一种带有可适应地形辅助沙地轮的平衡机构 (一)技术领域
本发明涉及的是一种机器人部件，具体地说是一种用于移动机器人的平衡机构。
(二)背景技术
车身平衡机构是移动机器人走行部的重要组成部分，它能减小车身所受地形的扰动，并协调摇臂及车轮运动和受力的作用。在历史上较为经典的平衡机构主要有若干种，如喷气推进实验室(JPL)开发应用在火星车Spirit上的分离式平衡机构，日本宇宙科学研究所(ISAS)和明基大学研制的火星探测车Micro5的五轮PEGASUS走行结构，哈尔滨工业大学的锥齿行星轮式平衡机构等等。这些平衡机构或应用于六轮系统，或应用于四轮系统，通常情况下将车轮系统直接连接于平衡机构的输入，但在平衡机构自身上没有连接辅助驱动装置；虽然Micro5的五轮PEGASUS走行结构采用了第五轮辅助驱动轮，但第五轮只是自由铰接在探测车前端连接两侧车体的光杆上。总之，上述机构起到了协调移动机器人的运动，能够适应地形的变化，但没有将可适应地形辅助车轮和平衡系统有机的结合，具有一定的局限性，集中表现在：(1)单独应用平衡机构，能够为科学仪器提供相应稳定的工作平台，但不具备辅助辅助驱动模块，不能更好的完成移动机器人某些性能参数的测定。(2)如Micro5的PEGASUS走行结构，虽然具备了辅助驱动模块，但不能为科学仪器构成稳定的工作平台。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、紧凑，调节能力强，越障性能高，能适应多种环境的一种带有可适应地形辅助沙地轮的平衡机构。
本发明的目的是这样实现的：
由中间车体平衡模块和辅助驱动模块组成；中间车体平衡模块包括左侧立板、成对带法兰的滑动轴承、左侧摇臂输入直齿轮、左侧传动直齿轮、圆柱销、轴端挡圈、成对的轴用弹性挡圈、左侧从动直齿轮、左侧齿轮箱端盖、右侧齿轮箱端盖、右侧从动直齿轮、右侧立板、连杆、圆头平键、右侧摇臂输入直齿轮，左侧立板与左侧齿轮箱端盖连接构成左侧齿轮箱机座，左侧摇臂输入直齿轮、左侧传动直齿轮与左侧齿轮箱机座之间分别设有成对带法兰的滑动轴承，左侧从动直齿轮由圆头平键、成对的轴用弹性挡圈连接固定到连杆上，右侧立板与右侧齿轮箱端盖连接构成右侧齿轮箱机座，右侧摇臂输入直齿轮与右侧齿轮箱机座之间设有成对带法兰的滑动轴承，右侧从动直齿轮由圆头平键、成对的轴用弹性挡圈连接固定到连杆上，分别固套在左侧齿轮箱机座和右侧齿轮箱机座上的成对带法兰的滑动轴承同连杆之间形成转动副，且用十字槽沉头螺钉、圆柱销将轴端挡圈固定在连杆的端部；辅助驱动模块包括左侧轴向挡圈、成对带法兰的滑动轴承、摇杆旋转套、右侧轴向挡圈、摇杆、扣紧螺母、摇杆调整座和辅助沙地轮部件，成对带法兰的滑动轴承安装在摇杆旋转套的内孔中，位于摇杆旋转套两侧的左侧轴向挡圈与右侧轴向挡圈均装在连杆上，摇杆的一侧与摇杆旋转套固联、另一侧与摇杆调整座的上端通过螺纹旋合来调节其有效长度，扣紧螺母将摇杆与摇杆调整座两者锁紧，辅助沙地轮部件安装在摇杆调整座的下端。
本发明具有结构简单、紧凑、可靠，保证移动机器人主车体(中间车体)俯仰最小，为科学仪器提供稳定平台，地面适应性强的优点，且连杆22通过相应装置连接的辅助沙地轮系统，增强了整车的驱动能力，提高了其越障性能，还可以在辅助沙地轮系统上安装仪器测量计算出移动机器人某些性能参数，如滑转率等。
(四)附图说明
图1是本发明的主剖视图；
图2是图1的A-A向剖视图；
图3是图1的B-B向剖视图；
图4是图1的C-C向剖视图；
图5是图2的D-D向剖视图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
