可控的锥齿轮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锥齿轮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锥齿轮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，探索一种可控的锥齿轮式差动平衡装置及具有该可控的锥齿轮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，提出一种可控的锥齿轮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锥齿轮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；通过对该可控的锥齿轮式差动平衡装置的调节还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锥齿轮式差动平衡装置，其包括:锥齿轮装置、底座、转动驱动单元和锁定单元。所述锥齿轮装置包括:壳体；两个外联锥齿轮，两个所述外联锥齿轮对称地设在所述壳体内均与所述壳体可枢转地相连，且两个所述外联锥齿轮的齿数相同；行星锥齿轮，所述行星锥齿轮至少为一个，所述行星锥齿轮设在所述壳体内且与所述壳体可枢转地相连，且所述行星锥齿轮与两个所述外联锥齿轮均正交啮合。所述底座与所述壳体可枢转地相连，构成转动副，所述转动副与两个所述外联锥齿轮的轴线共线；所述转动驱动单元与所述底座和所述锥齿轮装置的所述壳体均相连，且可驱动所述壳体相对所述底座转动；所述锁定单元与所述锥齿轮装置相连并锁定和释放所述外联锥齿轮和所述行星锥齿轮的嗤合传动。
[0008]作为可选的，根据本发明的实施例，所述转动驱动单元采用齿轮式转动驱动单元，其包括:第一齿轮，所述第一齿轮与所述壳体相连，且所述第一齿轮的轴线与所述外联锥齿轮的轴线共线；第二齿轮，所述第二齿轮与所述底座可枢转地相连，且所述第二齿轮与所述第一齿轮相互啮合；齿轮驱动件，所述齿轮驱动件与所述第二齿轮相连，并驱动所述第二齿轮转动。
[0009]作为进一步的可选的，根据本发明的实施例，所述齿轮式转动驱动单元的所述第一齿轮和所述第二齿轮为圆柱齿轮或锥形齿轮；所述齿轮驱动件为电机或经过减速的电机单元，在其他一些实施例中也可选择液压马达或气动马达。
[0010]作为另一可选的，根据本发明的其他实施例，所述转动驱动单元采用蜗轮蜗杆式转动驱动单元，其包括:蜗轮，所述蜗轮与所述壳体相连，且所述蜗轮的轴线与所述外联锥齿轮的轴线共线；蜗杆，所述蜗杆与所述底座可枢转地相连，且所述蜗杆与所述蜗轮相互啮合；蜗杆驱动件，所述蜗杆驱动件与所述蜗杆相连，并驱动所述蜗杆转动。
[0011]作为其他可选的，根据本发明的另一些实施例，所述转动驱动单元采用直线驱动单元，所述直线驱动单元包括:第一连接件，所述第一连接件与所述壳体铰连，且所述铰接中心与所述外联锥齿轮的轴线不共线；第二连接件，所述第二连接件与所述底座铰连，所述第二连接件与所述第一连接件可移动地相连。
[0012]作为进一步的可选的，根据具体实施，所述直线驱动单元为电动推杆或油缸或气缸。
[0013]作为可选的，根据本发明的实施例，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，所述离合器与所述壳体和所述外联锥齿轮相连。
[0014]在具体实施中，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。
[0015]此外，本发明还提出了一种移动平台，其包括上述可控的锥齿轮式差动平衡装置，且还包括:主车体，所述主车体包括主车架，所述可控的锥齿轮式差动平衡装置的所述底座与所述主车架相连；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主车架可枢转地相连，且两个所述行走部架分别与所述可控的锥齿轮式差动平衡装置的两个所述外联锥齿轮相连。
[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。
[0017]通过上述技术方案，所述锥齿轮装置的两个所述外联锥齿轮相对所述壳体做转角相同、转向相反的运动，具有差动平衡作用；所述锁定单元将所述壳体与两个所述外联锥齿轮和行星锥齿轮中的任一个锁定在一起，即两个所述外联锥齿轮与所述基座锁定为一体，这样所述锥齿轮装置失去差动平衡作用。所述转动驱动单元驱动所述锥齿轮装置的所述壳体相对所述底座转动，这样可以改变所述壳体和所述底座的夹角。通过所述的锁定单元可以实现本发明的差动平衡作用的使能控制，通过转动驱动单元可以改变所述锥齿轮装置相对所述底座的夹角。根据本发明的移动平台，因为使用了上述可控的锥齿轮式差动平衡装置的缘故，使得所述移动平台的差动平衡作用的使能可控，也可以实现所述移动平台主车体的俯仰角的主动调节。这样，当所述可控的锥齿轮式差动平衡装置具有差动平衡作用，可以使得所述移动平台被动地适应地形，具有较好的地形通过性；当所述可控的锥齿轮式差动平衡装置失去差动平衡作用，这样所述移动平台的所述主车体与两个所述行走部固定为一体，当所述移动平台进行转向尤其原地转向等操作时，不会出现在行走部驱动力的作用下带来的所述行走部相对所述主车体的转动，可增加了转向稳定性。所述移动平台在一些较为复杂地形上行走时，可以防止两个所述行走部相对所主车体过大摆动，进而防止移动平台的倾覆，提高了移动平台的稳定性。因为所述移动平台的主车体的俯仰角可以根据需要进行主动调节，使得移动平台具有良好的适应性。
[0018]根据一些实施例，所述转动驱动单元采用齿轮式转动驱动单元，所述第一齿轮与所述壳体相连，如采用螺纹连接件相连，所述第二齿轮与所述底座可枢转地相连，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述齿轮驱动件驱动所述第二齿轮，从而实现了所述底座与所述壳体的夹角的调节。具体而言，采用所述第一齿轮和所述第二齿轮可采用圆柱齿轮也可采用锥齿轮，可根据具体布置空间的需要进行选择。
[0019]根据另一些实施例，所述转动驱动单元采用蜗轮蜗杆式转动驱动单元，连接方式同齿轮式转动驱动单元，通过蜗轮蜗杆传动实现了所述底座和所述壳体间的角度调节，因为采用了蜗轮蜗杆传动，该传动具有较好的自锁性能。
[0020]作为其他可选的，根据本发明的另一些实施例，所述转动驱动单元采用直线驱动单元，所述直线驱动单元与所述壳体和所述底座铰连，改变两个铰连中心的距离可以实现所述壳体和所述底座夹角的调节。此方案可在夹角调节方位不大的情况下选用，因为所述直线驱动单元采用铰连方式连接，所以安装较为方便。根据具体的实施和使用要求，所述直线驱动单元为电动推杆或油缸或气缸。
[0021]作为可选的，根据本发明的实施例，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，所述离合器与所述壳体和所述外联锥齿轮相连。通过该技术方案，当所述离合器结合时实现了所述壳体与所述外联锥齿轮的锁定；当所述离合器分离时将释放所述壳体与所述外联锥齿轮的锁定。在具体实施中，如采用电磁离合器可通过通电或断电实现所述外联锥齿轮相对所述壳体的能否转动的控制。
[0022]根据本发明实施例的移动平台，由于使用