專利名稱：具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠翻滾的機(jī)器人，更特別地說，是指一種具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面 體翻滾機(jī)器人，該機(jī)器人能夠在復(fù)雜地面環(huán)境下完成行進(jìn)、避障、越障等動作。
背景技術(shù)：
四面體翻滾機(jī)器人能夠根據(jù)環(huán)境的變化改變自身形狀、運(yùn)動狀態(tài)、步態(tài)等來實現(xiàn) 復(fù)雜地面環(huán)境上的運(yùn)動，而這些是傳統(tǒng)的機(jī)器人不能實現(xiàn)的，因此它具有更強(qiáng)的環(huán)境 適應(yīng)能力。在民用，軍用及太空探測領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。
目前，國外只有美國的NASA開展了基于四面體機(jī)器人的多面體翻滾機(jī)器人研 究。NASA已經(jīng)有三代樣機(jī)產(chǎn)生，分別為單重四面體結(jié)構(gòu)、四重四面體結(jié)構(gòu)和十二重 四面體結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)階段只有第一代樣機(jī)實現(xiàn)了連續(xù)的翻滾運(yùn)動，第二、三代樣機(jī)的運(yùn)動 控制方法正在研究中。國內(nèi)尚未有相關(guān)的研究報道。
四川大學(xué)徐禮鉅等人提出了以四面體為基本單元，通過多個四面體串聯(lián)構(gòu)成的桁 架機(jī)構(gòu)。組成桁架機(jī)構(gòu)的每個四面體單元內(nèi)只有一個桿的長度可以變化，即只具有一 個自由度，也可以視為一種串聯(lián)機(jī)構(gòu)。 發(fā)明 內(nèi) 容
本發(fā)明的目的是提供一種具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人，該機(jī)器人采用線 繩、滑輪和電機(jī)的配合來作為動力源，釆用筒套筒的嵌套方式作為伸縮臂，采用二自 由度萬向節(jié)作為柔性鉸鏈，且為伸縮臂的交匯處，使通過利用四面體空間構(gòu)型穩(wěn)定性 高的優(yōu)點，設(shè)計了以節(jié)點和伸縮桿為基本單元的四面體機(jī)械結(jié)構(gòu)。節(jié)點是伸縮桿的交 匯處，伸縮桿是節(jié)點間的連接機(jī)構(gòu)。在運(yùn)動過程中，六根伸縮臂按規(guī)律伸縮進(jìn)行形狀 發(fā)生變化，當(dāng)其重心超越穩(wěn)定區(qū)域時，四面體機(jī)器人實現(xiàn)翻滾。
本發(fā)明的一種具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人，是由六根伸縮臂和四個節(jié)點板 組件構(gòu)成，所述的每一個節(jié)點板組件由節(jié)點板和三個萬向節(jié)組成，且三個萬向節(jié)呈正 三角形布局在節(jié)點板的底板面上。六根伸縮臂的結(jié)構(gòu)相同，并采用繩驅(qū)動方式。每一 個伸縮臂的兩端分別連接在兩個節(jié)點板組件的萬向節(jié)上。四個節(jié)點板組件的結(jié)構(gòu)相 同，每一個節(jié)點板組件中的三個萬向節(jié)分別與三個伸縮臂的一端連接。本發(fā)明機(jī)器人在驅(qū)動方式上通過線繩、線輪、滑輪和電機(jī)的配合可以改變運(yùn)動形式以適應(yīng)不同的環(huán) 境，具有較大的運(yùn)動靈活性，豐富的運(yùn)動形式使該機(jī)器人可以從容面對各種類型的障 礙，并且不用考慮穩(wěn)定性的問題。
本發(fā)明的具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人優(yōu)點在于
① 通過線繩、滑輪和電機(jī)的配合本發(fā)明機(jī)器人可以改變運(yùn)動形式以適應(yīng)不同的環(huán) 境，具有較大的運(yùn)動靈活性，豐富的運(yùn)動形式使該機(jī)器人可以從容面對各種類 型的障礙，并且不用考慮穩(wěn)定性的問題。
② 采用相同結(jié)構(gòu)的節(jié)點板組件(節(jié)點板和三個萬向節(jié))和套筒組形成空間四點架 構(gòu)，使得本發(fā)明機(jī)器人結(jié)構(gòu)上具有對稱性和穩(wěn)定性，克服了傳統(tǒng)移動機(jī)器人的 傾覆問題。
③ 本發(fā)明機(jī)器人由四個節(jié)點和四套伸縮桿組成，其結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，部件采用模塊化 加工。因此可以以單個四面體機(jī)器人為基本模塊構(gòu)建出多重四面體機(jī)器人形式。


