CN109774806A - 一种可转向滚动4u机构 - Google Patents

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一种可转向滚动4U机构,该机构为空间闭链机构，包括第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板、第四支撑板；第一L型支架、第二L型支架、第三L型支架、第四L型支架、第五L型支架、第六L型支架、第七L型支架、第八L型支架；第一L型连接架、第二L型连接架、第三L型连接架、第四L型连接架；第一电机、第二电机；以及第一配重、第二配重、第三配重、第四配重、第五配重、第六配重组成。通过控制第一电机、第二电机，机构既可以实现直行功能也可以实现转向功能，并具有一定的避障能力，在教育、娱乐、军事等领域将得到很好的应用。

Description

一种可转向滚动4U机构
技术领域
本发明涉及一种机器人，具体涉及一种可转向滚动4U机构。
背景技术
由于四边形机构在不含移动副的情况下仍具有变形特性,利用这种变形能力,可使四边形移动连杆机构具有运动的能力。
中国专利CN102673675B公开了“一种可转向四边形翻滚机构”该机构使用通过三个或三个以上的电机分别对四边形的一个顶点和四边形的两个边的中点进行驱动和控制实现机构的翻滚运动和转弯功能，结构简单，具有一定运动能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题：一般来说，滚动型机器人(如滚动四杆机构)在滚动过程中一般运动方向不发生变化，运动的机动性较差。
一种可转向滚动4U机构为空间闭链机构，包括第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板、第四支撑板；第一L型支架、第二L型支架、第三L型支架、第四L型支架、第五L型支架、第六L型支架、第七L 型支架、第八L型支架、第一L型连接架、第二L型连接架、第三L型连接架、第四L型连接架；第一电机、第二电机；以及第一配重、第二配重、第三配重、第四配重、第五配重、第六配重组成；
构成机构的零件结构：
所述的第一支撑板外形呈十字形，其两端设有安装L型支架的通孔；第二支撑板、第三支撑板、第四支撑板与第一支撑板的结构和外形尺寸相同；
所述的第一L型支架的底面设有与支撑板固定的四个通孔；侧面设有电机输出轴的轴孔及用于固定电机的安装孔；第二L型支架、第三L型支架、第四L型支架、第五L型支架、第六L型支架、第七L型支架、第八L型支架与第一L型支架结构和外形尺寸相同；
所述的第一L型连接架的底面设有电机输出轴的轴孔及法兰安装孔，侧面设有电机输出轴的轴孔及法兰安装孔；第二L型连接架、第三L型连接架、第四L型连接架与第一L型连接架结构和外形尺寸相同。
所述的第一配重采用相同的驱动电机，既可作为冗余驱动使用，也可作为附有转动轴的配重使用；第二配重、第三配重、第四配重、第五配重、第六配重采用同样的形式，结构和外形尺寸相同；
具体连接方式为：
第一支撑板两端的通孔与第一L型支架、第二L型支架底面的通孔通过螺栓进行固定连接，使第一L 型支架与第一支撑板附有通孔的两端端面垂直、第二L型支架与第一支撑板附有通孔的两端端面平行。
第二支撑板、第三支撑板、第四支撑板按照与第一支撑板相同的装配方式依次装配第三L型支架、第四L型支架、第五L型支架、第六L型支架、第七L型支架、第八L型支架，使第三L型支架、第五L 型支架、第七L型支架分别于与第二支撑板、第三支撑板、第四支撑板附有通孔的两端端面垂直，第四L 型支架、第六L型支架、第八L型支架分别于与第二支撑板、第三支撑板、第四支撑板附有通孔的两端端面平行。
