基于田字形機(jī)構(gòu)的滾動機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】基于田字形機(jī)構(gòu)的滾動機(jī)器人，包括第一、第二和第五田字形機(jī)構(gòu)（帶電機(jī)），第三、第四和第六田字形機(jī)構(gòu)（帶配重）、十二個球副連接件、四個拉桿和中心艙；第一至第六田字形機(jī)構(gòu)組成一個菱形六面體機(jī)構(gòu)，菱形六面體的每個面上均是一個田字形機(jī)構(gòu)，第一田字形機(jī)構(gòu)與第三田字形機(jī)構(gòu)所在的平面相互平行，第二田字形機(jī)構(gòu)與第四田字形機(jī)構(gòu)所在的平面相互平行，第五田字形機(jī)構(gòu)與第六田字形機(jī)構(gòu)所在的平面相互平行。每兩個相鄰的田字機(jī)構(gòu)通過一個球副連接，共需要12個球副，機(jī)器人的中心艙通過四個彈性掛鉤，分別與第一至第四田字形機(jī)構(gòu)的中心相連，通過上述的連接，組成一個3自由度機(jī)器人。
【專利說明】基于田字形機(jī)構(gòu)的滾動機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滾動機(jī)器人，具體涉及一種菱形六面體移動機(jī)構(gòu)。該裝置可用于軍事領(lǐng)域中勘察特殊地形，執(zhí)行特種任務(wù)；民用領(lǐng)域中用做娛樂設(shè)施等。
【背景技術(shù)】
[0002]中國專利申請CN101973319公開了一種滾動六面體機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由4個支鏈和2個十字桿組成，并由2個電機(jī)驅(qū)動。在已有平面滾動四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加一個與之相同的機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)空間兩個方向的滾動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的功能。當(dāng)機(jī)器人承受負(fù)載時，各個桿件共同分擔(dān)負(fù)載，同時實(shí)現(xiàn)空間兩個方向的滾動，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的功能。該機(jī)構(gòu)與地面接觸面積較小，穩(wěn)定性較差。為了提高滾動六面體的移動性能，需要對運(yùn)動支鏈桿件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。同時，為了使得機(jī)器人有一定的負(fù)載能力，需要在機(jī)器人內(nèi)部設(shè)置中心艙，用于安裝設(shè)備或攜帶物品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:基于田字形平面單自由度機(jī)構(gòu)，組合成一個空間3自由度的滾動機(jī)器人，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空間任意轉(zhuǎn)向的功能，并在機(jī)器人內(nèi)部安裝中心艙。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0005]滾動機(jī)器人包括，第一至第六田字形機(jī)構(gòu)，其中第一、第二和第五田字形機(jī)機(jī)構(gòu)上中心各設(shè)有電機(jī)，第三、第四和第六田字形機(jī)構(gòu)上中心設(shè)有配重。
[0006]每個田字形機(jī)構(gòu)為一個單自由度的平面六桿機(jī)構(gòu)，在田字中心的兩個桿的兩端設(shè)有球副連接孔。
[0007]第一至第六田字形機(jī)構(gòu)組成一個六面體機(jī)構(gòu)，六面體的每個面上均是一個田字形機(jī)構(gòu)，第一田字形機(jī)構(gòu)與第三田字形機(jī)構(gòu)所在的平面相互平行，第二田字形機(jī)構(gòu)與第四田字形機(jī)構(gòu)所在的平面相互平行，第五田字形機(jī)構(gòu)與第六田字形機(jī)構(gòu)所在的平面相互平行。每兩個相鄰的田字機(jī)構(gòu)通過一個球副連接，共需要12個球副，組成一個3自由度的空間機(jī)構(gòu)。機(jī)器人的中心艙通過四個彈性掛鉤，分別與第一至第四田字形機(jī)構(gòu)的中心相連。
