CN109050699B - 一种多变结构机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多变结构机器人系统，以舵机作为动力元件，具有多种可变结构和多个方向的运动自由度。所述的多变结构机器人主要由支腿舵机部件、拓展支腿、中间连接、舵机组成。多变结构机器人有多足机器人、纵向圆形机器人和横向圆形机器人等多种结构组合形式。多足机器人的结构形式主要用于越障，纵向圆形机器人为圆形主动轮式运动主要用于地面快速运动，横向圆形机器人为圆形被动轮式运动主要用于斜坡快速运动，并且各种结构可以通过控制各舵机组合快速切换。本发明专利以舵机驱动，具有结构紧凑、变形多、自由度多的特点，可用于复杂地形的越障、展览、教学。

Description

一种多变结构机器人系统
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及一种多变结构机器人系统。
背景技术
近年来，机器人技术快速发展，但是如果机器人能够运用到救灾、检测、维修等工作，首先需要克服的困难时适应不同地形，中国专利201420849277.7、201420744931.8、201710030766.8、201510475761.7先后设计了三足、四足、五足、六足机器人用于越障。中国专利201510157435.1提出的轮式与多足机器人切换模式过于笨重。中国专利201420172784.1设计的可伸缩球形机器人在越障方面容易出现类似乌龟的壳体倾翻支腿无法与地面接触工作的情形，以及不方便安装和携带其他的机械手等装置。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有的技术缺陷，提供了一种多变结构机器人系统，本发明结构紧凑、变形多、自由度多。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种多变结构机器人系统，
一种多变结构机器人系统，其特征在于，该系统包括中间部件和分别布置在所述的中间部件四个角的四个结构完全相同的支腿；
所述的中间部件包括N个舵机和四个中间连接件，N≥3，所述的N个舵机沿X轴方向依次可转动连接，第一个和第二个中间连接件分别固定连接在第1个舵机在垂直于X轴的Y轴方向的两侧，第三个和第四个中间连接件分别固定连接在第N个舵机在垂直于X轴的方向的两侧；
所述的支腿包括支腿舵机部件和拓展支腿，所述的支腿舵机部件包括M个舵机，M≥3，所述的M个舵机依次可转动连接，所述的拓展支腿包括连接杆和弧形支撑腿，所述的M个舵机中的第一个的一端与所述的中间连接件可转动连接，另一端与M个舵机中的第二个的一端可转动连接，第二个至第M个舵机沿垂直于X轴和Y轴的Z轴方向上依次可转动连接，所述的M个舵机中的最后一个与所述的拓展支腿的连接杆固定连接；所述的弧形支撑腿的半径满足当所有的支腿舵机部件均沿X或Y方向展开，且相邻的或相对的弧形支撑腿在XY平面内构成同一个圆时，所述的中间部件和所述的支腿舵机部件均被包围在由弧形支撑腿构成的圆形轮子的内部。
进一步地，所述的N优选为3，所述的M优选为5。
进一步地，所述的舵机采用摆动气缸与连接件的结合或者液压马达与连接件的结合进行替换。
进一步地，所述的拓展支腿均为中空部件。
进一步地，所述的拓展支腿和中间连接件均由铝合金制成。
本发明的有益效果是：
1.本发明利用多个舵机驱动关节，可以同时实现关节多个方向的运动；
2.本发明利用舵机驱动，具有结构紧凑、结构变形多、各种结构形式根据需要快速切换等优点；
3.本发明多变结构机器人有多足机器人、纵向圆形机器人和横向圆形机器人等多种结构组合形式，可以根据需要切换成各种组合模式，以便适应越障、地面快速运动、斜坡快速运动。
附图说明
图1是多变结构机器人系统的整体结构示意图；
图2是多变结构机器人去除拓展支腿的结构示意图；
图3是多变结构机器人去除拓展支腿且只有两足时的结构示意图；
图4是多变结构机器人组成纵向圆形机器人的结构示意图；
图5是多变结构机器人组成横向圆形机器人的结构示意图；
图中：中间部件1、支腿一舵机部件2、支腿二舵机部件3、拓展支腿一4、拓展支腿二5、支腿三舵机部件6、支腿四舵机部件7、拓展支腿三8、拓展支腿四9、中间连接件一10、舵机一11、中间连接件二12、舵机二13、舵机三14、中间连接件三15、中间连接件四16、舵机四17、舵机五18、舵机六19、舵机七20、舵机八21。
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。
本实施方式以中间部件1包括3个舵机，每个支腿舵机部件包括5个舵机为例介绍本发明的多变结构机器人系统。
如图1-5所示，一种多变结构机器人系统包括中间部件1和分别布置在中间部件1四个角的四个结构完全相同的支腿，分别为支腿一、支腿二、支腿三、支腿四；
其中，中间部件1包括中间连接件一10、舵机一11、中间连接件二12、舵机二13、舵机三14、中间连接件三15、中间连接件四16，舵机一11、舵机二13、舵机三14沿X方向依次可转动连接，中间连接件一10和中间连接件二12分别固定连接在舵机一11在垂直于X轴的Y轴方向的两侧，中间连接件三15和中间连接件四16分别固定连接在舵机三14在垂直于X轴的方向的两侧；
支腿一包括支腿一舵机部件2和拓展支腿一4，支腿二包括支腿二舵机部件3和拓展支腿二5，支腿三包括支腿三舵机部件6和拓展支腿三8，支腿四包括支腿四舵机部件7和拓展支腿四9，以其中支腿四为例说明进行结构说明，支腿四包括支腿四舵机部件7和拓展支腿四9，所述的支腿四舵机部件7包括依次可转动连接的舵机四17、舵机五18、舵机六19、舵机七20、舵机八21，舵机四17与一个中间连接件四16固定连接，舵机五18、舵机六19、舵机七20、舵机八21沿垂直于X轴和Y轴的Z轴方向上依次可转动连接，所述的拓展支腿四包括一连接杆和一弧形支撑腿，所述的拓展支腿四9的连接杆固定连接在支腿四舵机部件7的端部，四个弧形支撑腿的半径相同，所述的弧形支撑腿的半径满足当所有的支腿舵机部件均沿X或Y方向展开，且相邻或相对的弧形支撑腿在XY平面内构成同一个圆时，所述的中间部件和所述的支腿舵机部件均被包围在由弧形支撑腿构成的圆形轮子的内部。
通过控制支腿一舵机部件2、支腿二舵机部件3、支腿三舵机部件6、支腿四舵机部件7的舵机，可以构建如图1的多足机器人同时横向与纵向的运动、单独横向、单独纵向的运动构型。可以构建如图4所示的纵向圆形机器人的构型，支腿一和支腿二、支腿三和支腿四分别构成圆形轮子，由舵机二13驱动实现旋转运动；也可以如图5所示的横向圆形机器人的构型，支腿一和支腿三、支腿二和支腿四分别构成圆形轮子，舵机一11、舵机三14随着轮子被动旋转运动。可以通过多足机器人的模式切换纵向圆形机器人主动运动和横向圆形机器人被动运动的方向。
本发明，通过控制各支腿关节舵机，实现多变结构的多种变形和驱动，可以实现多种结构的多种动作，多足机器人的结构形式主要用于越障，纵向圆形机器人为圆形主动轮式运动主要用于地面快速运动，横向圆形机器人为圆形被动轮式运动主要用于斜坡快速运动，并且各种结构可以通过控制各舵机组合快速切换，并且可以实现精确的轨迹控制，本发明拥有其他舵机驱动的多足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)

