CN100560398C - 差动驱动行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种差动驱动行走机构，属于越障行走系统。技术方案包括差动轮系4-6-7，驱动车轮8与行星齿轮7固连同轴转动，锥齿轮2与系杆4固连同轴转动，锥齿轮9与锥齿轮2啮合传动，形成右半驱动装置9-2-4-6-7-8，与右半驱动装置完全相同的左半驱动装置9₁-2₁-4₁-6₁-7₁-8₁以前进方向中间平面对称布置于车架10上，中心齿轮6、6₁及锥齿轮1与主轴5固连并在车架10上同轴转动，锥齿轮3与锥齿轮1啮合传动，主驱动力驱动锥齿轮3，两辅驱动力分别驱动锥齿轮9和9₁。本发明采用主驱动力和辅驱动力差动驱动行走机构，驱动车轮连续式越障行走，越障能力强，工作可靠，易于加工制造。

Description

差动驱动行走机构

技术领域

本发明涉及一种差动驱动行走机构，属于越障行走系统。该机构采用连续式越障行走方式，能够应用于凹凸不平的复杂路面等不利作业条件下驱动行走。

技术背景

为了在各种凹凸不平等复杂路面上行进，要求行走系统在越障和转向方面具有较高的灵活性和适应性，人们设计了各种行走机构以期满足这种需求。

在哈尔滨工业大学学报2003年第2期发表的文章《行星越障轮式月球车的设计》中，描述月球车的每个行星越障轮都是一个只有一个中心轮的差动轮系，车轮与系杆外端行星轮固连，在中心轮上有独立的驱动。实际上，该差动轮系只是在定轴轮系和行星轮系之间转化，控制两侧中心轮上的驱动转速，可以实现直线行驶、转向和自动越障功能。由于系杆不是直接被驱动而是被动转动，所以其越障能力相对较低。

申请号为94236978.5的实用新型专利“登攀轮”，描述的每个登攀轮也都是在行星轮系和定轴轮系之间转化，与“月球车”的区别有三点：一是只有一个动力，采用控制机构来驱动不同的构件，二是越障时同时驱动两侧轮系的系杆，使两侧轮架同时越障，三是转向时只驱动一侧中心轮，而另一侧静止，其转向和越障都不灵活。申请号为200580008392.5的发明专利，描述的每个车轮机构都是有两个中心轮的差动轮系，车轮与系杆固连，主动力驱动两侧车轮机构的一个中心轮，左右侧各有一辅助动力分别驱动对应车轮机构的另一中心轮，可以控制车辆的直线行驶和转向，只适用于平地行走，无法实现越障。

发明内容

本发明的目的是要提供一种差动驱动行走机构，该机构采用连续式越障行走方式，能够在凹凸不平的复杂路面等不利作业条件下直线行驶、灵活地转向和翻越障碍。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案包括：差动轮系由中心齿轮6、行星齿轮7、系杆4组成，驱动车轮8与行星齿轮7固连同轴转动，锥齿轮2与系杆4固连同轴转动，锥齿轮9与锥齿轮2组成90°定轴啮合传动，形成右半驱动装置9-2-4-6-7-8，与其结构、几何参数和连接组合形式完全相同的左半驱动装置9₁-2₁-4₁-6₁-7₁-8₁以前进方向中间平面对称布置于车架10上，左、右半驱动装置的中心齿轮6、6₁及锥齿轮1与主轴5固连并在车架10上同轴转动，锥齿轮3与锥齿轮1组成90°定轴啮合传动，主驱动力驱动锥齿轮3转速为n₁，两辅驱动力分别驱动锥齿轮9和9₁转速分别为n₂、n₃，构成本发明差动驱动行走机构(如图1)。锥齿轮1、2、2₁、中心齿轮6、6₁及系杆4、4₁具有同一理论回转轴线，差动轮系4-6-7、4₁-6₁-7₁中各齿轮及锥齿轮副3-1、9-2及9₁-2₁中各齿轮满足正确啮合传动条件和连续传动条件；驱动车轮8和8₁自转转速均为n_z＝n₁×z₆×z₃/z₇/z₁，公转转速分别为n_8g＝n₂×(1+z₆/z₇)×z₉/z₂、n_81g＝n₃×(1+z₆/z₇)×z₉/z₂，驱动车轮8和8₁的绝对转速分别为n₈＝n₁×z₆×z₃/z₇/z₁+n₂×(1+z₆/z₇)×z₉/z₂、n₈₁＝n₁×z₆×z₃/z₇/z₁+n₃×(1+z₆/z₇)×z₉/z₂，三个驱动力的方位、转向和驱动车轮的转向如图1所示；当两辅驱动力转速n₂＝n₃时差动驱动行走机构驱动车辆直线行驶，当两辅驱动力转速n₂≠n₃时差动驱动行走机构驱动车辆转向行驶，当车辆需要单边或双边越障时由差动驱动行走机构辅驱动力转速n₂、n₃不同来实现。

