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一種輪腿式3?PUU并聯(lián)移動機(jī)器人的制作方法

文檔序號:12917859閱讀:247來源:國知局
一種輪腿式3?PUU并聯(lián)移動機(jī)器人的制作方法與工藝

本實(shí)用新型屬于并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域,具體涉及一種輪腿式3-PUU并聯(lián)移動機(jī)器人。



背景技術(shù):

機(jī)器人代替人類進(jìn)入各種危險復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行操作、排險、救援等工作是機(jī)器人的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。這就要求移動機(jī)器人必須具有較強(qiáng)的地形適應(yīng)能力和高速的運(yùn)動能力。

目前的輪腿式移動機(jī)器人大體上有兩種結(jié)構(gòu):1)輪腿不分離。把輪子安裝在腿部結(jié)構(gòu)末端,用輪子充當(dāng)腳或者直接將輪轉(zhuǎn)變成腿使用;2)輪和腿完全分離。第一種結(jié)構(gòu)是取得成果最多的,但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,當(dāng)使用單一腿結(jié)構(gòu)進(jìn)行行走的時候,輪式部分就變成了冗余結(jié)構(gòu),大大增加控制的難度;第二種結(jié)構(gòu)相對來說,結(jié)構(gòu)更加簡單,控制更加簡便。而第二種結(jié)構(gòu)的輪腿式多采用轉(zhuǎn)動副進(jìn)行輪式和腿式的轉(zhuǎn)換,不夠穩(wěn)定,不易實(shí)現(xiàn)。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜,輪腿式轉(zhuǎn)換不穩(wěn)定,不易實(shí)現(xiàn)的問題,提供一種輪腿式3-PUU并聯(lián)移動機(jī)器人。

本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:

一種輪腿式3-PUU并聯(lián)移動機(jī)器人,包括基底平臺、動平臺Ⅰ、動平臺Ⅱ、支鏈和全向輪,所述支鏈包括三條內(nèi)支鏈和三條外支鏈,基底平臺通過內(nèi)支鏈與動平臺Ⅰ連接,通過外支鏈與動平臺Ⅱ連接,每條支鏈包括連桿、虎克鉸和移動副,連桿兩端連接虎克鉸,連桿頂端的虎克鉸連接于基底平臺,連桿底端的虎克鉸連接于移動副,內(nèi)支鏈的移動副在連桿的外側(cè),外支鏈的移動副在連桿的內(nèi)側(cè),全向輪與內(nèi)支鏈的移動副連接。

所述內(nèi)、外支鏈的移動副為直線電機(jī),直線電機(jī)的輸出端為導(dǎo)桿。

所述內(nèi)支鏈的每條支鏈包括兩根平行并聯(lián)的連桿Ⅰ、虎克鉸Ⅰ和內(nèi)支鏈移動副,內(nèi)支鏈移動副為直線電機(jī)Ⅰ,連桿Ⅰ頂端的虎克鉸Ⅰ通過虎克鉸安裝座Ⅰ連接于基底平臺,底端的虎克鉸Ⅰ通過虎克鉸安裝座Ⅰ連接于直線電機(jī)Ⅰ的導(dǎo)桿Ⅰ。

所述外支鏈的每條支鏈包括兩根平行并聯(lián)的連桿Ⅱ、虎克鉸Ⅱ和外支鏈移動副,外支鏈移動副包括直線電機(jī)Ⅱ,連桿Ⅱ頂端的虎克鉸Ⅱ通過虎克鉸安裝座Ⅱ連接于基底平臺,底端的虎克鉸Ⅱ通過虎克鉸安裝座Ⅱ連接于直線電機(jī)Ⅱ的導(dǎo)桿Ⅱ。

所述動平臺Ⅰ包括圓平臺Ⅰ和三條間隔120°布置的連接桿Ⅰ,連接桿Ⅰ一端與圓平臺Ⅰ連接,另一端與內(nèi)支鏈的移動副的導(dǎo)桿Ⅰ連接。

所述動平臺Ⅱ包括圓平臺Ⅱ和三條間隔120°布置的連接桿Ⅱ,連接桿Ⅱ一端與圓平臺Ⅱ連接,另一端與外支鏈的移動副的導(dǎo)桿Ⅱ連接。

所述全向輪的輪軸連接在驅(qū)動電機(jī)輸出端,驅(qū)動電機(jī)安裝于連接支架上,連接支架設(shè)置于直線電機(jī)Ⅲ的輸出端上,直線電機(jī)Ⅲ固定于內(nèi)支鏈的直線電機(jī)Ⅰ上。

所述內(nèi)、外支鏈在基底平臺上的安裝位置分別呈正三角形分布,其中外支鏈分別安裝在基底平臺的三個頂點(diǎn),內(nèi)支鏈分別安裝在基底平臺的三個邊的中點(diǎn),內(nèi)、外支鏈在基底平臺上的安裝位置交叉分布。

所述全向輪由兩個帶有滾珠的輪間隔串接而成。

所述PUU指每條支鏈由一個移動副(P)和兩個相鄰的萬向節(jié)(U)即虎克鉸組成,因為一個萬向節(jié)(U)可以看成由兩個軸線相互垂直且相鄰的轉(zhuǎn)動副(R)組成。

通過在內(nèi)、外支鏈的移動副處安裝直線電機(jī),實(shí)現(xiàn)內(nèi)外支鏈交替平動,實(shí)現(xiàn)腿式行走;通過直線電機(jī)Ⅲ,控制萬向輪的上升和下降,實(shí)現(xiàn)腿式和輪式的轉(zhuǎn)換;通過在輪軸處安裝驅(qū)動電機(jī),實(shí)現(xiàn)輪式行走以及快速轉(zhuǎn)向。