[0008]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所述的基于田字形的滾動機(jī)器人，采用6個相同的田字形機(jī)構(gòu)，組成一個空間閉合的機(jī)構(gòu)，增強(qiáng)了該機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了平面的二個方向的滾動。同時，機(jī)器人內(nèi)部設(shè)置了中心艙，可用安裝相應(yīng)的設(shè)備或者于攜帶物品。因此，可用與設(shè)計(jì)探測機(jī)器人，載物機(jī)器人等。又因其規(guī)則的幾何外形，亦可應(yīng)用與制作幾何教具機(jī)器人或玩具機(jī)器人。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1基于田字形機(jī)構(gòu)的滾動機(jī)器人三維示意圖。
[0010]圖2田字形機(jī)構(gòu)三維示意圖。
[0011]圖3球副連接件示意圖。[0012]圖4中心艙示意圖
[0013]圖5第一田字形機(jī)構(gòu)三維圖。
[0014]圖6第一桿三維圖。
[0015]圖7第二桿三維圖。
[0016]圖8第一田字形機(jī)構(gòu)剖視圖
[0017]圖9第三田字形機(jī)構(gòu)三維圖。
[0018]圖10第三田字形機(jī)構(gòu)剖視圖。
[0019]圖11球體中心艙示意圖。
[0020]圖12機(jī)器人(帶球體中心艙)整體三維圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0022]如圖1所示，基于田字形機(jī)構(gòu)的滾動機(jī)器人包括第一至第六田字形機(jī)構(gòu)(1、2、3、
4、5、6)，十二個球副連接件(7)，四個拉桿(8)和中心艙(9)。
[0023]參照圖2，所述的第一至第六田字形機(jī)構(gòu)(1、2、3、4、5、6)均為平面單自由度六桿機(jī)構(gòu)，外形為“田”字形，田字形機(jī)構(gòu)中心的兩個桿的四個端點(diǎn)上設(shè)有連接槽，用于連接球副
(7)，其中第一、第二和第五田字形機(jī)構(gòu)(1、2、5)上中心各設(shè)有電機(jī)，第三、第四和第六田字形機(jī)構(gòu)(3、4、6)中心設(shè)有配重，第一至第六田字形機(jī)構(gòu)(1、2、3、4、5、6)外形尺寸相同。
[0024]參照圖1，第一至第六田字形機(jī)構(gòu)(1、2、3、4、5、6)組成一個空間菱形六面體形狀，菱形六面體的每個面上均是一個田字形機(jī)構(gòu)，第一田字形機(jī)構(gòu)(I)與第三田字形機(jī)構(gòu)(3)所在的平面相互平行，第二田字形機(jī)構(gòu)(2)與第四田字形機(jī)構(gòu)(4)所在的平面相互平行，第五田字形機(jī)構(gòu)(5)與第六田字形機(jī)構(gòu)(6)所在的平面相互平行，每相鄰的兩個田字形機(jī)構(gòu)通過球副(7)連接，如圖3所示，所述的球副連接件兩端均設(shè)有安裝孔，用于和田字形機(jī)構(gòu)相連。六個田字形機(jī)構(gòu)通過十二個球副(7)連接為一個三自由度的空間機(jī)構(gòu)，通過第一、第二和第五田字形機(jī)構(gòu)(1、2、5 )上的電機(jī)控制機(jī)構(gòu)的變形和滾動。
[0025]如圖4所示，所述的中心艙(9)為具有艙蓋(91)的中空殼體，艙蓋(91)上還設(shè)有觀察窗，中心艙四周設(shè)有吊環(huán)(92)，所述的第一至第六田字形機(jī)構(gòu)(1、2、3、4、5、6)的中心處同樣設(shè)置有吊環(huán)，拉桿(8)兩端設(shè)有拉鉤，通過上述的四個拉桿(8)，將中心艙(9)連接在機(jī)器人中心部位。
[0026]參照圖5，所述的第一田字形機(jī)構(gòu)(I)包括第一至第六桿(11、12、13、14、15、16)、保護(hù)罩(17)、拉環(huán)(18)、電機(jī)(19)。
[0027]所述的第一桿(11)和第二桿(12)布置在第一田字機(jī)構(gòu)(I)的中心，如圖6所示，第一桿(11)兩端設(shè)有連接槽，連接槽上有球副安裝孔I ld，兩端還設(shè)有通孔I lc，用于和其他桿件連接組成轉(zhuǎn)動副，中部有沉臺，沉臺上設(shè)有電機(jī)安裝孔11a，保護(hù)罩安裝Ilb ;如圖7所示，第二桿(12)兩端均設(shè)有連接槽，連接槽上有球副安裝孔12d，兩端還設(shè)有通孔12c中部設(shè)有通孔12a，側(cè)面有頂絲安裝孔12b。