上述差动驱动行走机构中，可以改变三个驱动力的输入方式，增加动力输入的灵活性。去除锥齿轮3、9和9₁，将锥齿轮1、2和2₁改为圆柱齿轮，主驱动力通过圆柱齿轮1驱动中心齿轮6及6₁转速为n₁，两辅驱动力分别通过圆柱齿轮2和2₁驱动系杆4及4₁转速分别为n₂、n₃，三个驱动力的转向和方位如图2所示，驱动车轮8和8₁自转转速均为n_z＝n₁×z₆/z₇，公转转速分别为n_8g＝n₂×(1+z₆/z₇)、n_81g＝n₃×(1+z₆/z₇)，驱动车轮8和8₁的绝对转速分别为n₈＝n₁×z₆/z₇+n₂×(1+z₆/z₇)、n₈₁＝n₁×z₆/z₇+n₃×(1+z₆/z₇)，差动驱动行走机构同样可以驱动车辆完成直线行驶、转弯和越障。

上述差动驱动行走机构中，行星齿轮7沿圆周方向均布k(k＝3、4、5、6、…)个于系杆4上，与行星齿轮7同轴固连的驱动车轮8亦为k个，k越大车辆重心波动越小，行驶越平稳。

上述差动驱动行走机构中，在中心齿轮6和行星齿轮7之间可串联1个行星齿轮11(如图3)、2个行星齿轮11和12(如图4和图5)、…，串联的行星齿轮越多，在所有行星齿轮半径不变的条件下驱动车轮8和8₁轴线的回转半径越大，行走系统的越障能力越强。每串联一个行星齿轮，主驱动力的转向将改变一次，两辅驱动力转向始终不变，驱动车轮转速n₈、n₈₁和转向不变。

上述差动驱动行走机构中，在车架10上沿前进方向并列两个支撑后轮形成前轮驱动行走系统(如图7)；可以在车架10上沿前进方向并列两组差动驱动行走机构，形成四轮驱动行走系统。

本发明采用主驱动力和辅驱动力差动驱动行走机构，驱动车轮连续式越障行走方式，转向、行走自如，越障能力强，工作可靠，且易于加工制造，可以通过选择设计参数或改变配置形式以便满足不同工作状况的需要。

