CN117961866A - 仿生球面机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开仿生球面机器人，包括有定平台、第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链及第五运动支链；第一运动支链分别与定平台及第二运动支链连接；第二运动支链连接与第三运动支链连接；第四运动支链分别与定平台及第二运动支链连接；第五运动支链与定平台及第三运动支链连接。该机器人可以利用变转动轴线运动其高次连杆曲线实现定轴线运动不容易实现的复杂运动，从而模拟仿生机器人一类复杂的球面运动，降低其控制难度。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及仿生球面机器人。
背景技术
目前现有的仿生球面机器人，其三个转动自由度的转动轴线通常是与运动链上的三个转动副的轴线对应重合。一些仿生机器人的球关节，需要完成较为复杂的球面运动，现有机器人实现该类运动，需要较为复杂的控制。根据特定的仿生球面运动，可对应设计具有变轴线球面运动进行模拟，其控制相对简单。变转动轴线其实际转动轴线与转动副的轴线通常不重合。目前，具有变转动轴线的仿生球面机器人，较为少见。
发明内容
本发明的目的是提供仿生球面机器人，可以利用变转动轴线运动其高次连杆曲线实现定轴线运动不容易实现的复杂运动，从而模拟仿生机器人一类复杂的球面运动，降低其控制难度。
本发明所采用的技术方案是，仿生球面机器人，包括有定平台、第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链及第五运动支链；
第一运动支链分别与定平台及第二运动支链连接；第二运动支链连接与第三运动支链连接；第四运动支链分别与定平台及第二运动支链连接；第五运动支链与定平台及第三运动支链连接。
本发明的特征还在于：
第一运动支链包括有依次连接的第十一转动副R11、第二连杆、第十二转动副R12、第三连杆、第十三转动副R13、第四连杆及第十四转动副R14；第二连杆通过第十一转动副R11与定平台连接，第四连杆通过第十四转动副R14与定平台连接；第四连杆与第二运动支链连接。
第二运动支链包括有依次连接的第二十一转动副R21、第五连杆、第二十二转动副R22、第六连杆、第二十三转动副R23、第七连杆、第二十四转动副R24；
第七连杆通过第二十四转动副R24与第四连杆连接；第七连杆还与第四运动支链连接；第五连杆及第七连杆分别与第三运动支链连接。
第三运动支链包括有依次连接的第三十一转动副R31、第八连杆、第三十二转动副R32、第九连杆、第三十三转动副R33、第十连杆、第三十四转动副R34；
第八连杆通过第三十一转动副R31与第五连杆连接；
第七连杆通过第三十四转动副R34与第十连杆连接。
第四运动支链包括有依次连接的第四十一移动副P41、第十一连杆、第四十二转动副R42、第十二连杆、第四十三移动副P43、第十三连杆、第四十四螺旋副H44；
第十一连杆通过第四十一移动副P41与定平台连接，第十三连杆通过第四十四螺旋副H44与第七连杆连接。
第五运动支链包括有依次连接的第五十一移动副P51、第十四连杆、第五十二转动副R52、第十五连杆、第五十三移动副P53、第十六连杆、第五十四移动副P54、第五十五转动副R55、第十七连杆、第五十六移动副P56、第十八连杆、第五十七螺旋副H57；
第十四连杆通过第五十一移动副P51与定平台连接，第十八连杆通过第五十七螺旋副H57与第八连杆连接。
第十一转动副R11，设置有转动电机；第四十一移动副P41及第五十一移动副P51分别设置有移动电机。
本发明的有益效果是：
本发明仿生球面机器人，其输出构件具有三转动运动。其中三个转动轴线是在自身的转动过程中，不断发生改变。变转动轴线运动其连杆对应的连杆曲线的次数较定轴线连杆曲线的次数高，因而可以利用变转动轴线运动其高次连杆曲线实现定轴线运动不容易实现的复杂运动，从而模拟仿生机器人一类复杂的球面运动，降低其控制难度。
附图说明
图1为本发明仿生球面机器人的结构示意图；
