CN117922198A - 一种并排布置的Bricard变形轮腿机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及移动机器人技术，具体涉及一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，由第一电机、机架杆、第一驱动连杆、第一滚动连杆、第二滚动连杆、第一辅助连杆、第一连架杆、第二电机、第二连架杆、第二辅助连杆、第三滚动连杆、第四滚动连杆、第二驱动连杆组成，通过改变机构结构具备轮式、腿式两种运动模式的变形能力，对不同的工作环境和工作需求具备很好的适应能力。
Description
技术领域
本发明涉及移动机器人技术，具体涉及一种并排布置的Bricard变形轮腿机构。
背景技术
传统移动机器人凭借不同的移动执行机构，移动特点各异：轮式机器人移动速度较快，适应于平坦路面的高速移动，但越障性能较弱；腿式机器人对复杂环境的适应性强，越障能力较好，但结构较为复杂，控制难度较大。轮腿式机器人突破了单一运动模式移动机器人的运动限制，综合了轮式机器人和腿式机器人的优点，灵活性与稳定性均得以提升，对复杂环境的适应能力大大增强，成为机器人领域的研究热点。基于空间闭链连杆Bricard机构的并排布置设计变形轮腿机构，通过结构的变形实现不同运动模式的切换，对复杂地形下的救援、勘探等场景具有应用前景。
发明内容
本发明利用经典空间闭链连杆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，但对复杂地形适应能力较差，越障能力不足；腿式机器人具有较强的地形适应能力，越障能力较好，但结构较为复杂，运行速度较低，综合轮式机器人和腿式机器人的优点，对并排布置的两组Bricard机构连杆形状进行设计优化后提出了一种新型变形轮腿机构。
本发明的技术方案：设计一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，该移动机构包括第一电机、机架杆、第一驱动连杆、第一滚动连杆、第二滚动连杆、第一辅助连杆、第一连架杆、第二电机、第二连架杆、第二辅助连杆、第三滚动连杆、第四滚动连杆、第二驱动连杆；第一电机与机架杆通过过盈方式连接，第一电机的两侧输出轴分别与第一驱动连杆和第二驱动连杆的通孔固定连接，第二电机与机架杆、第二电机与第一连架杆、第二电机与第二连架杆通过套筒直接连接，第一驱动连杆下端与第二驱动连杆下端、第一滚动连杆下端与第二滚动连杆下端、第三滚动连杆下端与第四滚动连杆下端、第一连架杆下端与第二连架杆下端通过过盈方式连接，第一驱动连杆与第一滚动连杆、第一滚动连杆与第二滚动连杆、第二滚动连杆与第一连架杆、第一连架杆与机架杆、第二连架杆与机架杆、第三滚动连杆与第二连架杆、第三滚动连杆与第四滚动连杆、第二驱动连杆与第四滚动连杆均通过螺栓实现固定连接。
所述的第一电机为双侧输出轴电机；
所述的机架杆截面形状为矩形，左侧设有垂直的圆孔和小厚度圆形边界，右侧开有通孔，并与第一电机相连接；
所述的第一驱动连杆为不规则形状连杆，左侧设有垂直的圆孔和小厚度圆形边界，右侧与第一电机相连接；
所述的第一滚动连杆为不规则形状连杆，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；
所述的第二滚动连杆为不规则形状连杆，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，上端与第一滚动连杆相连接；
所述的第一辅助连杆为不规则形状连杆，左侧开有螺纹孔和槽，右侧与第一连架杆相连接；
所述的第一连架杆截面形状为矩形，右侧开有垂直圆孔，左侧与第一辅助连杆相连接；
所述的第二电机为直流电机；
所述的第二连架杆与第一连架杆结构和外形尺寸相同；
所述的第二辅助连杆与第一辅助连杆结构和外形尺寸相同；
所述的第三滚动连杆与第二滚动连杆结构和外形尺寸相同；
所述的第四滚动连杆与第一滚动连杆结构和外形尺寸相同；
所述的第二驱动连杆与第一驱动连杆结构和外形尺寸相同；
