一种可定姿四足式移动作业平台

1.本发明涉及机构学和机器人学领域，更具体的说，尤其涉及一种用于消防救援的可定姿四足式移动作业平台，可有效用来加快消防救援效率，降低人工成本。


背景技术：

2.近年来,随着社会的不断发展和科技的不断进步,日常生活中机器人技术也随之被广泛应用。随着各种机器人的出现和应用,极大地提高了消防员对于消防救援的效率。常见的机器人形式多为串联式机器人，但因其在运动中存在刚度低，定位不精确等缺点不能被广泛应用，相反并联机器人由于其具有刚度大，误差小等优点被广泛应用在不同场合中，同时目前大多数移动作业平台以一种姿态为主，不能适用于多种场合、多种环境的作业条件，基于此原因，本发明采用四足为移动作业平台的基础，并且在其具有高稳定性的基础上对平台设置不同的操作姿态，进而可在不同环境下固定姿态进行作业；同时常见的足式移动作业平台多数采用串联机构，基于并联机器人与串联机器人的差异性，本发明采用串并混联式的结构。近年来少自由度并联机构因结构简单、制造成本低、控制简单成为并联机构研究的热门，其中三自由度并联机构更是少自由度并联机构应用较为广泛的机构，基于此，本发明采用三自由度并联机构。此外，相比于非对称并联机构，对称结构可减少零件的加工类型，降低加工成本。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提高我国目前消防工作的效率，特别是在火灾较大的情况下可有效降低人工灭火的风险，进而提出了一种可定姿四足式移动作业平台，采用四条并联机械腿、稳定装置以及三自由度并联机构，能够使移动平台具有高稳定性、高精度、大载荷以及小尺寸等优点。
4.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种可定姿四足式移动作业平台，其特征在于：包括平台本体、三自由度并联机构、升降装置以及稳定装置；
5.所述平台本体包括引导板、sps机构以及承接板，所述引导板呈阶梯状且引导板设置有结构完全相同的两个布置在承接板的中间，两个引导板的上端均与承接板底部垂直固定连接，所述sps机构包括上连杆以及下连杆，其中上连杆与下连杆以移动副形式连接，所述上连杆以球副形式与承接板连接，所述下连杆以球副形式与升降装置连接，所述承接板结构为矩形，中间间距设置两个引导板，sps机构设置在两个引导板的中心处；
6.所述三自由度并联机构装置是由静平台、三个机构完全相同的支链、动平台组成，所述静平台是长方体薄板以及楔形底座块组成，所述长方体薄板设有6个通孔且中间有小孔，所述楔形底座块按照120
°
对称放置在长方体薄板上且下端有两个小圆柱体，小圆柱体与长方体薄板小孔固定连接，楔形底座块上端斜面与支链连接，所述三个机构完全相同的支链均是由长方体槽块、第一组合体和第二组合体组成，所述长方体槽块上底面设有两个三角锥形滑槽，与第一组合体形成移动副连接，所述第一组合体由两个三菱锥体，楔形块以
及第一长方体和第二长方体组成，所述三棱椎体位于第一组合体下端，且在滑槽内滑动与滑槽形成移动副连接，所述楔形块下端与三菱锥体固定连接，且上端与第一长方体固定连接，所述第一长方体以及与第二长方体中间设有通孔并固定连接，所述第二长方体上底面与第二组合体连接，所述第二组合体是由第一圆柱体、球体、半球体以及第二圆柱体和第三圆柱体组成，所述第一圆柱体从第一长方体以及第二长方体通孔中穿过形成移动副连接，上底面与球体连接，所述球体下端与第一圆柱体固定连接，上端与半球体连接，所述半球体为空心结构，与球体构成球副连接，且上端与第二圆柱体连接，所述第二圆柱体下端与半球体构成固定连接，且上端与第三圆柱体构成连接，所述第三圆柱体下端与第二圆柱体上端构成固定连接，且上端与动平台连接，所述动平台为长方体薄板且设有小孔，小孔与第二圆柱体形成固定连接；
