CN107053137B - 一种可变形折叠的移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变形折叠的移动机器人，其包括第一平台、第二平台，以及连接第一和第二平台的第一至第四支链；其中，第一和第二平台均为等边四连杆机构，该等边四连杆机构的连杆构件之间形成轴线相互平行的第一转动副连接，且其中的各个连杆构件均可被折叠到由第一转动副的轴线所共同限定的平面内；第一至第四支链的两个端部分别与第一和第二平台通过虎克铰相连，且第一至第四支链均包括两根相互之间形成第二转动副连接的驱动杆；虎克铰的两条转动轴线中的一条与第一转动副的轴线共线，另一条与第二转动副的轴线平行。本发明的机器人具有较强的变形折叠能力和较大的体积伸缩比，不仅运动形式多样，可以适应多种地形，而且便于携带与运输。

Description

一种可变形折叠的移动机器人

技术领域

本发明涉及一种移动机器人，尤其是一种可变形折叠的移动机器人。

背景技术

并联机构是一种由多个并行链所构成的闭环系统，与传统的串联机构相比，具有高刚度、高精度、高承载能力、结构简单紧凑以及易于实现高速运动等一系列优点，吸引了国内外学术界与工程界的广泛关注，其应用也几乎涉及了现代尖端技术的各个领域。目前，已有研究者将并联机构应用于移动机器人，且这种并联移动机器人在某些方面的性能优于车轮移动式机器人和履带移动式机器人。

缩放机构是指自身具有大范围的空间变形(包括空间体积的改变和外观形状的改变)能力的一类机构。这类机构易于模块化，便于存放和运输，具有很高的实用性和经济性。由于具有出色的变形能力和变形时的美观性，缩放机构在太空设备中和建筑设计中得到了广泛的应用。

中国专利文献CN 105109573A公开了一种可变形三棱柱机器人，其由上下平台和三条可自转的支链组成，可以实现滚动与折叠。但是，该机器人不仅上下平台无法折叠，而且支链无法完全折叠，由此不具有步行的能力，且折叠能力非常有限。

中国专利文献CN 103213130A公开了一种可折叠移动机器人，其由上下平台和三条带有移动副的支链组成，可以实现管道内的爬行。然而，该机器人移动方式较少、移动能力较弱，虽然上下平台可以折叠，但是支链并没有折叠功能，从而大大降低了整体折叠能力，功能单一。

中国专利文献CN 103192368A公开了一种可变平台的并联移动机构，该机构包括下平台、上平台以及第一至第三支链；第一至第三支链的两端分别与上平台和下平台的相应顶点之间通过销钉固定连接。通过三个支链的转动，以及上平台和下平台的缩放实现较大范围的空间变形和移动。该机器人的上平台和下平台虽然可以缩放，但是无法折叠，而且支链无法完全折叠，折叠能力非常有限。

中国专利文献CN 102248532A公开了一种空间三自由度并联机器人，该机器人由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条支链组成。其中，两条支链由运动平台到固定平台分别由转动铰、虎克铰、转动铰以及它们之间的连杆组成，另一条支链由运动平台到固定平台由两个虎克铰、转动铰以及它们之间的连杆组成。同样地，该机器人不仅运动平台和固定平台无法折叠，而且支链无法完全折叠，折叠能力非常有限。

因此，有必要对现有的移动机器人进行改进。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种可变形折叠的移动机器人，其不仅具有较强的折叠功能，而且能够更灵活地进行多种模式的滚动和步行运动。

为了实现上述的主要发明目的，本发明提供了一种可变形折叠的移动机器人，包括第一平台、第二平台，以及连接第一平台和第二平台的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，其中：

第一平台和第二平台均为等边四连杆机构，组成等边四连杆机构的连杆构件之间形成轴线相互平行的第一转动副连接，且等边四连杆机构被构造为使得其中的各个连杆构件均可被折叠到由第一转动副的轴线所共同限定的平面内；

第一支链、第二支链、第三支链和第四支链的两个端部分别与第一平台和第二平台通过虎克铰相连，且第一支链、第二支链、第三支链和第四支链均包括两根相互之间形成第二转动副连接的驱动杆；其中，虎克铰的两条转动轴线中的一条与第一转动副的轴线共线，另一条与第二转动副的轴线平行。

上述技术方案中，第一平台和第二平台中的各个连杆构件均可被折叠到由第一转动副的轴线所共同限定的平面内，从而使得移动机器人具有较强的折叠功能，便于携带和运输。同时，连接第一平台与第二平台的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链均为U-R-U支链，从而使得机器人能够更灵活地进行多种模式的滚动和步行运动。

