CN108608412B - 一种平台组件及具有该平台组件的并联移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平台组件，包括平台本体及驱动装置，还包括若干平台连杆；平台本体包括若干绕平台本体的平台中心对称分布的平台连接部；平台连接部上设有连杆安装部；连杆安装部设于平台本体面向并联移动机器人的安装侧面；若干平台连杆分布可转动地安装于若干连杆安装部；平台连杆设有用于与并联移动机器人的支链转动连接的支链安装部；驱动装置驱动任一平台连杆独立转动。本发明还公开了一种具有所述平台组件的并联移动机器人。本发明能够根据环境需要，旋转平台连杆，从而引起整个并联机器人的构型变化，实现不同的功能及完成不同的任务。

Description

一种平台组件及具有该平台组件的并联移动机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术，尤其涉及一种平台组件及具有该平台组件并联移动机器人。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置。常见的机器人形式为串联式机器人，其由基座、腰部(肩部)、大臂、小臂、腕部和手部构成，大臂小臂以串联形式连接。并联机器人的概念最早于1978年，由Hunt首次提出，其将六自由度并联机构作为机器人操作器。并联机器人通常指分为动平台和定平台，并通过至少两个独立的运动链相连接且具有两个以上自由度的机器人。并联机器人具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、动力性能好等一系列优点。然而目前并联机器人的研究主要集中在机器人的机构学、运动学、控制学分析；同时形成的机器人均为单一构型机器人，并利用单一的构型完成特定的任务。

如CN206287136U公开了一种全方位移动并联机器人，通过将并联机器人和移动机器人相结合，不仅能够实现全方位灵活的运动，而且具有高定位精度、大刚度等操作能力，很大程度上弥补了并联机器人及移动机器人结构和性能上的不足。但是其仅仅是将移动机器人与并联机器人进行结合，无法实现构型的变化，从而完成不同的功能。

如CN102049776B，公开了一种不缩小可动作区域且不降低加减速性能，而提高了自由度的并联连杆机器人。该并联机器人同样在同一构型下，完成既定任务。

如CN1326671C，公开了一种并联机器人机构中的连接分支结构，能够使其中的多自由度运动铰链的摆动中心线在运动过程中姿态保持不变，其研究内容为并联机器人的精确运动控制。以上技术均存在构型单一的问题，致使在复杂环境中机器人难以适应环境，具有较低的执行能力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可重构的并联移动机器人，利用可重构性能，实现并联机器人的不同构型，利用并联机器人不同构型对不同执行环境适应性不同，提高并联机器人环境适应能力，执行能力。

为达到上述目的，本发明提供了一种平台组件，包括平台本体及驱动装置，还包括若干平台连杆；所述平台本体包括若干绕平台本体的平台中心对称分布的平台连接部；所述平台连接部上设有连杆安装部；所述连杆安装部设于所述平台本体面向并联移动机器人的安装侧面；若干所述平台连杆分布可转动地安装于若干所述连杆安装部；所述驱动装置驱动任一所述平台连杆独立转动。

进一步地，所述平台连接部的数量大于等于4。

进一步地，所述平台连杆为圆盘形。

进一步地，所述平台本体中部设有加强台，所述加强台设于所述平台本体的安装侧面上，所述加强台的侧面与连杆安装部限定出所述平台连杆的运动空间。

进一步地，所述平台连杆开设有连接槽，所述连接槽内固设有沿所述平台连杆径向延伸的支链连接体，所述支链连接体与所述连接槽两侧内壁间设有活动间隙，所述支链连接体相对所述连接槽的壁面开设有所述支链安装部。

进一步地，所述支链安装部为轴孔，所述轴孔的中心线与平台连杆的旋转中心的轴线相交。

进一步地，所述支链安装部与所述连接槽的槽底具有间距。

本发明还提供了一种并联移动机器人，包括顶平台、底平台及若干支链，所述顶平台采用权利要求上述的平台组件，所述底平台采用上述的平台组件，所述支链一端与顶平台的支链安装部转动连接，所述支链的另一端与底平台的支链安装部转动连接，所述支链包括若干连杆，若干所述连杆依次首尾铰接而形成连杆组。

进一步地，连杆首尾铰接处、所述支链与顶平台、底平台转动连接处均设有独立的驱动装置。

进一步地，所述连杆大于等于4个。

进一步地，所述连杆包括若干h型连杆和/或若干Y型连杆。

进一步地，所述支链还包括曲柄，所述曲柄一端与所述连杆组端部转动连接，所述曲柄另一端与所述顶平台和/或底平台转动连接。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：平台组件包括平台本体、驱动装置以及平台连杆，平台连杆上设有用于与支链活动安装的支链安装部。在实际的应用中，仅仅需要根据环境需要，通过驱动电机旋转平台连杆，便可以使得支链处于平台本体的不同方位，且此时各支链与平台的铰接点的位置也产生了相对的变化，从而引起整个并联机器人的构型变化。为执行不同的任务、实施不同功能提供了结构支持。

