半轴的一端分别设置有第二半轴齿轮，传动轴两端的第一半轴齿轮分别与第一输出半轴的第二半轴齿轮以及第二输出半轴的第二半轴齿轮通过行星传动组件连接；转向机构，包括第二输入轴的端部设置有第一驱动齿轮，传动半轴的一端设置有第三半轴齿轮，两个传动半轴的第三半轴齿轮的端面相对设置且分别与第一驱动齿轮啮合传动，两个传动半轴的另一端分别与两个行星传动组件的传动齿轮对应传动连接。

Description

传动机构、行走系统及探月机器人

技术领域

本发明涉及机器人制造技术领域，具体而言，涉及一种传动机构、行走系统及探月机器人。

背景技术

随着航空航天科技的不断发展，地外探测以及地外基地的建立，逐渐成为深空探测的主要发展方向。

以月球探测为例，由于月球的表面不平整，具有较多的凹坑，因此为了使探月机器人能够在月球表面平稳行走，并具有良好的越障能力，探月机器人通常采用滚轮或履带作为行走系统。目前采用滚轮行走的探月机器人，其转弯过程与目前的家用轿车类似，转弯半径相对较大，很难在狭窄空间原地转向；而目前采用履带行走的探月机器人，其可通过分别在两个履带的带轮上设置的换向装置来实现两个履带在驱动装置的驱动下进行相反方向的运动，从而带动探月机器人进行原地转向，但是该方式需要设置至少两个换向装置以实现履带的驱动轮相反转动，结构相对复杂庞大，并且由于换向装置通常需要机械换挡，因此不利于探月机器人的远程控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传动机构、行走系统及探月机器人，该传动机构结构紧凑，能够使探月机器人不用机械换挡即可原地转向，便于探月机器人的远程控制。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种传动机构，包括：直行机构，包括第一输入轴、传动轴、第一输出半轴以及第二输出半轴，第一输入轴与传动轴传动连接，传动轴的两端分别设置有第一半轴齿轮，第一输出半轴以及第二输出半轴的一端分别设置有第二半轴齿轮，传动轴两端的第一半轴齿轮分别与第一输出半轴的第二半轴齿轮以及第二输出半轴的第二半轴齿轮通过行星传动组件连接，行星传动组件包括传动齿轮和行星齿轮，行星齿轮转动设置于传动齿轮上，以使行星齿轮可绕传动齿轮的圆心公转，行星齿轮的转动轴线指向传动齿轮的圆心，第一半轴齿轮的端面和第二半轴齿轮的端面相对设置且分别与行星齿轮啮合；转向机构，包括第二输入轴以及两个传动半轴，第二输入轴的端部设置有第一驱动齿轮，传动半轴的一端设置有第三半轴齿轮，两个传动半轴的第三半轴齿轮的端面相对设置且分别与第一驱动齿轮啮合传动，两个传动半轴的另一端分别与两个行星传动组件的传动齿轮对应传动连接。

可选地，第一输入轴的端部设置有第二驱动齿轮，传动轴上设置有从动齿轮，第二驱动齿轮与从动齿轮传动连接，以使第一输入轴能够驱动传动轴周向转动。

可选地，行星传动组件中包括多个行星齿轮，多个行星齿轮沿传动齿轮的同一圆周均匀分布。

可选地，传动齿轮为圆环外齿轮，行星齿轮位于圆环外齿轮的环内壁。

可选地，第一半轴齿轮以及第二半轴齿轮为锥齿轮。

本发明实施例的另一方面，提供一种行走系统，包括：两个驱动装置、两个行走组件以及上述任一项的传动机构，两个驱动装置分别与传动机构的第一输入轴以及第二输入轴传动连接，传动机构的第一输出半轴和第二输出半轴分别与两个行走组件对应连接，以分别驱动两个行走组件运动。