优选地，同一支链上的两个虎克铰之间可相互嵌套，以使得该两个虎克铰的两条转动轴线之间分别同轴；第一支链和第三支链相对设置(即第一支链和第三支链分别设置在第一平台和第二平台的两个对角位置处)，且第一支链和第三支链之间可在第一平台和第二平台的变形带动下相互嵌套；第二支链和第四支链相对设置，且第二支链和第四支链之间可在第一平台和第二平台的变形带动下相互嵌套。

由以上技术方案可见，整个移动机器人可以被完全折叠为平面状态，从而进一步促进移动机器人在折叠状态下的小型化，不仅具有进一步增强的折叠功能，而且可降低完全折叠的机器人在携带和运输过程中损坏的可能性。另外，由于同一支链上的两个虎克铰之间可相互嵌套合并为一个虎克铰，且相对设置的两条支链之间可相互嵌套合并为一条支链，因此移动机器人具有更为多样的移动方式。

根据本发明的一种具体实施方式，位于第一平台和第二平台对角位置的两个第一转动副处分别设置有一个折叠电机，该折叠电机用于绕该第一转动副的轴线折叠第一平台和第二平台，以实现第一平台和第二平台的自动折叠，并为机器人的移动提供驱动力。

根据本发明的另一具体实施方式，第一支链的两根驱动杆之间设置有在二者之间形成转动副的第一驱动电机；第二支链的驱动杆和虎克铰之间分别设置有在二者之间形成转动副的两个第二驱动电机；第三支链的两根驱动杆之间设置有在二者之间形成转动副的第三驱动电机；第四支链的驱动杆和虎克铰之间分别设置有在二者之间形成转动副的两个第四驱动电机。

优选地，第一平台和第二平台均包括有分别用于驱动第一支链、第二支链、第三支链和第四支链绕第一转动副的轴线转动的多个转动电机。

本发明的移动机器人具有较强的变形折叠能力、较大的体积伸缩比，可实现包括完全折叠在内的多种折叠方式，折叠后体积小，便于携带与运输。另外，本发明的移动机器人具有例如滚动和步行的多种移动方式，滚动和步行的形式多样，适应多种场合，可以应用于灾害救援、战场侦查、星球探索等方面。

基于上述特性，本发明的变形折叠移动机器人还具有多种特殊用途。举例来说，由于具有不同折叠方式和多种运动模式，本发明的机器人具有良好的隐蔽能力，并易于通过各种复杂地形，从而可以用作远程投射侦查机器人。

为了更清楚地阐述本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明可折叠移动机器人优选实施例的主体结构图；

