CN106272468A - 两自由度可折叠移动机器人 - Google Patents

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Abstract

两自由度可折叠移动机器人，包括：第一杆件、第二杆件、第三杆件、第四杆件、第五杆件、第六杆件、第一电机、第二电机。第一杆件B端与第二杆件C端、第三杆件F端与第四杆件G端分别通过连接轴实现两杆件相互转动连接，第五杆件球壳端与第六杆件球形端通过球副连接实现两杆件之间相对转动；第一杆件A端与第四杆件H端通过第一电机相连，短连接轴中端与第一连杆A端配合实现两杆件相互转动连接；第二杆件D端与长连接轴中端通过第二电机相连，第三杆件E端与长连接轴中端配合实现两杆件相互转动连接；第五连杆叉形端与短连接轴配合连接，第六连杆叉形端与长连接轴配合连接。该机器人具有两个自由度，可通过两个电机控制实现全向移动和折叠功能。

Description

两自由度可折叠移动机器人
技术领域
本发明涉及移动机器人，具体涉及两自由度可折叠移动机器人。
背景技术
并联机构具有高刚度、高精度、强承载等优势，在移动机器人领域得以应用。其中三支链并联机构由于结构简单、种类较多被广泛研究和应用。空间连杆机构具有结构紧凑、变形丰富的特点。空间单自由度连杆机构由于结构简单、控制难度低在研究和应用方面取得关注。由空间连杆机构与并联支链组合构成的可折叠移动机器人，综合了并联机构的移动功能和空间连杆机构的折展功能，具有重要的科研和应用价值。
中国专利CN103213130A公开了一种可折叠移动机器人，由三个驱动支链与上下缩放平台构成，具有丰富的变形能力。但是该机器人结构复杂，需要五个驱动来实现机器人的确定运动，增加了控制难度，降低了运动可靠性。
中国专利公开号105690375A公开了一种单自由度四杆移动机器人及其控制方法，采用杆件质量不同的方式改变整体重心，实现机器人转向功能。但是该机器人运动轨迹与其最大驱动角度之间关系不确定，连续转动方向不可控。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提供一种两自由度可折叠移动机器人，解决三支链并联机构折叠功能受限及单自由度空间四杆机构转向问题。
本发明的技术方案：
两自由度可折叠移动机器人，包括：第一杆件、第二杆件、第三杆件、第四杆件、第五杆件、第六杆件、第一电机、第二电机；所述的第一杆件B端与第二杆件C端、第三杆件F端与第四杆件G端分别通过连接轴实现两个杆件相互转动的连接，第五杆件球壳端与第六杆件球形端通过球副连接实现两个杆件之间的相互转动；所述的第一杆件A端与第四杆件H端通过第一电机相连，短连接轴中端与第一杆件A端配合实现两个杆件相互转动连接；第二杆件D端与长连接轴中端通过第二电机相连，第三杆件E端与长连接轴中端配合实现两个杆件相互转动连接；所述的第五杆件叉形端与短连接轴配合连接，第六杆件叉形端与长连接轴配合连接。
第一至第四杆件通过转动连接依次相连，构成空间单自由度四杆机构。
第一至第四杆件的轴线夹角分别为60°。
连接轴两端设有卡簧槽，用于对所连接两杆件进行轴向固定；短连接轴两端及中部均设有卡簧槽，用于对所连接两杆件进行轴向固定；长连接轴两端及中部均设有卡簧槽，用于对所连接两杆件进行轴向固定。
第一电机的短电机轴穿过第四杆件H端与第一杆件A端通过顶丝固定连接；第二电机的长电机轴依次穿过第二杆件的D端与第三杆件的E端与长连接轴通过顶丝固定连接。
实现机器人的滚动功能，包含以下顺序的控制步骤：步骤a1，对第一、第二电机进行调速，使第一电机转速为第二电机的二倍；调整第一电机、第二电机，使第一杆件与第四杆件之间的夹角为60°；步骤a2，第一电机顺时针转动，第二电机逆时针转动，使机器人整体前倾，直至第二杆件和第三杆件接触地面；步骤a3，第一电机逆时针转动，第二电机顺时针转动，使第一杆件与第四杆件之间的夹角为60°；步骤a4，第一电机逆时针转动，第二电机逆时针转动，使机器人整体向右侧倾斜，直至第六杆件着地，并由第二杆件杆件与第六杆件与地面接触支撑；步骤a5，第一电机顺时针转动，第二电机顺时针转动，使第一杆件与第四杆件之间的夹角为60°；步骤a6，第一电机顺时针转动，第二电机顺时针转动，使机器人整体向右侧倾斜，直至第三杆件着地，并由第三杆件与第六杆件与地面接触支撑；步骤a7，第一电机逆时针转动，第二电机逆时针转动，使第一杆件与第四杆件之间的夹角为60°；步骤a8，第一电机逆时针转动，第二电机逆时针转动，使机器人整体向左侧倾斜，直至第二杆件着地，并由第二杆件与第三杆件与地面接触支撑；步骤a9，第一电机顺时针转动，第二电机顺时针转动，使第一杆件与第四杆件之间的夹角为60°；以此完成机器人的一个滚动周期步态，多个周期的滚动步态可实现机器人的连续移动功能。
