CN115674950A - 一种基于Bricard机构的变形轮机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及移动机器人技术，具体涉及一种基于Bricard机构的变形轮机构，由第一辅助轮腿、第一滚动轮腿、第二滚动轮腿、第二辅助轮腿、第一连杆、第二连杆、第一驱动杆、第二驱动杆、第三连杆、第四连杆、第三辅助轮腿、第三滚动轮腿、第四滚动轮腿、第四辅助轮腿、驱动电机组成，通过结构自身变形具备轮式、腿式两种运动模式，能够适应不同的工作环境和工作需求。
Description
技术领域
本发明涉及移动机器人技术，具体涉及一种基于Bricard机构的变形轮机构，通过自身结构的变形实现轮腿模式的切换。
背景技术
轮式机器人结构稳定，运行速度快，适合平顺路面的快速移动，对复杂环境适应能力弱；腿式机器人越障能力好，对地形的适应性强，但结构较为复杂，运行效率较低。轮腿式机器人综合了轮式机器人和腿式机器人的优点，可在不同环境中实现工作运转，具有高适应性和高灵活性的特点，成为机器人领域的研究热点。依托经典空间单闭链Bricard机构的轮腿机构，通过结构的变形可实现多种工作模式的切换，对灾难救援、军事勘察等工作场景具有应用价值。
发明内容
本发明利用经典空间单闭链Bricard机构在轮腿式机器人领域的应用，轮式机器人在平坦路面上行驶具有高速性，但地形适应能力较差，越障性能较差；腿式机器人具有很强的地形适应能力和越障能力，但其运动速度较慢，结合轮式机器人和腿式机器人的优点，对连杆形状进行改进后提出了一种面对称变形轮机构。
本发明的技术方案：设计一种基于Bricard机构的变形轮机构，该移动机构包括第一辅助轮腿、第一滚动轮腿、第二滚动轮腿、第二辅助轮腿、第一连杆、第二连杆、第一驱动杆、第二驱动杆、第三连杆、第四连杆、第三辅助轮腿、第三滚动轮腿、第四滚动轮腿、第四辅助轮腿、驱动电机；驱动电机与第一驱动杆、驱动电机与第二驱动杆通过套筒直接连接，第一滚动轮腿下端与第二滚动轮腿上端、第三滚动轮腿上端与第四滚动轮腿下端通过过盈方式连接，第一辅助轮腿与第二连杆、第二辅助轮腿与第一连杆、第三辅助轮腿与第三连杆、第四辅助轮腿与第四连杆实现转动连接，第一辅助轮腿与第一滚动轮腿、第一滚动轮腿上端与第二滚动轮腿下端、第二滚动轮腿与第二辅助轮腿、第三辅助轮腿与第三滚动轮腿、第三滚动轮腿下端与第四滚动轮腿上端、第四滚动轮腿与第四辅助轮腿均通过螺栓实现固定连接。
所述的第一辅助轮腿为不规则形状连杆，右侧开有螺纹孔和槽，左侧与第一连杆相连接；
所述的第一滚动轮腿为不规则形状连杆，左侧设有垂直的圆孔和小厚度圆形边界，右侧开有螺纹孔和槽，下端与第二滚动轮腿相连接；
所述的第二滚动轮腿为不规则形状连杆，左侧开有螺纹孔和槽，右侧设有垂直的圆孔和小厚度圆形边界，上端与第一滚动轮腿相连接；
所述的第二辅助轮腿为不规则形状连杆，左侧设有垂直的圆孔和小厚度圆形边界，右侧与第二连杆相连接；
所述的第一连杆截面形状为矩形，右侧开有垂直圆孔和槽，左侧与第一辅助轮腿相连接；
所述的第二连杆截面形状为矩形，右侧设有垂直的圆孔和小厚度圆形边界，左侧与第二辅助轮腿相连接；
所述的第一驱动杆右侧与第一辅助轮腿、第二辅助轮腿相连接，左侧与驱动电机相连接；
所述的第二驱动杆与第一驱动杆结构和外形尺寸相同；
所述的第三连杆与第二连杆结构和外形尺寸相同；
所述的第四连杆与第一连杆结构和外形尺寸相同；
所述的第三辅助轮腿与第二辅助轮腿结构和外形尺寸相同；
所述的第三滚动轮腿与第二滚动轮腿结构和外形尺寸相同；
所述的第四滚动轮腿与第一滚动轮腿结构和外形尺寸相同；
所述的第四辅助轮腿与第一辅助轮腿结构和外形尺寸相同；
所述的驱动电机为双侧输出轴电机。
所述控制系统可控制机构实现腿式和轮式两种结构的变形，腿式结构的机构变形的初始状态为第一滚动轮腿、第二滚动轮腿、第三滚动轮腿与第四滚动轮腿的圆弧面与地面接触进行支撑，驱动电机锁紧，第一连杆与第二连杆、第三连杆与第四连杆间夹角均为水平，驱动电机通电，改变第一连杆与第二连杆、第三连杆与第四连杆的夹角，驱动电机继续驱动，使机构整体变换为筝型后锁死时，该机构为腿式结构，驱动电机使第一驱动杆、第二驱动杆整周旋转，实现腿式结构的运动；轮式结构的机构变形的初始状态为第一滚动轮腿、第二滚动轮腿、第三滚动轮腿与第四滚动轮腿的连接关节与地面接触进行支撑，驱动电机通电，改变第一连杆与第二连杆、第三连杆与第四连杆的夹角，驱动电机继续驱动，使第一滚动轮腿与第二滚动轮腿、第三滚动轮腿与第四滚动轮腿杆上的不规则槽与边界锁死时，该机构为轮式结构，驱动电机使第一驱动杆、第二驱动杆整周旋转，实现轮式结构的运动。
