CN110696007B - 一种组合四面体移动机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种组合四面体移动机器人，包括第一至第四六叉顶点、第一至第四三叉顶点、第一至第十八支链。第一六叉顶点与第一、第二、第三、第七、第十、第十三支链连接；第二六叉顶点与第一、第四、第六、第十二、第十四、第十八支链连接；第三六叉顶点与第二、第四、第五、第八、第十五、第十六支链连接；第四六叉顶点与第三、第五、第六、第九、第十一、第十七支链连接；第一三叉顶点与第七至第九支链连接；第二三叉顶点与第十至第十二支链连接；第三三叉顶点与第十三至第十五支链连接；第四三叉顶点与第十六至第十八支链连接；完成上述连接机器人呈现五个正四面体组合外形。机器人通过姿态变化可实现地面全向移动，本发明可用于侦察、探测等。

Description

一种组合四面体移动机器人
技术领域
本发明设计一种组合四面体移动机器人，通过对由中心四面体和四个与其共面的四面体组成的组合四面体的杆件和顶点进行设计和布置，使得该机器人获得丰富的空间可变换姿态，并具有地面全向移动能力。本发明可用于侦察、探测、载运等领域。
背景技术
组合四面体移动机器人相较于其他四面体类型机器人，具有更丰富的变形能力，地面适应性好，具有全向移动特性。
中国专利CN 105835972A公布了一种“双四面体伸缩移动机器人”，该机器人由九个伸缩单元通过五个虎克铰顶点连接构成，依靠伸缩单元的伸长和缩短产生自身变形实现整体滚动，结构简单，具有一定的运动能力，但该机构的移动依赖于大伸缩比的伸缩单元，对伸缩单元的性能要求较高。
中国专利CN 108860353A公布了一种“全转动副四面体移动机器人”，该机器人由四个顶点和六个含有轴线相互平行的三个转动副的支链组成，通过控制舵机的正、反转驱动支链的内翻、外翻实现机器人在地面移动，但该机器人由于翻滚步态需求，在翻滚过程中质心位置不断提高，会受到较大的地面冲击，增加了对结构的破坏性和移动的不准确性。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有四面体移动机器人移动步态单一，翻滚步态受强烈地面冲击等问题，提供一种组合四面体顶点与支链的设计方式，增强四面体机器人的全向移动能力。
本发明的技术方案：一种组合四面体移动机器人包括第一至第四六叉顶点、第一至第四三叉顶点、第一至第十八支链。
所述的第一六叉顶点由三角平台、六个U型板、支撑圆柱、三叉板和半球顶点组成；所述的第二至第四六叉顶点的结构和尺寸与第一六叉顶点完全相同。
所述的第一三叉顶点由底面三角平台、三个底面U型板、长支撑圆柱、短支撑圆柱和单半球顶点组成；所述的第二至第四三叉顶点的结构和尺寸与第一三叉顶点完全相同。
所述的第一支链由第一连杆、第二连杆组成；第一支链包括三个轴线相互平行的转动副；所述的第二至第十八支链的结构和尺寸与第一支链完全相同。
顶点和支链的连接关系为：
第一六叉顶点上的六个U型板分别与第一支链、第二支链、第三支链、第七支链、第十支链、第十三支链的任意一端通过转轴连接；第二六叉顶点上的六个U型板分别与第一支链、第四支链、第六支链、第十二支链、第十四支链、第十八支链的任意一端通过转轴连接；第三六叉顶点上的六个U型板分别与第二支链、第四支链、第五支链、第八支链、第十五支链、第十六支链的任意一端通过转轴连接；第四六叉顶点上的六个U型板分别与第三支链、第五支链、第六支链、第九支链、第十一支链、第十七支链的任意一端通过转轴连接。
第一三叉顶点上的三个底面U型板分别与第七至第九支链的任意一端通过转轴连接；第二三叉顶点上的三个底面U型板分别与第十至第十二支链的任意一端通过转轴连接；第三三叉顶点上的三个底面U型板分别与第十三至第十五支链的任意一端通过转轴连接；第四三叉顶点上的三个底面U型板分别与第十六至第十八支链的任意一端通过转轴连接。
所述的第一六叉顶点包括三角平台、六个U型板、支撑圆柱、三叉板和半球顶点。