附图说明

图1为本发明平台组件的平台本体结构示意图；

图2为本发明平台组件的第一实施方式的结构示意图；

图3为本发明平台组件的第二实施方式的结构示意图；

图4为本发明并联移动机器人的结构示意图；

图5为图4并联移动机器人的支链结构示意图；

图6为图4并联移动机器人的折叠构型示意图；

图7为图4并联移动机器人的履带式移动构型示意图；

图8为图4并联移动机器人的轮式移动构型示意图；

图9为图4并联移动机器人的腿支撑式移动构型示意图。

图中：100、平台组件；110、平台本体；111、平台连接部；112、连杆安装部；113、加强台；114、平台中心；120、第一平台连杆；121、支链连接体；122、连接槽；123、支链安装部；130、第二平台连杆；131、支链连接体；132、连接槽；133、支链安装部；1000、并联移动机器人；1100、顶平台；1200、底平台；1300、支链；1310、连杆；1311、h型连杆；1312、Y型连杆；1320、曲柄。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本发明的平台组件100包括平台本体110、平台连杆及驱动装置。

参见附图1，平台本体110包括若干绕平台本体110的平台中心114对称分布的平台连接部111。平台连接部111可以为分布于连接平台上的多个连接区域，也可以为沿着平台中心114向外延伸形成的连接臂。平台连接部111的数量大于等于4，优选为4个。平台连接部111上设有连杆安装部112。平台连杆可转动地安装于连杆安装部112。所述平台连杆安装于平台本体110面向所述并联移动机器人本体的安装侧面上。连杆安装部112优选为轴孔，驱动装置安装于轴孔中，为平台连杆提供驱动动力。其中驱动装置可独立驱动任一平台连杆独立运动，以使平台连杆与平台本体110形成不同构型。所述驱动装置优选为电机。

参见附图2，在平台连杆第一实施方式中，平台连杆可设置为第一平台连杆120。第一平台连杆120可转动地安装于所述平台本体110，第一平台连杆120优选为圆盘形，以方便平台连杆转动。第一平台连杆120开设有连接槽122，连接槽122内部固设有支链连接体121，所述支链连接体121沿第一平台连杆120径向延伸。支链连接体121与连接槽122两侧内壁间设有活动间隙。支链连接体121相对所述连接槽122的壁面开设有支链安装部123。并联机器人的支链即可通过所述支链安装部123，可转动地安装在第一平台连杆120上。同理，所述支链安装部123可设置独立驱动支链转动的驱动装置，驱动装置优选为电机。

由此可知，平台组件100由平台本体110及活动安装于平台本体110的第一平台连杆120构成，且第一平台连杆120上设有用于与支链活动安装的支链安装部123。在实际的应用中，仅仅需要根据环境需要，通过驱动电机旋转平台连杆，便可以使得支链处于平台本体110的不同方位，且此时各支链与平台的铰接点的位置也产生了相对的变化，从而引起整个并联机器人的构型变化。为执行不同的任务、实施不同功能提供了结构支持。

参见附图3，在平台连杆第二实施方式中，平台连杆可设置为第二平台连杆130。第二平台连杆130可转动地安装于所述平台本体110，第二平台连杆130优选为圆盘形，以方便平台连杆转动。第二平台连杆130开设有连接槽132，连接槽132内部固设有支链连接体131，所述支链连接体131穿过第二平台连杆130的旋转中心并沿第二平台连杆130径向延伸。支链连接体131与连接槽132两侧内壁间设有活动间隙。支链连接体131相对所述连接槽132的壁面开设有支链安装部133。所述支链安装部133优选为轴孔，该轴孔的中心线与第二平台连杆130的旋转中心的轴线相交，且优选为垂直相交。并联机器人的支链即可通过所述支链安装部133，可转动地安装在第二平台连杆130上。同理，所述支链安装部133可设置独立驱动支链转动的驱动装置，驱动装置优选为电机。

