CN103144691B - 六自由度滚动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种六自由度滚动机构，包括第一至第四接头组件（A2、A4、A6、A8）和第一至第四分叉组件（A1、A3、A5、A7）；每个接头组件设有三个连接轴，每个分叉组件均设有三个连接管；第一分叉组件（A1）还设有三个舵机，第二、第三、第四分叉组件（A3、A5、A7）均设有一个舵机；第一接头组件（A2）与第一、第二、第三分叉组件（A1、A3、A5）通过销钉固定；第二接头组件（A4）与第二、第三、第四分叉组件（A3、A5、A7）通过销钉固定；第三接头组件（A6）与第一、第三、第四分叉组件（A1、A5、A7）通过销钉固定；第四接头组件（A8）与第一、第二、第四分叉组件（A1、A2、A7）通过销钉固定，通过上述的连接，该机构由六个舵机控制实现变形与滚动。<!--1-->

Description

六自由度滚动机构

1技术领域

本发明涉及一种滚动步行机构，具体涉及一种多面体滚动机构。该装置可用于军事领域中侦查、监视恐怖事件及排雷等。

2背景技术

中国专利申请CN2789106Y公开了一种单动力滚动四杆机构。该机构由4根杆组成，并由一个电机驱动。它可以实现平面内的滚动前进。但此设计只是在一个方向运动，不能实现转向，从而无法实现在平面内任意运动。

中国专利申请CN101890714A公开了一种单自由度连杆移动机器人。该机器人能够利用机构的重心位置变化以及运动过程中的不稳定状态，实现机器人的定向移动与转向功能。但其自由度较少，灵活性欠佳。

3发明内容

本发明所要解决的技术问题：是在已有多面体滚动机构基础上，拓展出一种多自由度四面体移动机构，增强变形能力，能够更灵活地实现滚动以及转向功能，提高机构的移动性能。

本发明的技术方案：四面体在几何上由四个面和四个顶点组成，每个顶点上连接三个面，根据几何特征，设计相应的机械结构。其中机构主要包括四个相同接头组件和四个分叉组件。四个分叉组件上，有一分叉组件上有三个舵机，其余分叉组件上各有一个舵机，；接头组件为球副。该机构具有6个自由度，可分别由6个舵机控制。

本发明的有益效果：由于机构自由度为6，其变形能力强，灵活度高，可方便控制机构实现滚动。此外，定点组件和支链便于模块化设计。本发明可用于特种变形机器人的设计，利用机构的外形变化，实现复杂地面上的滚动。进一步地可设计制造特殊的地面侦查机器人。

4附图说明

图16自由度四面体机构三维图

图2第一分叉组件A1剖视图

图3第一分叉组件A1剖视局部图

图4电机连接块三维图

图5第一分叉组件A1三维图

图6第二分叉组件A3剖视图

图7第二分叉组件A3剖视局部图

图8第二分叉组件A3三维图

图9第一接头组件A2三维图

图10六自由度滚动机构运动过程图

5具体实施方案

如图1所示，6自由度滚动机构主要包括第一至第四接头组件A2、A4、A6、A8和第一至第四分叉组件A1、A3、A5、A7；所述的第一接头组件A2上通过弹性件固定有三个连接轴30、32、34；第二、三接头组件A4、A6尺寸与结构与A2相同；所述的第一分叉组件A1设有第一至第三连接管4、8、13，三个舵机1、10、14；所述的第二分叉组件A3设有第四至第六连接管18、22、27，一个舵机15。

第三、第四分叉组件A5、A7结构与尺寸与第二分叉组件A3相同。

第一接头组件A2上的三个连接轴分别和第一分叉组件A1上的第一连接管4、第二分叉组件A3上的第四连接管18、第三分叉组件A5上的第四连接管18通过销钉固定。

第二接头组件A4上的三个连接轴分别和第二分叉组件A3上的第五连接管22、第三分叉组件A5上的第五连接管22、第四分叉组件A7上的第四连接管18通过销钉固定。

第三接头组件A6上的三个连接轴分别和第一分叉组件A1上的第二连接管8、第三分叉组件A5上的第六连接管27、第四分叉组件A7上的第五连接管22通过销钉固定。

第四接头组件A8上的三个连接轴分别和第一分叉组件A1上的第三连接管13、第二分叉组件A3上的第六连接管27、第四分叉组件A7上的第六连接管27通过销钉固定。

如图2所示，所述的第一分叉组件A1，包括三个舵机1、10、14、第一至第三U件2、6、11、第一至第三法兰3、7、12、第一至第三连接管4、8、13、顶点支撑盘9、电机连接块5。