一种带有可适应地形辅助沙地轮的平衡机构由中间车体平衡模块和辅助驱动模块共两个模块组成。结合图1-图5，其中中间车体平衡模块由左侧立板1、内六角圆柱头螺钉组件2、成对带法兰的滑动轴承3、左侧摇臂输入直齿轮4、左侧传动直齿轮5、成对带法兰的滑动轴承6、圆柱销7、十字槽沉头螺钉8、轴端挡圈9、成对的轴用弹性挡圈10、圆头平键11、左侧从动直齿轮12、左侧齿轮箱端盖13、右侧齿轮箱端盖18、右侧从动直齿轮19、右侧立板20、成对的轴用弹性挡圈21、连杆22、圆头平键23、成对带法兰的滑动轴承24、右侧摇臂输入直齿轮25、成对带法兰地滑动轴承26、内六角圆柱头螺钉组件27和成对带法兰的滑动轴承32组成。辅助驱动模块由左侧轴向挡圈14、成对带法兰的滑动轴承15、摇杆旋转套16、右侧轴向挡圈17、摇杆28、扣紧螺母29、摇杆调整座30和辅助沙地轮部件31组成。辅助驱动模块可以跟随地形的变化围绕中间车体平衡模块的连杆22自由摆动。
在中间车体平衡模块中左侧立板1与左侧齿轮箱端盖13通过内六角圆柱头螺钉组件2连接构成左侧齿轮箱机座，左侧摇臂输入直齿轮4、左侧传动直齿轮5与左侧齿轮箱机座之间分别设有成对带法兰的滑动轴承3、成对带法兰的滑动轴承32，左侧从动直齿轮12由圆头平键11、成对的轴用弹性挡圈10连接固定到系杆22上；同理，右侧立板20与右侧齿轮箱端盖18通过内六角圆柱头螺钉组件27连接构成右侧齿轮箱机座，右侧摇臂输入直齿轮25与右侧齿轮箱机座之间设有成对带法兰的滑动轴承26，右侧从动直齿轮19由圆头平键23、成对的轴用弹性挡圈21连接固定到系杆22上；分别固套在左侧齿轮箱机座和右侧齿轮箱机座上的成对带法兰的滑动轴承6、成对带法兰的滑动轴承24同连杆22之间形成转动副，且用十字槽沉头螺钉8、圆柱销7将轴端挡圈9固定在连杆22的左端。在辅助驱动模块中成对带法兰的滑动轴承15采用过渡配合安装在摇杆旋转套16的内孔中，使得摇杆旋转套16可以围绕系杆22的中部自由摆动，位于摇杆旋转套16两侧的左侧轴向挡圈14与右侧轴向挡圈17均装在连杆22上，且它们各自的轴向端面分别与成对带法兰的滑动轴承15、成对带法兰的滑动轴承6、成对带法兰的滑动轴承24的相应法兰面构成转动副，摇杆28的一侧与摇杆旋转套16焊接固联，另一侧与摇杆调整座30的上端通过螺纹旋合来调节其有效长度，扣紧螺母29将摇杆28与摇杆调整座30两者锁紧，保持给定的相对位置，辅助沙地轮部件31安装在摇杆调整座30的下端。中间车体平衡模块使中间车体成为可供科学仪器使用的稳定平台，辅助驱动模块适应地形的变化可围绕连杆22自由摆动，增强了整车的驱动与越障性能。
其工作原理是：移动机器人的左右两侧摇臂通过中间车体平衡模块与主车体(中间车体)相连，可以把两侧摇臂的摆角进行线性平均，并转化为主车体的摆角输出，能够有效地减小主车体因地形变化所受到的扰动。本发明中平衡模块的核心部分是分离式的差动轮系，相对地面惯性坐标系，左侧摇臂输入直齿轮4、右侧摇臂输入直齿轮25分别与两侧摇臂相连作为两个运动输入的中心轮，左侧传动直齿轮5作用是改变左侧从动直齿轮12的转动方向，左侧从动直齿轮12与右侧从动直齿轮19是行星轮，它们由连杆22及成对的轴用弹性挡圈10、圆头平键11、成对的轴用弹性挡圈21、圆头平键23连接成整体，同步绕着自身轴线自传和绕着中心轮轴线公转，左侧立板1、右侧立板20与主车体(中间车体)固联作为轮系的运动输出构件即系杆，这样对于行进的移动机器人，主车体对惯性坐标系的俯仰摆角是两侧摇臂对惯性坐标系的俯仰摆角的平均值。同时辅助驱动模块中的摇杆旋转套16能够围绕连杆22自由摆动，且左侧轴向挡圈14与右侧轴向挡圈17限制了其轴向窜动，摇杆28的一侧与摇杆旋转套16焊接固联，另一侧与摇杆调整座30的上端通过螺纹旋合来调节自身有效长度，扣紧螺母29将摇杆28与摇杆调整座30两者锁紧，保持给定的相对位置，辅助沙地轮部件31安装在摇杆调整座30的下端，从而保证了辅助沙地轮部件31始终与地面接触，能够提供相应的牵引力，进而增强了整车的驱动能力，提高了其越障性能，还可以在辅助沙地轮部件上安装仪器测量计算出移动机器人某些性能参数。因此带有可适应地形辅助沙地轮的平衡机构对移动机器人在平稳性、抗颠覆能力和越障能力方面都有上佳的表现。