图2是图1所示可折叠移动机器人中第一平台A的结构图；

图3是图1所示可折叠移动机器人中第一连接杆24的结构示意图；

图4是图1所示可折叠移动机器人中第二连接杆26的结构示意图；

图5是图1所示可折叠移动机器人中第一转动电机25的连接结构图；

图6是图1所示可折叠移动机器人中第四连接杆28的结构示意图；

图7是图1所示可折叠移动机器人中第二转动电机29的连接结构图；

图8是图1所示可折叠移动机器人中第七连接杆34的结构示意图；

图9是图1所示可折叠移动机器人中第八连接杆36的结构示意图；

图10是图1所示可折叠移动机器人中第九连接杆33的结构示意图；

图11是图1所示可折叠移动机器人中第一驱动杆2的结构示意图；

图12是图1所示可折叠移动机器人中第二驱动杆3的结构示意图；

图13是图1所示可折叠移动机器人中驱动电机18的结构图；

图14是图1所示可折叠移动机器人中第一驱动杆2与第二驱动杆3的连接结构图；

图15是图1所示可折叠移动机器人中第二U型虎克铰4的结构图；

图16是图1所示可折叠移动机器人中第一转动电机25的结构图；

图17是图1所示可折叠移动机器人中第三驱动杆6与第四驱动杆7的连接结构图；

图18是图1所示可折叠移动机器人中杆10的结构示意图；

图19是图1所示可折叠移动机器人中杆11的结构示意图；

图20是图1所示可折叠移动机器人中第六驱动杆12的结构示意图；

图21是图1所示可折叠移动机器人中驱动电机21与第五驱动杆之间的连接结构图；

图22是图1所示可折叠移动机器人中第五驱动杆与第六驱动杆12的连接结构图；

图23是图1所示可折叠移动机器人中第二L型虎克铰13的结构图；

图24是图1所示可折叠移动机器人中第二中空L型虎克铰17的结构图；

图25是图1所示可折叠移动机器人中L型驱动电机23的结构图；

图26是图1所示可折叠移动机器人中第二中空L型虎克铰17与L型驱动电机23的连接结构图；

图27是图1所示可折叠移动机器人中第二中空L型虎克铰17的连接结构图；

图28是图1所示可折叠移动机器人中第七驱动杆15与第八驱动杆16的连接结构图；

图29是图1所示可折叠移动机器人中第一平台A与第一折叠电机31之间的连接结构图；

图30是图1所示可折叠移动机器人中第二U型虎克铰4与第一平台A的连接结构图；

图31a-c是图1所示可折叠移动机器人的横向折叠结构图；

图32a-f是图1所示可折叠移动机器人的纵向折叠结构图；

图33a-c是图1所示可折叠移动机器人的六边形滚动状态图；

图34a-b是图1所示可折叠移动机器人的四边形滚动状态图；

图35a-c是图1所示可折叠移动机器的步行运动状态图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例作进一步的详细说明。

图1示出了作为本发明一种优选实施例的可变形折叠移动机器人。如图1所示，该移动机器人包括第一平台A、第二平台B，以及连接第一平台A和第二平台B的第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ。其中，第一平台A和第二平台B的结构相同，二者均为等边四连杆机构，组成该等边四连杆机构的连杆构件之间形成轴线相互平行的第一转动副连接，且等边四连杆机构被构造为使得其中的各个连杆构件均可被折叠到由第一转动副的轴线所共同限定的平面内。

具体地，参见图2所示第一平台A的结构图，第一平台A包括由第一连接杆24和第二连接杆26构成的第一连杆构件、由第三连接杆27和第四连接杆28构成的第二连杆构件、由第五连接杆30和第六连接杆32构成的第三连杆构件、由第七连接杆34和第八连接杆36构成的第四连杆构件、以及与第四连杆构件和第三连杆构件同轴地铰接的第九连接杆33。其中，第一连杆构件、第二连杆构件、第三连杆构件和第四连杆构件组成等边四连杆机构，相应连杆构件之间形成轴线相互平行的第一转动副连接，且第四连杆构件、第一连杆构件、第二连杆构件和第三连杆构件沿第一转动副的轴线方向依次设置。

第一平台A还包括第一转动电机25、第二转动电机29、第三转动电机35和第四转动电机37，以及第一折叠电机31和第二折叠电机38。其中，第一折叠电机31和第二折叠电机38位于第一平台A的对角位置，用于绕第一转动副的轴线折叠第一平台；第一平台A中的转动电机25、29、35和37分别用于驱动第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ绕第一转动副的轴线转动。第二平台B上同样设置有四个转动电机39、40、42和44，以及两个折叠电机41和43。由于第二平台B具有与第一平台A相同的结构，故在此省略对其的详细描述。

再次参见图1，第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ的两个端部分别与第一平台A和第二平台B通过虎克铰相连，且第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ均包括两根相互之间形成第二转动副连接的驱动杆；虎克铰的两条转动轴线中的一条与第一转动副的轴线共线，另一条与第二转动副的轴线平行。

其中，同一支链上的两个虎克铰之间可相互嵌套，以使得该两个虎克铰的两条转动轴线之间分别同轴，从而合并为一个虎克铰；第一支链Ⅰ和第三支链Ⅲ相对设置，且第一支链Ⅰ和第三支链Ⅲ之间可在第一平台A和第二平台B的变形带动下相互嵌套合并为一条支链；第二支链Ⅱ和第四支链Ⅳ相对设置，且第二支链Ⅱ和第四支链Ⅳ之间可在第一平台A和第二平台B的变形带动下相互嵌套合并为一条支链。并且其中，第一支链Ⅰ的两根驱动杆之间设置有在二者之间形成转动副的第一驱动电机；第二支链Ⅱ的驱动杆和虎克铰之间分别设置有在二者之间形成转动副的两个第二驱动电机；第三支链Ⅲ的两根驱动杆之间设置有在二者之间形成转动副的第三驱动电机；第四支链Ⅳ的驱动杆和虎克铰之间分别设置有在二者之间形成转动副的两个第四驱动电机。

