[发明专利]行星齿轮式差动平衡机构

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种行星齿轮式差动平衡机构，是一种应用在具有摇杆结构的移动机器人上使机器人主体部分保持相对平衡的差动平衡机构。

背景技术

具有摇杆结构的移动机器人具有较好的适应不平整地形的性能，因此是目前移动机器人领域研究的一个重要方向。具有摇杆结构的移动机器人需要安装一套连接左右摇杆的差动平衡器，以保证机器人左右摇杆在不同摆角的情况下，机器人主体部分的相对平衡。美国专利US4840394中提出了rocker-bogie的摇杆机构，左右两侧摇杆通过连杆平衡机构与机器人主体部分相连，该连杆平衡机构一般布置在机器人主体机壳的外面，这样给机器人的结构设计带来了不便。中国矿业大学提出了一种体积小、结构紧凑、安装方便的锥形齿轮式差动平衡器，并利用该型差动平衡器研制出来了一种具有较强越障性能的摇杆式轮式机器人。但是锥形齿轮式差动平衡器的轴向尺寸较大，对于一些对轴向尺寸要求小的机器人来说，不太适用。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种轴向尺寸小、结构更为紧凑的行星齿轮式差动平衡机构，该行星齿轮式差动平衡机构应用在具有摇杆结构的移动机器人上，连接两侧的摇杆以保持机器人主体部分的相对平衡。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明由太阳齿轮、行星齿轮、内齿轮与系杆构成，太阳齿轮同轴线设在内齿轮内部，且太阳齿轮与内齿轮的齿数之比为1∶2；一对或多对相互啮合的行星齿轮成对地设在太阳齿轮与内齿轮之间，且分别与太阳齿轮、内齿轮相啮合；系杆连接并支撑各行星齿轮，且系杆的轴与太阳齿轮的轴同轴线对称布置。

设太阳齿轮、两个相啮合的行星齿轮、内齿轮的齿数分别是z1、z2、z3、z4，其中行星齿轮z2与太阳齿轮z2啮合，行星齿轮z3与内齿轮z4啮合。设齿轮z1、z2、z3、z4以及系杆的转速为ω1、ω2、ω3、ω4、ω5，则太阳齿轮与内齿轮的传动比i⁵₁₄为：

i⁵₁₄＝(ω1-ω5)/(ω4-ω5)＝(-z2/z1)·(-z3/z2)·(z4/z3)＝z4/z1

因太阳齿轮与内齿轮的齿数之比为1∶2，即z4/z1＝2/1，则有

ω4＝(ω1+ω5)/2

固定内齿轮z4，即ω4＝0，则ω1/ω5＝-1。

当内齿轮固定时，太阳齿轮与系杆的转速相同转向相反。当内齿轮可摆动时，内齿轮的转速为太阳齿轮与系杆转速和的一半，因此实现了差动的目的。采用上述技术方案，内齿轮的转角为太阳齿轮与系杆转角的线性平均。

采用上述方案制作的行星齿轮式差动平衡机构，安装在机器人上时，可将内齿轮通过相应装置固联在机器人的主体平台上，太阳齿轮的轮轴与系杆与机器人的左右摇杆结构连接，当机器人在不平整的地面上运行时，左右两摇杆绕太阳齿轮的轮轴和系杆的轴线转动，这样机器人的主体平台的绕该轴线摆角的为左右两摇杆的转角的和的一半，保证了机器人在复杂的地形上移动时，机器人主体平台的平衡。

采用上述的方案，可以达到以下有益效果：

采用该行星齿轮式差动平衡机构，这样内齿轮、行星齿轮以及太阳齿轮的端面可以处于同一个平面，因此可以使得行星齿轮式差动平衡机构在齿轮轴向占据较短的长度，比锥齿轮式差动平衡器的轴向尺寸小。因此行星齿轮式差动平衡机构结构更为紧凑，适用于对差动平衡器轴向尺寸要求小的摇杆式机器人。

附图说明

图1为本发明的机构原理图；

图2为本发明一实施例的主视图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为图3的B-B剖视图；

图中：1、太阳齿轮2、行星齿轮3、行星齿轮4、内齿轮5、系杆5-1、系杆轴5-2、系杆保持件6、端盖7、端盖8、螺钉9、支座10、太阳齿轮轴11、凸台12、沉孔13、通孔14、轴承15、轴承16、轴承17、缺口18、限位螺钉

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为的本发明的机构原理图，本发明由太阳齿轮1，行星齿轮2、3，内齿轮4与系杆5构成，太阳齿轮1同轴线设在内齿轮4内部，且太阳齿轮1与内齿轮4的齿数之比为1∶2；一对或多对相互啮合的行星齿轮2、3成对地设在太阳齿轮1与内齿轮4之间，且分别与太阳齿轮1、内齿轮4相啮合；系杆5连接并支撑各行星齿轮2、3，且系杆轴与太阳齿轮轴同轴线对称布置。