CN113998022B - 一种基于Sarrus机构的多模式滚动机器人 - Google Patents

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Abstract

一种基于Sarrus机构的多模式滚动机器人，该机器人以空间六杆机构为基础，由第一底座(1)、第一支链(2)、第二支链(3)、第二底座(4)、第三支链(5)、第四支链(6)组成，通过控制变形电机的正反转，来折展机器人的支链，通过控制主动电机的转动，来驱动主动轮旋转，使机器人具有整体滚动模式、轮式移动模式和蠕动模式，在教育、娱乐、军事等领域将得到很好的应用。

Description

一种基于Sarrus机构的多模式滚动机器人
技术领域
本发明涉及一种基于Sarrus机构的多模式滚动机器人，具体涉及一种以空间六杆Sarrus机构为基础的，通过控制变形电机的正反转，来折展机器人的支链，通过控制主动电机的转动，来驱动主动轮旋转，使机器人具有整体滚动模式、轮式移动模式和蠕动模式。
背景技术
由于Sarrus机构的可折展性，使得基于Sarrus机构的多模式滚动机器人具有变形能力，机器人整体具有整体滚动模式、轮式移动模式和蠕动模式，设计一种多模式滚动机器人。
中国专利CN111976856A公开了“一种基于Sarrus机构的单动力爬行机器人”，该机器人以空间六杆机构为基础，通过驱动电机的正反转来实现机器人的直行及转向。
发明内容
本发明要解决的技术问题：一般来说，整体滚动式机器人的运动形式单一，不具有轮式移动模式和蠕动模式。
一种基于Sarrus机构的多模式滚动机器人，其特征在于：一种基于Sarrus机构的多模式滚动机器人，包括第一底座、第一支链、第二支链、第二底座、第三支链、第四支链；
所述的第一底座表面为球顶结构，在四端设有安装第一支链、第二支链、第三支链、第四支链的四对安装孔，中间设有一凹形减重槽；
所述的第一支链包括第一支链杆、第一主动电机、第一主动轮、从动轮、变形电机、第二主动轮、第二主动电机、第二支链杆，其中第一支链杆一端设置有电机安装孔一和电机安装孔二，分别与第一主动电机的电机轴通过过盈方式连接，另一端设置有电机安装孔三与变形电机的输出轴通过过盈方式连接，第一主动轮与第一主动电机的转子外壳通过过盈方式连接，从动轮与第一支链杆的伸出杆一和第二支链杆的伸出杆二通过轴承形成转动连接，第二主动轮与第二主动电机的转子外壳通过过盈方式连接，第二支链杆一端设置有电机安装孔四和电机安装孔五，分别与第二主动电机的输出轴通过过盈方式连接，另一端设置有电机安装孔六与变形电机的外壳通过过盈方式连接。
所述的第二支链与第一支链的结构和外形尺寸相同；
所述的第二底座与第一底座的结构和外形尺寸相同；
所述的第三支链与第一支链的结构和外形尺寸相同；
所述的第四支链与第一支链的结构和外形尺寸相同；
第一底座通过安装孔与第一支链的电机安装孔一和电机安装孔二通过轴形成转动连接，第一底座与第二支链、第三支链、第四支链的连接方式和第一底座与第一支链的连接方式相同，第二底座通过安装孔与第一支链的电机安装孔四和电机安装孔五通过轴形成转动连接，第二底座与第二支链、第三支链、第四支链的连接方式和第二底座与第一支链的连接方式相同。
所述的第一主动电机和第二主动电机均采用外转子双轴电机，其电机外壳旋转而电机轴不旋转。
通过控制变形电机的正反转，来折展机器人的支链，通过控制主动电机的转动，来驱动主动轮旋转，使机器人具有整体滚动模式和轮式移动模式。
本发明的有益效果：本发明所述的基于Sarrus机构的多模式滚动机器人通过控制变形电机的正反转，来折展机器人的支链，通过控制主动电机的转动，来驱动主动轮旋转，使机器人具有整体滚动模式、轮式移动模式和蠕动模式，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基于Sarrus机构的多模式滚动机器人
图2第一底座结构图
图3第一支链结构图
图4第一支链杆结构图
图5第二支链杆结构图
图6双支链支撑滚动模式
图7单支链支撑滚动模式
图8双动力轮移动模式
图9单动力轮移动模式
图10蠕动模式
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，基于Sarrus机构的多模式滚动机器人，包括第一底座(1)、第一支链(2)、第二支链(3)、第二底座(4)、第三支链(5)、第四支链(6)；
