可控的连杆式差动平衡装置及具有其的移动平台的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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】
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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孔内，从而实现对所述平衡杆的转动的锁定。
[0021]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。
[0022]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。