CN103112512A

CN103112512A - 滚动变形机构

Info

Publication number: CN103112512A
Application number: CN2013100612198A
Authority: CN
Inventors: 姚燕安; 田耀斌; 张予昊
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: CN103112512B

Abstract

本发明公开一种滚动变形机构，该机构包括顶点单元A，顶点单元B和第Ⅰ支链、第Ⅱ支链和第Ⅲ支链，第Ⅰ支链的两端分别通过十字轴12与顶点单元A、B活动连接，第Ⅱ支链和第Ⅲ支链都以相同的方式通过十字轴12与顶点单元A、B活动连接，且驱动电机11安装在每条支链的中部以保证机构的对称性。该机构的自由度为3，具有较强的灵活性和变形能力，可以利用机构的变形实现向前移动和转向，从而能够适应多种复杂的环境。

Description

滚动变形机构

技术领域

本发明涉及一种可移动机构，具体涉及一种滚动变形移动机构。该装置可应用于机器人在特殊环境下的探测。

背景技术

中国专利申请CN101973319公开了一种六面体步行机构。该机构由两个十字杆和四条支链组成，每个十字杆分别于四个支链的一端连接，由两个电机驱动，当只有一个电机通电时，滚动六面体机构的运动方式与平面四杆机构的运动方式相同。当要转换方向时，将机构回复到正方体形态，停止当前运动的电机，将另一电机通电，从而实现方向的变换。但此机构变形较小，驱动电机不易安装。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：设计出一种具有较强变形能力的多面体移动机构，能够容易的实现滚动以及转向功能，提高机构的移动性能。

本发明的技术方案：设计一种具有三条支链的并联机构，每条支链上安装有一个驱动电机，且驱动电机安装在支链的中部以保证机构的对称性。利用该机构的变形实现机器人的移动和转向。其具体方法如下：

该机构包括上平台、下平台和三条支链，所述的上平台与下平台的结构尺寸相同，所述的三条支链的结构和尺寸相同。每条支链的两端分别通过十字轴与上、下平台连接，从而形成具有三条支链的并联机构。

本发明的有益效果：本发明所述的滚动变形机构采用三支链的并联机构，该机构具有一定的刚度和承载能力，且机构的自由度为3，具有较强的灵活性和变形能力，可以实现向前移动和转向，能够适应多种复杂的环境。

附图说明

图1 整体机构图；

图2 半球块1结构示意图

图3 顶点单元A装配示意图

图4 顶点单元B装配示意图

图5 连杆8结构示意图

图6 连杆10结构示意图

图7 第Ⅰ支链剖视图

图8 第Ⅰ支链装配示意图

图9 第Ⅰ支链与顶点单元A和顶点单元B装配示意图

图10 整体机构运动示意图

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步说明。

滚动变形机构，该机构包括顶点单元A，顶点单元B和第Ⅰ支链、第Ⅱ支链和第Ⅲ支链，所述的顶点单元A与顶点单元B的结构和尺寸相同，第Ⅰ支链、第Ⅱ支链和第Ⅲ支链的结构和尺寸相同，如图1所示。

所述的顶点单元A包括半球块（1）和三个U形件（2，3，4），其连接关系如下：如图2所示，半球块（1）上有个三角形的凸台（1a）和三个凹槽（1b）。如图3，所述的三个U形件（2，3，4）通过螺钉分别固定在三角形凸台（1a）的侧壁上。

所述的顶点单元B包括半球块（1）和三个U形件（5，6，7），其连接关系如下：如图4所示，半球块（1）上有个三角形的凸台（1a）和三个凹槽（1b）。所述的三个U形件（5，6，7）通过螺钉分别固定在三角形凸台（1a）的侧壁上。顶点单元B的结构和尺寸与顶点单元A相同。

第Ⅰ支链包括：连杆（8），连杆（10），电机壳（9）和电机（11）

如图5所示，连杆（8）的两侧分别为圆端和U形端，圆端中心开有通孔，U形端两侧开有通孔，且U形端通孔的轴线（8a）与圆端的轴线（8b）正交。在连杆（8）的圆端分别设置有电机固定孔（81）和电机壳固定孔（82）

