CN108082318A - 一种六杆三十索的柔性张拉整体机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种六杆三十索的柔性张拉整体机器人，属于机器人技术领域。该机器人包括三对两两平行的电动推杆、24根弹性‑刚性复合索和6根弹性索。每对平行电动推杆端部通过弹性索相连形成三个相互垂直且中心重合的平面，将12个顶点分别与周围的不同面的四个点通过弹性‑刚性复合索相连，构成骨架结构。中控芯片和电池通过附加绳索悬挂于结构中部空腔，并保留空间留作扩展功能使用。采用单片机，接收红外信号，并控制6根电动杆伸缩从而实现重心移动跨越接地三角形的一边实现自然翻滚并定向移动；本发明机器人在同等条件和能力下实现更小的体积，更适合代替人力前往特殊地形的探测活动。

Description

一种六杆三十索的柔性张拉整体机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是指一种六杆三十索的柔性张拉整体机器人。
背景技术
张拉整体结构是一类轻质、网格状的空间结构体系，由预拉伸的绳单元和预压缩的杆单元相互连接而成。张拉整体结构可以轻松改变自身结构情况，在较复杂受力情况下仍然能够保持平衡状态，并且可以通过改变单元长度实现重心转移从而实现定向移动。传统行走机器人多通过轮子履带等实现行走，在不平整路段限制较大，容错率低。为此，本发明公开一种六杆三十索的柔性张拉整体结构机器人。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种六杆三十索的柔性张拉整体机器人，该机器人结构简单，操控方便，并且通过滚动的方式进行移动，并且内部空腔可以加载功能性模块实现其他功能。
该机器人包括三对两两平行的电动推杆、24根弹性-刚性复合索和6根弹性索，每对平行电动推杆端部通过弹性索相连形成三个相互垂直且中心重合的平面，将平面的12个顶点分别与周围的不同面的四个点通过弹性-刚性复合索相连，构成骨架结构；中控芯片和电池通过附加绳索悬挂于结构中部空腔。
其中，中控芯片采用arduino或者stm32，接收红外信号，并控制6根电动杆伸缩从而实现重心移动以及定向移动。
每两根电动推杆反向对称放置以保持平衡，电动推杆伸长比大于1.4。
每一个电动推杆在底部均设有直流电机，向外引出电机线连接设置在电动推杆中部的继电器控制电路，由悬挂在中部空腔的电池和中控芯片控制。
弹性-刚性复合索包括柔性索单元和刚性索单元，柔性索具有弹性，刚性索按照最大伸长状态长度设计，使机器人在伸长状态保持高度预应力状态从而维持结构形态。
本发明机器人工作过程为：
由于6杆30索张拉整体机器人具有很高的对称性，可以根据机器人落地点的关系，将机器人的20个落地形态分为两种形态即为等边三角形(RT)和等腰三角形(IT)。利用杆的伸缩，可以实现RT-IT、IT-RT、IT-RT-IT之间的相互转换，并可以控制其方向，从而实现其移动的功能。
当在RT状态下，三个落地点的人以一根电动推杆的收缩都能够引起重心越过等边三角形的边并实现自然翻滚，之后将相应的杆伸长可以得到IT的状态，IT状态下，收缩两根对称杆中的一根或收缩两根对称杆中的一根和单独着地的杆可以实现机器人中心越过等腰三角形的收缩杆对应的等腰边从而实现自然翻滚并得到RT状态。每一次这样的移动都可以实现某一特定方向的位移，不断地叠加累计便可以实现机器人的可控移动。
柔性张拉整体机器人可以通过预先给定的程序进行伸缩移动亦可通过红外遥控器或其他任何无线传输方案控制下进行人为干预或者人为操作翻滚移动。控制板在特有的中部空腔内，仍能够使得结构保持高度的对称性从而能够用简单的方法不断操控实现复杂的功能。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
该机器人可通过六杆30索球形结构中杆的伸缩实现自由翻滚，原理简单，方便有效，在特定的复杂路况中能够保持很好的稳定性。另外，该机器人可以在同等条件和能力下实现更小的体积，更适合特殊地形的探测活动，在能量方面不需要燃油，无空气噪音污染；机器人使用的材料皆为目前厂家实现量产的产品，成本低廉，效益好，性价比极高。
附图说明
图1为本发明的六杆三十索的柔性张拉整体机器人结构示意图；
图2为本发明的6杆30索张拉整体机器人在不同的状态下不同的投影视图一；
图3为本发明的6杆30索张拉整体机器人在不同的状态下不同的投影视图二。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种六杆三十索的柔性张拉整体机器人。
