基于田字形机构的滚动机器人的制作方法
【专利摘要】基于田字形机构的滚动机器人，包括第一、第二和第五田字形机构（带电机），第三、第四和第六田字形机构（带配重）、十二个球副连接件、四个拉杆和中心舱；第一至第六田字形机构组成一个菱形六面体机构，菱形六面体的每个面上均是一个田字形机构，第一田字形机构与第三田字形机构所在的平面相互平行，第二田字形机构与第四田字形机构所在的平面相互平行，第五田字形机构与第六田字形机构所在的平面相互平行。每两个相邻的田字机构通过一个球副连接，共需要12个球副，机器人的中心舱通过四个弹性挂钩，分别与第一至第四田字形机构的中心相连，通过上述的连接，组成一个3自由度机器人。
【专利说明】基于田字形机构的滚动机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种滚动机器人，具体涉及一种菱形六面体移动机构。该装置可用于军事领域中勘察特殊地形，执行特种任务；民用领域中用做娱乐设施等。
【背景技术】
[0002]中国专利申请CN101973319公开了一种滚动六面体机构。该机构由4个支链和2个十字杆组成，并由2个电机驱动。在已有平面滚动四杆机构的基础上，增加一个与之相同的机构，从而实现空间两个方向的滚动，进而实现转向的功能。当机器人承受负载时，各个杆件共同分担负载，同时实现空间两个方向的滚动，实现转向的功能。该机构与地面接触面积较小，稳定性较差。为了提高滚动六面体的移动性能，需要对运动支链杆件进行结构优化。同时，为了使得机器人有一定的负载能力，需要在机器人内部设置中心舱，用于安装设备或携带物品。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题:基于田字形平面单自由度机构，组合成一个空间3自由度的滚动机器人，进而实现空间任意转向的功能，并在机器人内部安装中心舱。
[0004]本发明的技术方案:
[0005]滚动机器人包括，第一至第六田字形机构，其中第一、第二和第五田字形机机构上中心各设有电机，第三、第四和第六田字形机构上中心设有配重。
[0006]每个田字形机构为一个单自由度的平面六杆机构，在田字中心的两个杆的两端设有球副连接孔。
[0007]第一至第六田字形机构组成一个六面体机构，六面体的每个面上均是一个田字形机构，第一田字形机构与第三田字形机构所在的平面相互平行，第二田字形机构与第四田字形机构所在的平面相互平行，第五田字形机构与第六田字形机构所在的平面相互平行。每两个相邻的田字机构通过一个球副连接，共需要12个球副，组成一个3自由度的空间机构。机器人的中心舱通过四个弹性挂钩，分别与第一至第四田字形机构的中心相连。
[0008]本发明的有益效果:本发明所述的基于田字形的滚动机器人，采用6个相同的田字形机构，组成一个空间闭合的机构，增强了该机构的稳定性，实现了平面的二个方向的滚动。同时，机器人内部设置了中心舱，可用安装相应的设备或者于携带物品。因此，可用与设计探测机器人，载物机器人等。又因其规则的几何外形，亦可应用与制作几何教具机器人或玩具机器人。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1基于田字形机构的滚动机器人三维示意图。
[0010]图2田字形机构三维示意图。
[0011]图3球副连接件示意图。[0012]图4中心舱示意图
[0013]图5第一田字形机构三维图。
[0014]图6第一杆三维图。
[0015]图7第二杆三维图。
[0016]图8第一田字形机构剖视图
[0017]图9第三田字形机构三维图。
[0018]图10第三田字形机构剖视图。
[0019]图11球体中心舱示意图。
[0020]图12机器人(带球体中心舱)整体三维图。
【具体实施方式】
[0021]结合附图对本发明作进一步说明。
[0022]如图1所示，基于田字形机构的滚动机器人包括第一至第六田字形机构(1、2、3、
4、5、6)，十二个球副连接件(7)，四个拉杆(8)和中心舱(9)。
[0023]参照图2，所述的第一至第六田字形机构(1、2、3、4、5、6)均为平面单自由度六杆机构，外形为“田”字形，田字形机构中心的两个杆的四个端点上设有连接槽，用于连接球副