7.所述并联机械腿组由四个完全相同的并联机械腿组成，且四个并联机械腿对称设置在承接板的两侧；所述并联机械腿包括驱动电机、虎克铰、大腿以及小腿，所述驱动电机固定安装在承接板的底部，输出端连接虎克铰，为虎克铰提供动力，所述虎克铰包括中心架、上铰座以及下铰座，所述中心架结构呈“十”字型，由正方体和4个完全相同的圆柱体组成，每个圆柱体固定在正方体每个面的中心且呈对称状态，其中一个圆柱体的一端与驱动电机的输出端连接，所述上铰座和下铰座结构完全相同呈“u”型，“u”型的两端各有一个同样大小的通孔，其中中心架的四个圆柱体分别穿过上铰座和下铰座的通孔形成转动副相交形式连接，且上铰座的底部与承接板固定连接，下铰座的底部与大腿固定连接，所述大腿由小梯形块和圆柱体组成，其中小梯形块的大端与下铰座固定连接，小梯形块的小端与圆柱体固定连接，圆柱体与小腿连接，所述小腿由圆柱孔、大梯形块和矩形块组成，其中圆柱体穿插在圆柱孔中形成移动副形式连接，圆柱孔的底部固定连接大梯形块，所述矩形块与圆柱孔固定连接且垂直于大腿中的小梯形块侧面，矩形块上设置圆形通孔和矩形通孔，圆形通孔与升降装置连接，矩形通孔与稳定装置连接；
8.所述升降装置包括矩形箱、连接杆组以及翼板，所述矩形箱整体结构为中间呈矩形通孔的长方体，矩形箱的顶部设置一圆形通孔，让平台本体中的sps机构穿过并与矩形箱内底面固定连接，矩形箱的底部对称设置四个小矩形块，其中小矩形块的外侧与连接杆连接，矩形箱的两侧对称设置两个翼板，所述矩形箱顶部贴靠在平台本体中引导板下端的阶梯上形成非固定连接，所述连接杆组由四个完全相同的rps机构组成，且四个rps机构对称设置在矩形箱的小矩形块外侧连接，所述rps机构由推力杆和受力杆组成，所述推力杆一端为球体与矩形箱的小矩形块外侧以球副形式连接，推力杆的另一端为长圆柱体与受力杆连接，所述受力杆一端为“u”型架与小腿中的矩形块上的圆形通孔通过销钉以转动副形式连接，受力杆另一端为圆柱孔与长圆柱体以移动副形式连接，所述翼板呈矩形，且设置两个圆形通孔，其中翼板上设置稳定装置，并通过圆形通孔连接；
9.所述稳定装置由四个皮带轮传动装置组成，且四个皮带轮传动装置对称设置在翼板上；所述皮带轮传动装置包括电机、皮带、锁扣、传动杆、深沟球轴承，所述电机固定安装在升降装置的矩形箱箱壁上，电机的输出端与皮带摩擦连接，为皮带提供驱动力，所述皮带将电机的输出端和传动杆的一端套在一起，所述锁扣呈“j”型，锁扣的一端固连一个矩形块且穿过小腿上矩形块中的矩形通孔形成非固定连接，锁扣的另一端设有圆形通孔与传动杆的一端固定连接，所述传动杆由上圆柱体和下圆柱体组成，上圆柱体中间设置凹槽与皮带
之间形成摩擦连接，上圆柱体下端与下圆柱体固定连接，下圆柱体与锁扣另一端的圆形通孔固定连接并与深沟球轴承内圈连接，所述深沟球轴承设置有结构完全相同的两个，其内圈与下圆柱体连接，外圈与翼板的圆形通孔连接。
10.进一步的，所述平台本体上的承接板与虎克铰上铰座的底部通过螺栓固定连接。
11.所述静平台中间设置用于减轻重量的小孔。
12.进一步的，所述虎克铰中心架与驱动电机的输出端过盈连接。
13.进一步的，所述虎克铰上铰座与下铰座转动时绕着中心架的中心线旋转，且中心线互相垂直。
14.进一步的，所述升降装置上的翼板倒角均为10毫米。
15.进一步的，所述矩形箱顶部与平台本体中引导板下端形成非固定连接且非摩擦接触。
16.进一步的，所述锁扣与翼板的接触面为非摩擦接触。