如图2所示，第一底座(1)表面为球顶结构，在四端设有安装第一支链(2)、第二支链(3)、第三支链(5)、第四支链(6)的四对安装孔，中间设有一凹形减重槽；
如图3所示，第一支链(2)包括第一支链杆(2-1)、第一主动电机(2-2)、第一主动轮(2-3)、从动轮(2-4)、变形电机(2-5)、第二主动轮(2-6)、第二主动电机(2-7)、第二支链杆(2-8)，其中第一支链杆(2-1)一端设置有电机安装孔一(2-1-1)和电机安装孔二(2-1-2)，分别与第一主动电机(2-2)的电机轴通过过盈方式连接，另一端设置有电机安装孔三(2-1-3)与变形电机(2-5)的输出轴通过过盈方式连接，第一主动轮(2-3)与第一主动电机(2-2)的转子外壳通过过盈方式连接，从动轮(2-4)与第一支链杆(2-1)的伸出杆一(2-1-4)和第二支链杆(2-8)的伸出杆二(2-8-4)通过轴承形成转动连接，第二主动轮(2-6)与第二主动电机(2-7)的转子外壳通过过盈方式连接，第二支链杆(2-8)一端设置有电机安装孔四(2-8-1)和电机安装孔五(2-8-2)，分别与第二主动电机(2-7)的输出轴通过过盈方式连接，另一端设置有电机安装孔六(2-8-3)与变形电机(2-5)的外壳通过过盈方式连接。
如图4所示，第一支链杆(2-1)一端设置有电机安装孔一(2-1-1)和电机安装孔二(2-1-2)，另一端设置有电机安装孔三(2-1-3)和伸出杆一(2-1-4)；
如图5所示，第二支链杆(2-8)一端设置有电机安装孔四(2-8-1)和电机安装孔五(2-8-2)，另一端设置有电机安装孔六(2-8-3)和伸出杆二(2-8-4)；
如图1所示，第一底座(1)通过安装孔与第一支链(2)的电机安装孔一(2-1-1)和电机安装孔二(2-1-2)通过轴形成转动连接，第一底座(1)与第二支链(3)、第三支链(5)、第四支链(6)的连接方式和第一底座(1)与第一支链(2)的连接方式相同，第二底座(4)通过安装孔与第一支链(2)的电机安装孔四(2-8-1)和电机安装孔五(2-8-2)通过轴形成转动连接，第二底座(4)与第二支链(3)、第三支链(5)、第四支链(6)的连接方式和第二底座(4)与第一支链(2)的连接方式相同。
具体的使用方法：
如图6所示，为基于Sarrus机构的多模式滚动机器人的双支链支撑滚动模式，如图6a所示，此时有两支链触地，形成三角形支撑区域，机器人质心处于三角形支撑区域内，为稳定状态，此时变形电机控制支链张开，第一底座和第二底座向相反方向运动，到达一定位置后变形电机停止，质心存在一定速度，具有惯性，机器人向前倾翻滚动，如图6b所示；变形电机控制支链收缩，第一底座和第二底座距离靠近，当质心运动到底座正上方时，如图6c所示，如果质心速度为0，机构可以概率转向并且向各个方向倾倒概率相同，否则沿质心速度方向倾倒。主动电机始终不转动。
如图7所示，为基于Sarrus机构的多模式滚动机器人的单支链支撑滚动模式，如图7a所示，此时有一支链触地，形成矩形支撑区域，机器人质心处于矩形支撑区域内，为稳定状态，此时变形电机控制支链张开，第一底座和第二底座向相反方向运动，到达一定位置后变形电机停止，质心存在一定速度，具有惯性，机器人向前倾翻滚动，如图7b所示；变形电机控制支链收缩，第一底座和第二底座距离靠近，当质心运动到底座正上方时，如图7c所示，如果质心速度为0，机构可以概率转向并且向各个方向倾倒概率相同，否则沿质心速度方向倾倒。主动电机始终不转动。
如图8所示，为基于Sarrus机构的多模式滚动机器人的双动力轮移动模式，每条支链上的变形电机控制支链为一条直线，保持不转动，此时第一底座和第二底座距离最大，触地一侧支链上的两主动电机同向同速转动，机器人以双动力轮模式移动。
如图9所示，为基于Sarrus机构的多模式滚动机器人的单动力轮移动模式，每条支链上的变形电机控制支链进行收缩至一定角度，使得机器人单侧支链触地，触地一侧的一个主动电机转动，机器人以单动力轮模式移动。
如图10所示，为基于Sarrus机构的多模式滚动机器人的蠕动模式，当机器人单侧支链着地，并且第一底座和第二底座距离较近时，如图10a所示，变形电机控制支链张开，第一主动轮(2-3)处于锁死状态，另一侧第二主动轮(2-6)转动，第二底座向前移动，如图10b所示，；变形电机控制支链收缩，第二主动轮(2-6)处于锁死状态，另一侧第一主动轮(2-3)转动，第一底座向前移动，如图10c所示。变形电机和主动电机配合实现蠕动模式移动。

