CN103448065A - 一种可变形搜救探测机器人 - Google Patents
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Abstract
一种可变形搜救探测机器人，包括第I三角组件（A1）、第II三角组件（A2）、三个支链杆组（B1、B2、B3）和六个驱动电机（1、2、3、4、5、6）。第一支链杆组（B1）分别通过第一驱动电机（1）和第四驱动电机（4）与第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）连接，第二支链杆组（B2）分别通过第二驱动电机（2）和第五驱动电机（5）与两个三角组件（A1、A2）连接，第三支链杆组（B3）分别通过第三驱动电机（3）和第六驱动电机（6）与两个三角组件（A1、A2）连接。该机器人可以通过机构变形实现移动，并能够变形为便于存放的折叠状态和具有稳定支撑的探测状态，同时三角组件（A1、A2）上的摄像头装置可以对周围的环境进行探测。
Description
技术领域
本发明涉及一种探测机器人，具体涉及一种具有变形能力的搜救探测机器人。
背景技术
探测机器人是一类替代人类完成探索和勘测任务的机器人。随着科技的发展，机器人开始替代人类来完成高危或高难的工作任务，其中探测机器人可以通过自身携带的摄像头和传感器完成高危和高难环境下的工作。中国专利CN101890714A提出了一种单自由度连杆移动机器人，实现了单自由度机器人的二维空间运动，以及直行和转向功能，为新型移动机器人的设计提供了参考。中国专利CN100343027C提出了一种球形探测机器人，具有自主和遥控两种运动功能，可以完成剧毒气体检测、现场环境观测及星球探测等多种任务。
发明内容
本发明要解决的技术问题：本发明使探测机器人在工作时具有翻滚的移动步态，并且具有折叠功能使机器人便于存放和运输，同时机器人通过变形可以具有稳定支撑的探测功能。
本发明的技术方案：一种可变形搜救探测机器人包括第I三角组件、第II三角组件、第一至第三支链杆组以及第一至第六驱动电机。
第一支链杆组分别通过第一驱动电机和第四驱动电机与第I三角组件和第II三角组件连接，第二支链杆组分别通过第二驱动电机和第五驱动电机与第I三角组件和第II三角组件连接，第三支链杆组分别通过第三驱动电机和第六驱动电机与第I三角组件和第II三角组件连接。
实现其移动功能，包含以下顺序的控制步骤，
步骤y1，调整第一至第六驱动电机，使机器人的第I三角组件和第II三角组件相互平行；
步骤y2，第二驱动电机和第五驱动电机同时转动，使第二支链杆组的球副铰链着地，第三驱动电机和第六驱动电机同时转动，使第三支链杆组的球副铰链着地；
步骤y3，第一驱动电机和第四驱动电机同时转动，使第一支链杆组中支链连杆I和支链连杆II间的夹角增大，使机构产生翻滚；
步骤y4，待机器人稳定后，调整第一至第六驱动电机，使机器人的第I三角组件和第II三角组件相互平行，恢复初始位姿。
如此完成机器人的一个周期的滚动步态，多个周期的滚动步态可以实现机器人的移动功能。
实现其折叠功能及折叠状态下的动作，包含以下顺序的控制步骤，
步骤z1，调整第一至第六驱动电机，使机器人的第I三角组件和第II三角组件相互平行；
步骤z2，第一驱动电机和第四驱动电机同向同速转动，第二驱动电机和第五驱动电机同向同速转动，第三驱动电机和第六驱动电机同向同速转动，使第I三角组件下降，直至第一驱动电机和第四驱动电机的电机轴重合，第二驱动电机和第五驱动电机同时转动的电机轴重合，以及第三驱动电机和第六驱动电机的电机轴重合；
步骤z3，第一驱动电机和第四驱动电机异向同速转动，第二驱动电机和第五驱动电机异向同速转动，第三驱动电机和第六驱动电机异向同速转动，使机器人的第一至第三支链杆组向上转动，当三个支链杆组的球副铰链接触时完成机构的折叠动作；
步骤z4，按照步骤z3的方式使第一至第六驱动电机反向转动，使机器人的第一至第三支链杆组向下转动，三个支链杆组将第I三角组件和第II三角组件支撑抬起，实现机器人具有稳定支撑的探测状态。
本发明的有益效果：本发明所述的一种可变形搜救探测机器人具有滚动功能的同时，还具有折叠功能。通过控制六个电机的转动实现滚动功能、折叠功能以及两个功能间的转换。该机器人可以通过机构变形实现移动，并能够变形为便于存放的折叠状态和具有稳定支撑的探测状态，同时三角组件上的摄像头装置可以对周围的环境进行探测。机器人可以用于高危环境的危险气体探测、生命探测以及环境情况探测。
附图说明
图1一种可变形搜救探测机器人的整体视图
图2三角组件的整体视图
图3支链杆组的整体视图