具体地，第一支链Ⅰ包括U型虎克铰1、相互之间通过第一驱动电机18形成第二转动副连接的第一驱动杆2和第二驱动杆3、以及U型虎克铰4；第二支链Ⅱ包括U型虎克铰5和8、与U型虎克铰5之间通过第二驱动电机19形成转动副连接的第三驱动杆6、与U型虎克铰8之间通过第二驱动电机20形成转动副连接的第四驱动杆7，且第三驱动杆6和第四驱动杆7相互之间形成第二转动副连接；第三支链Ⅲ包括L型虎克铰9、由杆10和11构成的第五驱动杆、第六驱动杆12、以及L型虎克铰13，且第五驱动杆和第六驱动杆12之间通过第三驱动电机21形成第二转动副连接；第四支链Ⅳ包括中空的L型虎克铰14和17、与中空的L型虎克铰14之间通过第四驱动电机22形成转动副连接的第七驱动杆15、与中空的L型虎克铰17之间通过第四驱动电机23形成转动副连接的第八驱动杆16，且第七驱动杆15和第八驱动杆16相互之间形成第二转动副连接。其中，驱动电机22和23均形成为L型，并分别设置在中空的L型虎克铰14和17内。

图3是第一连接杆24的结构示意图。参见图3，第一连接杆24包括：首端通孔24a，首端阶梯配合面24b，首端水平配合面24h，中端阶梯通孔24c、24d和24e，中端水平配合面24i，末端阶梯配合面24f，末端通孔24g，和末端水平配合面24j。其中，首端通孔24a与末端通孔24g分别与转动电机25(参见图5)的电机阶梯轴25d(动力输出轴)和折叠电机38(参见图2)的动力输出轴配合，中端阶梯通孔24c、24d和24e用于安装螺栓，首端阶梯配合面24b和末端阶梯配合面24f分别与转动电机25的侧端面25c和折叠电机38的侧端面相贴合，首端水平配合面24h和末端水平配合面24j分别与转动电机25的下端面25a和折叠电机38的下端面相贴合，中端水平配合面24i与第二连接杆26的中端水平配合面26j相贴合。

图4是第二连接杆26的结构示意图。参见图4所示，第二连接杆26包括：首端阶梯轴26a，首端阶梯轴配合端面26h，卡簧槽26f，首端阶梯配合面26e，首端水平配合面26i，中端水平配合面26j，中端阶梯通孔26b、26c和26d，末端阶梯配合面26g，和末端水平配合面26k。其中，首端阶梯轴26a与第三连接杆27(参见图2)的首端通孔和第四连接杆28(参见图6)的首端阶梯通孔28a配合而形成转动副，并通过在卡簧槽26f中设置卡簧而实现轴端固定；中端阶梯通孔26b、26c和26d用于安装螺栓，首端阶梯配合面26e和末端阶梯配合面26g分别与转动电机25的侧端面25c和折叠电机38的侧端面相贴合，首端水平配合面26i和末端水平配合面26k分别与转动电机25的上端面25b和折叠电机38的上端面相贴合，中端水平配合面26j与第一连接杆24的中端水平配合面24i相贴合。

图5是第一转动电机25的连接结构图。如图3-5所示，第一连接杆24与第二连接杆26通过螺栓(图中未示出)连接在一起，且中端水平配合面24i与中端水平配合面26j相贴合，第一连接杆24的首端阶梯配合面24b与第二连接杆26的首端阶梯配合面26e组成的平面与转动电机25的侧端面25c相贴合，转动电机25的上端面25b与第二连接杆26的首端水平配合面26i相贴合，转动电机25的下端面25a与第一连接杆24的首端水平配合面24h相贴合，转动电机25的电机阶梯轴25d与第一连接杆24的首端通孔24a相配合。

图6是第四连接杆28的结构示意图。参见图6所示，第四连接杆28包括：首端阶梯通孔28a，中端阶梯通孔28b、28c和28d，中端水平配合面28i，末端阶梯配合面28e，末端凸台配合面28f，末端孔28g，末端销钉通孔28h，和末端水平配合面28j。其中，首端阶梯通孔28a与第二连接杆26的首端阶梯轴26a相配合形成转动副；中端阶梯通孔28b、28c和28d用于安装固定连接第三连接杆27和第四连接杆28的螺栓；末端阶梯配合面28e和末端水平配合面28j分别与第二转动电机29(参见图7)的侧端面29c和上端面29b相贴合；末端凸台配合面28f与折叠电机31(参见29图)的动力输出轴端面31e相配合，末端孔28g和末端销钉通孔28h分别与折叠电机31的动力输出轴31d和动力输出轴销钉孔31f相配合并由销钉连接周向固定；中端水平配合面28i与第三连接杆27的中端水平配合面27g相贴合。