圖1是本發(fā)明的四面體翻滾機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明第一節(jié)點板組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明A伸縮臂的結(jié)構(gòu)圖。
圖3A是本發(fā)明A伸縮臂的分解圖。
圖3B是本發(fā)明A連接頭的結(jié)構(gòu)圖。
圖3C是本發(fā)明底座的結(jié)構(gòu)圖。
圖3D是本發(fā)明底座的另一視角結(jié)構(gòu)圖。
圖3E是本發(fā)明B連接頭的結(jié)構(gòu)圖。
圖3F是本發(fā)明D連接頭的結(jié)構(gòu)圖。
圖3G是本發(fā)明E連接頭的結(jié)構(gòu)圖。
圖3H是本發(fā)明A滑輪組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖31是本發(fā)明A滑輪組件中擋板的結(jié)構(gòu)圖。
圖3J是本發(fā)明A滑輪組件中A滑輪座的結(jié)構(gòu)圖。
圖3K是本發(fā)明A滑輪組件中A滑輪軸的結(jié)構(gòu)圖。
圖3L是本發(fā)明D滑輪組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖3M是本發(fā)明D滑輪組件中D滑輪座的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明滑輪與線繩的裝配圖。圖中l(wèi).A伸縮臂ll.A套筒12.B套筒13.C套筒
14.A滑輪組件14a.A滑輪141.A滑輪座1411.安裝面1412.B支臂
1413.A支臂1414.J通孔1415.K通孔142.A擋板1421.A支臂
1422.B支臂1423.螺紋孔1424.1通孔143.A滑輪軸1431.螺紋段
1432.滑輪段15.B滑輪組件15a，B滑輪16.C滑輪組件16a.C滑輪
17.D滑輪組件17a.D滑輪17b.E滑輪171.B擋板172.D滑輪座
1721.隔板1722.C空腔1723.D空腔1724.A側(cè)板面1725.B側(cè)板面
1726.后板面1727.底板面172a.J通孔172b.K通孔173.銷釘
174.B滑輪軸175.C滑輪軸IOI.A連接頭1011.凸耳1012.A通孔
1013.B通孔IOH.A滑槽1015.B滑槽1016.A板面1017.B板面
1018.C板面102.B連接頭1021.C滑槽1022.A板面103.C連接頭
1031.U形叉1032.圓柱連接端104.底座1041.上板面
1042.凸臺1043.C通孔1044.底板面1045.D通孔1046.A空腔
1047.B空腔105.D連接頭1051.D板面1052.C板面1053.B板面
1054.D滑槽1055.E通孔1056.F通孔1057.E滑槽1058.F滑槽
106.E連接頭1061.G滑槽1062.G通孔1063.H通孔1064.橫板
1065.A板面107.線輪107a.中心通孔107b.A線槽107c.B線槽
2.B伸縮臂3.C伸縮臂4.D伸縮臂5.E伸縮臂6.F伸縮臂
la.AB段線繩lb.CD段線繩lc.EF段線繩ld.GH段線繩
7.第一節(jié)點板組件7a.A萬向節(jié)7a-l.A銷孔7b.B萬向節(jié)
7b-l.B銷孔7c.C萬向節(jié)7c-l.C銷孔74.A節(jié)點板741.底板面
8.第二節(jié)點板組件8a.D萬向節(jié)8b.E萬向節(jié)8c.F萬向節(jié)
9.第三節(jié)點板組件9a.G萬向節(jié)9b.H萬向節(jié)9c.I萬向節(jié)
io.第四節(jié)點板組件10a.J萬向節(jié)10c丄萬向節(jié)
11A.A電機(jī)12B.B電機(jī)13C.C電機(jī)14D.D電機(jī)16F.F電機(jī)
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明設(shè)計的四面體翻滾機(jī)器人的運(yùn)動方式與傳統(tǒng)移動機(jī)器人不同，傳統(tǒng)機(jī)器人 需依靠支撐裝置(輪子、履帶、多足步行腿等)行進(jìn)，并且要保證機(jī)器人的穩(wěn)定性， 不能傾翻。而本發(fā)明四面體翻滾機(jī)器人的運(yùn)動方式正是利用了四面體失穩(wěn)后傾翻的特 點翻滾行進(jìn)。
參見圖l、圖2、圖3所示，本發(fā)明的一種具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人， 是由六根伸縮臂和四個節(jié)點板組件構(gòu)成，所述的每一個節(jié)點板組件由節(jié)點板和三個萬 向節(jié)組成，且三個萬向節(jié)呈正三角形布局在節(jié)點板的底板面上。
