本發(fā)明涉及一種基于sarrus衍生機(jī)構(gòu)與八面體結(jié)合的多模式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，具體涉及一種sarrus衍生型2自由度機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)的，通過在主動(dòng)輪系平面上增加一個(gè)自由度，并通過控制支鏈角度變形舵機(jī)折疊四個(gè)支鏈，使得原有八面體結(jié)構(gòu)從一維折疊變?yōu)槎S折疊，使得該機(jī)構(gòu)在滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)向各個(gè)方向的概率滾動(dòng)變?yōu)榭煽氐拇_定性滾動(dòng)。加之主動(dòng)輪電機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)共同實(shí)現(xiàn)了輪式模式、混合模式。保證實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)單自由度sarrus機(jī)構(gòu)的各種步態(tài)模式下，減小了由概率翻滾帶來的運(yùn)動(dòng)受限。同時(shí)，未保留主動(dòng)輪系的底座外殼設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)輪直接接觸地面，實(shí)現(xiàn)輪式的轉(zhuǎn)向和全方向移動(dòng)；極大地提高了輪式模式、滾動(dòng)模式和混合模式的運(yùn)動(dòng)機(jī)動(dòng)性。

背景技術(shù)：

1、由于sarrus機(jī)構(gòu)的可折展性，使得基于sarrus機(jī)構(gòu)的多模式滾動(dòng)機(jī)器人具有變形能力，同時(shí)借助該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的高剛性，使得對(duì)各類復(fù)雜環(huán)境具有良好的適應(yīng)性。機(jī)器人整體具有整體滾動(dòng)模式、輪式移動(dòng)模式和混合模式，設(shè)計(jì)一種多模式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人。

2、中國專利cn?111976856a公開了“一種基于sarrus機(jī)構(gòu)的單動(dòng)力爬行機(jī)器人”，該機(jī)器人以空間六桿機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直行及轉(zhuǎn)向。

3、中國專利cn?113998022b公開了“一種基于sarrus機(jī)構(gòu)的多模式滾動(dòng)機(jī)器人”，該機(jī)器人基于空間六桿sarrus機(jī)構(gòu)。通過控制變形電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)支鏈折展，控制主動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，使機(jī)器人具備整體滾動(dòng)模式、輪式移動(dòng)模式和蠕動(dòng)模式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：傳統(tǒng)單自由度sarrus機(jī)構(gòu)再實(shí)現(xiàn)機(jī)器人側(cè)向翻滾時(shí)采用的是概率滾動(dòng)，使得部分滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)受限，這也造成了部分步態(tài)模式轉(zhuǎn)換存在概率變換情況；主動(dòng)輪系的底座外殼等設(shè)計(jì)難以使得四個(gè)主動(dòng)輪同時(shí)著地，無法直接使用主動(dòng)輪進(jìn)行側(cè)向轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)和全方向移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)效率較低。

2、構(gòu)成機(jī)器人的零件結(jié)構(gòu)：

3、所述的上主動(dòng)輪系由四個(gè)主動(dòng)輪、主動(dòng)輪周圍完全相同的三組連接件i、連接件ii和一組折疊控制裝置構(gòu)成。其中折疊控制裝置由舵機(jī)固定件、總線雙軸舵機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)件構(gòu)成。主動(dòng)輪由減速電機(jī)作為中心主體、電機(jī)尾蓋、外轉(zhuǎn)動(dòng)輪、電機(jī)外殼、聯(lián)軸器、軸承固定件、軸承、轉(zhuǎn)動(dòng)外殼組成，其中兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)外殼的結(jié)構(gòu)外形尺寸完全相同。

4、所述的下主動(dòng)輪系與上主動(dòng)輪系的結(jié)構(gòu)外形尺寸完全相同。

5、所述的第一支鏈由兩個(gè)結(jié)構(gòu)外形尺寸完全相同的從動(dòng)輪、總線雙軸舵機(jī)、第一支鏈上支鏈桿、第一支鏈下支鏈桿組成。第一支鏈上支鏈桿由兩個(gè)結(jié)構(gòu)外形尺寸完全相同的上外側(cè)連桿、舵機(jī)內(nèi)連桿、舵機(jī)外連桿、上短連接件、四個(gè)結(jié)構(gòu)外形尺寸完全相同的上長連接件組成。第一支鏈下支鏈桿由兩個(gè)結(jié)構(gòu)外形尺寸完全相同的下外側(cè)連桿，兩個(gè)結(jié)構(gòu)外形尺寸完全相同的下內(nèi)側(cè)連桿、兩個(gè)結(jié)構(gòu)外形尺寸完全相同的內(nèi)測(cè)連接件、下短連接件、四個(gè)結(jié)構(gòu)外形尺寸完全相同的下長連接件組成.