图7是第二转动电机29的连接结构图。如图7所示，第三连接杆27与第四连接杆28通过螺栓(图中未示出)连接在一起，且中端水平配合面27g与中端水平配合面28i相贴合，第三连接杆27的末端阶梯配合面27e与第四连接杆28的末端阶梯配合面28e组成的平面与转动电机29的侧端面29c相贴合，转动电机29的上端面29b与第四连接杆28的末端水平配合面28j相贴合，转动电机29的下端面29a与第三连接杆27的末端水平配合面27h相贴合，转动电机29的动力输出轴29d与第三连接杆27的末端通孔27f相配合。

图8是第七连接杆34的结构图。参见图8所示，第七连接杆34包括：首端通孔34a，首端阶梯配合面34b，首端水平配合面34h，中端阶梯通孔34c和34d，中端水平上配合面34i，中端水平下配合面34j，末端阶梯配合面34e，末端通孔34f，末端中空阶梯轴34g，和末端水平配合面34k。其中，首端通孔34a与转动电机37(参见图27)的电机阶梯轴37d(动力输出轴)相配合，首端阶梯配合面34b和首端水平配合面34h分别与转动电机37的侧端面37c和下端面37a相贴合，中端阶梯通孔34c和34d用于安装固定螺栓，末端阶梯配合面34e和末端水平配合面34k分别与转动电机35的侧端面和下端面相贴合，末端通孔34f与转动电机35的动力输出轴相配合，末端中空阶梯轴34g与第九连接杆33的末端通孔33b相配合形成转动副，中端水平上配合面34i与第八连接杆36(参见图9)的中端水平配合面36j相贴合，中端水平下配合面34j与第九连接杆33的末端水平配合面33d相贴合。

图9是第八连接杆36的结构图。参见图9所示，第八连接杆36包括：首端阶梯轴36a，首端电机轴安装孔36b，首端电机轴安装孔销钉孔36c，首端阶梯配合面36d，首端阶梯轴端面36h，首端水平配合面36i，中端水平配合面36j，中端阶梯通孔36e和36f，末端阶梯配合面36g，和末端水平配合面36k。其中，首端阶梯轴36a和首端电机轴安装孔36b与折叠电机38的动力输出轴相配合且首端阶梯轴端面36h与折叠电机38的动力输出轴台阶面相贴合，销钉(图中未示出)穿过首端电机轴安装孔销钉孔36c与折叠电机38的动力输出轴连接以进行轴向固定。首端阶梯配合面36d和首端水平配合面36i分别与转动电机37的侧端面37c和上端面37b相贴合，中端阶梯通孔36e和36f用于安装螺栓，末端阶梯配合面36g和末端水平配合面36k分别与转动电机35的侧端面和上端面相贴合，中端水平配合面36j与第七连接杆34的中端水平上配合面34i相贴合。

图10是第九连接杆33的结构图。如图10所示，第九连接杆33形成为U型，其包括首端通孔33a、首端水平配合面33c、末端通孔33b和末端水平配合面33d。其中，首端通孔33a通过螺钉与第六连接杆32连接在一起，末端通孔33b与第七连接杆34的末端中空阶梯轴34g配合形成转动副，首端水平配合面33c与第六连接杆32的中端水平上配合面相贴合，末端水平配合面33d与第七连接杆34的中端水平下配合面34j相贴合。

图11是第一驱动杆2的结构图，图12是第二驱动杆3的结构图，图13是驱动电机18的结构图。参见图11，第一驱动杆2包括底端通孔2a、顶端通孔2b、顶端通孔销钉孔2c、底端垂直配合面2d和顶端垂直配合面2e。如图12所示，第二驱动杆3包括底端通孔3a、底端电机安装螺纹孔3b、顶端通孔3c、左侧垂直配合面3d和右侧垂直配合面3e。如图13所示，驱动电机18包括电机轴18a、电机轴销钉孔18b、下端面18c和安装螺纹孔18d。

其中，底端通孔2a与第一U型虎克铰1的水平轴(图1中所示方位)相配合形成转动副并通过水平轴销钉孔由销钉轴向固定，顶端通孔2b与驱动电机18的电机轴18a相配合通过顶端通孔销钉孔2c和驱动电机18上的电机轴销钉孔18b用销钉周向固定，底端垂直配合面2d与第一U型虎克铰1的垂直配合面相贴合，顶端垂直配合面2e与第二驱动杆3(参见图12)的垂直配合面3d相贴合。