8在本發(fā)明中，六根伸縮臂的結(jié)構(gòu)相同，并釆用繩驅(qū)動方式。六根伸縮臂是指A 伸縮臂l、 B伸縮臂2、 C伸縮臂3、 D伸縮臂4、 E伸縮臂5和F伸縮臂6。每一
個伸縮臂的兩端分別連接在兩個節(jié)點板組件的萬向節(jié)上。
在本發(fā)明中，四個節(jié)點板組件的結(jié)構(gòu)相同，四個節(jié)點板組件是指第一節(jié)點板組件 7、第二節(jié)點板組件8、第三節(jié)點板組件9和第四節(jié)點板組件10。每一個節(jié)點板組件 中的三個萬向節(jié)分別與三個伸縮臂的一端連接。
在本發(fā)明中，電機(jī)選取直流伺服電機(jī)，其輸出最小功率為100『。A電機(jī)11A 用于驅(qū)動線輪107運(yùn)動，從而使得連接在線輪上的繩子運(yùn)動。通過線繩、線輪、滑 輪和電機(jī)的配合本發(fā)明機(jī)器人可以改變運(yùn)動形式以適應(yīng)不同的環(huán)境，具有較大的運(yùn)動 靈活性，豐富的運(yùn)動形式使該機(jī)器人可以從容面對各種類型的障礙，并且不用考慮穩(wěn) 定性的問題。
參見圖3、圖3A、圖4所示，A伸縮臂l采用了三個套筒的嵌套方式，即C套 筒13的外部套接B套筒12， B套筒12的外部套接A套筒11，三個套筒釆用四方 形的空心鋁型材。
A連接頭lOl、 A套筒ll和底座104形成第一節(jié)臂。EF段線繩lc的F端連 接在A連接頭101上。
B連接頭102、 B套筒12和D連接頭105形成第二節(jié)臂。AB段線繩la的B 端連接在D連接頭105上。
C連接頭103、 C套筒13和E連接頭106形成第三節(jié)臂。EF段線繩lc的E 端連接在E連接頭106上。
線輪107連接在A電機(jī)11A的輸出軸上，線輪107上連接有AB段線繩la的 A端和CD段線繩lb的C端。
第一節(jié)臂相對于第二節(jié)臂是不動的，A電機(jī)11A驅(qū)動第二節(jié)臂運(yùn)動，由此將第 二節(jié)臂的運(yùn)動作為動力源來帶動第三節(jié)臂lc運(yùn)動，從而實現(xiàn)第二節(jié)臂、第三節(jié)臂的 伸縮。本發(fā)明利用了 A電機(jī)11A的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)來使纏繞在線輪107上的線繩收短或 放長實現(xiàn)第二節(jié)臂、第三節(jié)臂的運(yùn)動。參見圖l、圖3、圖3A 圖3M所示，A伸縮臂l的具體結(jié)構(gòu)為 A伸縮臂l包括有A套筒ll、 B套筒12、 C套筒13、多個連接頭和繩驅(qū)動組 件；繩驅(qū)動組件包括有A電機(jī)IIA、 AB段線繩la、 CD段線繩lb、 EF段線繩lc、 GH段線繩ld、 A滑輪組件14、 B滑輪組件15、 C滑輪組件16、 D滑輪組件17、 線輪107;其中，A滑輪組件14、 B滑輪組件15和C滑輪組件16的結(jié)構(gòu)相同。 (一)A套筒11
A套筒11的上端與A連接頭101連接，A套筒11的下端與底座104連接； 如圖3B所示，A連接頭101為一體成型件。
A連接頭101的A板面1016的上端設(shè)有凸耳1011，凸耳1011上設(shè)有A通 孔1012，該A通孔1012用于GH段線繩ld的G端穿過，且打結(jié)，從而實現(xiàn)GH 段線繩ld的G端與A連接頭101的凸耳1011連接。
A連接頭101的B板面1017的內(nèi)壁上設(shè)有A滑槽1014，且A滑槽1014至 B板面1017的端面設(shè)有B通孔1013，該B通孔1013用于EF段線繩lc的F端 由A滑槽1014向B通孔1013穿過，且打結(jié)，從而實現(xiàn)EF段線繩lc的F端與A 連接頭101的B板面1017的連接。A滑槽1014用于EF段線繩lc在其內(nèi)上下滑 動，半圓形的滑槽保證了 EF段線繩lc僅在滑槽內(nèi)滑動，對EF段線繩lc起到限位 的作用。
A連接頭101的C板面1018的內(nèi)壁上設(shè)有B滑槽1015，該B滑槽1015用 于AB段線繩la在其內(nèi)上下滑動，半圓形的滑槽保證了 AB段線繩la僅在滑槽內(nèi) 滑動，對AB段線繩la起到限位的作用。
如圖3C、圖3D所示，底座104為一空心結(jié)構(gòu)件，即設(shè)有B空腔1047，該B 空腔1047的一端安裝有D滑輪組件17,另一端安裝有線輪107。
底座104的上板面1041上設(shè)有C通孔1043和凸臺1042; C通孔1043用 于A電機(jī)11A的輸出軸通過后與線輪107連接，并通過設(shè)在C通孔1043外緣的 三個螺紋孔與螺釘?shù)呐浜鲜笰電機(jī)IIA安裝在上板面1041的C通孔1043處。凸 臺1042內(nèi)設(shè)有A空腔1046，該A空腔1046用于安裝C滑輪組件16。凸臺1042 用于與A套筒11的下端連接。底座104的底板面1044上設(shè)有D通孔1045，該D通孔1045用于D滑輪組件17的銷釘穿過后與D萬向節(jié)81的銷孔連接，從而實 現(xiàn)A伸縮臂1與第二節(jié)點板組件8的連接。