(7)，其中第一、第二和第五田字形机构(1、2、5)上中心各设有电机，第三、第四和第六田字形机构(3、4、6)中心设有配重，第一至第六田字形机构(1、2、3、4、5、6)外形尺寸相同。
[0024]参照图1，第一至第六田字形机构(1、2、3、4、5、6)组成一个空间菱形六面体形状，菱形六面体的每个面上均是一个田字形机构，第一田字形机构(I)与第三田字形机构(3)所在的平面相互平行，第二田字形机构(2)与第四田字形机构(4)所在的平面相互平行，第五田字形机构(5)与第六田字形机构(6)所在的平面相互平行，每相邻的两个田字形机构通过球副(7)连接，如图3所示，所述的球副连接件两端均设有安装孔，用于和田字形机构相连。六个田字形机构通过十二个球副(7)连接为一个三自由度的空间机构，通过第一、第二和第五田字形机构(1、2、5 )上的电机控制机构的变形和滚动。
[0025]如图4所示，所述的中心舱(9)为具有舱盖(91)的中空壳体，舱盖(91)上还设有观察窗，中心舱四周设有吊环(92)，所述的第一至第六田字形机构(1、2、3、4、5、6)的中心处同样设置有吊环，拉杆(8)两端设有拉钩，通过上述的四个拉杆(8)，将中心舱(9)连接在机器人中心部位。
[0026]参照图5，所述的第一田字形机构(I)包括第一至第六杆(11、12、13、14、15、16)、保护罩(17)、拉环(18)、电机(19)。
[0027]所述的第一杆(11)和第二杆(12)布置在第一田字机构(I)的中心，如图6所示，第一杆(11)两端设有连接槽，连接槽上有球副安装孔I ld，两端还设有通孔I lc，用于和其他杆件连接组成转动副，中部有沉台，沉台上设有电机安装孔11a，保护罩安装Ilb ;如图7所示，第二杆(12)两端均设有连接槽，连接槽上有球副安装孔12d，两端还设有通孔12c中部设有通孔12a，侧面有顶丝安装孔12b。
[0028]参照图8，所述的电机(19)固定于第一杆(11)的沉台上，电机轴插入带第二杆
(12)中心的通孔12a中，并通过顶丝固定，保护罩(17)为半球壳形状，固定在第一杆(11)沉台处，将电机(19 )包裹起来，保护罩(17 )顶部安装有拉环(18 )。[0029]参照图5，第三至第六杆(13、14、15、16)均为尺寸相同的三副连杆，杆的中心和两端分别设有尺寸相同的通孔，第三杆(13)和第五杆(15)的中心通孔分别通过转销活动连接在第二杆(12)两端的通孔12a上，且第三杆(13)，第五杆(15)与第一杆(11)在第二杆
(12)的同侧；第四杆(14)和第六杆(16)的中心通孔分别通过转销活动连接在第一杆(11)两端的通孔Ila上，且第三杆(13)和第五杆(15)与第一杆(11)在第二杆(12)的同侧，通过上述的连接第三至第六杆(13、14、15、16)分布在四周，相邻的两个杆通过其端部的通孔活动连接形成转动副，则第三至第六杆(13、14、15、16)首尾相接，组成一个平行四边形机构，加上中心的第一杆(11)和第二杆(12)共同组成第一田字形机构。所述的第一田字形机构
(I)、第二田字形机构(2)和第五田字形机构(5)结构和尺寸完全相同。
[0030]如图9、10所示，第三田字形机构(3)其结构和外形尺寸与第一田字形机构相同，不同在于第三田字形机构在中心处安装配重(39)，无电机驱动，且所述的第四田字形机构
(4)和第六田字形机构(6)与第三田字形机构(3)结构尺寸完全相同。
[0031]中心舱(9)外形可为立方体形状，球形或者其他规则多面体形状，如图11所示为球体中心舱示意图，图12为球体中心舱的滚动机器人整体示意图。所述的拉杆(8)为具有一定刚度的弹性拉杆，允许长度上有少量变形。
[0032]机构整体安装过程如下:
[0033](I)先将第一至第六田字形机构(1、2、3、4、5、6)分别组装好。
[0034](2 )将第一至第四田字形机构(1、2、3、4 )通过四个球副组装成一个环。
[0035](3)通过四个拉杆(8)将中心舱(9)连接至第二部环的中心。
[0036](4)在环的两侧分别用4个球副将第五和第六田字形机构(5、6)组装在一起，完成整体装配。
[0037]机器人通过控制相应的电机转过一定角度，使得机构形状改变，到达翻滚条件，使得机器人的六个面轮流按一定的次序着地，实现地面滚动。