实现机器人的折叠功能，包含以下顺序的控制步骤：步骤b1，对第一、第二电机进行调速，使第一电机转速为第二电机的二倍；调整第一电机、第二电机，使第一杆件与第四杆件之间的夹角为60°；步骤b2，第一电机逆时针转动，第二电机顺时针转动，直至机器人整体折叠为柱状。
本发明的有益效果：
本发明所述的两自由度可折叠移动机器人，通过两个电机进行驱动和控制实现机器人的滚动运动和折叠功能。机器人既可以直行，也可以转弯，并具有一定的越障能力。机器人可折叠为棍状，方便存放和运输。该机器人结构简单，成本低廉，易于制造和工程实现，可用于制作军用探测机器人。
附图说明
图1两自由度可折叠移动机器人的整体三维图
图2第一杆件和第二杆件连接示意图
图3第五杆件和第六杆件连接示意图
图4第一杆件三维图
图5第二杆件三维图
图6第三杆件三维图
图7第四杆件三维图
图8连接轴三维图
图9短连接轴三维图
图10长连接轴三维图
图11第一杆件与第一电机连接示意图
图12长连接轴与第二电机连接示意图
图13两自由度可折叠移动机器人运动过程示意图
图14两自由度可折叠移动机器人折叠过程示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
两自由度可折叠移动机器人，该机器人整体如图1所示，包括第一杆件1，如图4所示；第二杆件2，如图5所示；第三杆件3，如图6所示；第四杆件4，如图7所示；第五杆件5，第六杆件6，如图3所示；第一电机7；如图4所示，第二电机8；如图2所示，第一杆件1B端与第二杆件2C端、第三杆件3F端与第四杆件4G端分别通过连接轴9实现两个杆件相互转动的连接；如图3所示，第五杆件5球壳端与第六杆件6球形端通过球副连接实现两个杆件之间的相互转动；如图11所示，第一杆件1A端与第四杆件4H端通过第一电机7相连，短连接轴10中端与第一杆件1A端配合实现两个杆件相互转动连接；如图12所示，第二杆件2D端与长连接轴11中端通过第二电机8相连，第三杆件3E端与长连接轴11中端配合实现两个杆件相互转动连接；如图1所示，第五杆件5叉形端与短连接轴10配合连接，第六杆件6叉形端与长连接轴11配合连接。
如图1所示，第一杆件1、第二杆件2、第三杆件3、第四杆件4通过转动连接依次相连，构成空间单自由度四杆机构。
如图4所示，第一杆件1的轴线夹角为60°；如图5所示，第二杆件2的轴线夹角为60°；如图6所示，第三杆件3的轴线夹角为60°；如图7所示，第四杆件4的轴线夹角为60°。
如图8所示，连接轴9两端设有卡簧槽，用于对所连接两杆件进行轴向固定；如图9所示，短连接轴10两端及中部均设有卡簧槽，用于对所连接两杆件进行轴向固定；如图10所示，长连接轴11两端及中部均设有卡簧槽，用于对所连接两杆件进行轴向固定。
如图11所示，第一电机7的短电机轴穿过第四杆件4H端与第一杆件1A端通过顶丝固定连接；如图12所示，第二电机8的长电机轴依次穿过第二杆件2的D端与第三杆件3的E端与长连接轴11通过顶丝固定连接。
如图13所示，实现机器人的滚动功能，包含以下顺序的控制步骤：
步骤a1，对第一、第二电机7、8进行调速，使第一电机7转速为第二电机8的二倍；调整第一电机7、第二电机8，使第一杆件1与第四杆件4之间的夹角为60°；
步骤a2，第一电机7顺时针转动，第二电机8逆时针转动，使机器人整体前倾，直至第二杆件2和第三杆件3接触地面；
步骤a3，第一电机7逆时针转动，第二电机8顺时针转动，使第一杆件1与第四杆件4之间的夹角为60°；
步骤a4，第一电机7逆时针转动，第二电机8逆时针转动，使机器人整体向右侧倾斜，直至第六杆件6着地，并由第二杆件2杆件与第六杆件6与地面接触支撑；
步骤a5，第一电机7顺时针转动，第二电机8顺时针转动，使第一杆件1与第四杆件4之间的夹角为60°；
步骤a6，第一电机7顺时针转动，第二电机8顺时针转动，使机器人整体向右侧倾斜，直至第三杆件3着地，并由第三杆件3与第六杆件6与地面接触支撑；
步骤a7，第一电机7逆时针转动，第二电机8逆时针转动，使第一杆件1与第四杆件4之间的夹角为60°；
步骤a8，第一电机7逆时针转动，第二电机8逆时针转动，使机器人整体向左侧倾斜，直至第二杆件2着地，并由第二杆件2与第三杆件3与地面接触支撑；
步骤a9，第一电机7顺时针转动，第二电机8顺时针转动，使第一杆件1与第四杆件4之间的夹角为60°。
以此完成机器人的一个滚动周期步态，多个周期的滚动步态可实现机器人的连续移动功能。
如图12所示，实现机器人的折叠功能，包含以下顺序的控制步骤：
步骤b1，对第一、第二电机7、8进行调速，使第一电机7转速为第二电机8的二倍；调整第一电机7、第二电机8，使第一杆件1与第四杆件4之间的夹角为60°；
步骤b2，第一电机7逆时针转动，第二电机8顺时针转动，直至机器人整体折叠为柱状。