6、所述的第二支鏈與第一支鏈的結(jié)構(gòu)外形尺寸完全相同。

7、所述的第三支鏈與第一支鏈的結(jié)構(gòu)外形尺寸完全相同。

8、所述的第四支鏈與第一支鏈的結(jié)構(gòu)外形尺寸完全相同。

9、構(gòu)成機(jī)器人的零件連接方式：

10、機(jī)器人的上主動(dòng)輪系中的連接件i、連接件ii通過與銷軸間隙配合；連接件i另一側(cè)預(yù)留中心孔與電機(jī)尾蓋(1-1-1)間隙配合后采用螺絲貫穿連接；連接件ii另一側(cè)預(yù)留中心孔與兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)外殼間隙配合后采用螺絲貫穿連接；舵機(jī)固定件與總線雙軸舵機(jī)上下兩面螺絲連接，同時(shí)另一側(cè)預(yù)留中心孔與電機(jī)尾蓋間隙配合后采用螺絲貫穿連接；轉(zhuǎn)動(dòng)件一側(cè)上部分與總線雙軸舵機(jī)的主動(dòng)軸通過法蘭螺絲連接，下半部分與總線雙軸舵機(jī)的從動(dòng)軸直接螺絲連接用于限位，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)件另一側(cè)預(yù)留中心孔與兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)外殼間隙配合后采用螺絲貫穿連接；主動(dòng)輪中減速電機(jī)作為中心主體穿入電機(jī)外殼并通過前部螺絲孔與電機(jī)外殼前部連接；電機(jī)尾蓋與電機(jī)外殼通過卡槽連接后通過正交螺絲貫穿連接；減速電機(jī)轉(zhuǎn)子與聯(lián)軸器采用過盈配合并通過聯(lián)軸器側(cè)面螺絲與減速電機(jī)轉(zhuǎn)子正交相連；所述電機(jī)尾蓋、電機(jī)外殼、減速電機(jī)、聯(lián)軸器作為整體從外轉(zhuǎn)動(dòng)輪后側(cè)穿入，同時(shí)聯(lián)軸器前端軸過盈配合外轉(zhuǎn)動(dòng)輪前表面預(yù)留中心孔，并通過四個(gè)螺絲孔連接。聯(lián)軸器與軸承固定件同軸連接并通過螺絲貫穿，將軸承固定在兩者中間；軸承與兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)外殼同軸連接，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)外殼同時(shí)通過預(yù)留螺絲孔連接。

11、機(jī)器人的第一支鏈的第一支鏈上支鏈桿與第一支鏈下支鏈桿通過與總線雙軸舵機(jī)的舵機(jī)主體、轉(zhuǎn)軸連接實(shí)現(xiàn)角度的折疊變化。第一支鏈上支鏈桿中舵機(jī)內(nèi)連桿與舵機(jī)外連桿通過與上短連接件下方舵機(jī)主體螺絲固定連接；兩個(gè)上外側(cè)連桿由四個(gè)上長連接件與舵機(jī)內(nèi)連桿和舵機(jī)外連桿螺絲連接。第一支鏈下支鏈桿中兩個(gè)下內(nèi)側(cè)連桿通過四個(gè)下長連接件與下外側(cè)連桿螺絲連接；兩個(gè)下內(nèi)側(cè)連桿之間通過下短連接件與上方舵機(jī)轉(zhuǎn)軸使用螺絲固定連接；兩個(gè)內(nèi)測(cè)連接件與下內(nèi)側(cè)連桿通過螺絲連接；兩個(gè)從動(dòng)輪通過在兩個(gè)內(nèi)測(cè)連接件和兩個(gè)下外側(cè)連桿預(yù)留空間同軸螺絲貫穿連接。