将第一电机、第二电机分别安装在第一L型支架、第二L型支架上，将第一配重、第二配重、第三配重、第四配重、第五配重、第六配重分别安装在第三L型支架、第四L型支架、第五L型支架、第六L 型支架、第七L型支架、第八L型支架上；
将法兰盘分别安装在第一L型连接架、第二L型连接架、第三L型连接架、第四L型连接架的长段与短段的外侧上。
安装在第二L型支架上的电机输出轴通过第一L型连接架的短段及其法兰盘上轴孔，并用顶丝固定，安装在第三L型支架上的配重伸出轴通过第一L型连接架的长段及其法兰盘上轴孔，并用顶丝固定，即L 型连接架用于连接两个支撑板上方向垂直的两个轴，以构成一个U副；第二L型连接架、第三L型连接架、第四L型连接架与第一L型连接架的装配形式相同，连接完成构成其余三个U副。
第一配重、第二配重、第三配重、第四配重、第五配重、第六配重不局限于采用电机作为冗余驱动或配重，也可采用其他形式配重，目的在于机构整体配重平衡，并存在转动关系。如果采用电机作为配重，可选择非自锁电机也可选择拆除电机减速器，以保证转轴的灵活性。
本发明的有益效果：本发明所述的一种可转向滚动4U机构，既可以实现前行功能也可以实现转向功能，并具有一定的避障能力。该机构结构简单，易于制造和加工。在民用领域，为中小学生提供了对移动机构认识的机会，可用于制作玩具、教学教具，在军用领域，也可进一步设计，改造为军用探测机器人。
附图说明
图1可转向滚动4U机构装配原理图
图2支撑板结构图
图3 L型支撑架结构图
图4 L型连接架结构图
图5可转向滚动4U机构直行步态示意图
图6可转向滚动4U机构转向步态示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种可转向滚动4U机构为空间闭链机构，包括第一支撑板(3)、第二支撑板(9)、第三支撑板(15)、第四支撑板(21)；第一L型支架(1)、第二L型支架(4)、第三L型支架(7)、第四L 型支架(11)、第五L型支架(13)、第六L型支架(17)、第七L型支架(19)、第八L型支架(22)、第一L型连接架(6)、第二L型连接架(12)、第三L型连接架(18)、第四L型连接架(23)；第一电机(2)、第二电机(5)；以及第一配重(8)、第二配重(10)、第三配重(14)、第四配重(16)、第五配重(20)、第六配重(24)组成；
如图2所示，所述的第一支撑板(3)外形呈十字形，其两端设有安装L型支架的通孔；第二支撑板 (9)、第三支撑板(15)、第四支撑板(21)与第一支撑板(3)的结构和外形尺寸相同；
如图3所示，所述的第一L型支架(1)的底面设有与支撑板固定的四个通孔；侧面设有电机输出轴的轴孔及用于固定电机的安装孔；第二L型支架(4)、第三L型支架(7)、第四L型支架(11)、第五L 型支架(13)、第六L型支架(17)、第七L型支架(19)、第八L型支架(22)与第一L型支架(1)结构和外形尺寸相同；
如图4所示，所述的第一L型连接架(6)的底面设有电机输出轴的轴孔及法兰安装孔，侧面设有电机输出轴的轴孔及法兰安装孔；第二L型连接架(12)、第三L型连接架(18)、第四L型连接架(23)与第一L型连接架(6)结构和外形尺寸相同。
如图1所示，所述的第一配重(8)采用相同的驱动电机，既可作为冗余驱动使用，也可作为附有转动轴的配重使用；第二配重(10)、第三配重(14)、第四配重(16)、第五配重(20)、第六配重(24)采用同样的形式，结构和外形尺寸相同；
具体连接方式为：
第一支撑板(3)两端的通孔与第一L型支架(1)、第二L型支架(4)底面的通孔通过螺栓进行固定连接，使第一L型支架(1)与第一支撑板(3)附有通孔的两端端面垂直、第二L型支架(4)与第一支撑板(3)附有通孔的两端端面平行。