图4三角形连杆的整体视图
图5电机座的整体视图
图6摄像头装置的整体视图
图7支链连杆的整体视图
图8支链连杆的俯视图
图9球副铰链的整体视图
图10(a)、图10(b)、图10(c)、图10(d)、图10(e)是一种可变形搜救探测机器人的翻滚动作分解图
图11(a)、图11(b)、图11(c)、图11(d)是一种可变形搜救探测机器人的折叠动作分解图
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明的实施方式：
一种可变形搜救探测机器人，如图1所示，包括第一和第II三角组件（A1、A2）、第一至第三支链杆组（B1、B2、B3）以及第一至第六驱动电机（1、2、3、4、5、6）。
第一至第三支链杆组（B1、B2、B3）通过第一至第六驱动电机（1、2、3、4、5、6）将对称布置的第一和第II三角组件（A1、A2）连接在一起；
第一支链杆组（B1）分别通过第一驱动电机（1）和第四驱动电机（4）与第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）连接，第一驱动电机（1）通过螺钉固定在第I三角组件（A1）的第一电机座（A1-2）上，第一驱动电机（1）的电机轴插入第一支链杆组（B1）中支链连杆I（B1-1）的D形孔，并用顶丝进行固定，第四驱动电机（4）通过螺钉固定在第II三角组件（A2）的第一电机座（A1-2）上，第四驱动电机（4）的电机轴插入第一支链杆组（B1）中支链连杆II（B1-2）的D形孔，并用顶丝进行固定；
第二支链杆组（B2）分别通过第二驱动电机（2）和第五驱动电机（5）与第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）连接，第二驱动电机（2）通过螺钉固定在第I三角组件（A1）的第二电机座（A1-3）上，第二驱动电机（2）的电机轴插入第二支链杆组（B2）中支链连杆I（B1-1）的D形孔，并用顶丝进行固定，第五驱动电机（5）通过螺钉固定在第II三角组件（A2）的第二电机座（A1-3）上，第五驱动电机（5）的电机轴插入第二支链杆组（B2）中支链连杆II（B1-2）的D形孔，并用顶丝进行固定；
第三支链杆组（B3）分别通过第三驱动电机（3）和第六驱动电机（6）与第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）连接，第三驱动电机（3）通过螺钉固定在第I三角组件（A1）的第三电机座（A1-4）上，第三驱动电机（3）的电机轴插入第三支链杆组（B3）中支链连杆I（B1-1）的D形孔，并用顶丝进行固定，第六驱动电机（6）通过螺钉固定在第II三角组件（A2）的第三电机座（A1-4）上，第六驱动电机（6）的电机轴插入第三支链杆组（B3）中支链连杆II（B1-2）的D形孔，并用顶丝进行固定。
如图2所示，所述的第I三角组件（A1）包含三角形连杆（A1-1）、第一至第三电机座（A1-2、A1-3、A1-4）和摄像头装置（A1-5），第一电机座（A1-2）固定在三角形连杆（A1-1）的第一侧面上，第二电机座（A1-3）固定在三角形连杆（A1-1）的第二侧面上，第三电机座（A1-4）固定在三角形连杆（A1-1）的第三侧面上，摄像头装置（A1-5）底部的三角形凸台与三角形连杆（A1-1）上的三角形孔配合并进行固定连接；第II三角组件（A2）与第I三角组件（A1）的结构和尺寸相同。
如图3所示，所述的第一支链杆组（B1）包含支链连杆I（B1-1）、支链连杆II（B1-2）以及连接它们的球副铰链（B1-3），球副铰链（B1-3）的一个连接端插入支链连杆I（B1-1）的圆形沉孔并用螺栓进行固定，球副铰链（B1-3）的另一个连接端插入支链连杆II（B1-2）的圆形沉孔并用螺栓进行固定；第二支链杆组（B2）、第三支链杆组（B3）与第一支链杆组（B1）的结构和尺寸相同。
如图7和图8所示，所述的支链连杆I（B1-1）为一个L形连杆，L形连杆的短端为一个凸台，短端的后平面与连杆侧面重合，短端的前平面到后平面的距离为连杆的厚度的一半，短端的平面上设有一个D形孔，L形连杆的长端为圆柱形，长端的端部设有一个圆形沉孔；支链连杆II（B1-2）与支链连杆I（B1-1）的结构相同。
如图6所示，所述的摄像头装置（A1-5）在三个方向上各有一个摄像头，三个摄像头之间互为120度夹角；摄像头装置（A1-5）上可以增加有害气体探测器和生命探测器。
具体的使用方法：
一种可变形搜救探测机器人实现其移动功能，包含以下顺序的控制步骤，
