CN108725612A - 一种多自由度多功能机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多自由度多功能机器人系统，以摆动气缸和气缸驱动履带式和多足机器人的运动，具有适应复杂地形和越障的功能。所述的多自由度多功能机器人主要摆动气缸、底板、连接件、连接板、连接轴、蜗轮、轮子、履带、蜗杆、旋转底盘、支腿第一段、气缸、支腿第二段、支腿第三段、支座组成。履带和多足结合，可以适应沙地、泥地等地形运动，又可以轻松实现越障。履带和多足结合，在履带带动机器人运动的时候，多足同时可以协调完成其他的任务。本发明以气缸驱动，具有结构紧凑，运动自由度多、多种功能自由切换的特点，可用于排爆、反恐、展览。

Description

一种多自由度多功能机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及一种多自由度多功能机器人。
背景技术
履带与地面接触面积大，较平稳等优点，因此履带式机器人能更好的在松软的地形运动，例如沙地、泥地等地形运动，中国专利200810200780.9、201510564857.0、201510063501.9、201610888246.6、201621087423.2、201710858066.8、201720138951.4先后提出履带驱动机器人系统，但是履带机器人在高地落差较大的地形越障存在较大的问题。多足机器人能够跨越障碍，中国专利201410474975.8、201520345226.5、201611146893.6、201621408795.0、201620124408.4、201720232286.5、201710671734.6、201710384275.3先后提出不同构型的四足越障机器人，中国专利201610536529.4、21620154973.5、201621464873.9、201710450103.1、201710271810.4先后提出不同构型的六足越障机器人，但是其存在行进速度较低的缺点。针对上述缺点中国专利201710565637.9提出一种足履复合式机器人，其仅可以实现横向履带式运动和足式越障运动，需要完成其他运动需要配备单独的机械臂，明显存在运动方向和功能单一的缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有的技术缺陷，提供了一种多自由度多功能机器人，其结构紧凑，运动自由度多、且能够多种功能自由切换。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种多自由度多功能机器人，其特征在于，该机器人包括一个越障小车和可转动连接在所述的越障小车周围的M个支腿，且M个支腿在越障小车四周均匀分布；
所述的越障小车包括底板、N+2个摆动气缸、主动部分连接件、主动部分、被动部分、被动部分连接件；所述的摆动气缸一的缸体、所述的摆动气缸二的缸体对称地固定连接在所述的底板上，摆动气缸一的转动轴通过所述的被动部分连接件与所述的被动部分固定连接，摆动气缸二的转动轴通过所述的主动部分连接件与所述的主动部分固定连接，剩下的N个摆动气缸的缸体均匀地固定连接在所述的底板上，其转动轴均分别连接一个支腿；
所述的主动部分包括连接板二、主动轮摆动气缸、蜗轮、轮子一、履带一、蜗杆、轮子二，所述的轮子一与轮子二通过履带一传动，轮子一的连接轴与轮子二的连接轴通过连接板二连接，主动轮摆动气缸的缸体固定在所述的连接板二上，且主动轮摆动气缸的转动轴固定连接蜗杆，轮子二的连接轴上固定连接所述的蜗轮，蜗轮与蜗杆啮合，所述的连接板二与所述的主动部分连接件固定连接；
所述的被动部分包括连接板一、轮子三、履带二、轮子四，所述的轮子三和轮子四通过履带二传动，两者的连接轴通过连接板一连接，所述的连接板一与所述的被动部分连接件固定连接；
所述的支腿包括旋转底盘、支腿第一段、气缸一、气缸二、支腿第二段、支腿第三段、气缸三，所述的旋转底盘与越障小车上用来连接支腿的摆动气缸的转动轴固定连接，所述的旋转底盘、支腿第一段、支腿第二段、支腿第三段依次可转动连接，所述的气缸一的两端分别与所述的旋转底盘、支腿第一段可转动连接，所述的气缸二的两端分别与所述的支腿第一段、支腿第二段可转动连接，所述的气缸三的两端分别与所述的支腿第二段、支腿第三段可转动连接。
进一步地，所有的摆动气缸可用电机替换。
