CN105856217B - 四杆张拉整体机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种四杆张拉整体机器人，包括张拉整体结构和电机控制系统。它包括四根杆、八条水平索、四条斜索、四条对角索以及四个步进驱动电机；四根杆分别按顺时针顺序依次编号，四根杆的上端和下端分别用四条水平索连接起来，用第一条斜索连接第一根杆的上端和第四根杆的下端，用第二条斜索连接第二根杆的上端和第一根杆的下端，用第三条斜索连接第三根杆的上端和第二根杆的下端，用第四条斜索连接第四根杆的上端和第三根杆的下端。通过轴承座把电机固定在杆上。本发明结构简单，易于操作。

Description

四杆张拉整体机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种四杆张拉整体机器人，是一个基于张拉整体结构通过结构变形来实现在复杂地形行走的机器人。
背景技术
在一些实验以及探索领域里，机器人代替人类去完成一些探索实践是十分必要的。目前，大部分机器人是通过轮子或者履带来行走，实现一系列的活动的。这种方式需要具有特定的空间及相对平整的路面环境才能够实现机器人的行走工作。张拉整体结构可以轻松改变自身结构的形状，在受到外力的作用时仍然可以保持自身平衡状态，并且通过自身结构的变化来适应空间的变化。因此，张拉整体机器人可以利用自身结构的优点在一些复杂地形进行行走作业，方便人们的探索实践。
根据广泛查阅资料，2012 IEEE International Conference on Robotics andAutomation上发表的《Rolling Tensegrity Driven by Pneumatic Soft Actuators》描述了一个利用气动执行器实现的运动的张拉机器人，这和机械结构包含了一系列的弹性张拉整体结构，需要六个杆件，被24个气动执行器所控制，最后通过几何形状的改变实现在地面上的滚动。这种张拉整体机器人行走的环境需要相对比较平整的地面，比较局限，而且复杂的六杆结构需要比较大的空间才能实现工作，不能够在一些特殊的环境地点进行工作。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种结构简单，方便操控，而且能够在一些复杂的地形环境下行走的四杆张拉整体机器人。
本发明的目的是这样实现的：包括四根杆、八条水平索、四条斜索、四条对角索和四个步进驱动电机，一号杆的上端与二号杆的上端之间、二号杆的上端与三号杆的上端之间、三号杆的上端与四号杆的上端之间、四号杆的上端与一号杆的上端之间分别用水平索连接并且上端的四根水平索形成上矩形，一号杆的下端与二号杆的下端之间、二号杆的下端与三号杆的下端之间、三号杆的下端与四号杆的下端之间、四号杆的下端与一号杆的下端之间也分别用水平索连接且下端的四根水平索形成下矩形，且下矩形相对于上矩形具有偏转角度，在三号杆上端、四号杆上端、一号杆下端、四号杆下端上分别设置有一号步进驱动电机、二号步进驱动电机、三号步进驱动电机、四号步进驱动电机，一号步进驱动电机的输出端与一号杆的上端之间、二号步进驱动电机的输出端与二号杆的上端之间、三号步进驱动电机的输出端与三号杆的下端之间、四号步进驱动电机的输出端与二号杆的下端之间分别设置有对角索，一号杆的上端与四号杆的下端之间、二号杆的上端与一号杆的下端之间、三号杆的上端与二号杆的下端之间、四号杆的上端与三号杆的下端之间分别设置有斜索。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的张拉整体机器人适合于特殊地形探测，行走等活动，既不需要特别大的成本和体积，又可以安全可靠的完成一些人们无法自己完成的任务和活动。利用张拉整体机器人在极限的环境下进行探测，例如月球上的探测，减小了月球车的大体积，在一些类似于洞穴的地点就更加方便进行探测。另外在能量供应上只需要很小的电能就可以为电机供电，不需要一些燃料油的燃烧，避免了空气和噪声的污染，满足了节省资源保护环境的需求。此张拉整体机器人原理简单，容易实现和制造。本发明工作时，步进电机通过拉对角索，使节点之间的距离改变，调节位置这样机构仍然会保持稳定，但是重心会相对发生改变来维持稳定状态，这样结构就可以实现运动。本发明的电机驱动方式与控制方式消耗的功率小。把电机牢固的固定的在杆上，在运动期间不会影响或干涉。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本发明包括一号杆3-1、二号杆3-2、三号杆3-3、四号杆3-4、八条水平索1、四条斜索4、四条对角索2以及一号步进驱动电机5-1、二号步进驱动电机5-2、三号步进驱动电机5-3、四号步进驱动电机5-4，四根杆分别按顺时针顺序依次编号并在空间中依次摆放，按顺序杆的上面四个端点分别编为n1、n2、n3、n4且四个端点组成一个矩形，一号杆的下端编为n5，二号杆的下端编为n6，三号杆的下端编为n7，四号杆的下端编为n8，四根杆的下端也组成一个矩形，但相对于上面的矩形偏转了一定的角度。四根杆的上端和下端分别用四条水平索连接起来，接下来是用斜索连接上下底面，并使上下底面扭转一个角度，用第一条斜索连接一号杆的上端和四号杆的下端，用第二条斜索连接二号杆的上端和一号杆的下端，用第三条斜索连接三号杆的上端和二号杆的下端，用第四条斜索连接四号杆的上端和三号杆的下端。在三号杆和四号杆的上端点和一号杆和四号杆的下端点处固定四个步进电机于杆上，也就是在节点n3、n4、n5、n8处固定四个步进电机，分别控制节点n1、n3之间的距离L1，节点n2、n4之间的距离L2，节点n5、n7之间的距离L3，节点n6、n8之间的距离L4。通过改变步进电机的转动和停止，就可以控制结构的形状变化和运动了。将本发明的张拉整体结构侧面立于地面上，其中有杆的n7节点，n4节点，n1节点接触地面作为支撑，另外一个杆悬于空中，各个节点之间距离是可以通过施加力缩短的，步进电机用于拉动对角索，因为步进电机本身比较容易控制，所以可以用单片机芯片控制并且外接电源实现供电，通过索的收放进而改变整体结构的形状和重心，最终实现张拉整体结构的运动。
在张拉整体机器人运动一周的过程中，需要四步来实现，首先，通过电机的转动使L1伸长，L2缩短，L3缩短，L4伸长。第二，L1缩短，L2伸长、L3缩短、L4伸长。第三，L1缩短，L2伸长，L3伸长，L4缩短。第四，L1伸长，L2缩短，L3伸长，L4缩短。这样就会实现通过结构的改变行走四步完成了一周的滚动。
本发明提供的是张拉整体机器人。包括张拉整体结构和电机控制系统。它包括四根杆、八条水平索、四条斜索、四条对角索以及四个步进驱动电机；四根杆分别按顺时针顺序依次编号，四根杆的上端和下端分别用四条水平索连接起来，用第一条斜索连接一号杆的上端和四号杆的下端，用第二条斜索连接二号杆的上端和一号杆的下端，用第三条斜索连接三号杆的上端和二号杆的下端，用第四条斜索连接四号杆的上端和三号杆的下端。通过轴承座把电机固定在杆上。本发明结构简单，易于操作。