图14是第一驱动杆2与第二驱动杆3的连接结构图。参见图14所示，第二驱动杆3通过其底端电机安装螺纹孔3b和驱动电机18的安装螺纹孔18d与驱动电机18的机身连接在一起，驱动电机18的电机轴18a穿过第二驱动杆3的底端通孔3a与第一驱动杆2的顶端通孔2b相配合并通过第一驱动杆2的顶端通孔销钉孔2c由销钉轴向固定，且第四L型虎克铰8与驱动电机20的连接方式与此相同。驱动电机18的下端面18c与第二驱动杆3的右侧垂直配合面3e相贴合，第二驱动杆3的左侧垂直配合面3d与第一驱动杆2的顶端垂直配合面2e相贴合。

图15是第二U型虎克铰4的结构图。图16是第一转动电机25的结构图。如图15所示，第二U型虎克铰4包括水平轴4a、水平轴销钉孔4b、垂直轴孔4c、垂直轴销钉孔4d、垂直轴上端面4e和垂直配合面4f。如图16所示，第一转动电机25包括下端面25a、上端面25b、侧端面25c、电机阶梯轴25d、电机阶梯轴端面25e和电机阶梯轴销钉孔25f。

其中，第二驱动杆3的底端通孔3a与驱动电机18的电机轴18a相配合形成转动副，底端电机安装螺纹孔3b用于用螺钉安装驱动电机18，顶端通孔3c与第二U型虎克铰4的水平轴4a相配合形成转动副并通过水平轴销钉孔4b由销钉轴向固定，左侧垂直配合面3d与第二U型虎克铰4的垂直配合面4f相贴合，右侧垂直配合面3e与驱动电机18的下端面18c相贴合。

第二U型虎克铰4的垂直轴孔4c与转动电机25的电机阶梯轴25d相配合并通过垂直轴销钉孔4d由销钉轴向固定，垂直轴上端面4e与转动电机25的电机阶梯轴端面25e相贴合，垂直配合面4f与第二驱动杆3的左侧垂直配合面3d相贴合。

图17是第三驱动杆6与第四驱动杆7的连接结构图。如图17所示，第三驱动杆6的顶端阶梯轴6c与第四驱动杆7的底端通孔7a相配合形成转动副，并由销钉通过第三驱动杆6上的顶端阶梯轴销钉孔6d进行轴向固定，且第二L型虎克铰4与第二驱动杆3的连接方式与此相同。第三驱动杆6的顶端垂直配合面6g与第四驱动杆7的底端垂直配合面7d相贴合。

图18是杆10的结构图，图19是杆11的结构图，图20是第六驱动杆12的结构图。如图18所示，杆10包括：底端阶梯通孔10a和10b，顶端阶梯配合面10c，顶端通孔10d，左侧垂直配合面10e，右侧中端垂直配合面10f，和右侧顶端垂直配合面10g。参见图19，杆11包括：底端阶梯孔11a，底端阶梯通孔11b和11c，顶端阶梯面11d，底端垂直配合面11e，中端垂直配合面11f，和顶端垂直配合面11g。如图20所示，第六驱动杆12包括底端通孔12a、底端通孔销钉孔12b、顶端阶梯孔12c、底端垂直配合面12d和顶端垂直配合面12e。

图21是驱动电机21与第五驱动杆之间的连接结构图，图22是第五驱动杆与第六驱动杆12的连接结构图。如图21和22所示，构成第五驱动杆的杆10与杆11通过设置在底端阶梯通孔10a、10b以及底端阶梯通孔11b、11c中的螺栓连接在一起，且杆10的右侧中端垂直配合面10f与杆11的中端垂直配合面11f相贴合，杆10的顶端阶梯配合面10c和杆11的顶端阶梯面11d形成的平面与驱动电机21的侧端面21c相贴合，杆10的左侧垂直配合面10e与第六驱动杆12的底端垂直配合面12d相贴合。驱动电机21的上端面21b与杆11的顶端垂直配合面11g相贴合，驱动电机21的下端面21a与杆10的右侧顶端垂直配合面10g相贴合，驱动电机21的电机阶梯轴21d与杆10的顶端通孔10d相配合，由此驱动电机21被完全固定在由杆10和11构成的第五驱动杆上。驱动电机21的电机阶梯轴21d(动力输出轴)与第六驱动杆12的底端通孔12a相配合并由销钉通过电机阶梯轴销钉孔21f与第六驱动杆12的底端通孔销钉孔12b进行轴向固定。

