專利名稱：一種滾動行進的雙類車輪六邊形機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機器人，具體涉及一種滾動行進的雙類車輪六邊形機器人。
背景技術(shù)：
平面連桿機構(gòu)的應(yīng)用十分廣泛，其優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)多種運動規(guī)律和運動軌跡的要求，并且結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、承載能力強。在平面連桿中，由四個桿件組成的平面四桿機構(gòu)最為常見。平面四桿機構(gòu)不僅應(yīng)用廣泛，而且是組成多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)。中國專利CN2789106Y提出了一種單動力滾動四桿機構(gòu)，該機構(gòu)依靠一個驅(qū)動電機的控制，通過自身平行四邊形的變形和機構(gòu)自身的運動慣性實現(xiàn)滾動行進，結(jié)構(gòu)簡單，具有一定運動能力，但是該機構(gòu)只能實現(xiàn)直線上的行走，不能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向運動，而且單純依靠平行四邊形的變形不足以實現(xiàn)滾動運動，對驅(qū)動電機的加速性能依賴性較強，對電機的性能要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題輪式機器人的車輪在滾動過程中一般外形不發(fā)生變化,對地面環(huán)境及周圍空間環(huán)境的適應(yīng)能力差。本發(fā)明的技術(shù)方案一種滾動雙類車輪六邊形機器人包括兩個單類車輪六邊形機器人及中間連桿，其中單類車輪六邊形機器人外形呈六邊形，由三組等長的連桿即三個電機同步連桿、三個電機座連桿、三個公共連桿通過軸線相互平行的轉(zhuǎn)動副連接形成三個平行四邊形。每個平行四邊形均包含一個電機同步連桿、一個電機座連桿和兩個公共連桿；相鄰的平行四邊形共用一條邊即公共連桿。第一連接件電機形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第一連接件電機固定在電機座連桿上，電機的轉(zhuǎn)軸通過電機軸孔與電機同步連桿的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連桿的頂絲孔對電機的轉(zhuǎn)軸進行周向的固定。第二連接件短軸形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第二連接件軸桿通過電機座連桿的軸孔、電機同步連桿的軸孔與公共連桿的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面。第三連接件與第一連接件結(jié)構(gòu)和連接形式完全相同。第四連接件、第六連接件與第二連接件結(jié)構(gòu)和連接形式完全相同。第五連接件配重形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第五連接件配重固定在電機座連桿上，配重的軸通過電機軸孔與電機同步連桿的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面。第七連接件差速軸形式上看作四個四邊形的公共頂點，第九連接件差速軸通過三個公共連桿的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，兩個并行的類車輪六邊形機器人通過第七連接件差速軸連接在一起，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面。短軸所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副是多種形式的圓周運動，如轉(zhuǎn)軸、電機或舵機；驅(qū)動電機的形式是多樣的，如電機或舵機；差速軸構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副是多種形式的圓周運動，可以直接軸桿連接或聯(lián)軸器間接連接；配重可替換為驅(qū)動電機，作為冗余驅(qū)動使用。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述的翻滾行進的雙類車輪六邊形機器人，通過兩個或兩個以上的電機分別對兩個類車輪六邊形機構(gòu)進行驅(qū)動和控制實現(xiàn)機構(gòu)的翻滾運動，雙類車輪六邊形機器人既可以實現(xiàn)直行功能，也可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能，并具有一定的越障能力。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，易于制造和工程實現(xiàn)。為中小學生提供了一個對幾何形體及移動機構(gòu)的認識，可用于制作玩具、教學教具，也可用于制作軍用探測機器人。


圖I滾動行進的雙類車輪六邊形機器人的整體三維2滾動行進的單類車輪六邊形機器人的整體三維圖