所述的一种基于Bricard机构的变形轮机构，可用作构成轮腿式移动平台的模块化移动单元。
本发明的有益效果：本发明所述的基于Bricard机构的变形轮机构，通过改变机构结构具备轮式和腿式两种变形能力。其中，轮式工作模式可实现快速灵活的轮式滚动运动，在平坦路面高速移动；腿式工作模式具有越障性能好的特点，可以通过一些不平坦路面，两种变形结构可根据不同路面情况和工作需求进行模式切换。
附图说明
图1基于Bricard机构的变形轮机构结构图
图2第一辅助轮腿结构图
图3第一滚动轮腿结构图
图4第二滚动轮腿结构图
图5第二辅助轮腿结构图
图6第一连杆结构图
图7第二连杆结构图
图8第一驱动杆结构图
图9第二驱动杆结构图
图10第三连杆结构图
图11第四连杆结构图
图12第三辅助轮腿结构图
图13第三滚动轮腿结构图
图14第四滚动轮腿结构图
图15第四辅助轮腿结构图
图16腿式结构的机构变形过程三维图
图17轮式结构的机构变形过程三维图
图18由基于Bricard机构的变形轮机构构成的四足机器人示意图
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，一种基于Bricard机构的变形轮机构，该移动机构包括第一辅助轮腿(1)、第一滚动轮腿(2)、第二滚动轮腿(3)、第二辅助轮腿(4)、第一连杆(5)、第二连杆(6)、第一驱动杆(7)、第二驱动杆(8)、第三连杆(9)、第四连杆(10)、第三辅助轮腿(11)、第三滚动轮腿(12)、第四滚动轮腿(13)、第四辅助轮腿(14)、驱动电机(15)；驱动电机(15)与第一驱动杆(7)、驱动电机(15)与第二驱动杆(8)通过套筒直接连接，第一滚动轮腿(2)下端与第二滚动轮腿(3)上端、第三滚动轮腿(12)上端与第四滚动轮腿(13)下端通过过盈方式连接，第一辅助轮腿(1)与第二连杆(6)、第二辅助轮腿(4)与第一连杆(5)、第三辅助轮腿(11)与第三连杆(9)、第四辅助轮腿(14)与第四连杆(10)实现转动连接，第一辅助轮腿(1)与第一滚动轮腿(2)、第一滚动轮腿(2)上端与第二滚动轮腿(3)下端、第二滚动轮腿(3)与第二辅助轮腿(4)、第三辅助轮腿(11)与第三滚动轮腿(12)、第三滚动轮腿(12)下端与第四滚动轮腿(13)上端、第四滚动轮腿(13)与第四辅助轮腿(14)均通过螺栓实现固定连接。
如图2所示，所述的第一辅助轮腿(1)为不规则形状连杆，右侧开有螺纹孔和槽(1-1)，左侧与第一连杆(5)相连接；
如图3所示，所述的第一滚动轮腿(2)为不规则形状连杆，左侧设有垂直的圆孔(2-1)和小厚度圆形边界，右侧开有螺纹孔和槽(2-2)，下端与第二滚动轮腿(3)相连接；
如图4所示，所述的第二滚动轮腿(3)为不规则形状连杆，左侧开有螺纹孔和槽(3-1)，右侧设有垂直的圆孔(3-2)和小厚度圆形边界，上端与第一滚动轮腿(2)相连接；
如图5所示，所述的第二辅助轮腿(4)为不规则形状连杆，左侧设有垂直的圆孔(4-1)和小厚度圆形边界，右侧与第二连杆(6)相连接；
如图6所示，所述的第一连杆(5)截面形状为矩形，右侧开有垂直圆孔(5-1)和槽，左侧与第一辅助轮腿(1)相连接；
如图7所示，所述的第二连杆(6)截面形状为矩形，右侧设有垂直的圆孔(6-1)和小厚度圆形边界，左侧与第二辅助轮腿(4)相连接；
如图8所示，所述的第一驱动杆(7)右侧与第一辅助轮腿(1)、第二辅助轮腿(4)相连接，左侧与驱动电机(15)相连接；
如图9所示，所述的第二驱动杆(8)与第一驱动杆(7)结构和外形尺寸相同；
如图10所示，所述的第三连杆(9)与第二连杆(6)结构和外形尺寸相同；
如图11所示，所述的第四连杆(10)与第一连杆(5)结构和外形尺寸相同；
如图12所示，所述的第三辅助轮腿(11)与第二辅助轮腿(4)结构和外形尺寸相同；