可选地，行走组件包括带轮以及与带轮传动连接的履带，第一输出半轴以及第二输出半轴分别与两个行走组件的带轮对应传动连接。

可选地，行走组件包括滚轮，第一输出半轴以及第二输出半轴分别与两个行走组件的滚轮对应传动连接。

可选地，行走系统还包括减震装置，减震装置与行走组件连接，用于减缓行走组件运动时产生的颠簸震动。

本发明实施例的又一方面，提供一种探月机器人，包括：上述任意一项的行走系统。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种传动机构，包括直行机构和转向机构。其中直行机构包括第一输入轴、传动轴、第一输出半轴以及第二输出半轴。第一输入轴与传动轴传动连接，在传动轴的两端分别设置有第一半轴齿轮，在第一输出半轴以及第二输出半轴的一端分别设置有第二半轴齿轮，传动轴两端的第一半轴齿轮分别与第一输出半轴的第二半轴齿轮以及第二输出轴的第二半轴齿轮通过行星传动组件连接。其中行星传动组件包括传动齿轮和行星齿轮，行星齿轮转动设置于传动齿轮上，并且行星齿轮的转动轴线指向传动齿轮的圆心。第一半轴齿轮的端面和第二半轴齿轮的端面相对设置且分别与行星齿轮啮合，以实现传动轴的两端通过行星传动组件传动连接。其中转向机构包括第二输入轴以及两个传动半轴。第二输入轴的端部设置有第一驱动齿轮，传动半轴的一端设置有第三半轴齿轮，两个传动半轴的第三半轴齿轮的端面相对设置且分别与第一驱动齿轮啮合传动，两个传动半轴的另一端分别与两个行星传动组件的传动齿轮对应传动连接。在实际使用过程中，当转向机构的第二输入轴保持静止时(可通过锁定使用时与其连接的驱动装置等方式实现)，相应的与其传动连接的两个传动半轴以及与其间接传动连接的行星传动组件的传动齿轮也会保持相对静止(不转动)，此时，通过第一输入轴驱动传动轴转动，从而通过传动轴两端的第一半轴齿轮的啮合，能够带动行星传动组件的行星齿轮自转，由于传动齿轮不转动，因此通过行星齿轮的自转能够带动与其啮合的第二半轴齿轮转动，从而使对应的第一输出半轴以及对应的第二输出半轴以相同的转动方向转动，使第一输出半轴和第二输出半轴驱动的滚轮或履带等以相同方向运动实现直行。当直行机构的第一输入轴保持静止时(实现方式与前述第二输入轴保持静止的方式相同)，相应的与其传动连接的传动轴以及传动轴两端的第一半轴齿轮也会保持静止(不转动)。此时，通过第二输入轴带动第一驱动齿轮转动，通过第一驱动齿轮的啮合传动，两个传动半轴随之转动，从而带动行星传动组件的传动齿轮转动，由于与行星齿轮啮合的第一半轴齿轮为静止，因此当行星齿轮随传动齿轮的转动而公转时会产生自转并带动与其啮合的第二半轴齿轮转动，进而带动对应的第一输出半轴以及第二输出半轴转动，由于两个传动半轴的第三半轴齿轮的端面相对设置，因此在第一驱动齿轮的啮合传动下两个第三半轴齿轮的转动方向相反，即最终第一输出半轴以及第二输出半轴以相反的方向转动，从而使第一输出半轴和第二输出半轴驱动的滚轮或履带等以不同的方向运动实现原地转向。结合以上直行和转向的传动过程，当第一输入轴以及第二输入轴以不同速度转动时，则能够实现第一输出半轴以及第二输出半轴的差速转动，从而实现大转弯半径的缓慢转向。通过上述结构的传动机构，能够在不使用换向装置的情况下实现原地转向，并能够实现两侧差速行走缓慢转向，使得通过该传动机构传动驱动的履带行走系统能够实现差速缓慢转向。该传动机构实现两侧滚轮或履带相反运动的同时，不需要机械换挡或离合换向等操作，更利于对滚轮或履带运动方向的远程操控。

本发明实施例提供的一种行走系统，采用上述的传动机构，能够实现原地转向和直行以及差速转向，并且结构紧凑占用空间小。其不需要离合换向或机械换挡，便于远程控制。

本发明实施例提供的一种探月机器人，采用上述的行走系统，不用机械换挡即可原地转向，便于远程控制，其能够实现差速转向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的传动机构的结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的传动机构的结构示意图之二；