圖3滾動行進的雙類車輪六邊形機器人的整體俯視4電機的安裝5A、圖5B、圖5C、圖5D、圖5E、圖5F、圖5G是單類車輪六邊形機器人直行步態(tài)的分解圖圖5A直行步態(tài)的起始位姿圖5B直行步態(tài)第一次重心偏移動作圖5C直行步態(tài)第一次翻滾動作圖K)直行步態(tài)重心偏移過程動作圖5E直行步態(tài)第二次重心偏移動作圖5F直行步態(tài)第二次翻滾動作圖5G直行步態(tài)姿態(tài)恢復動作圖6A、圖6B、圖6C、圖6D、圖6E、圖6F、圖6G是雙類車輪六邊形機器人轉(zhuǎn)彎步態(tài)的分解圖圖6A轉(zhuǎn)彎步態(tài)的起始位姿圖6B轉(zhuǎn)彎步態(tài)第一次重心偏移動作圖6C轉(zhuǎn)彎步態(tài)第一次翻滾動作圖6D轉(zhuǎn)彎步態(tài)重心偏移過程動作圖6E轉(zhuǎn)彎步態(tài)第二次重心偏移動作
圖6F直行步態(tài)第二次翻滾動作圖6G直行步態(tài)姿態(tài)恢復動作圖中電機同步連桿I、電機座連桿2、電機同步連桿3、電機座連桿4、電機同步連桿5、電機座連桿6、公共連桿7、公共連桿8、公共連桿9、短軸10、短軸11、短軸12、差速軸13、電機14、電機15、配重16。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。滾動行進的雙類車輪六邊形機器人如圖I所示，由兩個類車輪六邊形機器人通過一根差速軸(13)并行連接在一起，如圖2每個類車輪六邊形機器人從形式上由三個個四邊形組成。本發(fā)明的實施方式 如圖2，第一個四邊形由電機同步連桿(I)、電機座連桿(6)、公共連桿(7)和公共連桿(9)構(gòu)成，電機同步連桿⑴和電機座連桿(6)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連桿(6)和公共連桿(7)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，公共連桿(7)和公共連桿(9)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連桿(I)和公共連桿(9)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點；第二個四邊形由電機同步連桿(3)、電機座連桿(2)、公共連桿(7)和公共連桿(8)構(gòu)成，電機同步連桿(3)和電機座連桿(2)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連桿(2)和公共連桿(7)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，公共連桿(7)和公共連桿(8)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連桿(3)和公共連桿(8)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點；第三個四邊形由電機同步連桿(5)、電機座連桿(4)、公共連桿(8)和公共連桿(9)構(gòu)成，電機同步連桿(5)和電機座連桿(4)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連桿(4)和公共連桿(8)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，公共連桿(8)和公共連桿(9)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連桿(5)和公共連桿(9)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點；；第一連接件電機(14)形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第一連接件電機(14)固定在電機座連桿(6)上，電機的轉(zhuǎn)軸通過電機軸孔與電機同步連桿(I)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連桿(I)的頂絲孔對電機的轉(zhuǎn)軸進行周向的固定；第二連接件短軸(10)形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第二連接件軸桿(10)通過電機座連桿(2)的軸孔、電機同步連桿⑴的軸孔與公共連桿(7)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面；第三連接件電機(15)形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第三連接件電機(15)固定在電機座連桿(3)上，電機的轉(zhuǎn)軸通過電機軸孔與電機同步連桿(2)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連桿(2)的頂絲孔對電機的轉(zhuǎn)軸進行周向的固定；第四連接件短軸(11)形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第四連接件軸桿(11)通過電機座連桿(4)的軸孔、電機同步連桿(3)的軸孔與公共連桿(8)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面；第五連接件配重(16)形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第五連接件配重(16)固定在電機座連桿(4)上，配重的軸通過電機軸孔與電機同步連桿(5)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面；第六連接件短軸(12)形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第六連接件軸桿(12)通過電機座連桿(6)的軸孔、電機同步連桿(5)的軸孔與公共連桿(9)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面；第七連接件差速軸(13)形式上看作四個四邊形的公共頂點，第九連接件差速軸(13)通過公共連桿(7、8、9)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，兩個并行的類車輪六邊形機器人通過第七連接件差速軸(13)連接在一起，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面。電機的安裝如附圖4所示，電機(14)的安裝端面與電機座連桿(6)的電機座安裝端面通過螺釘連接，電機的軸與電機同步連桿(I)通過頂絲連接；電機(15)的連接方式與電機(14)相同。
