專利名稱：一種滾動行進的差速七連桿機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器人，具體涉及一種差速七連桿機滾動器人。
背景技術：
連桿機構是指由若干剛性構件用低副連接而成的機構，分為平面連桿機構和空間連桿機構，其中平面連桿機構廣泛地應用于各種機械和儀表中。平面連桿機構中最基本、最簡單的是平面四桿機構，根據(jù)其兩個連桿的運動情況可分為曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和 雙搖桿機構。中國專利CN 2789106Y提出了一種單動力滾動四桿機構，其外形為一個平行四邊形，通過一個電機驅動改變平行變形端點的角度，依靠機構自身的慣性實現(xiàn)機構整體的滾動行進，結構簡單并具有一定的運動能力，但是對復雜接觸面情況的適應性差，且需要驅動電機具有一定的加速性。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題滾動型機器人(如球形或輪式機器人)在滾動過程中一般外形不發(fā)生變化，對地面環(huán)境及周圍空間環(huán)境的適應能力差。本發(fā)明的技術方案一種滾動行進的差速七連桿機器人包括兩個七連桿機器人及中間連桿，其中單側的七連桿機器人外形呈“日”字，由四個短連桿和三個長連桿通過軸線相互平行的轉動副連接形成兩個平行四邊形，其中短連桿和長連桿需要滿足0. 5774到
0.7578的長度比；其中短連桿包括兩組電機座連桿和隨動連桿，長連桿包括兩個電機同步連桿和一個公共連桿。每個平行四邊形均包含一個電機同步連桿、一個電機座連桿、一個隨動連桿和一個公共連桿；兩個平行四邊形共用一條邊即公共連桿。第一連接件電機形式上看作一個四邊形的頂點，第一連接件電機固定在電機座連桿上，電機的轉軸通過電機軸孔與電機同步連桿的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連桿的頂絲孔對電機的轉軸進行周向的固定。第一連接件短軸形式上看作一個四邊形的頂點，第一連接件短軸通過電機同步連桿的軸孔與隨動連桿的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面。第二連接件短軸形式上看作兩個四邊形的公共頂點，也是機構整體的一條邊的中點，第二連接件軸桿通過隨動連桿的軸孔、電機座連桿的軸孔與公共連桿的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面。第三連接件電機形式上看作一個四邊形的頂點，第三連接件電機固定在電機座連桿上，電機的轉軸通過電機軸孔與電機同步連桿的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連桿的頂絲孔對電機的轉軸進行周向的固定。第四連接件與第一連接件結構和連接形式完全相同。
第五連接件與第二連接件結構和連接形式完全相同。 第六連接件與第三連接件結構和連接形式完全相同。第七連接件差速軸形式上看作兩個四邊形的公共邊的中點，即公共連桿的中點，第九連接件軸桿通過公共連桿中點處的的軸孔以轉動副的形式將兩個并行的七連桿機器人連接在一起，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面。短軸所構成的轉動副是多種形式的圓周運動，如轉軸、電機或舵機；驅動電機的形式是多樣的，如電機或舵機；差速軸構成的轉動副是多種形式的差速連接，可以直接軸桿連接或聯(lián)軸器間接連接。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述的翻滾行進的差速七連桿機器人，通過兩個或兩個以上的電機分別對兩個七連桿機器人進行驅動和控制實現(xiàn)機構的步行運動，差速七連桿機器人既可以實現(xiàn)直行功能，也可以實現(xiàn)轉彎功能，并具有一定的越障能力。該機構結構簡 單，成本低廉，易于制造和工程實現(xiàn)。為中小學生提供了一個對幾何形體及移動機構的認識，可用于制作玩具、教學教具，也可用于制作軍用探測機器人。