Claims (1)

1.四杆张拉整体机器人，其特征在于：包括四根杆、八条水平索、四条斜索、四条对角索和四个步进驱动电机，一号杆的上端与二号杆的上端之间、二号杆的上端与三号杆的上端之间、三号杆的上端与四号杆的上端之间、四号杆的上端与一号杆的上端之间分别用水平索连接并且上端的四根水平索形成上矩形，一号杆的下端与二号杆的下端之间、二号杆的下端与三号杆的下端之间、三号杆的下端与四号杆的下端之间、四号杆的下端与一号杆的下端之间也分别用水平索连接且下端的四根水平索形成下矩形，且下矩形相对于上矩形具有偏转角度，在三号杆上端、四号杆上端、一号杆下端、四号杆下端上分别设置有一号步进驱动电机、二号步进驱动电机、三号步进驱动电机、四号步进驱动电机，一号步进驱动电机的输出端与一号杆的上端之间、二号步进驱动电机的输出端与二号杆的上端之间、三号步进驱动电机的输出端与三号杆的下端之间、四号步进驱动电机的输出端与二号杆的下端之间分别设置有对角索，一号杆的上端与四号杆的下端之间、二号杆的上端与一号杆的下端之间、三号杆的上端与二号杆的下端之间、四号杆的上端与三号杆的下端之间分别设置有斜索。
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