具體的使用方法滾動行進的雙類車輪六邊形機器人可以實現(xiàn)直行步態(tài)。首先滾動行進的雙類車輪六邊形機器人處于如附圖5A所示的直行步態(tài)的起始位姿，一個四邊形的一個邊與地面接觸；當要直行的時候，以行進方向端平行四邊形的邊為支撐面，協(xié)調(diào)三平行四邊形的頂點角度，實現(xiàn)如附圖5B所示的直行步態(tài)第一次重心偏移動作；當雙類車輪六邊形機器人的重心在地面上的投影超出平衡位置時，實現(xiàn)如圖5C所示的直行步態(tài)第一次翻滾動作；當作為支撐的平行四邊形的另一邊落地后，協(xié)調(diào)三個平行四邊形的頂點角度，實現(xiàn)如附圖所示的直行步態(tài)重心偏移過程動作，如附圖5E所示的直行步態(tài)第二次重心偏移動作；當雙類車輪六邊形機器人的重心在地面上的投影超出平衡位置時，實現(xiàn)如圖5F所示的直行步態(tài)第二次翻滾動作；當作為支撐的另一平行四邊形的一邊落地后，協(xié)調(diào)三個平行四邊形的頂點角度，實現(xiàn)如附圖5G所示的直行步態(tài)姿態(tài)恢復動作。這樣就實現(xiàn)了機器人的一個完整直行步態(tài)，圖5A、圖5B、圖5C、圖5D、圖5E、圖5F、圖5G是單類車輪六邊形機器人直行步態(tài)的分解圖。滾動行進的雙類車輪六邊形機器人也可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎步態(tài)。首先滾動行進的雙類車輪六邊形機器人處于如附圖6A所示的轉(zhuǎn)彎步態(tài)的起始位姿，兩個并聯(lián)類車輪六邊形機器人各自的一個四邊形的一個邊與地面接觸；當要轉(zhuǎn)彎的時候，以一個獨立的類車輪六邊形機器人為支撐，協(xié)調(diào)另一個獨立的類車輪六邊形機器人的三個平行四邊形的頂點角度，實現(xiàn)如圖6B所示的轉(zhuǎn)彎步態(tài)第一次重心偏移動作，以及如圖6C所示的轉(zhuǎn)彎步態(tài)第一次翻滾動作；當兩個并行的類車輪六邊形機器人都穩(wěn)定與地面接觸后，協(xié)調(diào)實現(xiàn)翻滾的類車輪六邊形機器人的三個平行四邊形的頂點角度，實現(xiàn)如圖6D所示的轉(zhuǎn)彎步態(tài)重心偏移過程動作，如圖6E所示的轉(zhuǎn)彎步態(tài)第二次重心偏移動作以及如圖6F所示的轉(zhuǎn)彎步態(tài)第二次翻滾動作；當兩個并行的類車輪六邊形機器人都穩(wěn)定與地面接觸后，協(xié)調(diào)實現(xiàn)翻滾的類車輪六邊形機器人的三個平行四邊形的頂點角度，實現(xiàn)如圖6G所示的轉(zhuǎn)彎步態(tài)姿態(tài)恢復動作，此時的滾動行進的雙類車輪六邊形機器人的位置與原來的位置已經(jīng)有一定的角度了，循環(huán)幾次，機器人就實現(xiàn)了大幅度的轉(zhuǎn)彎步態(tài)。圖6A、圖6B、圖6C、圖6D、圖6E、圖6F、圖6G是雙類車輪六邊形機器人轉(zhuǎn)彎步態(tài)的分解圖。
權(quán)利要求
1.一種滾動行進的雙類車輪六邊形機器人，其特征在于滾動行進的雙四平行四邊形機器人包括兩個單類車輪六邊形機器人及中間連桿(21)，其中單類車輪六邊形機器人由三組等長的連桿即三個電機同步連桿(1、3、5)、三個電機座連桿(2、4、6)、三個公共連桿(7、.8、9)通過軸線相互平行的轉(zhuǎn)動副連接形成三個平行四邊形，每個平行四邊形均包含一個電機同步連桿、一個電機座連桿和兩個公共連桿，相鄰的平行四邊形共用一條邊即公共連桿，其中電機同步連桿(I)、電機座連桿(6)、公共連桿(7)和公共連桿(9)構(gòu)成一個平行四邊形，電機同步連桿(I)和電機座連桿(6)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連桿(6)和公共連桿(9)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，公共連桿(7)和公共連桿(9)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連桿(I)和公共連桿(9)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點；電機同步連桿(3)、電機座連桿(2)、公共連桿(7)和公共連桿⑶構(gòu)成一個平行四邊形，電機同步連桿(3)和電機座連桿(2)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連桿⑵和公共連桿(7)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，公共連桿(7)和公共連桿(8)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連桿(3)和公共連桿(8)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點；電機同步連桿(5)、電機座連桿(4)、公共連桿(8)和公共連桿(9)構(gòu)成一個平行四邊形，電機同步連桿(5)和電機座連桿(4)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連桿(4)和公共連桿(8)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，公共連桿(8)和公共連桿(9)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連桿(5)和公共連桿(9)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副作為平行四邊形一個頂點； 