圖I滾動行進的差速七連桿機器人的整體三維2滾動行進的獨立七連桿機器人的整體三維3滾動行進的差速七連桿機器人的整體俯視4電機的安裝5A、圖5B、圖5C、圖5D、圖5E、圖5F、圖5G、圖5H是獨立七連桿機器人直行步態(tài)的分解圖圖5A直行步態(tài)的初始位姿圖5B直行步態(tài)短連桿著地變形協(xié)調動作圖5C直行步態(tài)短連桿著地變形過程動作圖直行步態(tài)短連桿著地翻滾至長連桿著地動作圖5E直行步態(tài)長連桿著地變形過程動作圖5F直行步態(tài)長連桿著地翻倒動作圖5G直行步態(tài)長連桿著地翻滾至短連桿著地動作圖5H直行步態(tài)姿態(tài)恢復動作圖6A、圖6B、圖6C、圖6D、圖6E、圖6F、圖6G、圖6H是差速七連桿機器人轉彎步態(tài)的分解圖圖6A轉彎步態(tài)的起始位姿圖6B轉彎步態(tài)短連桿著地變形調整動作圖6C轉彎步態(tài)短連桿著地變形開始動作圖6D轉彎步態(tài)短連桿著地變形過程動作圖6E轉彎步態(tài)短連桿著地翻轉動作圖6F轉彎步態(tài)長連桿著地變形過程動作圖6G轉彎步態(tài)長連桿著地翻轉動作圖6H轉彎步態(tài)姿態(tài)恢復動作
圖中電機同步連桿I、隨動連桿2、電機座連桿3、電機同步連桿4、隨動連桿5、電機座連桿6、公共連桿7、短軸8、短軸9、短軸10、短軸11、電機12、電機13和差速軸14。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。滾動行進的差速七連桿機器人如圖I所示，由兩個七連桿機器人通過一根差速軸
(14)并行連接在一起，如圖2每個七連桿機器人從形式上由兩個四邊形組成。本發(fā)明的實施方式如圖2，電機同步連桿(I)、電機座連桿(6)、隨動連桿(2)和公共連桿(7)構成一 個平行四邊形，電機同步連桿(I)和電機座連桿(6)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連桿(6)和公共連桿(7)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，隨動連桿(2)和公共連桿(7)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連桿(I)和隨動連桿(2)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點；電機同步連桿(4 )、電機座連桿(3 )、隨動連桿(5 )和公共連桿(7)構成一個平行四邊形，電機同步連桿(4)和電機座連桿(3)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連桿(3)和公共連桿(7)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，隨動連桿(5)和公共連桿(7)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連桿(4)和隨動連桿
(5)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點；第一連接件短軸(8)形式上看作一個四邊形的頂點，第一連接件短軸(8)通過電機同步連桿(I)的軸孔與隨動連桿(2)的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面；第二連接件短軸(9)形式上看作兩個四邊形的公共頂點，也是機構整體的一條邊的中點，第二連接件軸桿(9)通過隨動連桿(2)的軸孔、電機座連桿(3)的軸孔與公共連桿(7)的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面；第三連接件電機(13)形式上看作一個四邊形的頂點，第三連接件電機(13)固定在電機座連桿(3)上，電機的轉軸通過電機軸孔與電機同步連桿(4)的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連桿(4)的頂絲孔對電機的轉軸進行周向的固定；第四連接件軸桿(10)形式上看作一個四邊形的頂點，第四連接件軸桿(10)通過電機同步連桿(4)的軸孔與隨動連桿(5)的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面；第五連接件短軸(11)形式上看作兩個四邊形的公共頂點，也是機構整體的一條邊的中點，第五連接件軸桿(11)通過隨動連桿(5 )的軸孔、電機座連桿(6 )的軸孔與公共連桿