第二支撑板(9)、第三支撑板(15)、第四支撑板(21)按照与第一支撑板(3)相同的装配方式依次装配第三L型支架(7)、第四L型支架(11)、第五L型支架(13)、第六L型支架(17)、第七L型支架 (19)、第八L型支架(22)，使第三L型支架(7)、第五L型支架(13)、第七L型支架(19)分别于与第二支撑板(9)、第三支撑板(15)、第四支撑板(21)附有通孔的两端端面垂直，第四L型支架(11)、第六L型支架(17)、第八L型支架(22)分别于与第二支撑板(9)、第三支撑板(15)、第四支撑板(21) 附有通孔的两端端面平行。
将第一电机(2)、第二电机(5)分别安装在第一L型支架(1)、第二L型支架上(4)，将第一配重 (8)、第二配重(10)、第三配重(14)、第四配重(16)、第五配重(20)、第六配重(24)分别安装在第三L型支架(7)、第四L型支架(11)、第五L型支架(13)、第六L型支架(17)、第七L型支架(19)、第八L型支架(22)上；
将法兰盘分别安装在第一L型连接架(6)、第二L型连接架(12)、第三L型连接架(18)、第四L 型连接架(23)的长段与短段的外侧上。
安装在第二L型支架(4)上的电机输出轴通过第一L型连接架(6)的短段及其法兰盘上轴孔，并用顶丝固定，安装在第三L型支架(7)上的配重伸出轴通过第一L型连接架(6)的长段及其法兰盘上轴孔，并用顶丝固定，即L型连接架用于连接两个支撑板上方向垂直的两个轴，以构成一个U副；第二L型连接架(12)、第三L型连接架(18)、第四L型连接架(23)与第一L型连接架(6)的装配形式相同，连接完成构成其余三个U副。
具体的使用方法：
可转向滚动4U机构可以实现直行步态。在该状态下仅利用第二电机(5)驱动即可完成，第一电机(2) 保持锁定，首先可转向滚动4U机构处于如图5a所示的直行步态的起始位姿，机构外形呈正四边形；当要直行的时候，以与地面接触的四边形的一个边为支撑面，驱动第二电机(5)调整四边形的顶点角度，实现机构整体重心偏移的动作如图5b所示；当可转向四边形翻滚机构的重心在地面上的投影由于惯性超出支撑区域时，实现如图5c所示的直行步态翻滚落地结束动作；当四边形的另一边落地之后，驱动第二电机(5)继续调整四边形的顶点角度，实现如图5d所示的直行步态姿态恢复起始动作以及如图5e所示的直行步态姿态恢复结束动作。这样就实现了机器人的一个完整直行步态，图5a、图5b、图5c、图5d、图5e是可转向滚动4U机构直行步态示意图。
可转向滚动4U机构可以实现转向步态。在该状态下要利用第一电机(2)进行转向调节，首先机构位于如图6a所示的转向步态的起始位姿，机构的外形呈正四边形，当要转向的时候，以与地面接触的四边形的一个边为支撑面，驱动第一电机(2)，锁定第二电机(5)使十字形支撑板与地面产生一定夹角，实现转向过程中的准备步态如图6b所示，而后驱动第二电机(5)锁定第一电机(2)调整十字形支撑板所在平面的二面角大小实现如图6c所示的转向步态重心偏移动作及如图6d所示的转向翻滚落地起始动作，而后驱动第二电机(5)，锁定第一电机(2)以调整至侧面支撑板与地面支撑板所在平面垂直，该过程为转向步态恢复动作如图6e，最终驱动第一电机(2)，锁定第二电机(5)调整四块支撑板的夹角如图6f所示，恢复至初始状态。这样就实现了机器人的一个完整转向步态，图6a、图6b、图6c、图6d、图6e、图 6f是可转向滚动4U机构转向步态示意图。

Claims (2)

1.一种可转向滚动4U机构，其特征在于：可转向滚动4U机构为空间闭链机构，包括第一支撑板(3)、第二支撑板(9)、第三支撑板(15)、第四支撑板(21)；第一L型支架(1)、第二L型支架(4)、第三L型支架(7)、第四L型支架(11)、第五L型支架(13)、第六L型支架(17)、第七L型支架(19)、第八L型支架(22)、第一L型连接架(6)、第二L型连接架(12)、第三L型连接架(18)、第四L型连接架(23)；第一电机(2)、第二电机(5)；以及第一配重(8)、第二配重(10)、第三配重(14)、第四配重(16)、第五配重(20)、第六配重(24)组成；