如图13所示，所述的第三滚动轮腿(12)与第二滚动轮腿(3)结构和外形尺寸相同；
如图14所示，所述的第四滚动轮腿(13)与第一滚动轮腿(2)结构和外形尺寸相同；
如图15所示，所述的第四辅助轮腿(14)与第一辅助轮腿(1)结构和外形尺寸相同；
所述的驱动电机(15)为双侧输出轴电机。
具体的使用方法：
所述控制系统可控制机构实现腿式和轮式两种结构的变形，如图16为所述腿式结构的机构变形过程，图16(a)为机构的初始状态，第一滚动轮腿(2)、第二滚动轮腿(3)、第三滚动轮腿(12)与第四滚动轮腿(13)的圆弧面与地面接触进行支撑，驱动电机(15)锁紧，第一连杆(5)与第二连杆(6)、第三连杆(9)与第四连杆(10)间夹角均为水平，驱动电机(15)通电，改变第一连杆(5)与第二连杆(6)、第三连杆(9)与第四连杆(10)的夹角依次达到图16(b)和图16(c)的状态，驱动电机(15)继续转动，使机构整体变换为筝型后锁死，达到图16(d)的状态时，该机构为腿式结构，驱动电机(15)使第一驱动杆(7)、第二驱动杆(8)整周旋转，实现腿式结构的运动；如图17为所述轮式结构的机构变形过程三维图，图17(a)为机构的初始状态，第一滚动轮腿(2)、第二滚动轮腿(3)、第三滚动轮腿(12)与第四滚动轮腿(13)的连接关节与地面接触进行支撑，驱动电机(15)通电，改变第一连杆(5)与第二连杆(6)、第三连杆(9)与第四连杆(10)的夹角依次达到图17(b)和图17(c)的状态，驱动电机(15)继续转动，使第一滚动轮腿(2)与第二滚动轮腿(3)、第三滚动轮腿(12)与第四滚动轮腿(13)杆上的不规则槽与边界锁死，达到图17(d)的状态时，该机构为轮式结构，驱动电机(15)使第一驱动杆(7)、第二驱动杆(8)整周旋转，实现轮式结构的运动。
所述的一种基于Bricard机构的变形轮机构，可用作构成轮腿式移动平台的模块化移动单元，如图18所示为所述机构构成的四足机器人示意图。
Claims (5)
1.一种基于Bricard机构的变形轮机构，其特征在于：一种基于Bricard结构的变形轮机构，该移动机构包括第一辅助轮腿(1)、第一滚动轮腿(2)、第二滚动轮腿(3)、第二辅助轮腿(4)、第一连杆(5)、第二连杆(6)、第一驱动杆(7)、第二驱动杆(8)、第三连杆(9)、第四连杆(10)、第三辅助轮腿(11)、第三滚动轮腿(12)、第四滚动轮腿(13)、第四辅助轮腿(14)、驱动电机(15)；驱动电机(15)与第一驱动杆(7)、驱动电机(15)与第二驱动杆(8)通过套筒直接连接，第一滚动轮腿(2)下端与第二滚动轮腿(3)上端、第三滚动轮腿(12)上端与第四滚动轮腿(13)下端通过过盈方式连接，第一辅助轮腿(1)与第二连杆(6)、第二辅助轮腿(4)与第一连杆(5)、第三辅助轮腿(11)与第三连杆(9)、第四辅助轮腿(14)与第四连杆(10)实现转动连接，第一辅助轮腿(1)与第一滚动轮腿(2)、第一滚动轮腿(2)上端与第二滚动轮腿(3)下端、第二滚动轮腿(3)与第二辅助轮腿(4)、第三辅助轮腿(11)与第三滚动轮腿(12)、第三滚动轮腿(12)下端与第四滚动轮腿(13)上端、第四滚动轮腿(13)与第四辅助轮腿(14)均通过螺栓实现固定连接。
2.如权利要求1所述的一种基于Bricard机构的变形轮机构，其特征在于：
所述的第一辅助轮腿(1)为不规则形状连杆，右侧开有螺纹孔和槽(1-1)，左侧与第一连杆(5)相连接；
所述的第一滚动轮腿(2)为不规则形状连杆，左侧设有垂直的圆孔(2-1)和小厚度圆形边界，右侧开有螺纹孔和槽(2-2)，下端与第二滚动轮腿(3)相连接；
所述的第二滚动轮腿(3)为不规则形状连杆，左侧开有螺纹孔和槽(3-1)，右侧设有垂直的圆孔(3-2)和小厚度圆形边界，上端与第一滚动轮腿(2)相连接；
所述的第二辅助轮腿(4)为不规则形状连杆，左侧设有垂直的圆孔(4-1)和小厚度圆形边界，右侧与第二连杆(6)相连接；
所述的第一连杆(5)截面形状为矩形，右侧开有垂直圆孔(5-1)和槽，左侧与第一辅助轮腿(1)相连接；
所述的第二连杆(6)截面形状为矩形，右侧设有垂直的圆孔(6-1)和小厚度圆形边界，左侧与第二辅助轮腿(4)相连接；