[0038]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.基于田字形机构的滚动机器人，其特征在于:机器人包括第一至第六田字形机构(1、2、3、4、5、6)，十二个球副连接件(7)，四个拉杆(8)和中心舱(9)； 所述的第一至第六田字形机构(1、2、3、4、5、6)均为平面单自由度六杆机构，外形为“田”字形，田字形机构中心的两个杆的四个端点上设有连接槽，用于连接球副(7)，其中第一、第二和第五田字形机构(1、2、5)上中心各设有电机，第三、第四和第六田字形机构(3、4、6)中心设有配重，第一至第六田字形机构(1、2、3、4、5、6)外形尺寸相同； 第一至第六田字形机构(1、2、3、4、5、6)组成一个空间菱形六面体形状，菱形六面体的每个面上均是一个田字形机构，第一田字形机构(I)与第三田字形机构(3)所在的平面相互平行，第二田字形机构(2)与第四田字形机构(4)所在的平面相互平行，第五田字形机构(5)与第六田字形机构(6)所在的平面相互平行，每相邻的两个田字形机构通过球副(7)连接，六个田字形机构通过十二个球副(7)连接为一个三自由度的空间机构，通过第一、第二和第五田字形机构(1、2、5)上的电机控制机构的变形和滚动； 所述的中心舱(9)为具有舱盖(91)的中空壳体，四周设有吊环(92)，所述的第一至第六田字形机构(1、2、3、4、5、6)的中心处同样设置有吊环，拉杆(8)两端设有拉钩，通过上述的四个拉杆(8)，将中心舱(9)连接在机器人中心部位。
2.根据权利要求1所述的基于田字形机构的滚动机器人，其特征在于:所述的第一田字形机构(I)包括第一至第六杆(11、12、13、14、15、16)、保护罩(17)、拉环(18)、电机(19); 所述的第一杆(11)和第二杆(12)布置在第一田字机构(I)的中心，第一杆(11)两端设有连接槽，连接槽上有球副安装孔lld，两端还设有通孔11c，用于和其他杆件连接组成转动副，中部有沉台，沉台上设有电机安装孔11a，保护罩安装孔Ilb ;第二杆(12)两端均设有连接槽，连接槽上有球副安装孔12d，两端还设有通孔12c，中部设有通孔12a，侧面有顶丝安装孔12b ； 所述的电机(19)固定于第一杆(11)的沉台上，电机轴插入带第二杆(12)中心的通孔12a中，并通过顶丝固定，保护罩(17)为半球壳形状，固定在第一杆(11)沉台处，将电机(19)包裹起来，保护罩(17)顶部安装有拉环(18); 所述的第三至第六杆(13、14、15、16)均为尺寸相同的三副连杆，杆的中心和两端分别设有尺寸相同的通孔，第三杆(13)和第五杆(15)的中心通孔分别通过转销活动连接在第二杆(12)两端的通孔12a上，且第三杆(13)，第五杆(15)与第一杆(11)在第二杆(12)的同侧；第四杆(14)和第六杆(16)的中心通孔分别通过转销活动连接在第一杆(11)两端的通孔Ila上，且第三杆(13)和第五杆(15)与第一杆(11)在第二杆(12)的同侧，通过上述的连接第三至第六杆(13、14、15、16)分布在四周，相邻的两个杆通过其端部的通孔活动连接形成转动副，则第三至第六杆(13、14、15、16)首尾相接，组成一个平行四边形机构，加上中心的第一杆(11)和第二杆(12)共同组成第一田字形机构； 所述的第一田字形机构(I)、第二田字形机构(2)和第五田字形机构(5)结构和尺寸完全相同。
3.根据权利要求1所述的基于田字形机构的滚动机器人，其特征在于:第三田字形机构(3)其结构和外形尺寸与第一田字形机构相同，不同在于第三田字形机构在中心处安装配重(39)，无电机驱动；且所述的第四田字形机构(4)和第六田字形机构(6)与第三田字形机构(3)结构尺寸完全相同。
4.根据权利要求1所述的基于田字形机构的滚动机器人，其特征在于:中心舱(9)外形可为立方体形状，球形或者其他规则多面体形状，所述的拉杆(8)为具有一定刚度的弹性拉杆，允许长度上有少 量变形。
【文档编号】B62D57/00GK103448823SQ201310392566
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】姚燕安, 田耀斌, 邹恒 申请人:北京交通大学