另外，结合图1和19可知，杆11的底端阶梯孔11a通过阶梯轴连接第一L型虎克铰9，二者之间形成转动副并通过销钉轴向固定。杆11的底端垂直配合面11e与第一L型虎克铰9的垂直配合面相贴合。

图23是第二L型虎克铰13的结构图。如图23所示，第二L型虎克铰13包括水平通孔13a、水平通孔销钉孔13b、垂直通孔13c、垂直通孔销钉孔13d和垂直配合面13e。其中，水平通孔13a通过阶梯轴与第六驱动杆12的顶端阶梯孔12c形成转动副连接，且阶梯轴与第二L型虎克铰13通过水平通孔销钉孔13b由销钉轴向固定；垂直通孔13c与转动电机35的动力输出轴相配合并通过垂直通孔销钉孔13d由销钉轴向固定，垂直配合面13e与第六驱动杆12的顶端垂直配合面12e相贴合。

图24是第二中空L型虎克铰17的结构图，图25是L型驱动电机23的结构图。参见图24所示，第二中空L型虎克铰17包括水平U型孔17a、垂直孔17b、垂直孔销钉孔17c、中空水平配合面17d、垂直配合面17e和电机安装孔17f。如图25所示，L型驱动电机23包括电机轴23a、电机轴销钉孔23b、下端面23c和电机安装孔23d。

图26是第二中空L型虎克铰17与L型驱动电机23的连接结构图。如图26所示，第二中空L型虎克铰17的水平U型孔17a与L型驱动电机23外壳的电机轴23a相配合，中空水平配合面17d与L型驱动电机23的下端面23c相贴合，安装时将L型驱动电机23沿中空水平配合面17d推入L型虎克铰17，最后通过第二中空L型虎克铰17的电机安装孔17f与L型驱动电机23的电机安装孔23d用螺钉进行固连。

图27是第二中空L型虎克铰17的连接结构图。参见图27，转动电机37的电机阶梯轴37d与第七连接杆34的首端通孔34a和第二中空L型虎克铰17的垂直孔17b相配合，并由销钉通过动力输出轴销钉孔37f与第二中空L型虎克铰17的垂直孔销钉孔17c进行轴向固定。第二中空L型虎克铰17的垂直配合面17e与第八驱动杆16的顶端垂直配合面16f相贴合。安装在第二中空L型虎克铰17上的L型驱动电机23的电机轴23a与第八驱动杆16的顶端通孔16c相配合，并由销钉通过电机轴销钉孔23b与第八驱动杆16的顶端通孔销钉孔16d进行轴向固定。

图28是第七驱动杆15与第八驱动杆16的连接结构图。如图28所示，阶梯连接轴与第七驱动杆15的顶端阶梯孔15c相配合形成转动副，阶梯连接轴与第八驱动杆16的底端通孔16a相配合并由销钉通过第八驱动杆16的底端通孔销钉孔16b进行轴向固定，第七驱动杆15的顶端垂直配合面15e与第八驱动杆16的底端垂直配合面16e相贴合。

图29示出了第一平台A与第一折叠电机31之间的连接结构。如图29所示，折叠电机31的侧端面31c与第五连接杆30的首端阶梯配合面30f和第六连接杆32的首端阶梯配合面所形成的平面相贴合，折叠电机31下端面31a与第五连接杆30的首端水平配合面30g相贴合，折叠电机31的动力输出轴31d与第五连接杆30的首端通孔30a相配合，动力输出轴端面31e与第四连接杆28的末端凸台配合面28f相贴合，动力输出轴31d与第四连接杆28的末端孔28g相配合并通过末端销钉通孔28h由销钉轴向固定，由此折叠电机31的机身和动力输出轴31d分别固定在第五连接杆30和第四连接杆28上。

图30是第二U型虎克铰4的与第一平台A的连接结构图。参见图30所示，第一连接杆24的首端阶梯配合面24b与转动电机25的侧端面25c相贴合，转动电机25的下端面25a与第一连接杆24的首端水平配合面24h相贴合；转动电机25的电机阶梯轴25d与第一连接杆24的首端通孔24a和第二U型虎克铰4的垂直轴孔4c相配合，并由销钉通过电机阶梯轴销钉孔25f与垂直轴销钉孔4d进行轴向固定；第二U型虎克铰4的垂直轴上端面4e与转动电机25的电机阶梯轴端面25e相贴合。