图3为本发明实施例提供的传动机构的结构示意图之三。

图标：110-第一输入轴；120-传动轴；121-第一半轴齿轮；131-第一输出半轴；132-第二输出半轴；133-第二半轴齿轮；140-行星传动组件；141-传动齿轮；142-行星齿轮；210-第二输入轴；211-第一驱动齿轮；220-传动半轴；221-第三半轴齿轮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种传动机构，如图1所示，包括：直行机构，包括第一输入轴110、传动轴120、第一输出半轴131以及第二输出半轴132，第一输入轴110与传动轴120传动连接，传动轴120的两端分别设置有第一半轴齿轮121，第一输出半轴131以及第二输出半轴132的一端分别设置有第二半轴齿轮133，传动轴120两端的第一半轴齿轮121分别与第一输出半轴131的第二半轴齿轮133以及第二输出半轴132的第二半轴齿轮133通过行星传动组件140连接，结合图2和图3所示，行星传动组件140包括传动齿轮141和行星齿轮142，行星齿轮142转动设置于传动齿轮141上，以使行星齿轮142可绕传动齿轮141的圆心公转，行星齿轮142的转动轴线指向传动齿轮141的圆心，第一半轴齿轮121的端面和第二半轴齿轮133的端面相对设置且分别与行星齿轮142啮合；转向机构，包括第二输入轴210以及两个传动半轴220，第二输入轴210的端部设置有第一驱动齿轮211，传动半轴220的一端设置有第三半轴齿轮221，两个传动半轴220的第三半轴齿轮221的端面相对设置且分别与第一驱动齿轮211啮合传动，两个传动半轴220的另一端分别与两个行星传动组件140的传动齿轮141对应传动连接。

需要说明的是，两个传动半轴220分别与对应的行星传动组件140的传动齿轮141之间的传动连接，可以是通过一个齿轮直接啮合传动，也可以通过多个齿轮依次啮合传动，此处不做限制，只要能够实现传动连接且两个传动连接的设置对应相同即可。

本发明实施例提供的一种传动机构，包括直行机构和转向机构。其中直行机构包括第一输入轴110、传动轴120、第一输出半轴131以及第二输出半轴132。第一输入轴110与传动轴120传动连接，在传动轴120的两端分别设置有第一半轴齿轮121，在第一输出半轴131以及第二输出半轴132的一端分别设置有第二半轴齿轮133，传动轴120两端的第一半轴齿轮121分别与第一输出半轴131的第二半轴齿轮133以及第二输出轴的第二半轴齿轮133通过行星传动组件140连接。其中行星传动组件140包括传动齿轮141和行星齿轮142，行星齿轮142转动设置于传动齿轮141上，并且行星齿轮142的转动轴线指向传动齿轮141的圆心。第一半轴齿轮121的端面和第二半轴齿轮133的端面相对设置且分别与行星齿轮142啮合，以实现传动轴120的两端通过行星传动组件140传动连接。其中转向机构包括第二输入轴210以及两个传动半轴220。第二输入轴210的端部设置有第一驱动齿轮211，传动半轴220的一端设置有第三半轴齿轮221，两个传动半轴220的第三半轴齿轮221的端面相对设置且分别与第一驱动齿轮211啮合传动，两个传动半轴220的另一端分别与两个行星传动组件140的传动齿轮141对应传动连接。在实际使用过程中，当转向机构的第二输入轴210保持静止时(可通过锁定使用时与其连接的驱动装置等方式实现)，相应的与其传动连接的两个传动半轴220以及与其间接传动连接的行星传动组件140的传动齿轮141也会保持相对静止(不转动)，此时，通过第一输入轴110驱动传动轴120转动，从而通过传动轴120两端的第一半轴齿轮121的啮合，能够带动行星传动组件140的行星齿轮142自转，由于传动齿轮141不转动，因此通过行星齿轮142的自转能够带动与其啮合的第二半轴齿轮133转动，从而使对应的第一输出半轴131以及对应的第二输出半轴132以相同的转动方向转动，使第一输出半轴131和第二输出半轴132驱动的滚轮或履带等以相同方向运动实现直行。当直行机构的第一输入轴110保持静止时(实现方式与前述第二输入轴210保持静止的方式相同)，相应的与其传动连接的传动轴120以及传动轴120两端的第一半轴齿轮121也会保持静止(不转动)。此时，通过第二输入轴210带动第一驱动齿轮211转动，通过第一驱动齿轮211的啮合传动，两个传动半轴220随之转动，从而带动行星传动组件140的传动齿轮141转动，由于与行星齿轮142啮合的第一半轴齿轮121为静止，因此当行星齿轮142随传动齿轮141的转动而公转时会产生自转并带动与其啮合的第二半轴齿轮133转动，进而带动对应的第一输出半轴131以及第二输出半轴132转动，由于两个传动半轴220的第三半轴齿轮221的端面相对设置，因此在第一驱动齿轮211的啮合传动下两个第三半轴齿轮221的转动方向相反，即最终第一输出半轴131以及第二输出半轴132以相反的方向转动，从而使第一输出半轴131和第二输出半轴132驱动的滚轮或履带等以不同的方向运动实现原地转向。结合以上直行和转向的传动过程，当第一输入轴110以及第二输入轴210以不同速度转动时，则能够实现第一输出半轴131以及第二输出半轴132的差速转动，从而实现大转弯半径的缓慢转向。通过上述结构的传动机构，能够在不使用换向装置的情况下实现原地转向，并能够实现两侧差速行走缓慢转向，使得通过该传动机构传动驱动的履带行走系统能够实现差速缓慢转向。该传动机构实现两侧滚轮或履带相反运动的同时，不需要机械换挡或离合换向等操作，更利于对滚轮或履带运动方向的远程操控。