如图1所示，该机器人包括三对两两平行的电动推杆(分别为1、2、3、4、5、6)、24根弹性-刚性复合索(分别为s1-s24)和6根弹性索(分别为x、x1、x2、y、y1、y2、z、z1、z2)，每对平行电动推杆端部通过弹性索相连形成三个相互垂直且中心重合的平面，将平面的12个顶点分别与周围的不同面的四个点通过弹性-刚性复合索相连，构成骨架结构；中控芯片和电池通过附加绳索悬挂于结构中部空腔。12个顶点，每个顶点都和如图1相邻的5个顶点相连接，使每个悬空点、悬空杆、悬空索都处于预应力平衡状态，具有一定的稳定性，抗干扰能力强。
每两根电动推杆反向对称放置以保持平衡，然后用六根弹性拉索分别连接三对杆的相邻定点从而形成三个平面，将三个平面的中心重合并使三个平面两两垂直构成x，y，z三个平面，每个平面分别有四个点，每个点和相邻非同平面的四个点连接弹性-钢性复合索构成六杆三十索的机器人，每一个电动推杆皆在底部设有直流电机，向外引出电机线连接设置在电动推杆中部的自行设计的继电器控制电路，由悬挂在空腔的独立电源和arduino或stm32主芯片控制，电路中，芯片连接红外接收器，解码红外信号并转换为控制信号驱动继电器吸合从而控制每根电动杆的伸缩。电路主板和独立电池电源由6根刚性拉线连接六根电动杆，使主板处于受力平衡状态，中部空腔部分还可以外接其它模块部件，是本机器人成为按需求定制的能够扩展实现更多功能的基础模块。
其中，电动推杆伸长比大于1.4，进行适当的两端平衡配重。
其中，弹性-钢性复合索包括柔性索单元和刚性索单元，柔性索具有弹性，在结构中处于相同的张紧状态，保持在杆收缩状态时能够保持柔性。刚性索按照最大伸长状态长度设计，保持机器人在伸长状态保持高度预应力状态从而维持结构形态。两索复合使用，柔性与形态兼得。
控制该机器人移动时，按照机器人RT和IT两种状态分别进行操控。处于RT如图3所示时，可以缩短一根着地杆，使得重心偏移，机器人自然翻滚。当处于IT如图2所示时，可以通过缩短对称杆中的一根或缩短对称杆中的一根杆和中部电动推杆，从而使中心偏移越过等腰边实现翻滚。由于机器人的高度对称性，其他处于稳定状态的机器人的落地点都可以通过以上方案进行重心偏移从而实现翻滚移动。在自主设计得电路中，可以通过单片机如arduino或stm32控制其无线信号转换成控制信号，操纵电动推杆的伸缩从而实现控制移动。
该机器人可通过六杆30索球形结构中杆的伸缩实现自由翻滚，原理简单，方便有效，在特定的复杂路况中能够保持很好的稳定性。另外，该机器人可以在同等条件和能力下实现更小的体积，更适合特殊地形的探测活动，在能量方面不需要燃油，无空气噪音污染；机器人使用的材料皆为目前厂家实现量产的产品，成本低廉，效益好，性价比极高。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种六杆三十索的柔性张拉整体机器人，其特征在于：包括三对两两平行的电动推杆、24根弹性-刚性复合索和6根弹性索，每对平行电动推杆端部通过弹性索相连形成三个相互垂直且中心重合的平面，将平面的12个顶点分别与周围的不同面的四个点通过弹性-刚性复合索相连，构成骨架结构；中控芯片和电池通过附加绳索悬挂于结构中部空腔。
2.根据权利要求1所述的六杆三十索的柔性张拉整体机器人，其特征在于：所述中控芯片采用arduino或者stm32，接收红外信号，并控制6根电动杆伸缩。
3.根据权利要求1所述的六杆三十索的柔性张拉整体机器人，其特征在于：所述每两根电动推杆反向对称放置以保持平衡，电动推杆伸长比大于1.4。
4.根据权利要求1所述的六杆三十索的柔性张拉整体机器人，其特征在于：所述每一个电动推杆在底部均设有直流电机，向外引出电机线连接设置在电动推杆中部的继电器控制电路，由悬挂在中部空腔的电池和中控芯片控制。
5.根据权利要求1所述的六杆三十索的柔性张拉整体机器人，其特征在于：所述弹性-刚性复合索包括柔性索单元和刚性索单元，柔性索具有弹性，刚性索按照最大伸长状态长度设计，使机器人在伸长状态保持高度预应力状态从而维持结构形态。
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Inventor after: Zhang Liyuan

Inventor after: Wei Kai

Inventor after: Wu Lintong

Inventor after: Tian Yu

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