17.进一步的，所述内圈与下圆柱体连接，外圈与翼板的圆形通孔连接，其连接方式为过盈连接。
18.进一步的，所述楔形底座与支链均为三个，且对称分布。
19.本发明的有益效果在于：本发明具有结构新颖、尺寸小、稳定性强、负载大、适应性强等特点，由五个部分组成，分别是平台本体、三自由度并联机构、并联机械腿组、升降装置、稳定装置，平台本体可以承受大载荷，四条并联机械腿以及稳定装置能够形成稳定性的三角形结构和锁扣能力，升降装置可以将四条并联机械腿连接起来，形成较小的空间尺寸，三自由度并联机构采用对称结构可以降低加工成本，装配简单。因此本发明结构设计合理，能够适应不同环境，极大地提高效率。
附图说明
20.图1是本发明一种可定姿四足式移动作业平台的结构示意图。
21.图2是本发明平台本体的结构示意图。
22.图3是本发明三自由度并联机构的结构示意图。
23.图4是本发明静平台的结构示意图。
24.图5是本发明槽块结构示意图。
25.图6是本发明支链的结构示意图。
26.图7是本发明第一组合体的结构示意图。
27.图8是本发明第二组合体的结构示意图。
28.图9是本发明并联机械腿的结构示意图。
29.图10是本发明升降装置的结构示意图。
30.图11是本发明稳定装置的结构示意图。
31.图12是本发明传动杆的结构示意图。
32.图中，
33.1-平台本体；11-挂耳、12-引导板、13-sps机构、131-上连杆、132-下连杆、14-承接板；
34.2-三自由度并联机构装置；21-静平台、211-长方体薄板、212-楔形底座块、22-支
链、221-槽块、222-第一组合体、2221-三棱锥体、2222-楔形块.2223-第一长方体、2224-第二长方体、223-第二组合体、2231-第一圆柱体、2232-球体、2233-半球体、2234-第二圆柱体、2235-第三圆柱体、23-动平台；
35.3-并联机械腿组；31-并联机械腿、311-小型驱动电机、312-虎克铰、3121-中心架、3122-上铰座、3123-下铰座、313-大腿、3131-小梯形块、3132-圆柱体、314-小腿、3141-圆柱孔、3142-大梯形块、3143-矩形块；
36.4-升降装置；41-矩形箱、411-小矩形块、42-连接杆、421-推力杆、422-受力杆、43-翼板、44-深沟球轴承；
37.5-稳定装置；51-皮带轮传动装置、511-电机、512-皮带、513-锁扣、5131-矩形条、514-传动杆、5141-上圆柱体、5142-下圆柱体；
具体实施方式
38.下面结合附图对本发明作进一步说明：
39.如图1～10所示、一种新型串并混联式四足移动平台、其特征在于：包括平台本体1、三自由度并联机构2、并联机械腿组3、升降装置4以及稳定装置5；
40.所述平台本体1包括引导板11、sps机构12以及承接板13、所述引导板11呈阶梯状且有结构完全相同的两个引导板布置在承接板13的中间、两个引导板11的上端均与承接板13底部垂直固定连接、所述sps机构12包括上连杆121以及下连杆122、其中上连杆121与下连杆122以移动副形式连接、所述上连杆121以球副形式与承接板13连接、所述下连杆122以球副形式与升降装置4连接、所述承接板13结构为矩形、承接板13中间间距设置两个引导板11、sps机构12设置在两个引导板11的中心处；
41.所述三自由度并联机构装置2是由静平台21、三个机构完全相同的支链22、动平台23组成、所述静平台21是长方体薄板211以及楔形底座块212组成、所述长方体薄板211设有6个圆形通孔且中间有小孔、所述楔形底座块212按照120