(二) B套筒12
B套筒12的上端與B連接頭102連接，B套筒12的下端與D連接頭105連
接；
如圖3E所示，B連接頭102的A板面1022的內(nèi)壁上設(shè)有C滑槽1021，該 C滑槽1021用于GH段線繩ld在其內(nèi)上下滑動，半圓形的滑槽保證了 GH段線繩 ld僅在滑槽內(nèi)滑動，對GH段線繩ld起到限位的作用。
如圖3F所示，D連接頭105的D板面1051上設(shè)有F滑槽1058，該F滑槽 1058至D連接頭105的上端面設(shè)有F通孔1056，該F通孔1056用于CD段線 繩lb的D端穿過，且打結(jié)，從而實現(xiàn)CD段線繩lb的D端與D連接頭105的連 接。該F滑槽1058用于CD段線繩lb在其內(nèi)上下滑動，半圓形的滑槽保證了 CD 段線繩lb僅在滑槽內(nèi)滑動，對CD段線繩lb起到限位的作用。
D連接頭105的C板面1052上設(shè)有E滑槽1057，該E滑槽1057至D連接 頭105的上端面設(shè)有E通孔1055，該E通孔1055用于AB段線繩la的B端穿 過，且打結(jié)，從而實現(xiàn)AB段線繩la的B端與D連接頭105的連接。該E滑槽1057 用于AB段線繩la在其內(nèi)上下滑動，半圓形的滑槽保證了 AB段線繩la僅在滑槽 內(nèi)滑動，對AB段線繩la起到限位的作用。
D連接頭105的B板面1053上設(shè)有D滑槽1054，該D滑槽1054用于EF 段線繩lc在其內(nèi)上下滑動，半圓形的滑槽保證了 EF段線繩lc僅在滑槽內(nèi)滑動， 對EF段線繩lc起到限位的作用。
(三) C套筒13
C套筒13的上端與C連接頭103連接，C套筒13的下端與E連接頭106連
接；
如圖3A所示，C連接頭103的一端為圓柱連接端1031 ，另一端為U形叉1032， U形叉1032連接在C套筒13的上端，圓柱連接端1031與第一節(jié)點板組件7中的 A萬向節(jié)7a的A銷孔7a-1連接，從而實現(xiàn)A伸縮臂1的上端與第一節(jié)點板組件7 的連接。如圖3G所示，E連接頭106上設(shè)有橫板1064，并在橫板1064上設(shè)有H通 孔1063，該H通孔1063用于EF段線繩lc的E端穿過，且打結(jié)，從而實現(xiàn)EF 段線繩lc的E端與E連接頭106的連接。
E連接頭106的A板面1065上設(shè)有D滑槽1061 ，該D滑槽1061至E連接 頭106的上端面設(shè)有G通孔1062 ，該G通孔1062用于GH段線繩Id的H端穿 過，且打結(jié)，從而實現(xiàn)GH段線繩ld的H端與E連接頭106的連接。
(四) A滑輪組件14 參見圖3H、圖31、圖3J、圖3K所示，A滑輪組件14包括有滑輪座141、擋
板142、滑輪軸143和滑輪144，
滑輪座141的上端設(shè)有A支臂1413和B支臂1412， A支臂1413上設(shè)有K 通孔1415， B支臂1412上設(shè)有J通孔1412?；喿?41通過安裝面1411將A 滑輪組件14安裝在B套筒12的上端。
擋板142上設(shè)有A支臂1421和B支臂U22，A支臂1421上設(shè)有螺紋孔1423， B支臂1422上設(shè)有I通孔1424。
滑輪軸143上設(shè)有滑輪段1432、螺紋段1431。
A滑輪組件14通過滑輪軸43實現(xiàn)滑輪座141、擋板142和滑輪144之間的 安裝，即滑輪軸143的螺紋段1431順次穿過I通孔1424、J通孔1414、滑輪144、 K通孔1415后螺紋連接在螺紋孔1423上。
(五) D滑輪組件17
參見圖3A、圖3L、圖3M所示，D滑輪組件17包括有D滑輪17a、 E滑輪 17b、 B滑輪軸174、 C滑輪軸175、 B擋板171、 D滑輪座172、銷釘173;
D滑輪座172通過隔板1721分隔成兩個空腔，即C空腔1722、D空腔1723， C空腔1722用于放置D滑輪17a, D空腔1723用于放置E滑輪17b;
D滑輪座172的后板面1726上設(shè)有J通孔172a;
D滑輪座172的底板面1727上設(shè)有K通孔172b，該K通孔172b用于銷釘 173通過，銷釘173的連接端連接在D萬向節(jié)8a的銷孔內(nèi)；
D滑輪17a通過B滑輪軸174安裝在D滑輪座172的A側(cè)板面1724與隔板 1721之間；
12E滑輪17b通過C滑輪軸175安裝在D滑輪座172的B側(cè)板面1725與隔板1721之間；
B擋板171的一端安裝在B側(cè)板面1725上，且與C滑輪軸175的一端同軸，B擋板171的另一端安裝在隔板1721上，且與C滑輪軸175的另一端同軸；