第一連接件電機(14)形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第一連接件電機(14)固定在電機座連桿(6)上，電機的轉(zhuǎn)軸通過電機軸孔與電機同步連桿(I)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連桿(I)的頂絲孔對電機的轉(zhuǎn)軸進行周向的固定； 第二連接件短軸(10)形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第二連接件軸桿(10)通過電機座連桿(2)的軸孔、電機同步連桿(I)的軸孔與公共連桿(7)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面；第三連接件電機(15)形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第三連接件電機(15)固定在電機座連桿(3)上，電機的轉(zhuǎn)軸通過電機軸孔與電機同步連桿(2)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連桿⑵的頂絲孔對電機的轉(zhuǎn)軸進行周向的固定； 第四連接件短軸(11)形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第四連接件軸桿(11)通過電機座連桿(4)的軸孔、電機同步連桿(3)的軸孔與公共連桿(8)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面；第五連接件配重(16)形式上看作一個四邊形的頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第五連接件配重(16)固定在電機座連桿(4)上，配重的軸通過電機軸孔與電機同步連桿(5)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面； 第六連接件短軸(12)形式上看作兩個相鄰四邊形的公共頂點，也是機構(gòu)整體六邊形的一個頂點，第六連接件軸桿(12)通過電機座連桿￠)的軸孔、電機同步連桿(5)的軸孔與公共連桿(9)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面；第七連接件差速軸(13)形式上看作四個四邊形的公共頂點，第九連接件差速軸(13)通過公共連桿(7、8、9)的軸孔以轉(zhuǎn)動副的形式鏈接，兩個并行的類車輪六邊形機器人通過第七連接件差速軸(13)連接在一起，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于平行四邊形的平面。
2.如權(quán)利要求I所述的滾動行進的雙類車輪六邊形機器人，其特征在于短軸(10、11、12)所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副是多種形式的圓周運動，如轉(zhuǎn)軸、電機或舵機。
3.如權(quán)利要求I所述的滾動行進的雙類車輪六邊形機器人，其特征在于差速軸(13)構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副是多種形式的圓周運動，可以直接軸桿連接或聯(lián)軸器間接連接。
4.如權(quán)利要求I所述的滾動行進的雙類車輪六邊形機器人，其特征在于驅(qū)動電機(14、15)的形式是多樣的，如電機或舵機。
5.如權(quán)利要求I所述的滾動行進的雙類車輪六邊形機器人，其特征在于配重(16)可替換為驅(qū)動電機，作為冗余驅(qū)動使用。
全文摘要
一種滾動行進的雙類車輪六邊形機器人，包括一個連接桿、兩個獨立的類車輪六邊形機構(gòu)及它們的連接。每個類車輪六邊形機構(gòu)含有由九個連桿組成的三個平行四邊形，相鄰兩平行四邊形共用一條邊，三個平行四邊形共用一個頂點，任意相鄰的邊用轉(zhuǎn)動副連接。桿(1)、(6)、(7)、(9)，桿(2)、(3)、(7)、(8)分別構(gòu)成平行四邊形，其形狀分別由電機(14)、(15)控制；桿(4)、(5)、(8)、(9)構(gòu)成隨動平行四邊形，配重(16)與電機同重，使結(jié)構(gòu)對稱?？刂破叫兴倪呅蝺?nèi)角的變化，則機構(gòu)變形并翻滾，兩個并行的類車輪六邊形機構(gòu)的翻滾速度不同，機器人實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。
文檔編號B62D57/02GK102632936SQ20121012709
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者劉長煥, 姚燕安, 李曄卓 申請人:北京交通大學