本发明的移动机器人具有多种折叠状态和移动模式。以下分别举例说明：

图31a-c示出了可折叠移动机器人的横向折叠结构图，其中机器人处于完全折叠状态。如图31所示，第一平台A和第二平台B完全折叠，对侧的两个支链之间相互嵌套，同一支链的上下两个虎克铰之间同样相互嵌套，机器人整体上被折叠到由第一平台和第二平台中的各个第一转动副的轴线所共同限定的平面内，以收缩到最小的状态。

图32a-f示出了可折叠移动机器人的纵向折叠结构图，其中机器人处于一种非完全折叠状态。如图32所示，首先使得同一支链的上下虎克铰相互嵌套，且同一支链上的驱动杆平行重合并收缩到第一平台A和第二平台B内；然后将第一平台A和第二平台B以平行四边形变形的方式折叠收缩。

图33a-c使出了可折叠移动机器人的六边形滚动状态图。如图33所示，转动电机将四条支链调整到两个平行平面内，使得机器人形成为六边形，而后通过驱动电机的旋转使六边形变形，从而使得机器人实现六边形形式的滚动。

图34a-b示出了可折叠移动机器人的四边形滚动状态图。如图34所示，首先控制同一条支链上的驱动杆平行且同轴，而后通过折叠电机的加速旋转使得机器人实现四边形形式的滚动。

图35a-c示出了可折叠移动机器的步行运动状态图。如图35所示，首先通过两次横向折叠，使得机器人由闭链的机构形成为如图35a所示的开链的机构；然后通过相应电机的驱动，使得第一平台A和第二平台B摆动，并配合两条支链(相对的两条支链相互嵌套合并为一条支链)的开合，从而使得机器人实现步行运动。

本领域技术人员容易理解，基于本发明移动机器人的折叠和移动动力，本发明的机器人还具有更多未示出的折叠状态和移动能力，在此省略对其的详细描述。

虽然以上通过优选实施例描绘了本发明，但应当理解的是，本领域普通技术人员在不脱离本发明的发明范围内，凡依照本发明所作的同等改进，应为本发明的发明范围所涵盖。

Claims (5)

1.一种可变形折叠的移动机器人，包括第一平台、第二平台，以及连接所述第一平台和第二平台的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，其中：

所述第一平台和所述第二平台均为等边四连杆机构，组成所述等边四连杆机构的连杆构件之间形成轴线相互平行的第一转动副连接，且所述等边四连杆机构被构造为使得其中的各个连杆构件均可被折叠到由所述第一转动副的轴线所共同限定的平面内；

所述第一支链、第二支链、第三支链和第四支链的两个端部分别与所述第一平台和第二平台通过虎克铰相连，且所述第一支链、第二支链、第三支链和第四支链均包括两根相互之间形成第二转动副连接的驱动杆；其中，所述虎克铰的两条转动轴线中的一条与所述第一转动副的轴线共线，另一条与所述第二转动副的轴线平行。

2.如权利要求1所述的移动机器人，其中，同一支链上的两个虎克铰之间可相互嵌套，以使得该两个虎克铰的两条转动轴线之间分别同轴；所述第一支链和所述第三支链相对设置，且所述第一支链和所述第三支链之间可在所述第一平台和第二平台的变形带动下相互嵌套；所述第二支链和所述第四支链相对设置，且所述第二支链和所述第四支链之间可在所述第一平台和第二平台的变形带动下相互嵌套。

3.如权利要求2所述的移动机器人，其中，位于所述第一平台和第二平台对角位置的两个第一转动副处分别设置有一个折叠电机，所述折叠电机用于绕该第一转动副的轴线折叠所述第一平台和第二平台。

4.如权利要求2所述的移动机器人，其中，所述第一支链的两根驱动杆之间设置有在二者之间形成转动副的第一驱动电机；所述第二支链的驱动杆和虎克铰之间分别设置有在二者之间形成转动副的两个第二驱动电机；所述第三支链的两根驱动杆之间设置有在二者之间形成转动副的第三驱动电机；所述第四支链的驱动杆和虎克铰之间分别设置有在二者之间形成转动副的两个第四驱动电机。

5.如权利要求1所述的移动机器人，其中，所述第一平台和所述第二平台均包括有分别用于驱动所述第一支链、第二支链、第三支链和第四支链绕所述第一转动副的轴线转动的多个转动电机。