专利名称：一种滚动行进的双类车轮六边形机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人，具体涉及一种滚动行进的双类车轮六边形机器人。
背景技术：
平面连杆机构的应用十分广泛，其优点是能够实现多种运动规律和运动轨迹的要求，并且结构简单、工作可靠、承载能力强。在平面连杆中，由四个杆件组成的平面四杆机构最为常见。平面四杆机构不仅应用广泛，而且是组成多杆机构的基础。中国专利CN2789106Y提出了一种单动力滚动四杆机构，该机构依靠一个驱动电机的控制，通过自身平行四边形的变形和机构自身的运动惯性实现滚动行进，结构简单，具有一定运动能力，但是该机构只能实现直线上的行走，不能够实现转向运动，而且单纯依靠平行四边形的变形不足以实现滚动运动，对驱动电机的加速性能依赖性较强，对电机的性能要求较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题轮式机器人的车轮在滚动过程中一般外形不发生变化,对地面环境及周围空间环境的适应能力差。本发明的技术方案一种滚动双类车轮六边形机器人包括两个单类车轮六边形机器人及中间连杆，其中单类车轮六边形机器人外形呈六边形，由三组等长的连杆即三个电机同步连杆、三个电机座连杆、三个公共连杆通过轴线相互平行的转动副连接形成三个平行四边形。每个平行四边形均包含一个电机同步连杆、一个电机座连杆和两个公共连杆；相邻的平行四边形共用一条边即公共连杆。第一连接件电机形式上看作一个四边形的顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第一连接件电机固定在电机座连杆上，电机的转轴通过电机轴孔与电机同步连杆的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面，顶丝通过电机同步连杆的顶丝孔对电机的转轴进行周向的固定。第二连接件短轴形式上看作两个相邻四边形的公共顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第二连接件轴杆通过电机座连杆的轴孔、电机同步连杆的轴孔与公共连杆的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面。第三连接件与第一连接件结构和连接形式完全相同。第四连接件、第六连接件与第二连接件结构和连接形式完全相同。第五连接件配重形式上看作一个四边形的顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第五连接件配重固定在电机座连杆上，配重的轴通过电机轴孔与电机同步连杆的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面。第七连接件差速轴形式上看作四个四边形的公共顶点，第九连接件差速轴通过三个公共连杆的轴孔以转动副的形式链接，两个并行的类车轮六边形机器人通过第七连接件差速轴连接在一起，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面。短轴所构成的转动副是多种形式的圆周运动，如转轴、电机或舵机；驱动电机的形式是多样的，如电机或舵机；差速轴构成的转动副是多种形式的圆周运动，可以直接轴杆连接或联轴器间接连接；配重可替换为驱动电机，作为冗余驱动使用。本发明的有益效果本发明所述的翻滚行进的双类车轮六边形机器人，通过两个或两个以上的电机分别对两个类车轮六边形机构进行驱动和控制实现机构的翻滚运动，双类车轮六边形机器人既可以实现直行功能，也可以实现转弯功能，并具有一定的越障能力。该机构结构简单，成本低廉，易于制造和工程实现。为中小学生提供了一个对几何形体及移动机构的认识，可用于制作玩具、教学教具，也可用于制作军用探测机器人。
图I滚动行进的双类车轮六边形机器人的整体三维2滚动行进的单类车轮六边形机器人的整体三维图
图3滚动行进的双类车轮六边形机器人的整体俯视4电机的安装5A、图5B、图5C、图5D、图5E、图5F、图5G是单类车轮六边形机器人直行步态的分解图图5A直行步态的起始位姿图5B直行步态第一次重心偏移动作图5C直行步态第一次翻滚动作图K)直行步态重心偏移过程动作图5E直行步态第二次重心偏移动作图5F直行步态第二次翻滚动作图5G直行步态姿态恢复动作图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F、图6G是双类车轮六边形机器人转弯步态的分解图图6A转弯步态的起始位姿图6B转弯步态第一次重心偏移动作图6C转弯步态第一次翻滚动作图6D转弯步态重心偏移过程动作图6E转弯步态第二次重心偏移动作