如图4所示，所述的电机连接块5为三叉形状，三叉的端部为“[”形，“[”形侧面开有两组螺纹孔5a用于和舵机上对应的两组孔固定。

如图2所示第一分叉组件A1，所述的电机连接块5的三个“[”形端部分别和三个舵机1、10、14的一端通过螺钉连接在一起；所述的电机连接块5的中部开有螺纹孔5b，通过螺钉和顶点支撑盘9固定。

如图3所示，第一U件2的开口端和舵机1的舵盘通过螺钉固定连接，第一U件2的封闭端通过螺钉固定连接第一法兰3，第一法兰3通过螺纹固定连接第一连接管4侧面的通孔，第二U件6和第二法兰7、舵机10、第二连接管8之间的连接关系与上述的连接关系相同；第三U件11、舵机14、第三法兰12、第三连接管13之间的连接关系也与上述的连接关系相同。

如图6所示，所述第二分叉组件A3，设有一个舵机15、两个配重24、28、第四至第六U件16、20、25、第四至第六法兰17、21、26、第四至第六连接管18、22、27、顶点支撑盘23、电机连接块19，所述的电机连接块19的三个“[”形端部分别和一个舵机15和两个配重块24、28的一端通过螺钉连接在一起。

如图7所示，第五、第六U件20、25的开口端分别和配重24、28的通孔通过转销活动连接，其余部件与第一分叉组件A1的连接方式相同。

所述的第三、第四分叉组件A5、A7的连接方式与尺寸与第二分叉组件A3完全相同。

如图9所示，所述的第一接头组件A2上，通过弹性件29、31、33柔性连接球34和连接轴30、32、34，使其形成球副连接，连接轴与连接管一侧的通孔固定连接，第二、三、四接头组件A4、A6、A8与第一接头组件A1完全相同。

本发明具有6个自由度，通过舵机转动的角度实现整个机构的变形与滚动。为了便于描述机构的运动过程，用如图10所示的简化模型展示该机构的运动。如图10所示，将第一至第四分叉组件的中心分别用点P1、P3、P5、P7表示，第一至第四顶点组件中心分别用点P2、P4、P6、P8表示。P1上的三个电机分别驱动P1、P2之间的杆，P1、P8之间的杆，P1、P6之间的杆；P3上的一个电机驱动P3、P4之间的杆；P5上的一个电机驱动P4、P5之间的杆；P7上的一个电机驱动P4、P7之间的杆。

如图10a所示，机构的六个电机处于初始状态，此时为一四面体，点P1、P2、P6、P8支撑在地面上。

如图10b所示，P3、P5、P7上的电机转动带动相应的杆转过一定角度，使得机构重心下降，点P3、P4、P5、P7均向下偏移。

如图10c所示，P7上的电机转动，使得动点P7继续下降，落在地面上，机构重心移动至左侧。

如图10d所示，P1上的电机控制点P2抬起，机构重心上升。

如图10e所示，机构处于正方体状态。

如图10f所示，控制点P4向左下方落下，机构重心下降并向左偏移。

经过上述状态反复进行，使机构滚动前行。

Claims (4)

1.六自由度滚动机构，其特征在于，由第一至第四接头组件(A2、A4、A6、A8)和第一至第四分叉组件(A1、A3、A5、A7)组成；

所述的第一接头组件(A2)上通过弹性件安装有三个连接轴(30、32、34)；

第二、三、四接头组件(A4、A6、A8)的尺寸与结构与第一接头组件(A2)相同；

所述的第一分叉组件(A1)包括三个舵机(1、10、14)、第一至第三U件(2、6、11)、第一至第三法兰(3、7、12)、第一至第三连接管(4、8、13)、顶点支撑盘(9)、电机连接块(5)；第一分叉组件(A1)上的三个舵机(1、10、14)可分别驱动三个连接管(4、8、13)绕舵机轴转动；