步骤y1，如图10（a）所示，调整第一至第六驱动电机（1、2、3、4、5、6），使机器人的第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）相互平行；
步骤y2，如图10（b）所示，第二驱动电机（2）和第五驱动电机（5）同时转动，使第二支链杆组（B2）的球副铰链（B1-3）着地，第三驱动电机（3）和第六驱动电机（6）同时转动，使第三支链杆组（B3）的球副铰链（B1-3）着地；
步骤y3，如图10（c）所示，第一驱动电机（1）和第四驱动电机（4）同时转动，使第一支链杆组（B1）中支链连杆I（B1-1）和支链连杆II（B1-2）间的夹角增大，使机构产生如图10（d）所示的翻滚；
步骤y4，如图10（e）所示，待机器人稳定后，调整第一至第六驱动电机（1、2、3、4、5、6），使机器人的第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）相互平行，恢复初始位姿。
如此完成机器人的一个周期的滚动步态，多个周期的滚动步态可以实现机器人的移动功能。
一种可变形搜救探测机器人实现其折叠功能及折叠状态下的动作，包含以下顺序的控制步骤，
步骤z1，如图11（a）所示，调整第一至第六驱动电机（1、2、3、4、5、6），使机器人的第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）相互平行；
步骤z2，如图11（b）所示，第一驱动电机（1）和第四驱动电机（4）同向同速转动，第二驱动电机（2）和第五驱动电机（5）同向同速转动，第三驱动电机（3）和第六驱动电机（6）同向同速转动，使第I三角组件（A1）下降，直至第一驱动电机（1）和第四驱动电机（4）的电机轴重合，第二驱动电机（2）和第五驱动电机（5）同时转动的电机轴重合，以及第三驱动电机（3）和第六驱动电机（6）的电机轴重合；
步骤z3，如图11（c）所示，第一驱动电机（1）和第四驱动电机（4）异向同速转动，第二驱动电机（2）和第五驱动电机（5）异向同速转动，第三驱动电机（3）和第六驱动电机（6）异向同速转动，使机器人的第一至第三支链杆组（B1、B2、B3）向上转动，当三个支链杆组的球副铰链接触时完成机构的折叠动作；
步骤z4，如图11（d）所示，按照步骤z3的方式使第一至第六驱动电机（1、2、3、4、5、6）反向转动，使机器人的第一至第三支链杆组（B1、B2、B3）向下转动，三个支链杆组将第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）支撑抬起，实现机器人具有稳定支撑的探测状态。
Claims (3)
1.一种可变形搜救探测机器人，其特征在于：包括第I三角组件（A1）、第II三角组件（A2）、第一至第三支链杆组（B1、B2、B3）以及第一至第六驱动电机（1、2、3、4、5、6）；
第一至第三支链杆组（B1、B2、B3）通过第一至第六驱动电机（1、2、3、4、5、6）将对称布置的第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）连接在一起；
第一支链杆组（B1）分别通过第一驱动电机（1）和第四驱动电机（4）与第I三角组件（A1）、第II三角组件（A2）连接，第一驱动电机（1）通过螺钉固定在第I三角组件（A1）的第一电机座（A1-2）上，第一驱动电机（1）的电机轴插入第一支链杆组（B1）中支链连杆I（B1-1）的D形孔，并用顶丝进行固定，第四驱动电机（4）通过螺钉固定在第II三角组件（A2）的第一电机座（A1-2）上，第四驱动电机（4）的电机轴插入第一支链杆组（B1）中支链连杆II（B1-2）的D形孔，并用顶丝进行固定；
第二支链杆组（B2）分别通过第二驱动电机（2）和第五驱动电机（5）与第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）连接，第二驱动电机（2）通过螺钉固定在第I三角组件（A1）的第二电机座（A1-3）上，第二驱动电机（2）的电机轴插入第二支链杆组（B2）中支链连杆I（B1-1）的D形孔，并用顶丝进行固定，第五驱动电机（5）通过螺钉固定在第II三角组件（A2）的第二电机座（A1-3）上，第五驱动电机（5）的电机轴插入第二支链杆组（B2）中支链连杆II（B1-2）的D形孔，并用顶丝进行固定；