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和行进运动，腿式结构的机构变形的初始状态为第一滚动连杆、第二滚动连杆、第三滚动连杆与第四滚动连杆的圆弧面与地面接触进行支撑，第一电机锁紧，机架杆与第一连杆、机架杆与第二连杆间的夹角均为水平，第一电机旋转，改变机架杆与第一连架杆、机架杆与第二连架杆间的夹角，第一电机继续转动，使机构上下两部分均变换为筝型结构后锁死时，该机构为腿式结构，此时第二电机使第一辅助连杆、第二辅助连杆整周旋转，实现腿式结构的行进运动；轮式结构的机构变形的初始状态为第一滚动连杆、第二滚动连杆、第三滚动连杆与第四滚动连杆的连接关节与地面接触进行支撑，第一电机旋转，改变机架杆与第一连杆、机架杆与第二连杆间的夹角，第一电机继续转动，使第一滚动连杆与第二滚动连杆、第三滚动连杆与第四滚动连杆上的不规则槽与边界锁死时，该机构为轮式结构，第二电机使第一辅助连杆、第二辅助连杆整周旋转，实现轮式结构的行进运动。
所述的一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，通过共用机架杆的方式组合两组Bricard机构，相较于分层布置的Bricard机构，减少杆件数量，降低整机质量，结构更加严密紧凑。
所述的一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，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：本发明所述的并排布置的Bricard变形轮腿机构，结构紧凑，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轮式滚动运动，稳定性高，灵活性好，能在平坦路面实现快速移动；腿式工作模式越障能力强，对复杂环境通过性好，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并排布置的Bricard变形轮腿机构结构图
图2机架杆结构图
图3第一驱动连杆结构图
图4第一滚动连杆结构图
图5第二滚动连杆结构图
图6第一辅助连杆结构图
图7第一连架杆结构图
图8第二连架杆结构图
图9第二辅助杆结构图
图10第三滚动连杆结构图
图11第四滚动连杆结构图
图12第二驱动连杆结构图
图13腿式结构的机构变形过程三维图
图14轮式结构的机构变形过程三维图
图15由并排布置的Bricard变形轮腿机构构成的移动平台示意图
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，一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，该移动机构包括第一电机(1)、机架杆(2)、第一驱动连杆(3)、第一滚动连杆(4)、第二滚动连杆(5)、第一辅助连杆(6)、第一连架杆(7)、第二电机(8)、第二连架杆(9)、第二辅助连杆(10)、第三滚动连杆(11)、第四滚动连杆(12)、第二驱动连杆(13)；第一电机(1)与机架杆(2)通过过盈方式连接，第一电机(1)的两侧输出轴分别与第一驱动连杆(3)和第二驱动连杆(13)的通孔固定连接，第二电机(8)与机架杆(2)、第二电机(8)与第一连架杆(7)、第二电机(8)与第二连架杆(9)通过套筒直接连接，第一驱动连杆(3)下端与第二驱动连杆(13)下端、第一滚动连杆(4)下端与第二滚动连杆(5)下端、第三滚动连杆(11)下端与第四滚动连杆(12)下端、第一连架杆(7)下端与第二连架杆(9)下端通过过盈方式连接，第一驱动连杆(3)与第一滚动连杆(4)、第一滚动连杆(4)与第二滚动连杆(5)、第二滚动连杆(5)与第一连架杆(7)、第一连架杆(7)与机架杆(2)、第二连架杆(9)与机架杆(2)、第三滚动连杆(11)与第二连架杆(9)、第三滚动连杆(11)与第四滚动连杆(12)、第二驱动连杆(13)与第四滚动连杆(12)均通过螺栓实现固定连接。
所述的第一电机(1)为双侧输出轴电机；
如图2所示，所述的机架杆(2)截面形状为矩形，左侧设有垂直的圆孔和小厚度圆形边界，右侧开有通孔，并与第一电机(1)相连接；
如图3所示，所述的第一驱动连杆(3)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，右侧与第一电机(1)相连接；