Claims (6)

1.两自由度可折叠移动机器人，其特征在于：
包括：第一杆件(1)、第二杆件(2)、第三杆件(3)、第四杆件(4)、第五杆件(5)、第六杆件(6)、第一电机(7)、第二电机(8)；所述的第一杆件(1)B端与第二杆件(2)C端、第三杆件(3)F端与第四杆件(4)G端分别通过连接轴(9)实现两个杆件相互转动的连接，第五杆件(5)球壳端与第六杆件(6)球形端通过球副连接实现两个杆件之间的相互转动；所述的第一杆件(1)A端与第四杆件(4)H端通过第一电机(7)相连，短连接轴(10)中端与第一杆件(1)A端配合实现两个杆件相互转动连接；第二杆件(2)D端与长连接轴(11)中端通过第二电机(8)相连，第三杆件(3)E端与长连接轴(11)中端配合实现两个杆件相互转动连接；所述的第五杆件(5)叉形端与短连接轴(10)配合连接，第六杆件(6)叉形端与长连接轴(11)配合连接。
2.权利要求1所述的两自由度可折叠移动机器人，其特征在于：所述的第一至第四杆件(1、2、3、4)通过转动连接依次相连，构成空间单自由度四杆机构。
3.权利要求1所述的两自由度可折叠移动机器人，其特征在于：所述的第一至第四杆件(1、2、3、4)的轴线夹角分别为60°。
4.权利要求1所述的两自由度可折叠移动机器人，其特征在于：所述的连接轴(9)两端设有卡簧槽，用于对所连接两杆件进行轴向固定；短连接轴(10)两端及中部均设有卡簧槽，用于对所连接两杆件进行轴向固定；长连接轴(11)两端及中部均设有卡簧槽，用于对所连接两杆件进行轴向固定。
5.权利要求1所述的两自由度可折叠移动机器人，其特征在于：所述的第一电机(7)的短电机轴穿过第四杆件(4)H端与第一杆件(1)A端通过顶丝固定连接；第二电机(8)的长电机轴依次穿过第二杆件(2)的D端与第三杆件(3)的E端与长连接轴(11)通过顶丝固定连接。
6.权利要求1所述的两自由度可折叠移动机器人，其特征在于：实现机器人的滚动功能，包含以下顺序的控制步骤：
步骤a1，对第一、第二电机(7、8)进行调速，使第一电机(7)转速为第二电机(8)的二倍；调整第一电机(7)、第二电机(8)，使第一杆件(1)与第四杆件(4)之间的夹角为60°；
步骤a2，第一电机(7)顺时针转动，第二电机(8)逆时针转动，使机器人整体前倾，直至第二杆件(2)和第三杆件(3)接触地面；
步骤a3，第一电机(7)逆时针转动，第二电机(8)顺时针转动，使第一杆件(1)与第四杆件(4)之间的夹角为60°；
步骤a4，第一电机(7)逆时针转动，第二电机(8)逆时针转动，使机器人整体向右侧倾斜，直至第六杆件(6)着地，并由第二杆件(2)杆件与第六杆件(6)与地面接触支撑；
步骤a5，第一电机(7)顺时针转动，第二电机(8)顺时针转动，使第一杆件(1)与第四杆件(4)之间的夹角为60°；
步骤a6，第一电机(7)顺时针转动，第二电机(8)顺时针转动，使机器人整体向右侧倾斜，直至第三杆件(3)着地，并由第三杆件(3)与第六杆件(6)与地面接触支撑；
步骤a7，第一电机(7)逆时针转动，第二电机(8)逆时针转动，使第一杆件(1)与第四杆件(4)之间的夹角为60°；
步骤a8，第一电机(7)逆时针转动，第二电机(8)逆时针转动，使机器人整体向左侧倾斜，直至第二杆件(2)着地，并由第二杆件(2)与第三杆件(3)与地面接触支撑；
步骤a9，第一电机(7)顺时针转动，第二电机(8)顺时针转动，使第一杆件(1)与第四杆件(4)之间的夹角为60°；
以此完成机器人的一个滚动周期步态，多个周期的滚动步态可实现机器人的连续移动功能；
实现机器人的折叠功能，包含以下顺序的控制步骤：
步骤b1，对第一、第二电机(7、8)进行调速，使第一电机(7)转速为第二电机(8)的二倍；调整第一电机(7)、第二电机(8)，使第一杆件(1)与第四杆件(4)之间的夹角为60°；
步骤b2，第一电机(7)逆时针转动，第二电机(8)顺时针转动，直至机器人整体折叠为柱状。
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