在本發(fā)明中，四段線繩(AB段線繩la、 CD段線繩lb、 EF段線繩lc、 GH段線繩ld)與四個滑輪組件(A滑輪組件14、 B滑輪組件15、 C滑輪組件16、 D滑輪組件17)的纏繞方式為
當(dāng)A電機(jī)11A順時針方向轉(zhuǎn)動時，AB段線繩la的A端固連在線輪107的A線槽107a上，經(jīng)B滑輪15a和D滑輪17a后，AB段線繩la的B端連接在D連接頭105 (D連接頭105與B套筒12的下端連接)上，從而實現(xiàn)第二級臂的伸長；GH段線繩Id的G端連接在與A連接頭101 (A連接頭101與A套筒11的上端連接)連接，經(jīng)過E滑輪17b后GH段線繩Id的H端與E連接頭106 (E連接頭106與C套筒13的下端連接)連接，從而實現(xiàn)第三級臂的伸長。
當(dāng)A電機(jī)IIA逆時針方向轉(zhuǎn)動時，CD段線繩lb的C端固連在線輪107的B線槽107b上，經(jīng)A滑輪14a后連接在D連接頭105 (D連接頭105與B套筒12的下端連接)上，從而實現(xiàn)第二級臂縮短；EF段線繩lc的F端連接在A連接頭101(A連接頭IOI與A套筒11的上端連接)上，經(jīng)C滑輪16a后連接在E連接頭106 (E連接頭106與C套筒13的下端連接)上，從而實現(xiàn)第三級臂縮短。
參見圖l、圖2所示，第一節(jié)點板組件7的具體結(jié)構(gòu)為
第一節(jié)點板組件7包括有A節(jié)點板74、 A萬向節(jié)7a、 B萬向節(jié)7b、 C萬向節(jié)7c組成；A萬向節(jié)7a、 B萬向節(jié)7b和C萬向節(jié)7c在底板面741上按照正三角分布安裝。
A萬向節(jié)7a的一端安裝在A節(jié)點板74的底板面741上，A萬向節(jié)7a的另一端連接在A伸縮臂1的C連接頭103的圓柱連接端1031上；
B萬向節(jié)7b的一端安裝在A節(jié)點板74的底板面741上，B萬向節(jié)7b的另一端連接在B伸縮臂1的C連接頭的圓柱連接端上；
C萬向節(jié)7c的一端安裝在A節(jié)點板74的底板面741上，C萬向節(jié)7c的另一端連接在C伸縮臂3的C連接頭的圓柱連接端上。在本發(fā)明中，由于第二節(jié)點板組件8、第三節(jié)點板組件9、第四節(jié)點板組件IO與第一節(jié)點板組件7的結(jié)構(gòu)相同，因此第二節(jié)點板組件8、第三節(jié)點板組件9、第四節(jié)點板組件10的連接關(guān)系與第一節(jié)點板組件7與A伸縮臂1的連接關(guān)系是相同的。
由于本發(fā)明的機(jī)器人采用了模塊化的部件設(shè)計，因此，根據(jù)A伸縮臂1和第一節(jié)點板組件7的結(jié)構(gòu)說明，能夠推導(dǎo)得到其余三個伸縮臂、三個節(jié)點板組件的結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系。艮P:
第一節(jié)點板組件7中的A萬向節(jié)7a與A伸縮臂1的C連接頭103的圓柱連接端1031連接，A伸縮臂1的D滑輪組件17的銷釘173連接在第二節(jié)點板組件8中的D萬向節(jié)8a上。
第一節(jié)點板組件7中的B萬向節(jié)7b與B伸縮臂2的C連接頭的圓柱連接端連接，B伸縮臂2的D滑輪組件的銷釘連接在第三節(jié)點板組件9中的G萬向節(jié)9a上。
第一節(jié)點板組件7中的C萬向節(jié)7c與C伸縮臂3的C連接頭的圓柱連接端連接，C伸縮臂3的D滑輪組件的銷釘連接在第四節(jié)點板組件10中的J萬向節(jié)10a上。
第二節(jié)點板組件8中的E萬向節(jié)8b與D伸縮臂4的C連接頭的圓柱連接端連接，D伸縮臂4的D滑輪組件的銷釘連接在第四節(jié)點板組件10中的K萬向節(jié)(圖l中未示出)上。
第二節(jié)點板組件8中的F萬向節(jié)8c與E伸縮臂5的C連接頭的圓柱連接端連接，E伸縮臂5的D滑輪組件的銷釘連接在第三節(jié)點板組件9中的H萬向節(jié)9b上。
第四節(jié)點板組件10中的L萬向節(jié)10c與F伸縮臂6的C連接頭C連接頭的圓柱連接端連接，F(xiàn)伸縮臂6的D滑輪組件的銷釘連接在第三節(jié)點板組件9中的I萬向節(jié)9c上。
A電機(jī)11A安裝在A伸縮臂1的底座104上；B電機(jī)12B安裝在B伸縮臂2的底座上；C電機(jī)13C安裝在C伸縮臂3的底座上；D電機(jī)14D安裝在D伸縮臂4的底座上；E電機(jī)15E安裝在E伸縮臂5的底座上；F電機(jī)16F安裝在F伸縮臂6的底座上。