1.一种多变结构机器人系统，其特征在于，该系统包括中间部件（1）和分别布置在所述的中间部件（1）四个角的四个结构完全相同的支腿；
所述的中间部件（1）包括三个舵机和四个中间连接件，所述的三个舵机沿X轴方向依次可转动连接，第一个和第二个中间连接件分别固定连接在第一个舵机在垂直于X轴的Y轴方向的两侧，第三个和第四个中间连接件分别固定连接在第三个舵机在垂直于X轴的方向的两侧；
所述的支腿包括支腿舵机部件和拓展支腿，所述的支腿舵机部件包括M个舵机，M≥3，所述的M个舵机依次可转动连接，所述的拓展支腿包括连接杆和弧形支撑腿，所述的M个舵机中的第一个的一端与所述的中间连接件可转动连接，另一端与M个舵机中的第二个的一端可转动连接，第二个至第M个舵机沿垂直于X轴和Y轴的Z轴方向上依次可转动连接，所述的M个舵机中的最后一个与所述的拓展支腿的连接杆固定连接；所述的弧形支撑腿的半径满足当所有的支腿舵机部件均沿X或Y方向展开，且相邻的或相对的弧形支撑腿在XY平面内构成同一个圆时，所述的中间部件和所述的支腿舵机部件均被包围在由弧形支撑腿构成的圆形轮子的内部。
2.根据权利要求1所述的多变结构机器人系统，其特征在于，所述的M为5。
3.根据权利要求1所述的多变结构机器人系统，其特征在于，所述的舵机采用摆动气缸与连接件的结合或者液压马达与连接件的结合进行替换。
4.根据权利要求1所述的多变结构机器人系统，其特征在于，所述的拓展支腿均为中空部件。
5.根据权利要求1所述的多变结构机器人系统，其特征在于，所述的拓展支腿和中间连接件均由铝合金制成。
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