图6F直行步态第二次翻滚动作图6G直行步态姿态恢复动作图中电机同步连杆I、电机座连杆2、电机同步连杆3、电机座连杆4、电机同步连杆5、电机座连杆6、公共连杆7、公共连杆8、公共连杆9、短轴10、短轴11、短轴12、差速轴13、电机14、电机15、配重16。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细说明。滚动行进的双类车轮六边形机器人如图I所示，由两个类车轮六边形机器人通过一根差速轴(13)并行连接在一起，如图2每个类车轮六边形机器人从形式上由三个个四边形组成。本发明的实施方式 如图2，第一个四边形由电机同步连杆(I)、电机座连杆(6)、公共连杆(7)和公共连杆(9)构成，电机同步连杆⑴和电机座连杆(6)构成转动副作为平行四边形一个顶点，电机座连杆(6)和公共连杆(7)构成转动副作为平行四边形一个顶点，公共连杆(7)和公共连杆(9)构成转动副作为平行四边形一个顶点，电机同步连杆(I)和公共连杆(9)构成转动副作为平行四边形一个顶点；第二个四边形由电机同步连杆(3)、电机座连杆(2)、公共连杆(7)和公共连杆(8)构成，电机同步连杆(3)和电机座连杆(2)构成转动副作为平行四边形一个顶点，电机座连杆(2)和公共连杆(7)构成转动副作为平行四边形一个顶点，公共连杆(7)和公共连杆(8)构成转动副作为平行四边形一个顶点，电机同步连杆(3)和公共连杆(8)构成转动副作为平行四边形一个顶点；第三个四边形由电机同步连杆(5)、电机座连杆(4)、公共连杆(8)和公共连杆(9)构成，电机同步连杆(5)和电机座连杆(4)构成转动副作为平行四边形一个顶点，电机座连杆(4)和公共连杆(8)构成转动副作为平行四边形一个顶点，公共连杆(8)和公共连杆(9)构成转动副作为平行四边形一个顶点，电机同步连杆(5)和公共连杆(9)构成转动副作为平行四边形一个顶点；；第一连接件电机(14)形式上看作一个四边形的顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第一连接件电机(14)固定在电机座连杆(6)上，电机的转轴通过电机轴孔与电机同步连杆(I)的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面，顶丝通过电机同步连杆(I)的顶丝孔对电机的转轴进行周向的固定；第二连接件短轴(10)形式上看作两个相邻四边形的公共顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第二连接件轴杆(10)通过电机座连杆(2)的轴孔、电机同步连杆⑴的轴孔与公共连杆(7)的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面；第三连接件电机(15)形式上看作一个四边形的顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第三连接件电机(15)固定在电机座连杆(3)上，电机的转轴通过电机轴孔与电机同步连杆(2)的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面，顶丝通过电机同步连杆(2)的顶丝孔对电机的转轴进行周向的固定；第四连接件短轴(11)形式上看作两个相邻四边形的公共顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第四连接件轴杆(11)通过电机座连杆(4)的轴孔、电机同步连杆(3)的轴孔与公共连杆(8)的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面；第五连接件配重(16)形式上看作一个四边形的顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第五连接件配重(16)固定在电机座连杆(4)上，配重的轴通过电机轴孔与电机同步连杆(5)的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面；第六连接件短轴(12)形式上看作两个相邻四边形的公共顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第六连接件轴杆(12)通过电机座连杆(6)的轴孔、电机同步连杆(5)的轴孔与公共连杆(9)的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面；第七连接件差速轴(13)形式上看作四个四边形的公共顶点，第九连接件差速轴(13)通过公共连杆(7、8、9)的轴孔以转动副的形式链接，两个并行的类车轮六边形机器人通过第七连接件差速轴(13)连接在一起，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面。