所述的第一驱动杆(7)右侧与第一辅助轮腿(1)、第二辅助轮腿(4)相连接，左侧与驱动电机(15)相连接；
所述的第二驱动杆(8)与第一驱动杆(7)结构和外形尺寸相同；
所述的第三连杆(9)与第二连杆(6)结构和外形尺寸相同；
所述的第四连杆(10)与第一连杆(5)结构和外形尺寸相同；
所述的第三辅助轮腿(11)与第二辅助轮腿(4)结构和外形尺寸相同；
所述的第三滚动轮腿(12)与第二滚动轮腿(3)结构和外形尺寸相同；
所述的第四滚动轮腿(13)与第一滚动轮腿(2)结构和外形尺寸相同；
所述的第四辅助轮腿(14)与第一辅助轮腿(1)结构和外形尺寸相同。
3.如权利要求1所述的一种基于Bricard机构的变形轮机构，其特征在于：
所述的驱动电机(15)为双侧输出轴电机。
4.如权利要求1所述的一种基于Bricard机构的变形轮机构，其特征在于：
所述控制系统可控制机构实现腿式和轮式两种结构的变形，腿式结构的机构变形的初始状态为第一滚动轮腿(2)、第二滚动轮腿(3)、第三滚动轮腿(12)与第四滚动轮腿(13)的圆弧面与地面接触进行支撑，驱动电机(15)锁紧，第一连杆(5)与第二连杆(6)、第三连杆(9)与第四连杆(10)间夹角均为水平，驱动电机(15)通电，改变第一连杆(5)与第二连杆(6)、第三连杆(9)与第四连杆(10)的夹角，驱动电机(15)继续转动，使机构整体变换为筝型后锁死时，该机构为腿式结构，驱动电机(15)使第一驱动杆(7)、第二驱动杆(8)整周旋转，实现腿式结构的运动；轮式结构的机构变形的初始状态为第一滚动轮腿(2)、第二滚动轮腿(3)、第三滚动轮腿(12)与第四滚动轮腿(13)的连接关节与地面接触进行支撑，驱动电机(15)通电，改变第一连杆(5)与第二连杆(6)、第三连杆(9)与第四连杆(10)的夹角，驱动电机(15)继续转动，使第一滚动轮腿(2)与第二滚动轮腿(3)、第三滚动轮腿(12)与第四滚动轮腿(13)杆上的不规则槽与边界锁死时，该机构为轮式结构，驱动电机(15)使第一驱动杆(7)、第二驱动杆(8)整周旋转，实现轮式结构的运动。
5.如权利要求1所述的一种基于Bricard机构的变形轮机构，其特征在于：
所述的一种基于Bricard机构的变形轮机构，可用作构成轮腿式移动平台的模块化移动单元。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211480273.1A CN115674950A (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 一种基于Bricard机构的变形轮机构 |
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| CN202211480273.1A CN115674950A (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 一种基于Bricard机构的变形轮机构 |
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|---|---|
| CN115674950A true CN115674950A (zh) | 2023-02-03 |
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| CN202211480273.1A Pending CN115674950A (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 一种基于Bricard机构的变形轮机构 |
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|---|---|
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2022
- 2022-11-24 CN CN202211480273.1A patent/CN115674950A/zh active Pending
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