第三支链杆组（B3）分别通过第三驱动电机（3）和第六驱动电机（6）与第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）连接，第三驱动电机（3）通过螺钉固定在第I三角组件（A1）的第三电机座（A1-4）上，第三驱动电机（3）的电机轴插入第三支链杆组（B3）中支链连杆I（B1-1）的D形孔，并用顶丝进行固定，第六驱动电机（6）通过螺钉固定在第II三角组件（A2）的第三电机座（A1-4）上，第六驱动电机（6）的电机轴插入第三支链杆组（B3）中支链连杆II（B1-2）的D形孔，并用顶丝进行固定；
其中，所述的第I三角组件（A1）包含三角形连杆（A1-1）、第一至第三电机座（A1-2、A1-3、A1-4）和摄像头装置（A1-5），第一电机座（A1-2）固定在三角形连杆（A1-1）的第一侧面上，第二电机座（A1-3）固定在三角形连杆（A1-1）的第二侧面上，第三电机座（A1-4）固定在三角形连杆（A1-1）的第三侧面上，摄像头装置（A1-5）底部的三角形凸台与三角形连杆（A1-1）上的三角形孔配合并进行固定连接；
第II三角组件（A2）与第I三角组件（A1）的结构和尺寸相同；
所述的第一支链杆组（B1）包含支链连杆I（B1-1）、支链连杆II（B1-2）以及连接它们的球副铰链（B1-3），球副铰链（B1-3）的一个连接端插入支链连杆I（B1-1）的圆形沉孔并用螺栓进行固定，球副铰链（B1-3）的另一个连接端插入支链连杆II（B1-2）的圆形沉孔并用螺栓进行固定；
第二支链杆组（B2）、第三支链杆组（B3）与第一支链杆组（B1）的结构和尺寸相同；
所述的支链连杆I（B1-1）为一个L形连杆，L形连杆的短端为一个凸台，短端的后平面与连杆侧面重合，短端的前平面到后平面的距离为连杆的厚度的一半，短端的平面上设有一个D形孔，L形连杆的长端为圆柱形，长端的端部设有一个圆形沉孔；
支链连杆II（B1-2）与支链连杆I（B1-1）的结构相同。
2.如权利要求1所述的一种可变形搜救探测机器人，其特征在于：
实现其移动功能，包含以下顺序的控制步骤:
步骤y1，调整第一至第六驱动电机（1、2、3、4、5、6），使机器人的第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）相互平行；步骤y2，第二驱动电机（2）和第五驱动电机（5）同时转动，使第二支链杆组（B2）的球副铰链（B1-3）着地，第三驱动电机（3）和第六驱动电机（6）同时转动，使第三支链杆组（B3）的球副铰链（B1-3）着地；
步骤y3，第一驱动电机（1）和第四驱动电机（4）同时转动，使第一支链杆组（B1）中支链连杆I（B1-1）和支链连杆II（B1-2）间的夹角增大，使机构产生翻滚；
步骤y4，待机器人稳定后，调整第一至第六驱动电机（1、2、3、4、5、6），使机器人的第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）相互平行，恢复初始位姿；
如此完成机器人的一个周期的滚动步态，多个周期的滚动步态可以实现机器人的移动功能；
实现其折叠功能及折叠状态下的动作，包含以下顺序的控制步骤:
步骤z1，调整第一至第六驱动电机（1、2、3、4、5、6），使机器人的第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）相互平行；
步骤z2，第一驱动电机（1）和第四驱动电机（4）同向同速转动，第二驱动电机（2）和第五驱动电机（5）同向同速转动，第三驱动电机（3）和第六驱动电机（6）同向同速转动，使第I三角组件（A1）下降，直至第一驱动电机（1）和第四驱动电机（4）的电机轴重合，第二驱动电机（2）和第五驱动电机（5）同时转动的电机轴重合，以及第三驱动电机（3）和第六驱动电机（6）的电机轴重合；
步骤z3，第一驱动电机（1）和第四驱动电机（4）异向同速转动，第二驱动电机（2）和第五驱动电机（5）异向同速转动，第三驱动电机（3）和第六驱动电机（6）异向同速转动，使机器人的第一至第三支链杆组（B1、B2、B3）向上转动，当三个支链杆组的球副铰链接触时完成机构的折叠动作；
步骤z4，按照步骤z3的方式使第一至第六驱动电机（1、2、3、4、5、6）反向转动，使机器人的第一至第三支链杆组（B1、B2、B3）向下转动，三个支链杆组将第I三角组件（A1）和第II三角组件（A2）支撑抬起，实现机器人具有稳定支撑的探测状态。
3.如权利要求1所述的一种可变形搜救探测机器人，其特征在于：所述的摄像头装置（A1-5）在三个方向上各有一个摄像头，三个摄像头之间互为120度夹角,摄像头装置（A1-5）上设置特殊气体探测器或者生命探测器。
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