所述的三角平台底面中心设有两个通孔，用于与支撑圆柱构成固定连接；三个侧面设有通孔，用于与三个U型板构成固定连接。
所述的六个U型板两侧设有通孔，用于与支链连接构成转动副；底部中心设有两个通孔，用于与三角平台构成固定连接。
所述的支撑圆柱中心设有两个通孔，用于与三角平台、三叉板、半球顶点构成固定连接。
所述的三叉板中心设有两个通孔，用于与支撑圆柱构成固定连接；三个分叉上各设有两个通孔，用于与三个U型板构成固定连接。
所述的半球顶点开有一个切面，中心设有两个通孔，用于与三叉板构成固定连接。
所述的第一三叉顶点包括底面三角平台、三个底面U型板、长支撑圆柱、短支撑圆柱和单半球顶点。
所述的短支撑圆柱中心设有两个通孔，用于与长支撑圆柱构成固定连接。
所述的底面三角平台与三角平台的结构和尺寸完全相同；所述的三个底面U型板与六个U型板的结构和尺寸完全相同；所述的长支撑圆柱与支撑圆柱的结构和尺寸完全相同；所述的单半球顶点与半球顶点的结构和尺寸完全相同。
所述的第一支链包括第一连杆、第二连杆；第一连杆由两个相同的支链短杆通过螺钉与舵机的固定孔固定连接构成；第二连杆由两个相同的支链长杆通过螺钉与舵机的固定孔固定连接构成。
本发明的有益效果：本发明所述的组合四面体移动机器人整体自由度为8，属于空间多环耦合机构，具有高刚度、大变形的特点，便于折叠存放。组合四面体移动机器人既可以实现转向功能，又可以通过一系列三角形足迹组合实现精确直线运动，并具有一定的越障能力。该机器人结构简单，易于加工制造。可用于侦察、探测、载运等领域。
附图说明
图1组合四面体移动机器人整体三维图；
图2组合四面体移动机器人第一六叉顶点整体三维图；
图3组合四面体移动机器人第一六叉顶点三角平台三维图；
图4组合四面体移动机器人第一六叉顶点六个U型板三维图；
图5组合四面体移动机器人第一六叉顶点支撑圆柱三维图；
图6组合四面体移动机器人第一六叉顶点三叉板三维图；
图7组合四面体移动机器人第一六叉顶点半球顶点三维图；
图8组合四面体移动机器人第一三叉顶点整体三维图；
图9组合四面体移动机器人第一三叉顶点短支撑圆柱三维图；
图10组合四面体移动机器人第一支链整体三维图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
一种组合四面体移动机器人，如图1所示，包括第一至第四六叉顶点(1、2、3、4)、第一至第四三叉顶点(5、6、7、8)、第一至第十八支链(9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26)。
第一六叉顶点(1)，如图2所示，由三角平台(1-1)、六个U型板(1-2)、支撑圆柱(1-3)、三叉板(1-4)和半球顶点(1-5)组成；第二至第四六叉顶点(2、3、4)的结构和尺寸与第一六叉顶点(1)完全相同。
第一三叉顶点(5)，如图8所示，由底面三角平台(5-1)、三个底面U型板(5-2)、长支撑圆柱(5-3)、短支撑圆柱(5-4)和单半球顶点(5-5)组成；第二至第四三叉顶点(6、7、8)的结构和尺寸与第一三叉顶点(5)完全相同。
第一支链(9)，如图10所示，由第一连杆(9-1)、第二连杆(9-2)组成；第一支链(9)包括三个轴线相互平行的转动副；第二至第十八支链(10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26)的结构和尺寸与第一支链(9)完全相同。
顶点和支链的连接关系为：
第一六叉顶点(1)上的六个U型板(1-2)分别与第一支链(9)、第二支链(10)、第三支链(11)、第七支链(15)、第十支链(18)、第十三支链(21)的任意一端通过转轴连接；第二六叉顶点(2)上的六个U型板(1-2)分别与第一支链(9)、第四支链(12)、第六支链(14)、第十二支链(20)、第十四支链(22)、第十八支链(26)的任意一端通过转轴连接；第三六叉顶点(3)上的六个U型板(1-2)分别与第二支链(10)、第四支链(12)、第五支链(13)、第八支链(16)、第十五支链(23)、第十六支链(24)的任意一端通过转轴连接；第四六叉顶点(4)上的六个U型板(1-2)分别与第三支链(11)、第五支链(13)、第六支链(14)、第九支链(17)、第十一支链(19)、第十七支链(25)的任意一端通过转轴连接，如图1所示。