所述的第二分叉组件(A3)外形与第一分叉组件(A1)形状相同，设有一个舵机(15)、两个配重(24、28)、第四至第六U件(16、20、25)、第四至第六法兰(17、21、26)、第四至第六连接管(18、22、27)、顶点支撑盘(23)、电机连接块(19)；第二分叉组件(A3)上的舵机(15)驱动第四连接管(18)绕舵机轴转动；

第三、第四分叉组件(A5、A7)结构与尺寸与第二分叉组件(A3)相同；

其连接关系如下：

第一接头组件(A2)上的三个连接轴分别和第一分叉组件(A1)上的第一连接管(4)、第二分叉组件(A3)上的第四连接管(18)、第三分叉组件(A5)上的第四连接管(18)通过销钉固定；

第二接头组件(A4)上的三个连接轴分别和第二分叉组件(A3)上的第五连接管(22)、第三分叉组件(A5)上的第五连接管(22)、第四分叉组件(A7)上的第四连接管(18)通过销钉固定；

第三接头组件(A6)上的三个连接轴分别和第一分叉组件(A1)上的第二连接管(8)、第三分叉组件(A5)上的第六连接管(27)、第四分叉组件(A7)上的第五连接管(22)通过销钉固定；

第四接头组件(A8)上的三个连接轴分别和第一分叉组件(A1)上的第三连接管(13)、第二分叉组件(A3)上的第六连接管(27)、第四分叉组件(A7)上的第六连接管(27)通过销钉固定；

通过上述连接，完成六自由度滚动四面体机构组装。

2.根据权利要求1所述的六自由度滚动机构，其特征在于：

所述的电机连接块(5)为三叉形状，三叉的端部为“[”形，“[”形侧面开有两组螺纹孔(5a)用于和舵机上对应的两组孔固定；

所述的电机连接块(5)的三个“[”形端部分别和三个舵机(1、10、14)的一端通过螺钉连接在一起；

所述的电机连接块(5)的中部开有螺纹孔(5b)，通过螺钉和顶点支撑盘(9)固定；

所述的第一U件(2)的开口端和舵机(1)的舵盘通过螺钉固定连接，第一U件(2)的封闭端通过螺钉固定连接第一法兰(3)，第一法兰(3)通过螺纹固定连接第一连接管(4),第二U件(6)和第二法兰(7)、舵机(10)、第二连接管(8)之间的连接关系与上述的连接关系相同；第三U件(11)、舵机(14)、第三法兰(12)、第三连接管(13)之间的连接关系也与上述的连接关系相同；

通过上述的连接，第一分叉组件(A1)上的三个舵机(1、10、14)可分别驱动第一至第三连接管(4、8、13)绕舵机轴转动。

3.根据权利要求1所述的六自由度滚动机构，特征在于：

所述的电机连接块(19)的三个“[”形端部分别和一个舵机(15)和两个配重块(24、28)的一端通过螺钉连接在一起；

所述的电机连接块(19)的中部开有螺纹孔，通过螺钉和顶点支撑盘(23)固定；

所述的第四U件(20)的开口端和配重(24)的通孔通过转销活动连接，第四U件(20)的封闭端通过螺钉固定连接第五法兰(21)，第五法兰(21)通过螺纹固定连接第五连接管(22)；第六U件(25)和第六法兰(26)、配重(28)、第六连接管(27)之间的连接关系与上述的连接关系相同，所述的第四U件(16)的开口端和舵机(15)的舵盘通过螺钉固定连接，第四U件(16)的封闭端通过螺钉固定连接第四法兰(17)，第四法兰(17)通过螺纹固定连接第四连接管(18)；通过上述的连接，第二分叉组件(A3)上的舵机(15)驱动第四连接管(18)绕舵机轴转动；

所述的第三和第四分叉组件(A5、A7)的连接方式和尺寸与第二分叉组件(A3)完全相同。

4.根据权利要求1所述的六自由度滚动机构，特征在于：所述的每个接头组件包括一个连接球，三个弹性件，三个连接轴，所述的三个连接轴分别通过弹性件组装在连接球上。