由此可知，平台组件100由平台本体110及活动安装于平台本体110的第二平台连杆130构成，且第二平台连杆130上设有用于与支链活动安装的支链安装部133。并且所述支链安装部133的中心线与第二平台连杆130的旋转中心的轴线相交，此时便可以在支链安装部133与第二平台连杆130周向侧面间提供了较大的容纳空间，可进一步容纳支链上较短的连杆，从而进一步提供自由度，使得并联机械人更灵活、更易于变形。同时，可以有效地避免支链与地面、平台本体110的干涉，使得第二平台连杆130可以相对于平台本体110进行360°的回转运动，为将此平台组件100应用于并联移动机器人1000时，形成轮式机器人提供结构支持。并且与平台连杆第一实施方式相似，在实际的应用中，仅仅需要根据环境需要，通过驱动电机旋转平台连杆，便可以使得支链处于平台本体110的不同方位，且此时各支链与平台的铰接点的位置也产生了相对的变化，从而引起整个并联机器人的构型变化。为执行不同的任务、实施不同功能提供了结构支持。

由于平台本体110的中部是各支链受力的汇聚位置，通常受到较大的应力，为了避免平台本体110的破坏，在优选的实施方案中，所述平台本体110中部设有加强台113。所述加强台113设于所述平台本体110的安装侧面上，所述加强台113的侧面与连杆安装部112限定出所述平台连杆的运动空间。

本发明还提供了一种具有平台组件100的并联移动机器人1000，所述并联移动机器人1000包括顶平台1100、底平台1200及若干支链1300(参见附图4)。

所述支链1300包括若干连杆1310，若干所述连杆1310依次首尾铰接而形成连杆组，所述连杆1310数量大于等于4个，所述连杆1310为h型连杆1311或Y型连杆1312，并于所述连杆1310的端部设置铰接孔，以实现相邻连杆的铰接。所述铰接孔处均安装有独立的驱动装置，驱动装置优选为电机。

优选地，所述连杆1310以附图5的方式连接而构成所述连杆组，参见附图5，由Y型连杆1312作为首端，Y型连杆1312的单杆端与h型连杆1311叉耳端转动连接，h型连杆1311的单杆端与另一h型连杆1311的单杆端转动连接，另一h型连杆1311的叉耳端与另一Y型连杆1312的单杆端转动连接。附图5的连接方式，可以确保支链具有对称平面，可以将并联移动机器人1000分为对称的两部分，并在对称中心产生弯折，形成并联移动机器人1000履带构型的关节，驱动并联移动机器人1000与履带构型向前移动。

所述顶平台1100可选用具有第一实施方式平台连杆的平台组件100，即由第一平台连杆120与平台本体110构成的平台组件100；所述顶平台1100可选用具有第二实施方式平台连杆的平台组件100，即由第二平台连杆130与平台本体110构成的平台组件100。

所述底平台1200可选用具有第一实施方式平台连杆的平台组件100，即由第一平台连杆120与平台本体110构成的平台组件100；所述底平台1200也可选用具有第二实施方式平台连杆的平台组件100，即由第二平台连杆130与平台本体110构成的平台组件100。

所述支链1300的一端与所述顶平台1100的支链安装部(123或133)转动连接，所述支链1300的另一端与所述底平台1200的支链安装部(123或133)转动连接。利用具有能够改变构型的顶平台1100和底平台1200连接，即能形成具有多构型的并联移动机器人1000。

为了进一步提高支链的自由度，提高并联移动机器人1000灵活性能，所述支链1300还包括曲柄1320，所述曲柄1320连接在所述连杆组的端部。所述曲柄1320与连杆组的铰接处，所述曲柄1320和顶平台1100和/或底平台1200的铰接处均安装有独立的驱动装置，驱动装置优选为电机。

附图4提供了一种优选的并联移动机器人1000，所述并联移动机器人1000的顶平台1100采用了由第一平台连杆120与平台本体110构成的平台组件100；底平台1200采用了由第二平台连杆130与平台本体110构成的平台组件100。所述支链1300由4个所述连杆1310及所述曲柄1320构成，4个所述连杆1310首尾连接形成所述连杆组，所述曲柄1320一端与所述连杆组一端连接，所述曲柄1320的另一端与所述底平台1200的支链安装部133转动连接；所述连杆组的另一端与所述顶平台1100的支链安装部123转动连接。

优选地，所述曲柄1320的总长度小于所述第二平台连杆130的连接槽132的深度，以使所述曲柄1320转动至所述连接槽132开口一侧时，能够完全收纳于所连接槽132与支链连接体131形成的间隙中。从而避免在并联移动机器人1000在轮式构型中，曲柄1320、支链1300对第二平台连杆130的转动产生干涉。并且所述支链安装部133与所述连接槽132的槽底具有间距，允许所述曲柄1320具有大于180°的摆动幅度，以提供并联移动机器人1000更大的构型变化空间，满足并联移动机器人1000行走功能的实施。

所述并联移动机器人1000具有多种构型，从而实现不同的移动方式。现以附图4优选的并联移动机器人1000对其构型形式及移动形式进行说明。需要说明的是，采用以下移动方式的并联移动机器人，并不限定于采用附图4所示的并联移动机器人1000的结构形式。