(7)的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面；第六連接件電機(12)形式上看作一個四邊形的頂點，第六連接件電機(12)固定在電機座連桿(6)上，電機的轉軸通過電機軸孔與電機同步連桿(I)的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連桿(I)的頂絲孔對電機的轉軸進行周向的固定；第七連接件差速軸(14)形式上看作兩個四邊形的公共邊的中點，即公共連桿(7)的中點，第九連接件軸桿(14)通過公共連桿(7)中點處的的軸孔以轉動副的形式將兩個并行的七連桿機器人連接在一起，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面。電機的安裝如附圖4所示，電機(12)的安裝端面與電機座連桿(6)的電機座安裝端面通過螺釘連接，電機的軸與電機同步連桿(I)通過頂絲連接；電機(13)的連接方式與電機(12)相同。具體的使用方法滾動行進的差速七連桿機器人可以實現(xiàn)直行步態(tài)。首先滾動行進的差速七連桿機器人處于如附圖5A所示的直行步態(tài)的初始位姿，兩個平行四邊形相鄰的兩個短連桿與地面接觸；當要直行的時候，以行進方向端平行四邊形的短連桿為支撐面，協(xié)調兩個平行四邊形的頂點角度，實現(xiàn)如附圖5B所示的直行步態(tài)短連桿著地變形協(xié)調動作以及如附圖5C所示的直行步態(tài)短連桿著地變形過程動作；當七連桿機器人的重心在地面上的投影超出平衡位置時，實現(xiàn)如圖所示的直行步態(tài)短連桿著地翻滾至長連桿著地動作；協(xié)調兩個平行四邊形的頂點角度，實現(xiàn)如附圖5E所示的直行步態(tài)長連桿著地變形過程動作以及如附圖5F 所示的直行步態(tài)長連桿著地翻倒動作；當七連桿機器人的重心在地面上的投影超出平衡位置時，實現(xiàn)如圖5G所示的直行步態(tài)長連桿著地翻滾至短連桿著地動作；當作為支撐的平行四邊形的另一邊落地后，協(xié)調兩個平行四邊形的頂點角度，實現(xiàn)如附圖5H所示的直行步態(tài)姿態(tài)恢復動作。這樣就實現(xiàn)了機器人的一個完整直行步態(tài)，圖5A、圖5B、圖5C、5E、圖5F、圖5G、圖5H是獨立七連桿機器人直行步態(tài)的分解圖。滾動行進的差速七連桿機器人也可以實現(xiàn)轉彎步態(tài)。首先滾動行進的差速七連桿機器人處于如附圖6A所示的轉彎步態(tài)的起始位姿，兩個并聯(lián)七連桿機器人各自的兩個平行四邊形相鄰的兩個短連桿與地面接觸；當要轉彎的時候，以一個獨立的七連桿機器人為支撐，協(xié)調另一個獨立的七連桿機器人的兩個平行四邊形的頂點角度，實現(xiàn)如圖6B所示的轉彎步態(tài)短連桿著地變形調整動作，如圖6C所示的轉彎步態(tài)短連桿著地變形開始動作以及如圖6D所示的轉彎步態(tài)短連桿著地變形過程動作；當差速七連桿機器人的重心在地面上的投影超出平衡位置時，實現(xiàn)如圖6E所示的轉彎步態(tài)短連桿著地翻轉動作；繼續(xù)協(xié)調七連桿機器人的兩個平行四邊形的頂點角度，實現(xiàn)如圖6F所示的轉彎步態(tài)長連桿著地變形過程動作；當差速七連桿機器人的重心在地面上的投影超出平衡位置時，實現(xiàn)如圖6G所示的轉彎步態(tài)長連桿著地翻轉動作；當兩個并行的七連桿機器人都穩(wěn)定與地面接觸后，協(xié)調實現(xiàn)翻滾的七連桿機器人的兩個平行四邊形的頂點角度，實現(xiàn)如圖6H所示的轉彎步態(tài)姿態(tài)恢復動作，此時的滾動行進的差速七連桿機器人的位置與原來的位置已經(jīng)有一定的角度了，循環(huán)幾次，機器人就實現(xiàn)了大幅度的轉彎步態(tài)。圖6A、圖6B、圖6C、圖6D、圖6E、圖6F、圖6G、圖6H是差速七連桿機器人轉彎步態(tài)的分解圖。
權利要求
1.一種滾動行進的差速七連桿機器人，其特征在于滾動行進的差速雙平行四邊形機器人包括兩個七連桿機器人及中間連桿，每個獨立的七連桿機器人包括構成兩個平行四邊形各邊的七個桿件，電機同步連桿(1、4)，電機座連桿(3、6)，隨動連桿(2、5)和公共連桿(7 )，其中電機同步連桿(I)、電機座連桿(6 )、隨動連桿(2 )和公共連桿(7 )構成一個平行四邊形，電機同步連桿(I)和電機座連桿(6)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連桿(6)和公共連桿(7)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，隨動連桿(2)和公共連桿(7)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連桿(I)和隨動連桿(2)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點；電機同步連桿(4)、電機座連桿(3)、隨動連桿(5)和公共連桿(7)構成一個平行四邊形，電機同步連桿(4)和電機座連桿(3)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機座連桿(3)和公共連桿(7)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，隨動連桿(5)和公共連桿(7)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點，電機同步連桿(4)和隨動連桿(5)構成轉動副作為平行四邊形一個頂點； 第一連接件短軸(8)形式上看作一個四邊形的頂點，第一連接件短軸(8)通過電機同步連桿(I)的軸孔與隨動連桿(2)的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面； 第二連接件短軸(9)形式上看作兩個四邊形的公共頂點，也是機構整體的一條邊的中點，第二連接件軸桿(9)通過隨動連桿(2)的軸孔、電機座連桿(3)的軸孔與公共連桿(7)的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面； 第三連接件電機(13)形式上看作一個四邊形的頂點，第三連接件電機(13)固定在電機座連桿(3)上，電機的轉軸通過電機軸孔與電機同步連桿(4)的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連桿(4)的頂絲孔對電機的轉軸進行周向的固定； 第四連接件軸桿(10)形式上看作一個四邊形的頂點，第四連接件軸桿(10)通過電機同步連桿(4)的軸孔與隨動連桿(5)的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面； 第五連接件短軸(11)形式上看作兩個四邊形的公共頂點，也是機構整體的一條邊的中點，第五連接件軸桿(11)通過隨動連桿(5)的軸孔、電機座連桿(6)的軸孔與公共連桿(7)的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面； 第六連接件電機(12)形式上看作一個四邊形的頂點，第六連接件電機(12)固定在電機座連桿(6)上，電機的轉軸通過電機軸孔與電機同步連桿(I)的軸孔以轉動副的形式鏈接，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面，頂絲通過電機同步連桿(I)的頂絲孔對電機的轉軸進行周向的固定； 第七連接件差速軸(14)形式上看作兩個四邊形的公共邊的中點，即公共連桿(7)的中點，第九連接件軸桿(14)通過公共連桿(7)中點處的的軸孔以轉動副的形式將兩個并行的七連桿機器人連接在一起，該轉動副的軸線垂直于平行四邊形的平面。
2.如權利要求I所述的滾動行進的差速七連桿機器人，其特征在于短軸(8、9、10、11)所構成的轉動副是多種形式的圓周運動，如轉軸、電機或舵機。
3.如權利要求I所述的滾動行進的差速七連桿機器人，其特征在于驅動電機(12、13)的形式是多樣的，如電機或舵機。
4.如權利要求I所述的滾動行進的差速七連桿機器人，其特征在于差速軸(14)構成的轉動副是多種形式的圓周運動，可以直接軸桿連接或聯(lián)軸器間接連接。
全文摘要
一種滾動行進的差速七連桿機器人，包括一個連接桿、兩個七連桿機器人及它們的連接。每個獨立的七連桿機器人含有由七個連桿組成的兩個平行四邊形，兩平行四邊形共用一條邊和兩個頂點，任意相鄰的邊用轉動副連接，當內角均為90°時，外形呈“日”字。連桿(1)、(2)、(6)、(7)和連桿(3)、(4)、(5)、(7)分別構成兩個平行四邊形，其形狀分別由電機(12)、(13)控制，其中連桿(7)為公共連桿?？刂苾蓚€平行四邊形內角的變化，則機構因變形而實現(xiàn)翻滾。當兩個七連桿機器人的翻滾速度不同時，機器人實現(xiàn)轉彎。
文檔編號B25J9/00GK102672707SQ20121015247
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權日2012年5月16日
發(fā)明者劉長煥, 姚燕安, 李曄卓 申請人:北京交通大學