其中，1.定平台，2.第二连杆，3.第三连杆，4.第四连杆，5.第五连杆，6.第六连杆，7.第七连杆，8.第八连杆，9.第九连杆，10.第十连杆，11.第十一连杆，12.第十二连杆，13.第十三连杆，14.第十四连杆，15.第十五连杆，16.第十六连杆，17.第十七连杆，18.第十八连杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供根仿生球面机器人，如图1所示，包括有定平台1、第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链及第五运动支链；
第一运动支链分别与定平台1及第二运动支链连接；第二运动支链连接与第三运动支链连接；第四运动支链分别与定平台1及第二运动支链连接；第五运动支链与定平台1及第三运动支链连接。
第一运动支链包括有依次连接的第十一转动副R11、第二连杆2、第十二转动副R12、第三连杆3、第十三转动副R13、第四连杆4及第十四转动副R14；第二连杆2通过第十一转动副R11与定平台1连接，第四连杆4通过第十四转动副R14与定平台1连接；第四连杆4与第二运动支链连接。
定平台1与第二连杆2通过第十一转动副R11连接，第二连杆2通过第十二转动副R12与第三连杆3连接，第三连杆3通过第十三转动副R13与第四连杆4连接，第四连杆4通过第十四转动副R14与定平台1连接。
第二运动支链包括有依次连接的第二十一转动副R21、第五连杆5、第二十二转动副R22、第六连杆6、第二十三转动副R23、第七连杆7、第二十四转动副R24；
第二连杆2通过第二十一转动副R21与第五连杆5连接，第五连杆5通过第二十二转动副R22与第六连杆6连接，第六连杆6通过第二十三转动副与第七连杆7连接。
第七连杆7通过第二十四转动副R24与第四连杆4连接；第七连杆7还与第四运动支链连接；第五连杆5及第七连杆7分别与第三运动支链连接。
第三运动支链包括有依次连接的第三十一转动副R31、第八连杆8、第三十二转动副R32、第九连杆9、第三十三转动副R33、第十连杆10、第三十四转动副R34；
第八连杆八通过第三十二转动副R32与第九连杆9连接，第九连杆9通过第三十三转动副R33与第十连杆10连接。第七连杆7通过第三十四转动副R34与第十连杆10连接。
第八连杆8通过第三十一转动副R31与第五连杆5连接；
第七连杆7通过第三十四转动副R34与第十连杆10连接。
第四运动支链包括有依次连接的第四十一移动副P41、第十一连杆11、第四十二转动副R42、第十二连杆12、第四十三移动副P43、第十三连杆13、第四十四螺旋副H44；
第十一连杆11通过第四十一移动副P41与定平台1连接，第十一连杆11通过第四十二转动副R42与第十二连杆12连接，第十二连杆12通过第四十三移动副P43与第十三连杆13连接，第十三连杆13通过第四十四螺旋副H44与第七连杆7连接。
第五运动支链包括有依次连接的第五十一移动副P51、第十四连杆14、第五十二转动副R52、第十五连杆15、第五十三移动副P53、第十六连杆16、第五十四移动副P54、第五十五转动副R55、第十七连杆17、第五十六移动副P56、第十八连杆18、第五十七螺旋副H57；
第十四连杆14通过第五十一移动副P51与定平台1连接，第十四连杆14通过第五十二转动副R52与第十五连杆连接，第十五连杆15通过第五十三移动副与第十六连杆16连接，第十六连杆16通过第五十四移动副P54与第五连杆5连接，第十六连杆16通过第五十五转动副R55与第十七连杆17连接，第十七连杆17通过第五十六移动副P56与第十八连杆18连接，第十八连杆18通过第五十七螺旋副H57与第八连杆8连接。
第十一转动副R11，设置有转动电机；第四十一移动副P41及第五十一移动副P51分别设置有移动电机。
图1所示机构位型下，第十一转动副R11，第十二转动副R12，第十三转动副R13，第十四转动副R14，二十一转动副R21，第二十二转动副R22，第二十三转动副R23，第二十四转动副R24，第三十一转动副R31，第三十二转动副R32，第三十三转动副R33，第三十四转动副R34，第四十二转动副R42，第四十四螺旋副H44，第五十二转动副R52，第五十五转动副R55、第五十七螺旋副H57，轴线均相交于坐标系原点O。