进一步地，所述的底板、主动部分连接件、被动部分连接件、连接板一、连接板二、蜗轮、蜗杆、旋转底盘、支腿第一段、支腿第二段、支腿第三段、支座一、支座二的材料为铝合金。
进一步地，所述的支腿第一段和支腿第二段均为镂空件。
进一步地，所述的支腿第一段为V形。
本发明的有益效果如下：
1.本发明利用履带和多足结合，可以适应沙地、泥地等地形运动，又可以轻松实现越障。
2.本发明履带可以横向运动、纵向运动或者同时与横向、纵向存在任意角度方向的运动，具有运动自由度多的特点。
3.本发明履带和多足结合，在履带带动机器人运动的时候，多足同时可以协调完成其他的任务。
附图说明
图1是多自由度多功能机器人机械结构图；
图2是多自由度多功能机器人小车机械结构右斜视图；
图3是多自由度多功能机器人小车机械结构左边斜视图；
图4是多自由度多功能机器人小车主动部分机械结构图；
图5是多自由度多功能机器人小车被动部分机械结构图；
图6是多自由度多功能机器人支腿机械结构图；
图中：支腿一1、支腿二2、支腿三3、支腿四4、越障小车5、摆动气缸一6、摆动气缸四7、底板8、摆动气缸三9、摆动气缸二10、主动部分连接件11、主动部分12、摆动气缸五13、摆动气缸六14、被动部分15、被动部分连接件16、连接板一17、轮子一的连接轴18、连接板二19、主动轮摆动气缸20、轮子二的连接轴21、蜗轮22、轮子一23、履带一24、蜗杆25、轮子二26、轮子三27、履带二28、轮子四29、旋转底盘30、支腿第一段31、气缸一32、气缸二33、支腿第二段34、支腿第三段35、气缸三36、支座一37、支座二38。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-6所示，本发明的一种多自由度多功能机器人，该机器人包括一个越障小车5和可转动连接在越障小车5周围的M个支腿，且M个支腿在越障小车四周均匀分布；
越障小车5包括底板8、N+2个摆动气缸、主动部分连接件11、主动部分12、被动部分15、被动部分连接件16；所述的摆动气缸一6的缸体、所述的摆动气缸二10的缸体对称地固定连接在所述的底板8上，摆动气缸一6的转动轴通过所述的被动部分连接件16与所述的被动部分15固定连接，摆动气缸二10的转动轴通过所述的主动部分连接件11与所述的主动部分12固定连接，剩下的N个摆动气缸的缸体均匀地固定连接在所述的底板8上，其转动轴均分别连接一个支腿；
本实施例中，M＝4，分别为支腿一1、支腿二2、支腿三3、支腿四4，N＝6，与四个支腿连接的摆动气缸分别为摆动气缸六14、摆动气缸四7、摆动气缸五13、摆动气缸三9，
所述的主动部分12包括连接板二19、主动轮摆动气缸20、蜗轮22、轮子一23、履带一24、蜗杆25、轮子二26，所述的轮子一23与轮子二26通过履带一24传动，轮子一23的连接轴18与轮子二26的连接轴21通过连接板二19连接，主动轮摆动气缸20的缸体固定在所述的连接板二19上，且主动轮摆动气缸20的转动轴固定连接蜗杆25，轮子二26的连接轴21上固定连接所述的蜗轮22，蜗轮22与蜗杆25啮合，所述的连接板二19与所述的主动部分连接件11固定连接；
所述的被动部分15包括连接板一17、轮子三27、履带二28、轮子四29，所述的轮子三27和轮子四29通过履带二28传动，两者的连接轴通过连接板一17连接，所述的连接板一17与所述的被动部分连接件16固定连接；
以支腿三3为例说明各支腿连接情况，支腿包括旋转底盘30、支腿第一段31、气缸一32、气缸二33、支腿第二段34、支腿第三段35、气缸三36、支座一37、支座二38，所述的旋转底盘30与越障小车上用来连接支腿的摆动气缸的转动轴固定连接，所述的
支座一37和支座二38为L形，一端均固定连接在旋转底盘30上，另一端与支腿第一段31的一端可转动连接，支腿第一段31为V形，支腿第一段31、支腿第二段34、支腿第三段35依次可转动连接，所述的气缸一32的两端分别与所述的旋转底盘30、支腿第一段31可转动连接，所述的气缸二33的两端分别与所述的支腿第一段31、支腿第二段34可转动连接，所述的气缸三36的两端分别与所述的支腿第二段34、支腿第三段35可转动连接。
优选地，所有的摆动气缸可用电机替换。
为了减轻整个机器人的重量，使运动更灵活，底板8、主动部分连接件11、被动部分连接件16、连接板一17、连接板二19、蜗轮22、蜗杆25、旋转底盘30、支腿第一段31、支腿第二段34、支腿第三段35、支座一37、支座二38的材料均为铝合金，支腿第一段31和支腿第二段34均为镂空件。