本實(shí)用新型的有益效果如下:

1. 機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊,采用并聯(lián)結(jié)構(gòu),剛度高,承載能力強(qiáng);

2. 通過切換機(jī)器人的輪式和腿式行走方式,能夠適應(yīng)復(fù)雜地面;

3. 三個全向輪均勻分布,既能實(shí)現(xiàn)當(dāng)兩個輪同時轉(zhuǎn)動時朝兩輪中間方向的直線行走,又能實(shí)現(xiàn)當(dāng)三個輪同時轉(zhuǎn)動時改變方向,更加靈活、快速;

4. 腿部采用對稱結(jié)構(gòu),方向改變?yōu)?20°的整倍數(shù)時,都能夠正常運(yùn)動;

5. 本實(shí)用新型的腿式結(jié)構(gòu)的支鏈采用PUU結(jié)構(gòu),驅(qū)動數(shù)量明顯減少,且容易控制。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型輪腿式3-PUU并聯(lián)移動機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2為本實(shí)用新型內(nèi)支鏈結(jié)構(gòu)示意圖;

圖3為本實(shí)用新型外支鏈結(jié)構(gòu)示意圖;

圖4為本實(shí)用新型腿式行走示意圖;

圖5為本實(shí)用新型輪式行走示意圖;

圖6為本實(shí)用新型全向輪結(jié)構(gòu)示意圖;

圖7為本實(shí)用新型基底平臺結(jié)構(gòu)示意圖;

圖8為本實(shí)用新型動平臺Ⅰ結(jié)構(gòu)示意圖;

圖9為本實(shí)用新型動平臺Ⅱ結(jié)構(gòu)示意圖;

其中:1-基底平臺;2-全向輪;3-連桿Ⅰ;4-虎克鉸Ⅰ;5-直線電機(jī)Ⅰ;6-導(dǎo)桿Ⅰ;7-虎克鉸安裝座Ⅰ;8-連桿Ⅱ;9-直線電機(jī)Ⅱ;10-導(dǎo)桿Ⅱ;11-虎克鉸Ⅱ;12-虎克鉸安裝座Ⅱ;13-圓平臺Ⅰ;14-連接桿Ⅰ;15-圓平臺Ⅱ;16-連接桿Ⅱ;17-直線電機(jī)Ⅲ;18-導(dǎo)桿Ⅲ;19-連接支架;20-驅(qū)動電機(jī)。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式,對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。

本實(shí)用新型在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,提供一種輪腿式3-PUU并聯(lián)移動機(jī)器人。基底平臺1通過三條PUU內(nèi)支鏈與動平臺Ⅰ連接,并通過三條PUU外支鏈與動平臺Ⅱ連接,其中動平臺Ⅰ的直線電機(jī)Ⅰ5在PUU內(nèi)支鏈外側(cè),動平臺Ⅱ的直線電機(jī)Ⅱ9在PUU外支鏈內(nèi)側(cè),目的是避免干涉。動平臺Ⅰ、動平臺Ⅱ都有三條分布均勻的連接桿,且動平臺Ⅰ與動平臺Ⅱ有高度差,既可以提高機(jī)器人的越障能力又能避免腿式移動時內(nèi)、外支鏈相互干涉。

腿式行走:基底平臺1與動平臺Ⅰ、動平臺Ⅱ分別通過三條PUU支鏈連接,組成了兩個內(nèi)、外連接的3-PUU并聯(lián)機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)具有3個平動自由度,可以實(shí)現(xiàn)動平臺的三維平動。行走時,首先以基底平臺1作為靜平臺,動平臺Ⅰ為動平臺,通過安裝在內(nèi)支鏈移動副上的電機(jī)驅(qū)動動平臺Ⅰ向上抬起并相對基底平臺1向前移動一定距離,接下來內(nèi)支鏈的導(dǎo)桿Ⅰ6著地,同時以基底平臺1作為動平臺,動平臺Ⅰ作為靜平臺,基底平臺1向前移動相同距離,然后以基底平臺1作為靜平臺,動平臺Ⅱ為動平臺,通過安裝在外支鏈移動副上的電機(jī)驅(qū)動外支鏈上抬起并相對基底平臺1向前移動相同的距離,從而使機(jī)器人向前移動一定距離。如此往復(fù),通過動、靜平臺的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人的腿式移動。所述方式,行走時內(nèi)、外支鏈的先后關(guān)系可以變換。

輪腿式轉(zhuǎn)換:通過直線電機(jī)Ⅲ17驅(qū)動導(dǎo)桿Ⅲ18,促使全向輪2隨著帶連接支架19的驅(qū)動電機(jī)20下降到最低位置,同時通過直線電機(jī)Ⅰ5使導(dǎo)桿Ⅰ6上升到最高位置,此時全向輪2著地,為輪式行走,要變換為腿式行走,只需導(dǎo)桿Ⅰ6下降到最低位置,全向輪2上升到最高位置即可。

輪式行走:三個全向輪2均勻分布,既能實(shí)現(xiàn)當(dāng)兩個輪同時轉(zhuǎn)動時朝兩輪中間方向的直線行走,又能實(shí)現(xiàn)當(dāng)三個全向輪同時轉(zhuǎn)動時整體平臺的轉(zhuǎn)動。

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