可选地，第一输入轴110的端部设置有第二驱动齿轮，传动轴120上设置有从动齿轮(附图中未标出)，第二驱动齿轮与从动齿轮传动连接，以使第一输入轴110能够驱动传动轴120周向转动。

在第一输入轴110的端部设置第二驱动齿轮，并在传动轴120上设置从动齿轮，通过第二驱动齿轮与从动齿轮的传动连接，能够使第一输入轴110稳定可靠的驱动传动轴120转动。并且该结构相对紧凑简单，便于安装和维修。其中，第二驱动齿轮和从动齿轮可均采用锥齿轮以进行啮合传动，也可以采用平行轴齿轮传动，此处不做限制。

可选地，如图2所示，行星传动组件140中包括多个行星齿轮142，多个行星齿轮142沿传动齿轮141的同一圆周均匀分布。

在行星传动组件140中设置多个行星齿轮142，能够使行星传动组件140通过行星齿轮142进行的传动过程更加稳定牢靠，并均衡行星齿轮142的受力，减小单个行星齿轮142的受力，从而增加行星齿轮142的使用寿命。

可选地，如图2所示，传动齿轮141为圆环外齿轮，行星齿轮142位于圆环外齿轮的环内壁。

将传动齿轮141设置为圆环外齿轮，并将行星齿轮142设置于圆环外齿轮的环内壁上，能够减小传动齿轮141和行星齿轮142构成的行星传动组件140的空间占用，从而提高该传动机构的结构的紧凑性。

可选地，第一半轴齿轮121以及第二半轴齿轮133为锥齿轮。

将第一半轴齿轮121和第二半轴齿轮133设置为锥齿轮，能够使得行星齿轮142与第一半轴齿轮121和第二半轴齿轮133之间啮合的更加顺滑，增强该传动机构使用时的流程性。

本发明实施例的另一方面，提供一种行走系统，包括：两个驱动装置、两个行走组件以及上述任一项的传动机构，两个驱动装置分别与传动机构的第一输入轴110以及第二输入轴210传动连接，传动机构的第一输出半轴131和第二输出半轴132分别与两个行走组件对应连接，以分别驱动两个行走组件运动(附图中未示出)。

需要说明的是，两个驱动装置可以是旋转电机、旋转气缸、旋转油缸以及内燃机等，此处不做限制，只要能够驱动第一输入轴110以及第二输入轴210周向转动即可。

本发明实施例提供的一种行走系统，采用上述的传动机构，能够实现原地转向和直行以及差速转向，并且结构紧凑占用空间小。其不需要离合换向或机械换挡，便于远程控制。

可选地，行走组件包括带轮以及与带轮传动连接的履带，第一输出半轴131以及第二输出半轴132分别与两个行走组件的带轮对应传动连接。

行走组件设置为带轮以及与带轮传动连接的履带(构成履带机构)，通过第一输出半轴131以及第二输出半轴132分别对两个行走组件的带轮的驱动，能够使履带进行运动，以带动该行走系统移动。由于履带与行走面(地面、月面等)具有较大的接触面积，因此能够减小该行走系统对行走面的压强，降低行走系统陷入行走面的概率。