如图4所示，所述的第一滚动连杆(4)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；
如图5所示，所述的第二滚动连杆(5)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，上端与第一滚动连杆(4)相连接；
如图6所示，所述的第一辅助连杆(6)为不规则形状连杆，左侧开有螺纹孔和槽，右侧与第一连架杆(7)相连接；
如图7所示，所述的第一连架杆(7)截面形状为矩形，右侧开有垂直圆孔，左侧与第一辅助连杆(6)相连接；
所述的第二电机(8)为直流电机；
如图8所示，所述的第二连架杆(9)与第一连架杆(7)结构和外形尺寸相同；
如图9所示，所述的第二辅助连杆(10)与第一辅助连杆(6)结构和外形尺寸相同；
如图10所示，所述的第三滚动连杆(11)与第二滚动连杆(5)结构和外形尺寸相同；
如图11所示，所述的第四滚动连杆(12)与第一滚动连杆(4)结构和外形尺寸相同；
如图12所示，所述的第二驱动连杆(13)与第一驱动连杆(3)结构和外形尺寸相同；
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和行进运动，如图13(a)-(d)为所述腿式结构的机构变形的过程三维图，图13(a)为机构的初始状态，第一滚动连杆(4)、第二滚动连杆(5)、第三滚动连杆(11)与第四滚动连杆(12)的圆弧面与地面接触进行支撑，第一电机(1)锁紧，机架杆(2)与第一连架杆(7)、机架杆(2)与第二连架杆(9)间的夹角均为水平，第一电机(1)旋转，改变机架杆(2)与第一连架杆(7)、机架杆(2)与第二连架杆(9)间的夹角依次达到图13(b)和图13(c)的状态，第一电机(1)继续转动，使机构上下两部分均变换为筝型结构后锁死，达到如图13(d)的状态时，该机构为腿式结构，此时第二电机(8)使第一辅助连杆(6)、第二辅助连杆(10)整周旋转，实现腿式结构的行进运动；如图14(a)-(d)为所述轮式结构的机构变形的过程三维图，图14(a)为轮式结构的机构变形的初始状态，第一滚动连杆(4)、第二滚动连杆(5)、第三滚动连杆(11)与第四滚动连杆(12)的连接关节与地面接触进行支撑，第一电机(1)旋转，改变机架杆(2)与第一连架杆(7)、机架杆(2)与第二连架杆(9)间的夹角依次达到图15(b)和图15(c)的状态，第一电机(1)继续转动，使第一滚动连杆(4)与第二滚动连杆(5)、第三滚动连杆(11)与第四滚动连杆(12)上的不规则槽与边界锁死，达到如图15(d)的状态时，该机构为轮式结构，第二电机(8)使第一辅助连杆(6)、第二辅助连杆(10)整周旋转，实现轮式结构的行进运动。
所述的一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，通过共用机架杆(2)的方式组合两组Bricard机构，相较于分层布置的Bricard机构，减少杆件数量，降低整机质量，结构更加严密紧凑。
所述的一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，可用作构成轮腿式移动平台的模块化移动单元，如图15所示为由所述机构构造的四轮腿移动平台示意图。
Claims (4)
1.一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，其特征在于：一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，该移动机构包括第一电机(1)、机架杆(2)、第一驱动连杆(3)、第一滚动连杆(4)、第二滚动连杆(5)、第一辅助连杆(6)、第一连架杆(7)、第二电机(8)、第二连架杆(9)、第二辅助连杆(10)、第三滚动连杆(11)、第四滚动连杆(12)、第二驱动连杆(13)；第一电机(1)与机架杆(2)通过过盈方式连接，第一电机(1)的两侧输出轴分别与第一驱动连杆(3)和第二驱动连杆(13)的通孔固定连接，第二电机(8)与机架杆(2)、第二电机(8)与第一连架杆(7)、第二电机(8)与第二连架杆(9)通过套筒直接连接，第一驱动连杆(3)下端与第二驱动连杆(13)下端、第一滚动连杆(4)下端与第二滚动连杆(5)下端、第三滚动连杆(11)下端与第四滚动连杆(12)下端、第一连架杆(7)下端与第二连架杆(9)下端通过过盈方式连接，第一驱动连杆(3)与第一滚动连杆(4)、第一滚动连杆(4)与第二滚动连杆(5)、第二滚动连杆(5)与第一连架杆(7)、第一连架杆(7)与机架杆(2)、第二连架杆(9)与机架杆(2)、第三滚动连杆(11)与第二连架杆(9)、第三滚动连杆(11)与第四滚动连杆(12)、第二驱动连杆(13)与第四滚动连杆(12)均通过螺栓实现固定连接。