14為了保證萬向節(jié)能夠完全滿足伸縮臂位姿變化的要求，本發(fā)明采用具備兩個自由度的萬向節(jié)與伸縮臂進(jìn)行連接，從而實現(xiàn)伸縮臂的相對轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明設(shè)計的四面體翻滾機(jī)器人在運(yùn)動過程中，四面體翻滾機(jī)器人的六根伸縮臂按照一定規(guī)律的伸縮，四面體的形狀發(fā)生變化，重心位置隨之而變，當(dāng)重心超越其穩(wěn)定區(qū)域時，四面體機(jī)器人失穩(wěn)，進(jìn)行翻滾。四面體的形狀不斷按照某一規(guī)律變化，只要滿足失穩(wěn)條件，就可以實現(xiàn)連續(xù)的翻滾行進(jìn)。通過調(diào)整六根伸縮臂的運(yùn)動形式(伸縮桿的個數(shù)、伸縮臂的速比、加速度比等)，可以實現(xiàn)四面體翻滾機(jī)器人的不同步態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人，其特征在于該機(jī)器人是由六根伸縮臂和四個節(jié)點板組件構(gòu)成；四個節(jié)點板組件是指結(jié)構(gòu)相同的第一節(jié)點板組件(7)、第二節(jié)點板組件(8)、第三節(jié)點板組件(9)和第四節(jié)點板組件(10)；每一個節(jié)點板組件由節(jié)點板和三個萬向節(jié)組成，且三個萬向節(jié)呈正三角形布局在節(jié)點板的底板面上；六根伸縮臂是指結(jié)構(gòu)相同的A伸縮臂(1)、B伸縮臂(2)、C伸縮臂(3)、D伸縮臂(4)、E伸縮臂(5)和F伸縮臂(6)；每一個伸縮臂的兩端分別連接在兩個節(jié)點板組件的萬向節(jié)上；所述機(jī)器人采用線繩、線輪、滑輪和電機(jī)的配合實現(xiàn)繩驅(qū)動；所述機(jī)器人的運(yùn)動方式是利用了四面體失穩(wěn)后傾翻的特點翻滾行進(jìn)的。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人，其特征在于A伸縮 臂(l)包括有A套筒(ll)、 B套筒(12)、 C套筒(13)、多個連接頭和繩驅(qū)動組件； 繩驅(qū)動組件包括有A電機(jī)(l 1A)、AB段線繩(la)、CD段線繩(lb)、EF段線繩(lc)、 GH段線繩(ld)、 A滑輪組件(14)、 B滑輪組件(15)、 C滑輪組件(16)、 D滑輪組 件(17)、線輪(107);其中，A滑輪組件(14)、 B滑輪組件(15)和C滑輪組件(16) 的結(jié)構(gòu)相同；A連接頭(lOl)、 A套筒(ll)和底座(104)形成第一節(jié)臂；EF段線繩(lc)的F端 連接在A連接頭(101)上；B連接頭(102)、 B套倚(12)和D連接頭(105)形成第二節(jié)臂；AB段線繩(la)的 B端連接在D連接頭(105)上；C連接頭(103)、 C套簡(13)和E連接頭(106)形成第三節(jié)臂；EF段線繩(lc)的 E端連接在E連接頭(106)上；線輪(107)連接在A電機(jī)(11A)的輸出軸上，線輪(107)上連接有AB段線繩(la) 的A端和CD段線繩(lb)的C端；A套筒(11)的上端與A連接頭(101)連接，A套筒(ll)的下端與底座(104)連接；A連接頭U01)的A板面(1016)的上端設(shè)有凸耳(1011)，凸耳(1011)上設(shè)有A通 孔(1012)，該A通孔(10l2)用于GH段線繩(ld)的G端穿過，且打結(jié)，從而實現(xiàn) GH段線繩(ld)的G端與A連接頭(101)的凸耳(1011)連接；A連接頭(101)的B板 面(1017)的內(nèi)壁上設(shè)有A滑槽(1014),且A滑槽(1014)至B板面(1017)的端面設(shè)有B通孔(1013)，該B通孔(1013)用于EF段線繩(lc)的F端由A滑槽(1014)向B通 孔(1013)穿過，且打結(jié)，從而實現(xiàn)EF段線繩(lc)的F端與A連接頭(101)的B板面 U017)的連接；A滑槽(1014)用于EF段線繩(lc)在其內(nèi)上下滑動，半圓形的滑槽保 證了EF段線繩(lc)僅在滑槽內(nèi)滑動，對EF段線繩(lc)起到限位的作用；A連接頭 (101)的C板面(1018)的內(nèi)壁上設(shè)有B滑槽(1015)，該B滑衝1015)用于AB段線 繩(la)在其內(nèi)上下滑動，半圓形的滑槽保證了 AB段線繩(la)僅在滑槽內(nèi)滑動，對AB 段線繩(la)起到限位的作用；底座(104)上設(shè)有B空腔(1047)，該B空腔(1047)的一端安裝有D滑輪組件(17)， 另一端安裝有線輪U07);底座(104)的上板面(1041)上設(shè)有C通孔(1043)和凸臺 (1042); C通孔(1043)用于A電機(jī)(11A)的輸出軸通過后與線輪(107)連接，并通過 設(shè)在C通孔(1043)外緣的三個螺紋孔與螺釘?shù)呐浜鲜笰電機(jī)(l 1A)安裝在上板面 (1041)的C通孔(1043)處;凸臺(1042)內(nèi)設(shè)有A空腔(1046)，該A空腔(1046)用于 安裝C滑輪組件(16);凸臺(1042)用于與A套筒(11)的下端連接；底座(104)的底板 