图1所示机构位型下，第四十一移动副P41、第四十三移动副P43、所在移动平面，与第四十二转动副R42轴线与第四十四螺旋副H44轴线所在平面重合。
图1所示机构位型下，第五十一移动副P51、第五十三移动副P53、所在移动平面，与第五十二转动副R52轴线与第五十五转动副R55轴线所在平面重合。
图1所示机构位型下，第五十四移动副P54、第五十六移动副P56、所在移动平面，与第五十五转动副R55轴线与第五十七螺旋副H57轴线所在平面重合。
图1所示机构位型下，第十四转动副R14轴线与第四十二转动副R42轴线重合，第十三转动副R13轴线与第四十四螺旋副H44轴线重合，第二十三转动副R23轴线与第三十四转动副R34轴线重合，第二十二转动副R22、第三十一转动副R31、第五十七螺旋副H57轴线重合。第十二转动副R12、第二十一转动副R21、第五十五转动副R55轴线重合。第十一转动副R11、第五十二转动副R52轴线重合。
图1所示机构位型，第四十一移动副P41移动方向与第四十二转动副轴线重合，第五十一移动副P51移动方向与第五十二转动副轴线重合，第五十四移动副移动方向与第二十一转动副R21轴线重合。
图1所示机构，第十一转动副R11处设置转动驱动电机，将第九连杆9作为动平台，控制动平台做变轴线转动，该变轴线运动为第三连杆3相对于定平台的变轴线转动运动。
图1所示机构，第四十一移动副P41处设置移动驱动电机，控制动平台做变轴线转动，该变轴线运动为第六连杆6相对于第三连杆3的变轴线转动运动。
图1所示机构，第五十一移动副P51处设置移动驱动电机，控制动平台做变轴线转动，该变轴线运动为第九连杆9相对于第六连杆6的变轴线转动运动。
上述三个电机，分别独立控制动平台的3个变轴线转动运动。
目前现有的仿生球面机器人，其三个转动自由度的转动轴线通常是与运动链上的三个转动副的轴线对应重合。变转动轴线其实际转动轴线与转动副的轴线通常不重合，目前，具有变转动轴线的球面三转动机构，较为少见。变转动轴线运动其连杆对应的连杆曲线的次数较定轴线连杆曲线的次数高，因而可以利用变转动轴线运动其高次连杆曲线实现定轴线运动不能实现的复杂运动，从而模拟仿生机器人一类复杂的球面运动，降低其控制难度。
本发明仿生球面机器人，其输出构件具有三转动运动。其中第一个，第二个、第三个转动轴线是在自身的转动过程中，不断发生改变。变转动轴线运动其连杆对应的连杆曲线的次数较定轴线连杆曲线的次数高，因而可以利用变转动轴线运动其高次连杆曲线实现定轴线运动不能实现的复杂运动。多个变轴线运动存在计算复杂，控制难度大的特点，本发明中的变轴线运动均可由1个电机进行独立控制，因而其更容易进行控制和轨迹规划。
实施例1
仿生球面机器人，如图1所示，包括有定平台1、第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链及第五运动支链；
第一运动支链分别与定平台1及第二运动支链连接；第二运动支链连接与第三运动支链连接；第四运动支链分别与定平台1及第二运动支链连接；第五运动支链与定平台1及第三运动支链连接。
实施例2
仿生球面机器人，如图1所示，包括有定平台1、第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链及第五运动支链；
第一运动支链分别与定平台1及第二运动支链连接；第二运动支链连接与第三运动支链连接；第四运动支链分别与定平台1及第二运动支链连接；第五运动支链与定平台1及第三运动支链连接。
第一运动支链包括有依次连接的第十一转动副R11、第二连杆2、第十二转动副R12、第三连杆3、第十三转动副R13、第四连杆4及第十四转动副R14；第二连杆2通过第十一转动副R11与定平台1连接，第四连杆4通过第十四转动副R14与定平台1连接；第四连杆4与第二运动支链连接。
定平台1与第二连杆2通过第十一转动副R11连接，第二连杆2通过第十二转动副R12与第三连杆3连接，第三连杆3通过第十三转动副R13与第四连杆4连接，第四连杆4通过第十四转动副R14与定平台1连接。
实施例3
仿生球面机器人，如图1所示，包括有定平台1、第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链及第五运动支链；