电机的安装如附图4所示，电机(14)的安装端面与电机座连杆(6)的电机座安装端面通过螺钉连接，电机的轴与电机同步连杆(I)通过顶丝连接；电机(15)的连接方式与电机(14)相同。
具体的使用方法滚动行进的双类车轮六边形机器人可以实现直行步态。首先滚动行进的双类车轮六边形机器人处于如附图5A所示的直行步态的起始位姿，一个四边形的一个边与地面接触；当要直行的时候，以行进方向端平行四边形的边为支撑面，协调三平行四边形的顶点角度，实现如附图5B所示的直行步态第一次重心偏移动作；当双类车轮六边形机器人的重心在地面上的投影超出平衡位置时，实现如图5C所示的直行步态第一次翻滚动作；当作为支撑的平行四边形的另一边落地后，协调三个平行四边形的顶点角度，实现如附图所示的直行步态重心偏移过程动作，如附图5E所示的直行步态第二次重心偏移动作；当双类车轮六边形机器人的重心在地面上的投影超出平衡位置时，实现如图5F所示的直行步态第二次翻滚动作；当作为支撑的另一平行四边形的一边落地后，协调三个平行四边形的顶点角度，实现如附图5G所示的直行步态姿态恢复动作。这样就实现了机器人的一个完整直行步态，图5A、图5B、图5C、图5D、图5E、图5F、图5G是单类车轮六边形机器人直行步态的分解图。滚动行进的双类车轮六边形机器人也可以实现转弯步态。首先滚动行进的双类车轮六边形机器人处于如附图6A所示的转弯步态的起始位姿，两个并联类车轮六边形机器人各自的一个四边形的一个边与地面接触；当要转弯的时候，以一个独立的类车轮六边形机器人为支撑，协调另一个独立的类车轮六边形机器人的三个平行四边形的顶点角度，实现如图6B所示的转弯步态第一次重心偏移动作，以及如图6C所示的转弯步态第一次翻滚动作；当两个并行的类车轮六边形机器人都稳定与地面接触后，协调实现翻滚的类车轮六边形机器人的三个平行四边形的顶点角度，实现如图6D所示的转弯步态重心偏移过程动作，如图6E所示的转弯步态第二次重心偏移动作以及如图6F所示的转弯步态第二次翻滚动作；当两个并行的类车轮六边形机器人都稳定与地面接触后，协调实现翻滚的类车轮六边形机器人的三个平行四边形的顶点角度，实现如图6G所示的转弯步态姿态恢复动作，此时的滚动行进的双类车轮六边形机器人的位置与原来的位置已经有一定的角度了，循环几次，机器人就实现了大幅度的转弯步态。图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F、图6G是双类车轮六边形机器人转弯步态的分解图。
权利要求
1.一种滚动行进的双类车轮六边形机器人，其特征在于滚动行进的双四平行四边形机器人包括两个单类车轮六边形机器人及中间连杆(21)，其中单类车轮六边形机器人由三组等长的连杆即三个电机同步连杆(1、3、5)、三个电机座连杆(2、4、6)、三个公共连杆(7、.8、9)通过轴线相互平行的转动副连接形成三个平行四边形，每个平行四边形均包含一个电机同步连杆、一个电机座连杆和两个公共连杆，相邻的平行四边形共用一条边即公共连杆，其中电机同步连杆(I)、电机座连杆(6)、公共连杆(7)和公共连杆(9)构成一个平行四边形，电机同步连杆(I)和电机座连杆(6)构成转动副作为平行四边形一个顶点，电机座连杆(6)和公共连杆(9)构成转动副作为平行四边形一个顶点，公共连杆(7)和公共连杆(9)构成转动副作为平行四边形一个顶点，电机同步连杆(I)和公共连杆(9)构成转动副作为平行四边形一个顶点；电机同步连杆(3)、电机座连杆(2)、公共连杆(7)和公共连杆⑶构成一个平行四边形，电机同步连杆(3)和电机座连杆(2)构成转动副作为平行四边形一个顶点，电机座连杆⑵和公共连杆(7)构成转动副作为平行四边形一个顶点，公共连杆(7)和公共连杆(8)构成转动副作为平行四边形一个顶点，电机同步连杆(3)和公共连杆(8)构成转动副作为平行四边形一个顶点；电机同步连杆(5)、电机座连杆(4)、公共连杆(8)和公共连杆(9)构成一个平行四边形，电机同步连杆(5)和电机座连杆(4)构成转动副作为平行四边形一个顶点，电机座连杆(4)和公共连杆(8)构成转动副作为平行四边形一个顶点，公共连杆(8)和公共连杆(9)构成转动副作为平行四边形一个顶点，电机同步连杆(5)和公共连杆(9)构成转动副作为平行四边形一个顶点； 