面(1044)上設(shè)有D通孔(1045)，該D通孔(1045)用于D滑輪組件(17)的銷釘穿過后 與D萬向節(jié)(81)的銷孔連接，從而實現(xiàn)A伸縮臂(l)與第二節(jié)點板組件(8)的連接；B套筒(12)的上端與B連接頭(102)連接，B套筒(12)的下端與D連接頭(105) 連接；B連接頭(102)的A板面(1022)的內(nèi)壁上設(shè)有C滑槽(1021)，該C滑槽(1021) 用于GH段線繩(ld)在其內(nèi)上下滑動，半圓形的滑槽保證了 GH段線繩(ld)僅在滑槽 內(nèi)滑動，對GH段線繩(ld)起到限位的作用；D連接頭(105)的D板面(1051)上設(shè)有F滑槽(105S)，該F滑槽(1058)至D連 接頭(105)的上端面設(shè)有F通孔(1056),該F通孔(1056)用于CD段線繩(lb)的D端 穿過，且打結(jié)，從而實現(xiàn)CD段線繩(lb)的D端與D連接頭(105)的連接；該F滑槽 (1058)用于CD段線繩(lb)在其內(nèi)上下滑動，半圓形的滑槽保證了CD段線繩(lb) 僅在滑槽內(nèi)滑動，對CD段線繩(lb)起到限位的作用;D連接頭(105)的C板面(1052) 上設(shè)有E滑槽(1057)，該E滑槽(1057)至D連接頭(105)的上端面設(shè)有E通孔 (1055)，該E通孔(1055)用于AB段線繩(la)的B端穿過，且打結(jié)，從而實現(xiàn)AB 段線繩(la)的B端與D連接頭(105)的連接；該E滑槽(1057)用于AB段線繩(la) 在其內(nèi)上下滑動，半圓形的滑槽保證了AB段線繩(la)僅在滑槽內(nèi)滑動，對AB段線 繩(la)起到限位的作用；D連接頭(105)的B板面(1053)上設(shè)有D滑槽(1054)，該D滑衝1054)用于EF段線繩(lc)在其內(nèi)上下滑動，半圓形的滑槽保證了EF段線繩(lc)僅在滑槽內(nèi)滑動，對EF段線繩(lc)起到限位的作用；C套筒(13)的上端與C連接頭(103)連接，C套筒(13)的下端與E連接頭(106)連接；C連接頭(103)的一端為圓柱連接端(1031)，另一端為U形叉(1032)， U形叉U032)連接在C套筒(13)的上端，圓柱連接端(1031)與第一節(jié)點板組件(7)中的A萬向節(jié)(7a)的A銷孔(7a-l)連接，從而實現(xiàn)A伸縮臂(1)的上端與第一節(jié)點板組件(7)的連接；E連接頭(106)上設(shè)有橫板(1064)，并在橫板(1064)上設(shè)有H通孔(1063)，該H通孔(1063)用于EF段線繩(lc)的E端穿過，且打結(jié)，從而實現(xiàn)EF段線繩(lc)的E端與E連接頭(106)的連接；E連接頭(106)的A板面(1065)上設(shè)有D滑槽(1061)，該D滑槽(1061)至E連接頭(106)的上端面設(shè)有G通孔(1062)，該G通孔(1062)用于GH段線繩(ld)的H端穿過，且打結(jié)，從而實現(xiàn)GH段線繩(ld)的H端與E連接頭(106)的連接；A滑輪組件(14)包括有滑輪座(141)、擋板(142)、滑輪軸(143)和滑輪(144);滑輪座(141)的上端設(shè)有A支臂(1413)和B支臂(1412)， A支臂(1413)上設(shè)有K通孔(1415)， B支臂(1412)上設(shè)有J通孔(1412);滑輪座(141)通過安裝面(1411)將A滑輪組件(14)安裝在B套筒(12)的上端；擋板(142)上設(shè)有A支臂(1421)和B支臂(1422)， A支臂(1421)上設(shè)有螺紋孔(1423), B支臂(1422)上設(shè)有I通孔(1424);滑輪軸(143)上設(shè)有滑輪段(1432)、螺紋段(1431);D滑輪組件(17)包括有D滑輪(17a)、 E滑輪(17b)、 B滑輪軸(174)、 C滑輪軸(175)、 B擋板(171)、 D滑輪座(172)、銷釘(173); D滑輪座(172)通過隔板(1721)分隔成兩個空腔，即C空腔(1722)、 D空腔(1723)， C空腔(1722)用于放置D滑輪(17a)， D空腔(1723)用于放置E滑輪(17b); D滑輪座(172)的后板面(1726)上設(shè)有J通孔(172a);D滑輪座(172)的底板面(1727)上設(shè)有K通孔(172b)，該K通孔(172b)用于銷釘(173)通過，銷釘(l73)的連接端連接在D萬向節(jié)(8a)的銷孔內(nèi)；D滑輪(17a)通過B滑輪軸(174)安裝在D滑輪座(172)的A側(cè)板面(1724)與隔板(1721)之間；E滑輪(17b)通過C滑輪軸(175)安裝在D滑輪座(172)的B側(cè)板面(1725)與隔板(1721)之間；B擋板(171)的一端安裝在B側(cè)板面(1725)上，且與C滑輪軸(175)的一端同軸，B擋板(171)的另一端安裝在隔板(1721)上，且與C滑輪軸(175)的另一端同軸。