参见附图6，并联移动机器人1000由驱动装置驱动顶平台1100的所述第一平台连杆120及底平台1200的所述第二平台连杆130，从而带动所述支链1300转动；驱动装置驱动所述连杆1310，使得所述支链1300形成z型弯折，从而获得具有对称平面的折叠构型。在此构型下，可以有效地降低并联移动机器人1000所占空间，便于并联移动机器人1000存储。

参见附图7，并联移动机器人1000驱动所述支链1300的所述连杆1310铰接处的驱动装置，使得附图6中的支链1300的所述连杆组处于伸直的状态。当所述并联移动机器人1000具有曲柄1320时，此时曲柄1320完全收纳于所连接槽132与支链连接体131形成的间隙中。而后，以所述连杆组的中点为界限，处于连杆组中点的连杆铰接处产生弯折，使得并联移动机器人1000在外形上形成平行四边形结构(即附图7的形式)，并使得并联移动机器人1000的f部分、e部分位于地面，对并联移动机器人1000进行支撑。启动驱动装置，使得a部分偏移至地面，e部分旋转偏离地面，而b部分、c部分、d部分依次向前移动至原来a部分、b部分、c部分所处位置，即可完成并联移动机器人1000的一次履带式移动。

参见附图8，附图7的并联移动机器人1000向前移动，可移动至a部分、b部分处于地面接触位置，而c部分、f部分位于两侧支撑的构型，此时只需要驱动与地面接触的第一平台连杆120及第二平台连杆130与平台本体110连接处的驱动装置，即可驱动与地面接触的第一平台连杆120及第二平台连杆130进行旋转，从而推动并联移动机器人1000滚动前进，从而形成轮式移动。

参见附图9，附图7的并联移动机器人1000可移动至底平台1200处于地面，支链1300支撑所述顶平台1100的形位，且转动第一平台连杆120及第二平台连杆130，使所述并联移动机器人1000形成轴对称的构型，驱动所述支链1300弯折，即可构成腿支撑式机器人(图9)。由于第二平台连杆130的连接槽132允许曲柄1320具有较大的摆动空间，易于控制支链1300(参见e2部分)对底平台1200的支撑高度及支链1300所形成支腿(参见a1部分和c1部分)与地面的接触位置，从而促进移动机器人1000沿地面行走。

本示例和实施方式应认为是示例性而非限制性的，并且本发明不应局限于本文给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围和等同范围内修改。

Claims (3)

1.一种并联移动机器人，包括顶平台、底平台及若干支链，其特征在于：平台组件包括平台本体、平台连杆及驱动装置；

2个平台组件，每个平台组件对应1个平台本体，每个平台本体对应4个平台连杆；顶平台采用1个平台组件；底平台采用1个平台组件；

所述平台本体包括4个绕平台本体的平台中心对称分布的平台连接部；所述平台连接部上设有连杆安装部；

4个平台连杆分别可转动地安装于4个所述连杆安装部；所述平台连杆设有用于与所述并联移动机器人的支链转动连接的支链安装部；

所述驱动装置驱动任一所述平台连杆独立转动；

所述平台连杆为圆盘形；

所述平台本体中部设有加强台，所述加强台设于所述平台本体的安装侧面上，所述加强台的侧面与连杆安装部限定出所述平台连杆的运动空间；

所述平台连杆开设有连接槽，所述连接槽内固设有沿所述平台连杆径向延伸的支链连接体，所述支链连接体与所述连接槽两侧内壁间设有活动间隙，所述支链连接体相对所述连接槽的壁面开设有所述支链安装部；

所述支链安装部为轴孔，所述轴孔的中心线与平台连杆的旋转中心的轴线相交；

支链一端与顶平台的支链安装部转动连接，所述支链的另一端与底平台的支链安装部转动连接；

支链由4个连杆及曲柄构成，4个所述连杆首尾连接形成连杆组，曲柄一端与所述连杆组端部转动连接，所述曲柄另一端与所述顶平台和/或底平台的支链安装部转动连接；

4个所述连杆包括2个h型连杆和2个Y型连杆，连杆依次由1个Y型连杆、1个h型连杆、1个h型连杆、1个Y型连杆铰接形成连杆组；

曲柄的总长度小于平台连杆的连接槽的深度；

4条支链，每条支链两端分别与2个平台本体中各自对应平台连杆相连，其中2个平台本体中各自对应平台连杆共轴线。

2.如权利要求1所述的一种并联移动机器人，其特征在于：所述支链安装部与所述连接槽的槽底具有间距。

3.如权利要求1所述的一种并联移动机器人，其特征在于：连杆首尾铰接处、所述支链与顶平台、底平台转动连接处均设有独立的驱动装置。

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