CN107697176B - 十二自由度六面体机器人 - Google Patents

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Abstract

十二自由度六面体机器人,包括第一至第八顶点、第一至第六交叉面。第一顶点分别与第一交叉面、第二交叉面、第六交叉面相连;第二顶点分别与第二交叉面、第三交叉面、第六交叉面相连;第三顶点分别与第三交叉面、第四交叉面、第六交叉面相连;第四顶点分别与第四交叉面、第一交叉面、第六交叉面相连;第五顶点分别与第一交叉面、第二交叉面、第五交叉面相连:第六顶点分别与第二交叉面、第三交叉面、第五交叉面相连;第七顶点分别与第三交叉面、第四交叉面、第五交叉面相连;第八顶点分别与第四交叉面、第一交叉面、第五交叉面相连.通过上述连接,该机器人能够实现空间多种姿态的变化和地面快速移动。

Description

十二自由度六面体机器人
技术领域
本发明涉及六面体机器人,具体涉及十二自由度六面体机器人。
背景技术
中国专利申请CN103407508B公开了十二自由度四面体机器人。该机构由四个顶点组件和六个支链组成,在电机控制下可实现空间多种姿态的变化,其运动轨迹为不规则三角形轨迹,无法实现精确方位的移动。
中国专利申请CN101890714A公开了一种单自由度连杆移动机器人。通过控制电机转动,该机器人可实现直行及转向功能。但由于自由度较少,机器人运动灵活性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题:在已有多面体移动机构的基础上,拓展出一种多自由度六面体移动机器人,增强机构变形能力,使其能够实现灵活移动功能,提高机构的运动性能。
本发明的技术方案:
十二自由度六面体机器人,其特征在于:包括第一至第八顶点、第一至第六交叉面。
所述的第一顶点均布有第一至第三电机,分别与第一、第二、第六交叉面通过电机轴连接。
所述的第二顶点均布三处连接孔,分别与第二、第三、第六交叉面通过销轴连接,构成转动副。
所述的第三顶点均布有第四至第六电机,分别与第三、第四、第六交叉面通过电机轴连接。
所述的第四顶点均布三处连接孔,分别与第四、第一、第六交叉面通过销轴连接,构成转动副。
所述的第五顶点均布有第七至第九电机,分别与第一、第二、第五交叉面通过电机轴连接。
所述的第六顶点均布三处连接孔,分别与第二、第三、第五交叉面通过销轴连接,构成转动副。
所述的第七顶点均布有第十至第十二电机,分别与第三、第四、第五交叉面通过电机轴连接。
所述的第八顶点均布三处连接孔,分别与第四、第一、第六交叉面通过销轴连接,构成转动副。
所述的第一顶点包括:第一至第三电机、连接法兰。
所述的第一电机为舵机,舵机上分别设有一组安装孔和两个舵盘。
所述的连接法兰为三叉式结构,侧面开有螺纹孔,用于与电机安装孔对应连接固定。
所述的连接法兰分别与第一至第三电机通过螺钉固定连接。
所述的第二顶点包括:第一至第三配重块、固定法兰。
所述的第一配重块两侧开有一组固定孔,侧面中部设有连接孔,与第一电机质量相同。
所述的固定法兰为三叉式结构,侧面开有螺纹孔,用于与第一至第三配重块上的螺纹孔连接固定。
所述的固定法兰分别与第一至第三配重块通过螺钉固定连接。
第二至第十二配重块与第一配重块的结构和尺寸完全相同。
所述的第一、第三、第五、第七顶点的结构和尺寸相同。
所述的第二、第四、第六、第八顶点的结构和尺寸相同。
所述的第一交叉面包括:第一至第四U型杆、第一至第四十字轴、十字连接块。
所述的十字连接块与第一至第四U型杆分别通过第一至第四十字轴构成万向铰接。
所述的第一至第六交叉面的结构和尺寸完全相同。
十二自由度六面体机器人在交叉面的十字连接块单独着地时,可实现服从伯努利分布的随机翻转;由于十字连接块连接四根U型杆,构成四个三角面,机器人在方向偏转时向任意侧翻转概率相等,均为1/4。
机器人实现一步概率翻转的步骤如下:
a1.第一顶点的第一电机、第三顶点的第四电机、第五顶点的第七电机、第七顶点的第十电机(G1)分别沿逆时针转动30°,第五交叉面的十字连接块单独着地,机器人进行概率翻转。
a2.机器人随机选择后,第六、第七顶点触地。
