差动齿轮腰部机构设计

图3-7（a）所示为差动齿轮机构的简图。该机构的实现形式采用差动原理，即当差动齿箱的输入1、输入2方向和转速相同时，其俯仰输出轴将被锁死，带动齿轮箱箱体输出偏航运动；当差动齿箱的输入1、输入2转速相同但方向相反时，其俯仰输出轴将只绕其轴线转动，输出俯仰方向的运动；其他情况下，俯仰输出轴既带动转轴转动，也带动箱体转动，从而输出偏航和俯仰的耦合运动[16]。

在驱动该差动机构时，设输入1转过的角度为θm1，输入2转过的角度为θm2，相应地，该机构输出的偏航角度为θy，俯仰角度为θp，用于传动的锥齿轮为1∶1∶1，则差动齿箱的输出与输入的关系式为

图3-7　差动齿轮腰部机构示意图（见彩插）(www.xing528.com)

（a）差动齿轮机构简图；（b）差动齿轮腰部结构

由此可见，差动齿箱的输出与输入成线性关系，因此该型机构在俯仰和偏航的控制上并不困难。

差动齿轮腰部机构的示意图如图3-7（b）所示，4个直流电机集中放置于腰部中央，用于驱动位于腰部前、后两侧的差动齿箱。这种实现方式既满足了对腰前部、腰后部的自由度要求，其对称的机构设计也使得质心保持在腰部中心附近，便于规划机器鼠的整体质心。

本款腰部机构设计优势在于，腰前部与腰后部的自由度可独立控制，传动机构模型简单，传动比确定，有利于实现关节的位置闭环控制和腰部机构整体运动的复杂控制。同时，采用差动齿箱使得我们方便地布置电机的位置，并且能够将负载分流到两个电机上，从而降低对单个电机额定功率的需求。