[0028]參照圖8，所述的電機(jī)(19)固定于第一桿(11)的沉臺上，電機(jī)軸插入帶第二桿
(12)中心的通孔12a中，并通過頂絲固定，保護(hù)罩(17)為半球殼形狀，固定在第一桿(11)沉臺處，將電機(jī)(19 )包裹起來，保護(hù)罩(17 )頂部安裝有拉環(huán)(18 )。[0029]參照圖5，第三至第六桿(13、14、15、16)均為尺寸相同的三副連桿，桿的中心和兩端分別設(shè)有尺寸相同的通孔，第三桿(13)和第五桿(15)的中心通孔分別通過轉(zhuǎn)銷活動連接在第二桿(12)兩端的通孔12a上，且第三桿(13)，第五桿(15)與第一桿(11)在第二桿
(12)的同側(cè)；第四桿(14)和第六桿(16)的中心通孔分別通過轉(zhuǎn)銷活動連接在第一桿(11)兩端的通孔Ila上，且第三桿(13)和第五桿(15)與第一桿(11)在第二桿(12)的同側(cè)，通過上述的連接第三至第六桿(13、14、15、16)分布在四周，相鄰的兩個桿通過其端部的通孔活動連接形成轉(zhuǎn)動副，則第三至第六桿(13、14、15、16)首尾相接，組成一個平行四邊形機(jī)構(gòu)，加上中心的第一桿(11)和第二桿(12)共同組成第一田字形機(jī)構(gòu)。所述的第一田字形機(jī)構(gòu)
(I)、第二田字形機(jī)構(gòu)(2)和第五田字形機(jī)構(gòu)(5)結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同。
[0030]如圖9、10所示，第三田字形機(jī)構(gòu)(3)其結(jié)構(gòu)和外形尺寸與第一田字形機(jī)構(gòu)相同，不同在于第三田字形機(jī)構(gòu)在中心處安裝配重(39)，無電機(jī)驅(qū)動，且所述的第四田字形機(jī)構(gòu)
(4)和第六田字形機(jī)構(gòu)(6)與第三田字形機(jī)構(gòu)(3)結(jié)構(gòu)尺寸完全相同。
[0031]中心艙(9)外形可為立方體形狀，球形或者其他規(guī)則多面體形狀，如圖11所示為球體中心艙示意圖，圖12為球體中心艙的滾動機(jī)器人整體示意圖。所述的拉桿(8)為具有一定剛度的彈性拉桿，允許長度上有少量變形。
[0032]機(jī)構(gòu)整體安裝過程如下:
[0033](I)先將第一至第六田字形機(jī)構(gòu)(1、2、3、4、5、6)分別組裝好。
[0034](2 )將第一至第四田字形機(jī)構(gòu)(1、2、3、4 )通過四個球副組裝成一個環(huán)。
[0035](3)通過四個拉桿(8)將中心艙(9)連接至第二部環(huán)的中心。
[0036](4)在環(huán)的兩側(cè)分別用4個球副將第五和第六田字形機(jī)構(gòu)(5、6)組裝在一起，完成整體裝配。
[0037]機(jī)器人通過控制相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)過一定角度，使得機(jī)構(gòu)形狀改變，到達(dá)翻滾條件，使得機(jī)器人的六個面輪流按一定的次序著地，實(shí)現(xiàn)地面滾動。
[0038]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于田字形機(jī)構(gòu)的滾動機(jī)器人，其特征在于:機(jī)器人包括第一至第六田字形機(jī)構(gòu)(1、2、3、4、5、6)，十二個球副連接件(7)，四個拉桿(8)和中心艙(9)； 所述的第一至第六田字形機(jī)構(gòu)(1、2、3、4、5、6)均為平面單自由度六桿機(jī)構(gòu)，外形為“田”字形，田字形機(jī)構(gòu)中心的兩個桿的四個端點(diǎn)上設(shè)有連接槽，用于連接球副(7)，其中第一、第二和第五田字形機(jī)構(gòu)(1、2、5)上中心各設(shè)有電機(jī)，第三、第四和第六田字形機(jī)構(gòu)(3、4、6)中心設(shè)有配重，第一至第六田字形機(jī)構(gòu)(1、2、3、4、5、6)外形尺寸相同； 