a3.由于机器人质心在地面的投影超出地面支撑区域,机器人沿FG轴线翻转,第二、第三、第六、第七顶点触地。
a4.第一顶点的第一电机、第三顶点的第四电机、第五顶点的第七电机、第七顶点的第十电机(G1)分别沿顺时针转动30°,机器人回复为正六面体外型。
完成机器人一步概率翻转的运动。
附图说明
图1十二自由度六面体机器人三维图
图2第一顶点三维图
图3第二顶点三维图
图4第一交叉面三维图
图5第一电机三维图
图6连接法兰三维图
图7第一配重块三维图
图8固定法兰三维图
图9第一U型杆三维图
图10十字轴三维图
图11十字连接块三维图
图12十二自由度六面体机器人概率翻转运动图
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
十二自由度六面体机器人,如图1所示,包括第一至第八顶点A、B、C、D、E、F、G、H,第一至第六交叉面I、J、K、L、M、N。
第一顶点A均布有第一至第三电机A1、A2、A3,分别与第一、第二、第六交叉面I、J、N通过电机轴连接。
第二顶点B均布三处连接孔,分别与第二、第三、第六交叉面J、K、N通过销轴连接,构成转动副。
第三顶点C均布有第四至第六电机C1、C2、C3,分别与第三、第四、第六交叉面K、L、N通过电机轴连接;
第四顶点D均布三处连接孔,分别与第四、第一、第六交叉面L、I、N通过销轴连接,构成转动副;
第五顶点E均布有第七至第九电机E1、E2、E3,分别与第一、第二、第五交叉面I、J、N通过电机轴连接。
第六顶点F均布三处连接孔,分别与第二、第三、第五交叉面J、K、M通过销轴连接,构成转动副。
第七顶点G均布有第十至第十二电机G1、G2、G3,分别与第三、第四、第五交叉面K、L、N通过电机轴连接。
第八顶点H均布三处连接孔,分别与第四、第一、第六交叉面L、I、M通过销轴连接,构成转动副。
如图2所示,第一顶点A包括:第一至第三电机A1、A2、A3,连接法兰A4。
如图5所示,第一电机A1为舵机,舵机上分别设有一组安装孔A1a和两个舵盘A1b。
如图6所示,连接法兰A4为三叉式结构,侧面开有螺纹孔,用于与电机安装孔对应连接固定。
连接法兰A4分别与第一至第三电机A1、A2、A3通过螺钉固定连接。
如图3所示,第二顶点B包括:第一至第三配重块B1、B2、B3和固定法兰B4。
如图7所示,第一配重块两侧开有一组固定孔,侧面中部设有连接孔,与第一电机质量相同。
如图8所示,固定法兰B4为三叉式结构,侧面开有螺纹孔,用于与第一至第三配重块B1、B2、B3上的螺纹孔连接固定。
固定法兰B4分别与第一至第三配重块B1、B2、B3通过螺钉固定连接。
第二至第十二配重块与第一配重块的结构和尺寸完全相同。
第一、第三、第五、第七顶点A、C、E、G的结构和尺寸相同。
第二、第四、第六、第八顶点B、D、F、H的结构和尺寸相同。
如图4、9、10、11所示,第一交叉面I包括:第一至第四U型杆I1、I2、I3、I4,第一至第四十字轴I5、I6、I7、I8和十字连接块I9。
十字连接块I9与第一至第四U型杆I1、I2、I3、I4分别通过第一至第四十字轴I5、I6、I7、I8构成万向铰接。
第一至第六交叉面I、J、K、L、M、N的结构和尺寸完全相同。
十二自由度六面体机器人在交叉面的十字连接块单独着地时,可实现服从伯努利分别的随机翻转;由于十字连接块连接四根U型杆,构成四个三角面,机器人在方向偏转时向任意侧翻转概率相等,均为1/4。如图12所示,机器人实现一步概率翻转的步骤如下:
a1.第一顶点A的第一电机A1、第三顶点C的第四电机C1、第五顶点E的第七电机E1、第七顶点G的第十电机G1分别沿逆时针转动30°,第五交叉面M的十字连接块M9单独着地,机器人进行概率翻转。
a2.机器人随机选择后,第六、第七顶点F、G触地。
a3.由于机器人质心在地面的投影超出地面支撑区域,机器人沿FG轴线翻转,第二、第三、第六、第七顶点B、C、F、G触地。
a4.第一顶点A的第一电机A1、第三顶点C的第四电机C1、第五顶点E的第七电机E1、第七顶点G的第十电机G1分别沿顺时针转动30°,机器人回复为正六面体外型。
完成机器人一步概率翻转的运动。