°
对称放置在长方体薄板211上且下端有两个小圆柱体、小圆柱体与长方体薄板211圆形通孔固定连接、楔形底座块212上端斜面与支链22连接、所述三个机构完全相同的支链22均是由长方体槽块221、第一组合体222和第二组合体223组成、所述长方体槽块221上底面设有两个三角锥形滑槽、与第一组合体222形成移动副连接、所述第一组合体222是由两个三菱锥体2221、楔形块2222以及第一长方体2223和第二长方体2224组成、所述三棱椎体2221位于第一组合体222下端、且在滑槽内滑动与滑槽形成移动副连接、所述楔形块2222下端与三菱锥体2221固定连接、且上端与第一长方体2223固定连接、所述第一长方体2223与第二长方体2224中间设有通孔以及固定连接、所述第二长方体2224上底面与第二组合体223连接、所述第二组合体223是由第一圆柱体2231、球体2232、半球体2233以及第二圆柱体2234和第三圆柱体2235组成、所述第一圆柱体2231从第一长方体2223与第二长方体2224的通孔中穿过形成移动副连接、上底面与球体2232连接、所述球体2232下端与第一圆柱体2231固定连接、上端与半球体2233连接、所述半球体2233为空心结构、与球体2232构成球副连接、且上端与第二圆柱体2234连接、所述第二圆柱体2234下端与半球体2233构成固定连接、且上端与第三圆柱体2235构成连接、所述第三圆柱体2235下端与第二圆柱体2234上端构成固定连接、且上端与动平台23连接、所述动平台23为长方体薄板且设有小孔、小孔与第三圆柱体2235形成固定连接；
42.所述并联机械腿组3由四个完全相同的并联机械腿31组成、且四个并联机械腿31对称设置在承接板14的两侧；所述并联机械腿31包括小型驱动电机311、虎克铰312、大腿313以及小腿314、所述小型驱动电机311固定安装在承接板14的底部、输出端连接虎克铰312、为虎克铰312提供动力、所述虎克铰312包括中心架3121、上铰座3122以及下铰座3123、所述中心架3121结构呈“十”字型、由正方体和4个完全相同的圆柱体组成、每个圆柱体固定在正方体每个面的中心且呈对称状态、其中一个圆柱体的一端与小型驱动电机311的输出端连接、所述上铰座3122和下铰座3123结构完全相同呈“u”型、“u”型的两端各有一个同样大小的通孔、其中中心架的四个圆柱体分别穿过上铰座3122和下铰座3123的通孔形成转动副相交形式连接、且上铰座3122的底部与承接板14固定连接、下铰座3123的底部与大腿313固定连接、所述大腿313由小梯形块3131和圆柱体3132组成、其中小梯形块3131的大端与下铰座3123固定连接、小梯形块3131的小端与圆柱体3132固定连接、圆柱体3132与小腿314连接、所述小腿314由圆柱孔3141、大梯形块3142和矩形块3143组成、其中圆柱体3132穿插在圆柱孔3141中形成移动副形式连接、圆柱孔3141的底部固定连接大梯形块3142、所述矩形块3143与圆柱孔3141固定连接且垂直于大腿313中的小梯形块3131侧面、矩形块3143上设置圆形通孔和矩形通孔、圆形通孔与升降装置4连接、矩形通孔与稳定装置5连接；