第一运动支链分别与定平台1及第二运动支链连接；第二运动支链连接与第三运动支链连接；第四运动支链分别与定平台1及第二运动支链连接；第五运动支链与定平台1及第三运动支链连接。
第一运动支链包括有依次连接的第十一转动副R11、第二连杆2、第十二转动副R12、第三连杆3、第十三转动副R13、第四连杆4及第十四转动副R14；第二连杆2通过第十一转动副R11与定平台1连接，第四连杆4通过第十四转动副R14与定平台1连接；第四连杆4与第二运动支链连接。
定平台1与第二连杆2通过第十一转动副R11连接，第二连杆2通过第十二转动副R12与第三连杆3连接，第三连杆3通过第十三转动副R13与第四连杆4连接，第四连杆4通过第十四转动副R14与定平台1连接。
第二运动支链包括有依次连接的第二十一转动副R21、第五连杆5、第二十二转动副R22、第六连杆6、第二十三转动副R23、第七连杆7、第二十四转动副R24；
第二连杆2通过第二十一转动副R21与第五连杆5连接，第五连杆5通过第二十二转动副R22与第六连杆6连接，第六连杆6通过第二十三转动副与第七连杆7连接。
第七连杆7通过第二十四转动副R24与第四连杆4连接；第七连杆7还与第四运动支链连接；第五连杆5及第七连杆7分别与第三运动支链连接。
Claims (7)
1.仿生球面机器人，其特征在于，包括有定平台(1)、第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链及第五运动支链；
第一运动支链分别与定平台(1)及第二运动支链连接；第二运动支链连接与第三运动支链连接；第四运动支链分别与定平台(1)及第二运动支链连接；第五运动支链与定平台(1)及第三运动支链连接。
2.根据权利要求1所述的仿生球面机器人，其特征在于，所述第一运动支链包括有依次连接的第十一转动副R11、第二连杆(2)、第十二转动副R12、第三连杆(3)、第十三转动副R13、第四连杆(4)及第十四转动副R14；第二连杆(2)通过第十一转动副R11与定平台(1)连接，第四连杆(4)通过第十四转动副R14与定平台(1)连接；第四连杆(4)与第二运动支链连接。
3.根据权利要求2所述的仿生球面机器人，其特征在于，所述第二运动支链包括有依次连接的第二十一转动副R21、第五连杆(5)、第二十二转动副R22、第六连杆(6)、第二十三转动副R23、第七连杆(7)、第二十四转动副R24；
第七连杆(7)通过第二十四转动副R24与第四连杆(4)连接；第七连杆(7)还与第四运动支链连接；第五连杆(5)及第七连杆(7)分别与第三运动支链连接。
4.根据权利要求3所述的仿生球面机器人，其特征在于，所述第三运动支链包括有依次连接的第三十一转动副R31、第八连杆(8)、第三十二转动副R32、第九连杆(9)、第三十三转动副R33、第十连杆(10)、第三十四转动副R34；
第八连杆(8)通过第三十一转动副R31与第五连杆(5)连接；
第七连杆(7)通过第三十四转动副R34与第十连杆(10)连接。
5.根据权利要求4所述的仿生球面机器人，其特征在于，所述第四运动支链包括有依次连接的第四十一移动副P41、第十一连杆(11)、第四十二转动副R42、第十二连杆(12)、第四十三移动副P43、第十三连杆(13)、第四十四螺旋副H44；
第十一连杆(11)通过第四十一移动副P41与定平台(1)连接，第十三连杆(13)通过第四十四螺旋副H44与第七连杆(7)连接。
6.根据权利要求5所述的仿生球面机器人，其特征在于，所述第五运动支链包括有依次连接的第五十一移动副P51、第十四连杆(14)、第五十二转动副R52、第十五连杆(15)、第五十三移动副P53、第十六连杆(16)、第五十四移动副P54、第五十五转动副R55、第十七连杆(17)、第五十六移动副P56、第十八连杆(18)、第五十七螺旋副H57；
第十四连杆(14)通过第五十一移动副P51与定平台(1)连接，第十八连杆(18)通过第五十七螺旋副H57与第八连杆(8)连接。
7.根据权利要求6所述的仿生球面机器人，其特征在于，所述第十一转动副R11，设置有转动电机；第四十一移动副P41及第五十一移动副P51分别设置有移动电机。
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