Claims (3)

1.十二自由度六面体机器人,其特征在于:包括第一至第八顶点(A、B、C、D、E、F、G、H)、第一至第六交叉面(I、J、K、L、M、N);
所述的第一顶点(A)均布有第一至第三电机(A1、A2、A3),分别与第一、第二、第六交叉面(I、J、N)通过电机轴连接;
所述的第二顶点(B)均布三处连接孔,分别与第二、第三、第六交叉面(J、K、N)通过销轴连接,构成转动副;
所述的第三顶点(C)均布有第四至第六电机(C1、C2、C3),分别与第三、第四、第六交叉面(K、L、N)通过电机轴连接;
所述的第四顶点(D)均布三处连接孔,分别与第四、第一、第六交叉面(L、I、N)通过销轴连接,构成转动副;
所述的第五顶点(E)均布有第七至第九电机(E1、E2、E3),分别与第一、第二、第五交叉面(I、J、N)通过电机轴连接;
所述的第六顶点(F)均布三处连接孔,分别与第二、第三、第五交叉面(J、K、M)通过销轴连接,构成转动副;
所述的第七顶点(G)均布有第十至第十二电机(G1、G2、G3),分别与第三、第四、第五交叉面(K、L、N)通过电机轴连接;
所述的第八顶点(H)均布三处连接孔,分别与第四、第一、第六交叉面(L、I、M)通过销轴连接,构成转动副。
2.根据权利要求1所述十二自由度六面体机器人,其特征在于:
所述的第一顶点(A)包括:第一至第三电机(A1、A2、A3)、连接法兰(A4);
所述的第一电机(A1)为舵机,舵机上分别设有一组安装孔(A1a)和两个舵盘(A1b);
所述的连接法兰(A4)为三叉式结构,侧面开有螺纹孔,用于与电机安装孔对应连接固定;
所述的连接法兰(A4)分别与第一至第三电机(A1、A2、A3)通过螺钉固定连接;
所述的第二顶点(B)包括:第一至第三配重块(B1、B2、B3)、固定法兰(B4);
所述的第一配重块(B1)两侧开有一组固定孔(B1a),侧面中部设有连接孔(B1b),与第一电机(A1)质量相同;
所述的固定法兰(B4)为三叉式结构,侧面开有螺纹孔,用于与第一至第三配重块(B1、B2、B3)上的螺纹孔连接固定;
所述的固定法兰(B4)分别与第一至第三配重块(B1、B2、B3)通过螺钉固定连接;
第二至第十二配重块(B2、B3、D1、D2、D3、F1、F2、F3、H1、H2、H3)与第一配重块(B1)的结构和尺寸完全相同;
所述的第一、第三、第五、第七顶点(A、C、E、G)的结构和尺寸相同;
所述的第二、第四、第六、第八顶点(B、D、F、H)的结构和尺寸相同;
所述的第一交叉面(I)包括:第一至第四U型杆(I1、I2、I3、I4)、第一至第四十字轴(I5、I6、I7、I8)、十字连接块(I9);
所述的十字连接块(I9)与第一至第四U型杆(I1、I2、I3、I4)分别通过第一至第四十字轴(I5、I6、I7、I8)构成万向铰接;
所述的第一至第六交叉面(I、J、K、L、M、N)的结构和尺寸完全相同。
3.根据权利要求2所述十二自由度六面体机器人,其特征在于:
十二自由度六面体机器人在交叉面的十字连接块单独着地时,可实现服从伯努利分布的随机翻转;由于十字连接块连接四根U型杆,构成四个三角面,机器人在方向偏转时向任意侧翻转概率相等,均为1/4;
机器人实现一步概率翻转的步骤如下:
a1.第一顶点(A)的第一电机(A1)、第三顶点(C)的第四电机(C1)、第五顶点(E)的第七电机(E1)、第七顶点(G)的第十电机(G1)分别沿逆时针转动30°,第五交叉面(M)的十字连接块(M9)单独着地,机器人进行概率翻转;
a2.机器人随机选择后,第六、第七顶点(F、G)触地;
a3.由于机器人质心在地面的投影超出地面支撑区域,机器人沿FG轴线翻转,第二、第三、第六、第七顶点(B、C、F、G)触地;
a4.第一顶点(A)的第一电机(A1)、第三顶点(C)的第四电机(C1)、第五顶点(E)的第七电机(E1)、第七顶点(G)的第十电机(G1)分别沿顺时针转动30°,机器人回复为正六面体外型;
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