第一至第六田字形機(jī)構(gòu)(1、2、3、4、5、6)組成一個空間菱形六面體形狀，菱形六面體的每個面上均是一個田字形機(jī)構(gòu)，第一田字形機(jī)構(gòu)(I)與第三田字形機(jī)構(gòu)(3)所在的平面相互平行，第二田字形機(jī)構(gòu)(2)與第四田字形機(jī)構(gòu)(4)所在的平面相互平行，第五田字形機(jī)構(gòu)(5)與第六田字形機(jī)構(gòu)(6)所在的平面相互平行，每相鄰的兩個田字形機(jī)構(gòu)通過球副(7)連接，六個田字形機(jī)構(gòu)通過十二個球副(7)連接為一個三自由度的空間機(jī)構(gòu)，通過第一、第二和第五田字形機(jī)構(gòu)(1、2、5)上的電機(jī)控制機(jī)構(gòu)的變形和滾動； 所述的中心艙(9)為具有艙蓋(91)的中空殼體，四周設(shè)有吊環(huán)(92)，所述的第一至第六田字形機(jī)構(gòu)(1、2、3、4、5、6)的中心處同樣設(shè)置有吊環(huán)，拉桿(8)兩端設(shè)有拉鉤，通過上述的四個拉桿(8)，將中心艙(9)連接在機(jī)器人中心部位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于田字形機(jī)構(gòu)的滾動機(jī)器人，其特征在于:所述的第一田字形機(jī)構(gòu)(I)包括第一至第六桿(11、12、13、14、15、16)、保護(hù)罩(17)、拉環(huán)(18)、電機(jī)(19); 所述的第一桿(11)和第二桿(12)布置在第一田字機(jī)構(gòu)(I)的中心，第一桿(11)兩端設(shè)有連接槽，連接槽上有球副安裝孔lld，兩端還設(shè)有通孔11c，用于和其他桿件連接組成轉(zhuǎn)動副，中部有沉臺，沉臺上設(shè)有電機(jī)安裝孔11a，保護(hù)罩安裝孔Ilb ;第二桿(12)兩端均設(shè)有連接槽，連接槽上有球副安裝孔12d，兩端還設(shè)有通孔12c，中部設(shè)有通孔12a，側(cè)面有頂絲安裝孔12b ； 所述的電機(jī)(19)固定于第一桿(11)的沉臺上，電機(jī)軸插入帶第二桿(12)中心的通孔12a中，并通過頂絲固定，保護(hù)罩(17)為半球殼形狀，固定在第一桿(11)沉臺處，將電機(jī)(19)包裹起來，保護(hù)罩(17)頂部安裝有拉環(huán)(18); 所述的第三至第六桿(13、14、15、16)均為尺寸相同的三副連桿，桿的中心和兩端分別設(shè)有尺寸相同的通孔，第三桿(13)和第五桿(15)的中心通孔分別通過轉(zhuǎn)銷活動連接在第二桿(12)兩端的通孔12a上，且第三桿(13)，第五桿(15)與第一桿(11)在第二桿(12)的同側(cè)；第四桿(14)和第六桿(16)的中心通孔分別通過轉(zhuǎn)銷活動連接在第一桿(11)兩端的通孔Ila上，且第三桿(13)和第五桿(15)與第一桿(11)在第二桿(12)的同側(cè)，通過上述的連接第三至第六桿(13、14、15、16)分布在四周，相鄰的兩個桿通過其端部的通孔活動連接形成轉(zhuǎn)動副，則第三至第六桿(13、14、15、16)首尾相接，組成一個平行四邊形機(jī)構(gòu)，加上中心的第一桿(11)和第二桿(12)共同組成第一田字形機(jī)構(gòu)； 所述的第一田字形機(jī)構(gòu)(I)、第二田字形機(jī)構(gòu)(2)和第五田字形機(jī)構(gòu)(5)結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于田字形機(jī)構(gòu)的滾動機(jī)器人，其特征在于:第三田字形機(jī)構(gòu)(3)其結(jié)構(gòu)和外形尺寸與第一田字形機(jī)構(gòu)相同，不同在于第三田字形機(jī)構(gòu)在中心處安裝配重(39)，無電機(jī)驅(qū)動；且所述的第四田字形機(jī)構(gòu)(4)和第六田字形機(jī)構(gòu)(6)與第三田字形機(jī)構(gòu)(3)結(jié)構(gòu)尺寸完全相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于田字形機(jī)構(gòu)的滾動機(jī)器人，其特征在于:中心艙(9)外形可為立方體形狀，球形或者其他規(guī)則多面體形狀，所述的拉桿(8)為具有一定剛度的彈性拉桿，允許長度上有少 量變形。
【文檔編號】B62D57/00GK103448823SQ201310392566
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】姚燕安, 田耀斌, 鄒恒 申請人:北京交通大學(xué)