2.如权利要求1所述的一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，其特征在于：
所述的第一电机(1)为双侧输出轴电机；
所述的机架杆(2)截面形状为矩形，左侧设有垂直的圆孔和小厚度圆形边界，右侧开有通孔，并与第一电机(1)相连接；
所述的第一驱动连杆(3)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，右侧与第一电机(1)相连接；
所述的第一滚动连杆(4)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；
所述的第二滚动连杆(5)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，上端与第一滚动连杆(4)相连接；
所述的第一辅助连杆(6)为不规则形状连杆，左侧开有螺纹孔和槽，右侧与第一连架杆(7)相连接；
所述的第一连架杆(7)截面形状为矩形，右侧开有垂直圆孔，左侧与第一辅助连杆(6)相连接；
所述的第二电机(8)为直流电机；
所述的第二连架杆(9)与第一连架杆(7)结构和外形尺寸相同；
所述的第二辅助连杆(10)与第一辅助连杆(6)结构和外形尺寸相同；
所述的第三滚动连杆(11)与第二滚动连杆(5)结构和外形尺寸相同；
所述的第四滚动连杆(12)与第一滚动连杆(4)结构和外形尺寸相同；
所述的第二驱动连杆(13)与第一驱动连杆(3)结构和外形尺寸相同。
3.如权利要求1所述的一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，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连杆(4)、第二滚动连杆(5)、第三滚动连杆(11)与第四滚动连杆(12)的圆弧面与地面接触进行支撑，第一电机(1)锁紧，机架杆(2)与第一连架杆(7)、机架杆(2)与第二连架杆(9)间的夹角均为水平，第一电机(1)旋转，改变机架杆(2)与第一连架杆(7)、机架杆(2)与第二连架杆(9)间的夹角，第一电机(1)继续转动，使机构上下两部分均变换为筝型结构后锁死时，该机构为腿式结构，此时第二电机(8)使第一辅助连杆(6)、第二辅助连杆(10)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连杆(4)、第二滚动连杆(5)、第三滚动连杆(11)与第四滚动连杆(12)的连接关节与地面接触进行支撑，第一电机(1)旋转，改变机架杆(2)与第一连架杆(7)、机架杆(2)与第二连架杆(9)间的夹角，第一电机(1)继续转动，使第一滚动连杆(4)与第二滚动连杆(5)、第三滚动连杆(11)与第四滚动连杆(12)上的不规则槽与边界锁死时，该机构为轮式结构，第二电机(8)使第一辅助连杆(6)、第二辅助连杆(10)整周旋转，实现轮式结构的运动。
所述的一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，通过共用机架杆(2)的方式组合两组Bricard机构，相较于分层布置的Bricard机构，减少杆件数量，降低整机质量，结构更加严密紧凑。
4.如权利要求1所述的一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，其特征在于：
所述的一种并排布置的Bricard变形轮腿机构，可用作构成轮腿式移动平台的模块化移动单元。
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