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人，其特征在于A伸縮臂1采用了三個套筒的嵌套方式。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人，其特征在于第一節(jié)臂相對于第二節(jié)臂是不動的，A電機(jī)(11A)驅(qū)動第二節(jié)臂運(yùn)動，由此將第二節(jié)臂的運(yùn)動作為動力源來帶動第三節(jié)臂(lc)運(yùn)動，從而實現(xiàn)第二節(jié)臂、第三節(jié)臂的伸縮。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人，其特征在于利用A電機(jī)(11A)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)來使纏繞在線輪(107)上的線繩收短或放長實現(xiàn)第二節(jié)臂、第三節(jié)臂的運(yùn)動。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人，其特征在于當(dāng)A電機(jī)(11A)順時針方向轉(zhuǎn)動時，AB段線繩(la)的A端固連在線輪(107)的A線槽(107a)上，經(jīng)B滑輪(15a)和D滑輪(17a)后，AB段線繩(la)的B端連接在D連接頭(105)上，從而實現(xiàn)第二級臂的伸長；GH段線繩(ld)的G端連接在與A連接頭(101)連接，經(jīng)過E滑輪(17b)后GH段線繩(ld)的H端與E連接頭(106)連接，從而實現(xiàn)第三級臂的伸長。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人，其特征在于當(dāng)A電機(jī)(l 1A)逆時針方向轉(zhuǎn)動時，CD段線繩(lb)的C端固連在線輪(107)的B線槽(107b)上，經(jīng)A滑輪(14a)后連接在D連接頭(105)上，從而實現(xiàn)第二級臂縮短；EF段線繩(lc)的F端連接在A連接頭(101)上，經(jīng)C滑輪(16a)后連接在E連接頭(106)上，從而實現(xiàn)第三級臂縮短。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人，其特征在于第一節(jié)點板組件(7)包括有A節(jié)點板(74)、 A萬向節(jié)(7a)、 B萬向節(jié)(7b)、 C萬向節(jié)(7c)組成；A萬向節(jié)(7a)、 B萬向節(jié)(7b)和C萬向節(jié)(7c)在底板面(741)上按照正三角分布安裝；A萬向節(jié)(7a)的一端安裝在A節(jié)點板(74)的底板面(741)上，A萬向節(jié)(7a)的另一端連接在A伸縮臂(l)的C連接頭(103)的圓柱連接端(1031)上；B萬向節(jié)(7b)的一端安裝在A節(jié)點板(74)的底板面(741)上，B萬向節(jié)(7b)的另一端連接在B伸縮臂(l)的C連接頭的圓柱連接端上；C萬向節(jié)7c的一端安裝在A節(jié)點板74的底板面741上，C萬向節(jié)7c的另一端連接在C伸縮臂3的C連接頭的圓柱連接端上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人，其特征在于萬向節(jié)采用具備兩個自由度的萬向節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明的一種具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四面體翻滾機(jī)器人，是由六根伸縮臂和四個節(jié)點板組件構(gòu)成，所述的每一個節(jié)點板組件由節(jié)點板和三個萬向節(jié)組成，且三個萬向節(jié)呈正三角形布局在節(jié)點板的底板面上。六根伸縮臂的結(jié)構(gòu)相同，并采用繩驅(qū)動方式。每一個伸縮臂的兩端分別連接在兩個節(jié)點板組件的萬向節(jié)上。四個節(jié)點板組件的結(jié)構(gòu)相同，每一個節(jié)點板組件中的三個萬向節(jié)分別與三個伸縮臂的一端連接。本發(fā)明機(jī)器人在驅(qū)動方式上通過線繩、線輪、滑輪和電機(jī)的配合可以改變運(yùn)動形式以適應(yīng)不同的環(huán)境，具有較大的運(yùn)動靈活性，豐富的運(yùn)動形式使該機(jī)器人可以從容面對各種類型的障礙，并且不用考慮穩(wěn)定性的問題。
文檔編號B25J9/00GK101664926SQ200910093258
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者張利格, 畢樹生 申請人:北京航空航天大學(xué)