43.所述升降装置4包括矩形箱41、连接杆42、翼板43以及深沟球轴承44、所述矩形箱41整体结构为中间呈矩形通孔的长方体、矩形箱41的顶部设置一圆形通孔、让平台本体中的sps机构113穿过并与矩形箱41内底面固定连接、矩形箱41的底部对称设置四个小矩形块411、其中小矩形块的外侧与连接杆42连接、矩形箱41的两侧对称设置两个翼板43、所述矩形箱41顶部贴靠在平台本体中引导板12下端的阶梯上形成非固定连接、所述连接杆42设置有结构完全相同的四个且对称设置在矩形箱的小矩形块411外侧连接、其中连接杆42由推力杆421和受力杆422组成、所述推力杆421一端为球体与矩形箱的小矩形块411外侧以球副形式连接、推力杆421的另一端为长圆柱体与受力杆422连接、所述受力杆422一端为“u”型架与小腿314中的矩形块3143上的圆形通孔通过销钉以转动副形式连接、受力杆422另一端为圆柱孔与长圆柱体以移动副形式连接、所述翼板43呈矩形、且设置两个圆形通孔、其中翼板43上设置稳定装置5、并通过圆形通孔连接、所述深沟球轴承44设置有结构完全相同的两个、其内圈与下圆柱体5142连接、外圈与翼板43的圆形通孔连接；
44.所述稳定装置5由四个皮带轮传动装置51组成、且四个皮带轮传动装置51对称设置在翼板43上；所述皮带轮传动装置51包括电机511、皮带512、锁扣513、传动杆514、所述电机511固定安装在升降装置4的矩形箱41箱壁上、电机511的输出端与皮带512摩擦连接、为皮带提供驱动力、所述皮带512将电机511的输出端和传动杆514的一端套在一起、所述锁扣513呈“j”型、锁扣513的一端固连一个矩形条5131且穿过小腿上矩形块3143中的矩形通孔形成非固定连接、锁扣513的另一端设有圆形通孔与传动杆514的一端固定连接、所述传动杆514由上圆柱体5141和下圆柱体5142组成、上圆柱体5141中间设置凹槽与皮带512之间形成摩擦连接、上圆柱体5141下端与下圆柱体5142固定连接、下圆柱体5142与锁扣513另一端的圆形通孔固定连接并与深沟球轴承44内圈连接。
45.所述平台本体上的承接板13与虎克铰上铰座3122的底部通过螺栓固定连接。
46.所述静平台21中间设置用于减轻重量的小孔。
47.所述虎克铰中心架3121与小型驱动电机311的输出端过盈连接。
48.所述虎克铰上铰座3122与下铰座3123转动时绕着中心架3121的中心线旋转、且中心线互相垂直。
49.所述升降装置上的翼板43倒角均为10毫米。
50.所述矩形箱41顶部与平台本体中引导板12下端的阶梯形成非固定连接指贴靠且非摩擦接触。
51.所述锁扣513与翼板43的接触面为非摩擦接触。
52.所述深沟球轴承44内圈与下圆柱体5142连接、深沟球轴承44外圈与翼板43的圆形通孔连接、其连接方式为过盈连接。
53.所述楔形底座块与支链均为三个、且对称分布。
54.本发明具体工作流程如下：
55.运动时、首先控制稳定装置5将锁扣513关闭、与并联机械腿组3脱离、同时降下升降装置4、打开驱动电机311、并联机械腿的小型驱动电机311控制虎克铰312使并联机械腿组3协调运动、操作员仅需控制其往需要的地方行进、同时通过操作三自由度并联机构2上的支链22带动动平台23运动、进而整个作业平台开始工作。
56.停止时、关闭驱动电机311、让并联机械腿组3停止运动、同时将升降装置4升起与平台本体上的引导板11贴合、然后控制稳定装置5将锁扣513打开、与并联机械腿组3紧扣、使移动装置以稳定姿势停止运动、同时三自由度并联机构2上的支链22停止运动、动平台23也随之停止转动、进而整个作业平台停止工作。
57.上述实施例只是本发明的较佳实施例、并不是对本发明技术方案的限制、只要是属于在移动装置基础上修改混联类机构结构或者在装置上添加其他的设备用于作业等、均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。