第一三叉顶点(5)上的三个底面U型板(5-2)分别与第七至第九支链(15、16、17)的任意一端通过转轴连接；第二三叉顶点(6)上的三个底面U型板(5-2)分别与第十至第十二支链(18、19、20)的任意一端通过转轴连接；第三三叉顶点(7)上的三个底面U型板(5-2)分别与第十三至第十五支链(21、22、23)的任意一端通过转轴连接；第四三叉顶点(8)上的三个底面U型板(5-2)分别与第十六至第十八支链(24、25、26)的任意一端通过转轴连接，如图1所示。
第一六叉顶点(1)，如图2所示，包括三角平台(1-1)、六个U型板(1-2)、支撑圆柱(1-3)、三叉板(1-4)和半球顶点(1-5)。
三角平台(1-1)，如图3所示，底面中心设有两个通孔(1-1-1)，用于与支撑圆柱(1-3)构成固定连接；三个侧面设有通孔(1-1-2)，用于与三个U型板(1-2)构成固定连接。
六个U型板(1-2)，如图4所示，两侧设有通孔(1-2-1)，用于与支链连接构成转动副；底部中心设有两个通孔(1-2-2)，用于与三角平台(1-1)构成固定连接。
支撑圆柱(1-3)，如图5所示，中心设有两个通孔(1-3-1)，用于与三角平台(1-1)、三叉板(1-4)、半球顶点(1-5)构成固定连接。
三叉板(1-4)，如图6所示，中心设有两个通孔(1-4-1)，用于与支撑圆柱(1-3)构成固定连接；三个分叉上各设有两个通孔(1-4-2)，用于与三个U型板(1-2)构成固定连接。
半球顶点(1-5)，如图7所示，开有一个切面(1-5-1)，中心设有两个通孔(1-5-2)，用于与三叉板(1-4)构成固定连接。
第一三叉顶点(5)，如图8所示，包括底面三角平台(5-1)、三个底面U型板(5-2)、长支撑圆柱(5-3)、短支撑圆柱(5-4)和单半球顶点(5-5)。
短支撑圆柱(5-4)，如图9所示，中心设有两个通孔(5-4-1)，用于与长支撑圆柱(5-3)构成固定连接。
底面三角平台(5-1)与三角平台(1-1)的结构和尺寸完全相同；所述的三个底面U型板(5-2)与六个U型板(1-2)的结构和尺寸完全相同；所述的长支撑圆柱(5-3)与支撑圆柱(1-3)的结构和尺寸完全相同；所述的单半球顶点(5-5)与半球顶点(1-5)的结构和尺寸完全相同。
第一支链(9)，如图10所示，包括第一连杆(9-1)、第二连杆(9-2)；第一连杆(9-1)由两个相同的支链短杆(9-1-1)通过螺钉与舵机的固定孔固定连接构成；第二连杆(9-2)由两个相同的支链长杆(9-2-1)通过螺钉与舵机的固定孔固定连接构成。

Claims (4)

1.一种组合四面体移动机器人，其特征在于：该组合四面体移动机器人包括第一至第四六叉顶点(1、2、3、4)、第一至第四三叉顶点(5、6、7、8)、第一至第十八支链(9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26)；
所述的第一六叉顶点(1)由三角平台(1-1)、六个U型板(1-2)、支撑圆柱(1-3)、三叉板(1-4)和半球顶点(1-5)组成；所述的第二至第四六叉顶点(2、3、4)的结构和尺寸与第一六叉顶点(1)完全相同；
所述的第一三叉顶点(5)由底面三角平台(5-1)、三个底面U型板(5-2)、长支撑圆柱(5-3)、短支撑圆柱(5-4)和单半球顶点(5-5)组成；所述的第二至第四三叉顶点(6、7、8)的结构和尺寸与第一三叉顶点(5)完全相同；