附图说明

图1为差动驱动行走机构的机构简图；

图2为动力输入方位变化时的差动驱动行走机构的机构简图；

图3为增加1个行星齿轮的差动驱动行走机构的机构简图；

图4为增加2个行星齿轮的差动驱动行走机构的机构简图；

图5为增加2个行星齿轮k＝5时的差动驱动行走机构机构简图；

图6为差动驱动行走机构越障过程示意图；

图7为差动驱动行走机构组成车辆行走系统示意图。

具体实施方案

下面根据附图对本发明的实施例进行描述。

图1所示的差动驱动行走机构，包含差动轮系4-6-7由系杆4、中心齿轮6、行星齿轮7组成，驱动车轮8与行星齿轮7固连同轴转动，差动轮系中的齿轮均为圆柱齿轮，驱动车轮8可以为轮胎式或钢轮等；锥齿轮2与系杆4固连同轴转动，锥齿轮9与锥齿轮2组成90°定轴啮合传动，形成右半驱动装置9-2-4-6-7-8，与右半驱动装置完全相同的左半驱动装置9₁-2₁-4₁-6₁-7₁-8₁以前进方向中间平面对称布置于车架10上，左、右半驱动装置的中心齿轮6、6₁及锥齿轮1与主轴5固连并在车架10上同轴转动，锥齿轮3与锥齿轮1组成90°定轴啮合传动，发动机主驱动力驱动锥齿轮3转速为n₁，两电动机辅驱动力分别驱动锥齿轮9和9₁转速分别为n₂、n₃。锥齿轮1、2、2₁、中心齿轮6、6₁及系杆4、4₁具有同一理论回转轴线，差动轮系4-6-7及4₁-6₁-7₁中各齿轮模数m、压力角α相等，由系杆4及4₁保障各齿轮满足正确啮合传动条件和连续传动条件，锥齿轮副3-1、9-2及9₁-2₁中各锥齿轮模数m、压力角α相等，满足90°定轴啮合传动条件和连续传动条件；驱动车轮8和8₁自转转速均为n_z＝n₁×z₆×z₃/z₇/z₁，公转转速分别为n_8g＝n₂×(1+z₆/z₇)×z₉/z₂、n_81g＝n₃×(1+z₆/z₇)×z₉/z₂，驱动车轮8和8₁的绝对转速分别为n₈＝n₁×z₆×z₃/z₇/z₁+n₂×(1+z₆/z₇)×z₉/z₂、n₈₁＝n₁×z₆×z₃/z₇/z₁+n₃×(1+z₆/z₇)×z₉/z₂；三个驱动力相对独立可依据工作状况输出不同转速，其方位、转向和驱动车轮的转向如图1所示，当两辅驱动力转速n₂＝n₃时差动驱动行走机构驱动车辆直线行驶，当n₂＜n₃时n₈＜n₈₁车辆右转弯行驶，当n₂＞n₃时n₈＞n₈₁车辆左转弯行驶，当车辆需要单边或双边越障时由差动驱动行走机构辅驱动力转速n₂、n₃不同来实现。

图2所示的差动驱动行走机构，可以改变三个驱动力的输入方式，增加动力输入的灵活性。去除锥齿轮3、9和9₁，将锥齿轮1、2和2₁改为圆柱齿轮，发动机主驱动力通过圆柱齿轮1驱动中心齿轮6及6₁转速为n₁，两液压马达辅驱动力分别通过圆柱齿轮2和2₁驱动系杆4及4₁转速分别为n₂、n₃，三个相对独立的驱动力转向和方位如图2所示，驱动车轮8和8₁自转转速均为n_z＝n₁×z₆/z₇，公转转速分别为n_8g＝n₂×(1+z₆/z₇)、n_81g＝n₃×(1+z₆/z₇)，驱动车轮8和8₁的绝对转速分别为n₈＝n₁×z₆/z₇+n₂×(1+z₆/z₇)、n₈₁＝n₁×z₆/z₇+n₃×(1+z₆/z₇)，差动驱动行走机构同样可以驱动车辆完成直线行驶、转弯和越障。当n₂＝n₃时，两侧系杆4和4₁以相同速度同向旋转，驱动车轮8和8₁同速同向转动，原来位于前上方的驱动车轮8和8₁经旋转爬至障碍物上方(如图6所示)，驱动车辆越障直线前进；当n₂≠n₃时，两侧系杆4和4₁不同速旋转，驱动车轮8和8₁的自转和公转同时进行但公转速度不同，从而实现车辆的转向或单边越障。

