一種滾動行進的雙類車輪六邊形機器人的製作方法

2023-05-19 13:19:11 1

專利名稱：一種滾動行進的雙類車輪六邊形機器人的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人，具體涉及一種滾動行進的雙類車輪六邊形機器人。
背景技術：
平面連杆機構的應用十分廣泛，其優點是能夠實現多種運動規律和運動軌跡的要求，並且結構簡單、工作可靠、承載能力強。在平面連杆中，由四個杆件組成的平面四桿機構最為常見。平面四桿機構不僅應用廣泛，而且是組成多杆機構的基礎。中國專利CN2789106Y提出了一種單動力滾動四桿機構，該機構依靠一個驅動電機的控制，通過自身平行四邊形的變形和機構自身的運動慣性實現滾動行進，結構簡單，具有一定運動能力，但是該機構只能實現直線上的行走，不能夠實現轉向運動，而且單純依靠平行四邊形的變形不足以實現滾動運動，對驅動電機的加速性能依賴性較強，對電機的性能要求較高。

發明內容
本發明要解決的技術問題輪式機器人的車輪在滾動過程中一般外形不發生變化,對地面環境及周圍空間環境的適應能力差。本發明的技術方案一種滾動雙類車輪六邊形機器人包括兩個單類車輪六邊形機器人及中間連杆，其中單類車輪六邊形機器人外形呈六邊形，由三組等長的連杆即三個電機同步連杆、三個電機座連杆、三個公共連杆通過軸線相互平行的轉動副連接形成三個平行四邊形。每個平行四邊形均包含一個電機同步連杆、一個電機座連杆和兩個公共連杆；相鄰的平行四邊形共用一條邊即公共連杆。第一連接件電機形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第一連接件電機固定在電機座連杆上，電機的轉軸通過電機軸孔與電機同步連杆的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連杆的頂絲孔對電機的轉軸進行周向的固定。第二連接件短軸形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第二連接件軸杆通過電機座連杆的軸孔、電機同步連杆的軸孔與公共連杆的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面。第三連接件與第一連接件結構和連接形式完全相同。第四連接件、第六連接件與第二連接件結構和連接形式完全相同。第五連接件配重形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第五連接件配重固定在電機座連杆上，配重的軸通過電機軸孔與電機同步連杆的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面。第七連接件差速軸形式上看作四個四邊形的公共頂點，第九連接件差速軸通過三個公共連杆的軸孔以轉動副的形式連結，兩個並行的類車輪六邊形機器人通過第七連接件差速軸連接在一起，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面。短軸所構成的轉動副是多種形式的圓周運動，如轉軸、電機或舵機；驅動電機的形式是多樣的，如電機或舵機；差速軸構成的轉動副是多種形式的圓周運動，可以直接軸杆連接或聯軸器間接連接；配重可替換為驅動電機，作為冗餘驅動使用。本發明的有益效果本發明所述的翻滾行進的雙類車輪六邊形機器人，通過兩個或兩個以上的電機分別對兩個類車輪六邊形機構進行驅動和控制實現機構的翻滾運動，雙類車輪六邊形機器人既可以實現直行功能，也可以實現轉彎功能，並具有一定的越障能力。該機構結構簡單，成本低廉，易於製造和工程實現。為中小學生提供了一個對幾何形體及移動機構的認識，可用於製作玩具、教學教具，也可用於製作軍用探測機器人。


圖I滾動行進的雙類車輪六邊形機器人的整體三維2滾動行進的單類車輪六邊形機器人的整體三維圖
圖3滾動行進的雙類車輪六邊形機器人的整體俯視4電機的安裝5A、圖5B、圖5C、圖5D、圖5E、圖5F、圖5G是單類車輪六邊形機器人直行步態的分解圖圖5A直行步態的起始位姿圖5B直行步態第一次重心偏移動作圖5C直行步態第一次翻滾動作圖K)直行步態重心偏移過程動作圖5E直行步態第二次重心偏移動作圖5F直行步態第二次翻滾動作圖5G直行步態姿態恢復動作圖6A、圖6B、圖6C、圖6D、圖6E、圖6F、圖6G是雙類車輪六邊形機器人轉彎步態的分解圖圖6A轉彎步態的起始位姿圖6B轉彎步態第一次重心偏移動作圖6C轉彎步態第一次翻滾動作圖6D轉彎步態重心偏移過程動作圖6E轉彎步態第二次重心偏移動作
圖6F直行步態第二次翻滾動作圖6G直行步態姿態恢復動作圖中電機同步連杆I、電機座連杆2、電機同步連杆3、電機座連杆4、電機同步連杆5、電機座連杆6、公共連杆7、公共連杆8、公共連杆9、短軸10、短軸11、短軸12、差速軸13、電機14、電機15、配重16。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。滾動行進的雙類車輪六邊形機器人如圖I所示，由兩個類車輪六邊形機器人通過一根差速軸(13)並行連接在一起，如圖2每個類車輪六邊形機器人從形式上由三個個四邊形組成。本發明的實施方式 如圖2，第一個四邊形由電機同步連杆(I)、電機座連杆(6)、公共連杆(7)和公共連杆(9)構成，電機同步連杆⑴和電機座連杆(6)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連杆(6)和公共連杆(7)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，公共連杆(7)和公共連杆(9)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連杆(I)和公共連杆(9)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點；第二個四邊形由電機同步連杆(3)、電機座連杆(2)、公共連杆(7)和公共連杆(8)構成，電機同步連杆(3)和電機座連杆(2)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連杆(2)和公共連杆(7)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，公共連杆(7)和公共連杆(8)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連杆(3)和公共連杆(8)