所述的第一支链(9)由第一连杆(9-1)、第二连杆(9-2)组成；第一支链(9)包括三个轴线相互平行的转动副；所述的第二至第十八支链(10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26)的结构和尺寸与第一支链(9)完全相同；
顶点和支链的连接关系为：
第一六叉顶点(1)上的六个U型板(1-2)分别与第一支链(9)、第二支链(10)、第三支链(11)、第七支链(15)、第十支链(18)、第十三支链(21)的任意一端通过转轴连接；第二六叉顶点(2)上的六个U型板(1-2)分别与第一支链(9)、第四支链(12)、第六支链(14)、第十二支链(20)、第十四支链(22)、第十八支链(26)的任意一端通过转轴连接；第三六叉顶点(3)上的六个U型板(1-2)分别与第二支链(10)、第四支链(12)、第五支链(13)、第八支链(16)、第十五支链(23)、第十六支链(24)的任意一端通过转轴连接；第四六叉顶点(4)上的六个U型板(1-2)分别与第三支链(11)、第五支链(13)、第六支链(14)、第九支链(17)、第十一支链(19)、第十七支链(25)的任意一端通过转轴连接；
第一三叉顶点(5)上的三个底面U型板(5-2)分别与第七至第九支链(15、16、17)的任意一端通过转轴连接；第二三叉顶点(6)上的三个底面U型板(5-2)分别与第十至第十二支链(18、19、20)的任意一端通过转轴连接；第三三叉顶点(7)上的三个底面U型板(5-2)分别与第十三至第十五支链(21、22、23)的任意一端通过转轴连接；第四三叉顶点(8)上的三个底面U型板(5-2)分别与第十六至第十八支链(24、25、26)的任意一端通过转轴连接。
2.根据权利要求1所述的组合四面体移动机器人，其特征在于：
所述的第一六叉顶点(1)包括三角平台(1-1)、六个U型板(1-2)、支撑圆柱(1-3)、三叉板(1-4)和半球顶点(1-5)；
所述的三角平台(1-1)底面中心设有两个通孔(1-1-1)，用于与支撑圆柱(1-3)构成固定连接；三个侧面设有通孔(1-1-2)，用于与三个U型板(1-2)构成固定连接；
所述的六个U型板(1-2)两侧设有通孔(1-2-1)，用于与支链连接构成转动副；底部中心设有两个通孔(1-2-2)，用于与三角平台(1-1)构成固定连接；
所述的支撑圆柱(1-3)中心设有两个通孔(1-3-1)，用于与三角平台(1-1)、三叉板(1-4)、半球顶点(1-5)构成固定连接；
所述的三叉板(1-4)中心设有两个通孔(1-4-1)，用于与支撑圆柱(1-3)构成固定连接；三个分叉上各设有两个通孔(1-4-2)，用于与三个U型板(1-2)构成固定连接；
所述的半球顶点(1-5)开有一个切面(1-5-1)，中心设有两个通孔(1-5-2)，用于与三叉板(1-4)构成固定连接。
3.根据权利要求1所述的组合四面体移动机器人，其特征在于：
所述的第一三叉顶点(5)包括底面三角平台(5-1)、三个底面U型板(5-2)、长支撑圆柱(5-3)、短支撑圆柱(5-4)和单半球顶点(5-5)；
所述的短支撑圆柱(5-4)中心设有两个通孔(5-4-1)，用于与长支撑圆柱(5-3)构成固定连接；
所述的底面三角平台(5-1)与三角平台(1-1)的结构和尺寸完全相同；所述的三个底面U型板(5-2)与六个U型板(1-2)的结构和尺寸完全相同；所述的长支撑圆柱(5-3)与支撑圆柱(1-3)的结构和尺寸完全相同；所述的单半球顶点(5-5)与半球顶点(1-5)的结构和尺寸完全相同。
4.根据权利要求1所述的组合四面体移动机器人，其特征在于：
所述的第一支链(9)包括第一连杆(9-1)、第二连杆(9-2)；第一连杆(9-1)由两个相同的支链短杆(9-1-1)通过螺钉与舵机的固定孔固定连接构成；第二连杆(9-2)由两个相同的支链长杆(9-2-1)通过螺钉与舵机的固定孔固定连接构成。
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