Claims (3)

1.一种基于Sarrus机构的多模式滚动机器人，其特征在于：包括第一底座(1)、第一支链(2)、第二支链(3)、第二底座(4)、第三支链(5)、第四支链(6)；
所述的第一底座(1)为球顶结构，在四端设有安装第一支链(2)、第二支链(3)、第三支链(5)、第四支链(6)的四对安装孔，中间设有一凹形减重槽；
所述的第一支链(2)包括第一支链杆(2-1)、第一主动电机(2-2)、第一主动轮(2-3)、从动轮(2-4)、变形电机(2-5)、第二主动轮(2-6)、第二主动电机(2-7)、第二支链杆(2-8)，其中第一支链杆(2-1)一端设置有电机安装孔一(2-1-1)和电机安装孔二(2-1-2)，分别与第一主动电机(2-2)的电机轴通过过盈方式连接，另一端设置有电机安装孔三(2-1-3)与变形电机(2-5)的输出轴通过过盈方式连接，第一主动轮(2-3)与第一主动电机(2-2)的转子外壳通过过盈方式连接，从动轮(2-4)与第一支链杆(2-1)的伸出杆一(2-1-4)和第二支链杆(2-8)的伸出杆二(2-8-4)通过轴承形成转动连接，第二主动轮(2-6)与第二主动电机(2-7)的转子外壳通过过盈方式连接，第二支链杆(2-8)一端设置有电机安装孔四(2-8-1)和电机安装孔五(2-8-2)，分别与第二主动电机(2-7)的输出轴通过过盈方式连接，另一端设置有电机安装孔六(2-8-3)与变形电机(2-5)的外壳通过过盈方式连接；
所述的第二支链(3)与第一支链(2)的结构和外形尺寸相同；
所述的第二底座(4)与第一底座(1)的结构和外形尺寸相同；
所述的第三支链(5)与第一支链(2)的结构和外形尺寸相同；
所述的第四支链(6)与第一支链(2)的结构和外形尺寸相同；
第一底座(1)通过安装孔与第一支链(2)的电机安装孔一(2-1-1)和电机安装孔二(2-1-2)通过轴形成转动连接，第一底座(1)与第二支链(3)、第三支链(5)、第四支链(6)的连接方式和第一底座(1)与第一支链(2)的连接方式相同，第二底座(4)通过安装孔与第一支链(2)的电机安装孔四(2-8-1)和电机安装孔五(2-8-2)通过轴形成转动连接，第二底座(4)与第二支链(3)、第三支链(5)、第四支链(6)的连接方式和第二底座(4)与第一支链(2)的连接方式相同。
2.如权利要求1所述的一种基于Sarrus机构的多模式滚动机器人，其特征在于：所述的第一主动电机和第二主动电机均采用外转子双轴电机，其电机外壳旋转而电机轴不旋转。
3.如权利要求1所述的一种基于Sarrus机构的多模式滚动机器人，其特征在于：通过控制变形电机的正反转，来折展机器人的支链，通过控制主动电机的转动，来驱动主动轮旋转，使机器人具有整体滚动模式、轮式移动模式和蠕动模式。
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