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點；第三個四邊形由電機同步連杆(5)、電機座連杆(4)、公共連杆(8)和公共連杆(9)構成，電機同步連杆(5)和電機座連杆(4)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連杆(4)和公共連杆(8)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，公共連杆(8)和公共連杆(9)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連杆(5)和公共連杆(9)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點；；第一連接件電機(14)形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第一連接件電機(14)固定在電機座連杆(6)上，電機的轉軸通過電機軸孔與電機同步連杆(I)的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連杆(I)的頂絲孔對電機的轉軸進行周向的固定；第二連接件短軸(10)形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第二連接件軸杆(10)通過電機座連杆(2)的軸孔、電機同步連杆⑴的軸孔與公共連杆(7)的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面；第三連接件電機(15)形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第三連接件電機(15)固定在電機座連杆(3)上，電機的轉軸通過電機軸孔與電機同步連杆(2)的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連杆(2)的頂絲孔對電機的轉軸進行周向的固定；第四連接件短軸(11)形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第四連接件軸杆(11)通過電機座連杆(4)的軸孔、電機同步連杆(3)的軸孔與公共連杆(8)的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面；第五連接件配重(16)形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第五連接件配重(16)固定在電機座連杆(4)上，配重的軸通過電機軸孔與電機同步連杆(5)的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面；第六連接件短軸(12)形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第六連接件軸杆(12)通過電機座連杆(6)的軸孔、電機同步連杆(5)的軸孔與公共連杆(9)的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面；第七連接件差速軸(13)形式上看作四個四邊形的公共頂點，第九連接件差速軸(13)通過公共連杆(7、8、9)的軸孔以轉動副的形式連結，兩個並行的類車輪六邊形機器人通過第七連接件差速軸(13)連接在一起，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面。電機的安裝如附圖4所示，電機(14)的安裝端面與電機座連杆(6)的電機座安裝端面通過螺釘連接，電機的軸與電機同步連杆(I)通過頂絲連接；電機(15)的連接方式與電機(14)相同。
具體的使用方法滾動行進的雙類車輪六邊形機器人可以實現直行步態。首先滾動行進的雙類車輪六邊形機器人處於如附圖5A所示的直行步態的起始位姿，一個四邊形的一個邊與地面接觸；當要直行的時候，以行進方向端平行四邊形的邊為支撐面，協調三平行四邊形的頂點角度，實現如附圖5B所示的直行步態第一次重心偏移動作；當雙類車輪六邊形機器人的重心在地面上的投影超出平衡位置時，實現如圖5C所示的直行步態第一次翻滾動作；當作為支撐的平行四邊形的另一邊落地後，協調三個平行四邊形的頂點角度，實現如附圖所示的直行步態重心偏移過程動作，如附圖5E所示的直行步態第二次重心偏移動作；當雙類車輪六邊形機器人的重心在地面上的投影超出平衡位置時，實現如圖5F所示的直行步態第二次翻滾動作；當作為支撐的另一平行四邊形的一邊落地後，協調三個平行四邊形的頂點角度，實現如附圖5G所示的直行步態姿態恢復動作。這樣就實現了機器人的一個完整直行步態，圖5A、圖5B、圖5C、圖5D、圖5E、圖5F、圖5G是單類車輪六邊形機器人直行步態的分解圖。滾動行進的雙類車輪六邊形機器人也可以實現轉彎步態。首先滾動行進的雙類車輪六邊形機器人處於如附圖6A所示的轉彎步態的起始位姿，兩個並聯類車輪六邊形機器人各自的一個四邊形的一個邊與地面接觸；當要轉彎的時候，以一個獨立的類車輪六邊形機器人為支撐，協調另一個獨立的類車輪六邊形機器人的三個平行四邊形的頂點角度，實現如圖6B所示的轉彎步態第一次重心偏移動作，以及如圖6C所示的轉彎步態第一次翻滾動作；當兩個並行的類車輪六邊形機器人都穩定與地面接觸後，協調實現翻滾的類車輪六邊形機器人的三個平行四邊形的頂點角度，實現如圖6D所示的轉彎步態重心偏移過程動作，如圖6E所示的轉彎步態第二次重心偏移動作以及如圖6F所示的轉彎步態第二次翻滾動作；當兩個並行的類車輪六邊形機器人都穩定與地面接觸後，協調實現翻滾的類車輪六邊形機器人的三個平行四邊形的頂點角度，實現如圖6G所示的轉彎步態姿態恢復動作，此時的滾動行進的雙類車輪六邊形機器人的位置與原來的位置已經有一定的角度了，循環幾次，機器人就實現了大幅度的轉彎步態。圖6A、圖6B、圖6C、圖6D、圖6E、圖6F、圖6G是雙類車輪六邊形機器人轉彎步態的分解圖。
權利要求