图3所示的差动驱动行走机构，在中心齿轮6与行星齿轮7之间串联一个行星齿轮11，其靠近主轴5的一侧与中心齿轮6啮合传动，远离主轴另一侧与行星齿轮7啮合传动，行星齿轮11的转动轴固连于系杆4上，形成右半驱动装置9-2-4-6-11-7-8，与右半驱动装置完全相同的左半驱动装置为9₁-2₁-4₁-6₁-11₁-7₁-8₁，左、右半驱动装置对称布置，中心齿轮6、6₁及锥齿轮1与主轴5固连并在车架10上同轴转动，发动机主驱动力驱动锥齿轮3转速n₁的方向如图3所示。这样，在所有行星齿轮半径不变的条件下可以获得比图1较大的驱动车轮8和8₁轴线的回转半径，从而增强越障能力。同样可以在中心齿轮6与行星齿轮7之间串联两个行星齿轮11、12，如图4、图5所示，行星齿轮11与行星齿轮12啮合传动，行星齿轮11在靠近主轴5的一侧与中心齿轮6啮合传动，行星齿轮12在远离主轴另一侧与行星齿轮7啮合传动，行星齿轮11、12的转动轴固连于系杆4上，形成右半驱动装置9-2-4-6-11-12-7-8，与右半驱动装置完全相同的左半驱动装置为9₁-2₁-4₁-6₁-11₁-12₁-7₁-8₁，左、右半驱动装置对称布置，中心齿轮6、6₁及锥齿轮1与主轴5固连并在车架10上同轴转动，发动机主驱动力驱动锥齿轮3转速n₁的方向如图4所示。这样，在所有行星齿轮半径不变的条件下获得比图3更大的驱动车轮8和8₁轴线的回转半径，从而进一步增强越障能力。串联更多的行星齿轮可以加大驱动车轮轴线的回转半径，提高车辆的越障能力，同时提供了增加行星齿轮组数k、即增加驱动车轮个数或加大驱动车轮直径的条件，以便提高车辆的承载能力和越障能力。

图6所示为由差动驱动行走机构组成的车辆行走系统，在车架10上沿前进方向并列两个支撑后轮形成前轮驱动行走系统；也可以在车架10上沿前进方向并列两组差动驱动行走机构，形成四轮驱动行走系统，具有更强的驱动行走和越障能力。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1、差动驱动行走机构，包括：差动轮系由右中心齿轮(6)、右行星齿轮(7)、右系杆(4)组成，右驱动车轮(8)与右行星齿轮(7)固连同轴转动，第一锥齿轮(2)与右系杆(4)固连同轴转动，第二锥齿轮(9)与第一锥齿轮(2)组成90°定轴啮合传动，形成右半驱动装置第二锥齿轮(9)-第一锥齿轮(2)-右系杆(4)-右中心齿轮(6)-右行星齿轮(7)-右驱动车轮(8)，与其结构、几何参数和连接组合形式完全相同的左半驱动装置第五锥齿轮(9₁)-第六锥齿轮(2₁)-左系杆(4₁)-左中心齿轮(6₁)-左行星齿轮(7₁)-左驱动车轮(8₁)以前进方向中间平面对称布置于车架(10)上，左、右半驱动装置的左中心齿轮(6₁)、右中心齿轮(6)及第三锥齿轮(1)由主轴(5)固连并在车架(10)上同轴转动，第四锥齿轮(3)与第三锥齿轮(1)组成90°定轴啮合传动，主驱动力驱动第四锥齿轮(3)，两辅驱动力分别驱动第二锥齿轮(9)和第五锥齿轮(9₁)。

2、根据权利要求1所述的差动驱动行走机构，其特征在于，改变驱动力输入方式去除第四锥齿轮(3)、第二锥齿轮(9)和第五锥齿轮(9₁)，将第三锥齿轮(1)、第一锥齿轮(2)和第六锥齿轮(2₁)改为圆柱齿轮，主驱动力通过第一圆柱齿轮驱动右中心齿轮(6)及左中心齿轮(6₁)，两辅驱动力分别通过第二圆柱齿轮和第三圆柱齿轮驱动右系杆(4)及左系杆(4₁)。

3、根据权利要求1所述的差动驱动行走机构，其特征在于，右行星齿轮(7)沿圆周方向均布k个于右系杆(4)上，其中k＝3、4、5、6、…，与右行星齿轮(7)同轴固连的右驱动车轮(8)亦为k个。

4、根据权利要求1所述的差动驱动行走机构，其特征在于，在右中心齿轮(6)和右行星齿轮(7)之间可串联1、2、3、4、…个行星齿轮。

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