在松软的地形运动或者要求运动速度较快的时候，主动轮摆动气缸20通过蜗杆25、蜗轮22、轮子二26带动主动部分12运动，被动部分15随动。支腿一1、支腿二2、支腿三3、支腿四4可以协调完成其他动作。
当需要越障时，支腿一1、支腿二2、支腿三3、支腿四4协调实现纵向越障，如图1所示。摆动气缸四7、摆动气缸三9、摆动气缸五13、摆动气缸六14分别带动支腿二2、支腿四4、支腿三3、支腿一1顺时针或者逆时针转动90度，可以实现横向越障。
当履带需要调整角度时，由支腿一1、支腿二2、支腿三3、支腿四4的气缸支撑起底板8、主动部分连接件11、被动部分连接件16、主动部分12、被动部分15，摆动气缸二10通过主动部分连接件11带动主动部分12转动，摆动气缸一6通过被动部分连接件16带动被动部分15摆动。
本发明，通过控制各摆动气缸和气缸，实现越障排爆机器人位姿的控制，并且可以实现精确的轨迹控制，本发明拥有其他结构形式排爆机器人无法比拟的优势。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多自由度多功能机器人，其特征在于，该机器人包括一个越障小车(5)和可转动连接在所述的越障小车(5)周围的M个支腿，且M个支腿在越障小车四周均匀分布；
所述的越障小车(5)包括底板(8)、N+2个摆动气缸、主动部分连接件(11)、主动部分(12)、被动部分(15)、被动部分连接件(16)；所述的摆动气缸一(6)的缸体、所述的摆动气缸二(10)的缸体对称地固定连接在所述的底板(8)上，摆动气缸一(6)的转动轴通过所述的被动部分连接件(16)与所述的被动部分(15)固定连接，摆动气缸二(10)的转动轴通过所述的主动部分连接件(11)与所述的主动部分(12)固定连接，剩下的N个摆动气缸的缸体均匀地固定连接在所述的底板(8)上，其转动轴均分别连接一个支腿。
所述的主动部分(12)包括连接板二(19)、主动轮摆动气缸(20)、蜗轮(22)、轮子一(23)、履带一(24)、蜗杆(25)、轮子二(26)，所述的轮子一(23)与轮子二(26)通过履带一(24)传动，轮子一(23)的连接轴(18)与轮子二(26)的连接轴(21)通过连接板二(19)连接，主动轮摆动气缸(20)的缸体固定在所述的连接板二(19)上，且主动轮摆动气缸(20)的转动轴固定连接蜗杆(25)，轮子二(26)的连接轴(21)上固定连接所述的蜗轮(22)，蜗轮(22)与蜗杆(25)啮合，所述的连接板二(19)与所述的主动部分连接件(11)固定连接。
所述的被动部分(15)包括连接板一(17)、轮子三(27)、履带二(28)、轮子四(29)，所述的轮子三(27)和轮子四(29)通过履带二(28)传动，两者的连接轴通过连接板一(17)连接，所述的连接板一(17)与所述的被动部分连接件(16)固定连接。
所述的支腿包括旋转底盘(30)、支腿第一段(31)、气缸一(32)、气缸二(33)、支腿第二段(34)、支腿第三段(35)、气缸三(36)，所述的旋转底盘(30)与越障小车上用来连接支腿的摆动气缸的转动轴固定连接，所述的旋转底盘(30)、支腿第一段(31)、支腿第二段(34)、支腿第三段(35)依次可转动连接，所述的气缸一(32)的两端分别与所述的旋转底盘(30)、支腿第一段(31)可转动连接，所述的气缸二(33)的两端分别与所述的支腿第一段(31)、支腿第二段(34)可转动连接，所述的气缸三(36)的两端分别与所述的支腿第二段(34)、支腿第三段(35)可转动连接。
2.根据权利要求1所述的多自由度多功能机器人，其特征在于，所有的摆动气缸可用电机替换。
3.根据权利要求1所述的多自由度多功能机器人，其特征在于，所述的底板(8)、主动部分连接件(11)、被动部分连接件(16)、连接板一(17)、连接板二(19)、蜗轮(22)、蜗杆(25)、旋转底盘(30)、支腿第一段(31)、支腿第二段(34)、支腿第三段(35)、支座一(37)、支座二(38)的材料为铝合金。
4.根据权利要求1所述的多自由度多功能机器人，其特征在于，所述的支腿第一段(31)和支腿第二段(34)均为镂空件。
5.根据权利要求1所述的多自由度多功能机器人，其特征在于，所述的支腿第一段(31)为V形。
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