1.一種滾動行進的雙類車輪六邊形機器人，其特徵在於滾動行進的雙四平行四邊形機器人包括兩個單類車輪六邊形機器人及中間連杆(21)，其中單類車輪六邊形機器人由三組等長的連杆即三個電機同步連杆(1、3、5)、三個電機座連杆(2、4、6)、三個公共連杆(7、.8、9)通過軸線相互平行的轉動副連接形成三個平行四邊形，每個平行四邊形均包含一個電機同步連杆、一個電機座連杆和兩個公共連杆，相鄰的平行四邊形共用一條邊即公共連杆，其中電機同步連杆(I)、電機座連杆(6)、公共連杆(7)和公共連杆(9)構成一個平行四邊形，電機同步連杆(I)和電機座連杆(6)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連杆(6)和公共連杆(9)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，公共連杆(7)和公共連杆(9)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連杆(I)和公共連杆(9)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點；電機同步連杆(3)、電機座連杆(2)、公共連杆(7)和公共連杆⑶構成一個平行四邊形，電機同步連杆(3)和電機座連杆(2)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連杆⑵和公共連杆(7)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，公共連杆(7)和公共連杆(8)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連杆(3)和公共連杆(8)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點；電機同步連杆(5)、電機座連杆(4)、公共連杆(8)和公共連杆(9)構成一個平行四邊形，電機同步連杆(5)和電機座連杆(4)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連杆(4)和公共連杆(8)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，公共連杆(8)和公共連杆(9)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連杆(5)和公共連杆(9)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點； 第一連接件電機(14)形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第一連接件電機(14)固定在電機座連杆(6)上，電機的轉軸通過電機軸孔與電機同步連杆(I)的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連杆(I)的頂絲孔對電機的轉軸進行周向的固定； 第二連接件短軸(10)形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第二連接件軸杆(10)通過電機座連杆(2)的軸孔、電機同步連杆(I)的軸孔與公共連杆(7)的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面；第三連接件電機(15)形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第三連接件電機(15)固定在電機座連杆(3)上，電機的轉軸通過電機軸孔與電機同步連杆(2)的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連杆⑵的頂絲孔對電機的轉軸進行周向的固定； 第四連接件短軸(11)形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第四連接件軸杆(11)通過電機座連杆(4)的軸孔、電機同步連杆(3)的軸孔與公共連杆(8)的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面；第五連接件配重(16)形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第五連接件配重(16)固定在電機座連杆(4)上，配重的軸通過電機軸孔與電機同步連杆(5)的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面； 第六連接件短軸(12)形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構整體六邊形的一個頂點，第六連接件軸杆(12)通過電機座連杆￠)的軸孔、電機同步連杆(5)的軸孔與公共連杆(9)的軸孔以轉動副的形式連結，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面；第七連接件差速軸(13)形式上看作四個四邊形的公共頂點，第九連接件差速軸(13)通過公共連杆(7、8、9)的軸孔以轉動副的形式連結，兩個並行的類車輪六邊形機器人通過第七連接件差速軸(13)連接在一起，該轉動副的軸線垂直於平行四邊形的平面。
2.如權利要求I所述的滾動行進的雙類車輪六邊形機器人，其特徵在於短軸(10、11、12)所構成的轉動副是多種形式的圓周運動，如轉軸、電機或舵機。
3.如權利要求I所述的滾動行進的雙類車輪六邊形機器人，其特徵在於差速軸(13)構成的轉動副是多種形式的圓周運動，可以直接軸杆連接或聯軸器間接連接。
4.如權利要求I所述的滾動行進的雙類車輪六邊形機器人，其特徵在於驅動電機(14、15)的形式是多樣的，如電機或舵機。
5.如權利要求I所述的滾動行進的雙類車輪六邊形機器人，其特徵在於配重(16)可替換為驅動電機，作為冗餘驅動使用。
全文摘要
一種滾動行進的雙類車輪六邊形機器人，包括一個連接杆、兩個獨立的類車輪六邊形機構及它們的連接。每個類車輪六邊形機構含有由九個連杆組成的三個平行四邊形，相鄰兩平行四邊形共用一條邊，三個平行四邊形共用一個頂點，任意相鄰的邊用轉動副連接。杆(1)、(6)、(7)、(9)，杆(2)、(3)、(7)、(8)分別構成平行四邊形，其形狀分別由電機(14)、(15)控制；杆(4)、(5)、(8)、(9)構成隨動平行四邊形，配重(16)與電機同重，使結構對稱。控制平行四邊形內角的變化，則機構變形並翻滾，兩個並行的類車輪六邊形機構的翻滾速度不同，機器人實現轉彎。
文檔編號B62D57/02GK102632936SQ20121012709
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月26日 優先權日2012年4月26日
發明者劉長煥, 姚燕安, 李曄卓 申請人:北京交通大學