第一连接件电机(14)形式上看作一个四边形的顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第一连接件电机(14)固定在电机座连杆(6)上，电机的转轴通过电机轴孔与电机同步连杆(I)的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面，顶丝通过电机同步连杆(I)的顶丝孔对电机的转轴进行周向的固定； 第二连接件短轴(10)形式上看作两个相邻四边形的公共顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第二连接件轴杆(10)通过电机座连杆(2)的轴孔、电机同步连杆(I)的轴孔与公共连杆(7)的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面；第三连接件电机(15)形式上看作一个四边形的顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第三连接件电机(15)固定在电机座连杆(3)上，电机的转轴通过电机轴孔与电机同步连杆(2)的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面，顶丝通过电机同步连杆⑵的顶丝孔对电机的转轴进行周向的固定； 第四连接件短轴(11)形式上看作两个相邻四边形的公共顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第四连接件轴杆(11)通过电机座连杆(4)的轴孔、电机同步连杆(3)的轴孔与公共连杆(8)的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面；第五连接件配重(16)形式上看作一个四边形的顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第五连接件配重(16)固定在电机座连杆(4)上，配重的轴通过电机轴孔与电机同步连杆(5)的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面； 第六连接件短轴(12)形式上看作两个相邻四边形的公共顶点，也是机构整体六边形的一个顶点，第六连接件轴杆(12)通过电机座连杆￠)的轴孔、电机同步连杆(5)的轴孔与公共连杆(9)的轴孔以转动副的形式链接，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面；第七连接件差速轴(13)形式上看作四个四边形的公共顶点，第九连接件差速轴(13)通过公共连杆(7、8、9)的轴孔以转动副的形式链接，两个并行的类车轮六边形机器人通过第七连接件差速轴(13)连接在一起，该转动副的轴线垂直于平行四边形的平面。
2.如权利要求I所述的滚动行进的双类车轮六边形机器人，其特征在于短轴(10、11、12)所构成的转动副是多种形式的圆周运动，如转轴、电机或舵机。
3.如权利要求I所述的滚动行进的双类车轮六边形机器人，其特征在于差速轴(13)构成的转动副是多种形式的圆周运动，可以直接轴杆连接或联轴器间接连接。
4.如权利要求I所述的滚动行进的双类车轮六边形机器人，其特征在于驱动电机(14、15)的形式是多样的，如电机或舵机。
5.如权利要求I所述的滚动行进的双类车轮六边形机器人，其特征在于配重(16)可替换为驱动电机，作为冗余驱动使用。
全文摘要
一种滚动行进的双类车轮六边形机器人，包括一个连接杆、两个独立的类车轮六边形机构及它们的连接。每个类车轮六边形机构含有由九个连杆组成的三个平行四边形，相邻两平行四边形共用一条边，三个平行四边形共用一个顶点，任意相邻的边用转动副连接。杆(1)、(6)、(7)、(9)，杆(2)、(3)、(7)、(8)分别构成平行四边形，其形状分别由电机(14)、(15)控制；杆(4)、(5)、(8)、(9)构成随动平行四边形，配重(16)与电机同重，使结构对称。控制平行四边形内角的变化，则机构变形并翻滚，两个并行的类车轮六边形机构的翻滚速度不同，机器人实现转弯。
文档编号B62D57/02GK102632936SQ20121012709
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者刘长焕, 姚燕安, 李晔卓 申请人:北京交通大学