所述的第一支撑板(3)外形呈十字形，其两端设有安装L型支架的通孔；第二支撑板(9)、第三支撑板(15)、第四支撑板(21)与第一支撑板(3)的结构和外形尺寸相同；
所述的第一L型支架(1)的底面设有与支撑板固定的四个通孔；侧面设有电机输出轴的轴孔及用于固定电机的安装孔；第二L型支架(4)、第三L型支架(7)、第四L型支架(11)、第五L型支架(13)、第六L型支架(17)、第七L型支架(19)、第八L型支架(22)与第一L型支架(1)结构和外形尺寸相同；
所述的第一L型连接架(6)的底面设有电机输出轴的轴孔及法兰安装孔，侧面设有电机输出轴的轴孔及法兰安装孔；第二L型连接架(12)、第三L型连接架(18)、第四L型连接架(23)与第一L型连接架(6)结构和外形尺寸相同。
所述的第一配重(8)采用相同的驱动电机，既可作为冗余驱动使用，也可作为附有转动轴的配重使用；第二配重(10)、第三配重(14)、第四配重(16)、第五配重(20)、第六配重(24)采用同样的形式，结构和外形尺寸相同；
具体连接方式为：
第一支撑板(3)两端的通孔与第一L型支架(1)、第二L型支架(4)底面的通孔通过螺栓进行固定连接，使第一L型支架(1)与第一支撑板(3)附有通孔的两端端面垂直、第二L型支架(4)与第一支撑板(3)附有通孔的两端端面平行。
第二支撑板(9)、第三支撑板(15)、第四支撑板(21)按照与第一支撑板(3)相同的装配方式依次装配第三L型支架(7)、第四L型支架(11)、第五L型支架(13)、第六L型支架(17)、第七L型支架(19)、第八L型支架(22)，使第三L型支架(7)、第五L型支架(13)、第七L型支架(19)分别于与第二支撑板(9)、第三支撑板(15)、第四支撑板(21)附有通孔的两端端面垂直，第四L型支架(11)、第六L型支架(17)、第八L型支架(22)分别于与第二支撑板(9)、第三支撑板(15)、第四支撑板(21)附有通孔的两端端面平行。
将第一电机(2)、第二电机(5)分别安装在第一L型支架(1)、第二L型支架上(4)，将第一配重(8)、第二配重(10)、第三配重(14)、第四配重(16)、第五配重(20)、第六配重(24)分别安装在第三L型支架(7)、第四L型支架(11)、第五L型支架(13)、第六L型支架(17)、第七L型支架(19)、第八L型支架(22)上；
将法兰盘分别安装在第一L型连接架(6)、第二L型连接架(12)、第三L型连接架(18)、第四L型连接架(23)的长段与短段的外侧上。
安装在第二L型支架(4)上的电机输出轴通过第一L型连接架(6)的短段及其法兰盘上轴孔，并用顶丝固定，安装在第三L型支架(7)上的配重伸出轴通过第一L型连接架(6)的长段及其法兰盘上轴孔，并用顶丝固定，即L型连接架用于连接两个支撑板上方向垂直的两个轴，以构成一个U副；第二L型连接架(12)、第三L型连接架(18)、第四L型连接架(23)与第一L型连接架(6)的装配形式相同，连接完成构成其余三个U副。
2.根据权利要求书1所述的一种滚动4U机构，其特征在于：第一配重(8)、第二配重(10)、第三配重(14)、第四配重(16)、第五配重(20)、第六配重(24)不局限于采用电机作为冗余驱动或配重，也可采用其他形式配重，目的在于机构整体配重平衡，并存在转动关系。如果采用电机作为配重，可选择非自锁电机也可选择拆除电机减速器，以保证转轴的灵活性。
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