可选地，行走组件包括滚轮，第一输出半轴131以及第二输出半轴132分别与两个行走组件的滚轮对应传动连接。

将行走组件设置为滚轮，通过第一输入半轴以及第二输入半轴分别对滚轮进行驱动，以带动该行走系统移动，由于滚轮具有较好的机动性和越障能力，因此通过上述行走组件的设置能够增强该行走系统的越障能力。

可选地，行走系统还包括减震装置，减震装置与行走组件连接，用于减缓行走组件运动时产生的颠簸震动。

在行走系统中还设置减震装置，通过减震装置能够减缓行走组件在运动过程中产生的颠簸震动，减小震动对传动机构造成的伤害。其中，减震装置可以是分别与行走组件以及传动机构连接的减震弹簧、减震液压杆等，此处不做限制。

本发明实施例的又一方面，提供一种探月机器人，包括：上述任意一项的行走系统。

本发明实施例提供的一种探月机器人，采用上述的行走系统，不用机械换挡即可原地转向，便于远程控制，其能够实现差速转向。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种传动机构，其特征在于，包括：

直行机构，包括第一输入轴、传动轴、第一输出半轴以及第二输出半轴，所述第一输入轴与所述传动轴传动连接，所述传动轴的两端分别设置有第一半轴齿轮，所述第一输出半轴以及所述第二输出半轴的一端分别设置有第二半轴齿轮，所述传动轴两端的第一半轴齿轮分别与所述第一输出半轴的第二半轴齿轮以及所述第二输出半轴的第二半轴齿轮通过行星传动组件连接，所述行星传动组件包括传动齿轮和行星齿轮，所述行星齿轮转动设置于所述传动齿轮上，以使所述行星齿轮可绕所述传动齿轮的圆心公转，所述行星齿轮的转动轴线指向所述传动齿轮的圆心，所述第一半轴齿轮的端面和所述第二半轴齿轮的端面相对设置且分别与所述行星齿轮啮合；

转向机构，包括第二输入轴以及两个传动半轴，所述第二输入轴的端部设置有第一驱动齿轮，所述传动半轴的一端设置有第三半轴齿轮，两个所述传动半轴的第三半轴齿轮的端面相对设置且分别与所述第一驱动齿轮啮合传动，两个所述传动半轴的另一端分别与两个所述行星传动组件的传动齿轮对应传动连接。

2.如权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述第一输入轴的端部设置有第二驱动齿轮，所述传动轴上设置有从动齿轮，所述第二驱动齿轮与所述从动齿轮传动连接，以使第一输入轴能够驱动所述传动轴周向转动。

3.如权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述行星传动组件中包括多个所述行星齿轮，多个所述行星齿轮沿所述传动齿轮的同一圆周均匀分布。

4.如权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述传动齿轮为圆环外齿轮，所述行星齿轮位于所述圆环外齿轮的环内壁。

5.如权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述第一半轴齿轮以及所述第二半轴齿轮为锥齿轮。

6.一种行走系统，其特征在于，包括两个驱动装置、两个行走组件以及如权利要求1至5任一项所述的传动机构，两个所述驱动装置分别与所述传动机构的第一输入轴以及第二输入轴传动连接，所述传动机构的第一输出半轴和第二输出半轴分别与两个行走组件对应连接，以分别驱动两个行走组件运动。

7.如权利要求6所述的行走系统，其特征在于，所述行走组件包括带轮以及与所述带轮传动连接的履带，所述第一输出半轴以及所述第二输出半轴分别与两个所述行走组件的带轮对应传动连接。

8.如权利要求6所述的行走系统，其特征在于，所述行走组件包括滚轮，所述第一输出半轴以及所述第二输出半轴分别与两个所述行走组件的滚轮对应传动连接。

9.如权利要求6至8任一项所述的行走系统，其特征在于，所述行走系统还包括减震装置，所述减震装置与所述行走组件连接，用于减缓所述行走组件运动时产生的颠簸震动。

10.一种探月机器人，其特征在于，包括如权利要求6至9任一项所述的行走系统。

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