如图6所示，连杆（10）的两侧分别为圆端和U形端，圆端中心开有通孔，U形端两侧开有通孔，且U形端通孔的轴线（10a）与圆端的轴线（10b）正交

第Ⅰ支链的连接关系如下：如图7图8所示，电机（11）与连杆（8）通过孔（81）固定连接，电机壳（9）与连杆（8）通过孔（82）固定连接，所示的电机壳的尾端或侧段可以开若干通孔一边布线（图中未标示），连杆（10）通过紧定螺钉与电机（11）的输出轴固定连接，通过上述连接构成第Ⅰ支链。

整体机构包括：顶点单元A，顶点单元B，第Ⅰ支链，第Ⅱ支链和第Ⅲ支链。其连接关系如下：如图9所示，第Ⅰ支链的连杆（10）的U形端与顶点单元A的U形件（5）通过十字轴（12）活动连接，连杆（8）的U形端与顶点单元B的U形件（2）通过十字轴（12）活动连接；第Ⅱ支链的连杆（10）的U形端与顶点单元A的U形件（6）通过十字轴活动连接，连杆（8）的U形端与顶点单元B的U形件（3）通过十字轴（12）活动连接；第Ⅲ支链的连杆（10）的U形端与顶点单元A的U形件（7）通过十字轴活动连接，连杆（8）的U形端与顶点单元B的U形件（4）通过十字轴（12）活动连接，通过上述连接构成滚动变形机构。

具体使用方法：如图10所示整体机构通过三条支链夹角变化来实现整体机构的滚动，机构运动的步骤为（a）—（b）—（c）—（d），步骤（a）：机构通过第Ⅰ支链、第Ⅱ支链和顶点单元A支撑于地面；步骤（b）：在第Ⅲ支链驱动电机的作用下，第Ⅲ支链连杆（8）和连杆（10）的夹角变大，整体机构实现变形；步骤（c）：由于机构的变形，使整体机构的重心向顶点单元B的一侧移动，当超过临界点时，整体机构发生翻转，变为第Ⅰ支链、第Ⅱ支链和顶点单元B支撑于地面；步骤（d）：第Ⅲ支链驱动电机反向转动，使第Ⅲ支链连杆（8）和连杆（10）的夹角再变小，完成滚动移动。

Claims

1.滚动变形机构，其特征在于：该机构包括顶点单元A，顶点单元B和第Ⅰ支链、第Ⅱ支链和第Ⅲ支链，所述的顶点单元A与顶点单元B的结构和尺寸相同，第Ⅰ支链、第Ⅱ支链和第Ⅲ支链的结构和尺寸相同；

所述的顶点单元A包括半球块1和中心对称布置在半球块三角形凸台侧面的U形件2、U形件3与U形件4；

所述的半球块1上有个三角形的凸台1a和三个凹槽1b，U形件2、U形件3与U形件4通过螺钉分别固定在三角形凸台1a的侧壁上；

所述的第Ⅰ支链连接在顶点单元A的U形件2和顶点单元的U形件5上，第Ⅰ支链的连杆10的U形端与顶点单元A的U形件5通过十字轴12活动连接，连杆8的U形端与顶点单元B的U形件2通过十字轴12活动连接；

第Ⅱ支链和第Ⅲ支链连接顶点单元A与顶点单元B的方式与第Ⅰ支链连接两个顶点单元的方式相同；

第Ⅱ支链连接在顶点单元A的U形件3和顶点单元的U形件6上；

第Ⅲ支链连接在顶点单元A的U形件4和顶点单元的U形件7上；

通过上述三条支链和顶点单元A，B的连接，构成滚动变形机构。

2.根据权利要求1所述的第Ⅰ支链，其特征在于：第Ⅰ支链包括，连杆8，连杆10，电机壳9和电机11；

所述的连杆8的两侧分别为圆端和U形端，圆端中心开有通孔，U形端两侧开有通孔，且U形端通孔的轴线8a与圆端的轴线8b正交。在连杆8的圆端分别设置有电机固定孔81和电机壳固定孔82；

所述的连杆10的两侧分别为圆端和U形端，圆端中心开有通孔，U形端两侧开有通孔，且U形端通孔的轴线10a与圆端的轴线10b正交；

电机11与连杆8通过孔81固定连接，电机壳9与连杆8通过孔82固定连接，连杆10通过紧定螺钉与电机11的输出轴固定连接，以保证连杆8与连杆10 U形端的轴线8a、8b在同一平面内，且同时与连杆8、10的圆端轴线8b、10b正交，通过上述连接构成第Ⅰ支链。