12、第一支鏈上下支鏈的兩個(gè)外側(cè)連桿之間等距，上主動(dòng)輪系中連接件ii與兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)外殼連接后預(yù)留距離等于連接件i與電機(jī)尾蓋連接后的預(yù)留距離也等于上外側(cè)連桿和下外側(cè)連桿的桿件厚度，通過兩個(gè)外側(cè)桿件端點(diǎn)處的圓形設(shè)計(jì)與主動(dòng)輪兩側(cè)同軸心連接并限位在主動(dòng)輪與連接件預(yù)留空間內(nèi)固定。上下主動(dòng)輪系與支鏈的連接方式相同，但上下主動(dòng)輪系的折疊控制裝置分布于對(duì)側(cè)。

13、所述的一種基于sarrus衍生機(jī)構(gòu)與八面體結(jié)合的多模式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：在單自由度sarrus機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一個(gè)自由度，使得具有更多模式運(yùn)動(dòng)功能。

14、所述的一種基于sarrus衍生機(jī)構(gòu)與八面體結(jié)合的多模式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：通過在主動(dòng)輪系平面上增加一個(gè)自由度使得八面體結(jié)構(gòu)可以在更高維度上實(shí)現(xiàn)展開與折疊，實(shí)現(xiàn)了將傳統(tǒng)sarrus單自由度機(jī)構(gòu)翻滾運(yùn)動(dòng)的概率滾動(dòng)變?yōu)槿藶榭煽氐拇_定性滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

15、所述的一種基于sarrus衍生機(jī)構(gòu)與八面體結(jié)合的多模式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，未保留主動(dòng)輪系的底座外殼設(shè)計(jì)可以使得該機(jī)器人能通過主動(dòng)輪直接接觸地面從而實(shí)現(xiàn)輪式的轉(zhuǎn)向和全方向移動(dòng)。

16、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述的一種基于sarrus衍生機(jī)構(gòu)與八面體結(jié)合的多模式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人通過控制控制減速電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，來驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，通過控制主動(dòng)輪系和支鏈的總線雙軸舵機(jī)使得八面體結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行二維折疊。使機(jī)器人具有整體滾動(dòng)模式、輪式移動(dòng)模式和混合運(yùn)動(dòng)模式。該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)sarrus機(jī)構(gòu)上增加一維自由度，并將主動(dòng)輪系進(jìn)行無底座外殼化處理，強(qiáng)化了原有整體滾動(dòng)模式、輪式移動(dòng)模式和混合運(yùn)動(dòng)模式，使其具有更強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力，在空間探索、戶外環(huán)境偵察和災(zāi)后救援等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)特征：

1.一種基于sarrus衍生機(jī)構(gòu)與八面體結(jié)合的多模式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：在單自由度sarrus機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一個(gè)自由度，使得具有多模式運(yùn)動(dòng)功能；包括：主動(dòng)輪系跟四組側(cè)面支鏈；主動(dòng)輪系包括上主動(dòng)輪系(1)、下主動(dòng)輪系(6)；側(cè)面支鏈包括、第一支鏈(2)、第二支鏈(3)、第三支鏈(4)、第四支鏈(5)；

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于sarrus衍生機(jī)構(gòu)與八面體結(jié)合的多模式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：在單自由度sarrus機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一個(gè)自由度，使得具有更多模式運(yùn)動(dòng)功能。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于sarrus衍生機(jī)構(gòu)與八面體結(jié)合的多模式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：通過在主動(dòng)輪系平面上增加一個(gè)自由度使得八面體結(jié)構(gòu)可以在更高維度上實(shí)現(xiàn)展開與折疊，實(shí)現(xiàn)了將傳統(tǒng)sarrus單自由度機(jī)構(gòu)翻滾運(yùn)動(dòng)的概率滾動(dòng)變?yōu)槿藶榭煽氐拇_定性滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于sarrus衍生機(jī)構(gòu)與八面體結(jié)合的多模式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，未保留主動(dòng)輪系的底座外殼設(shè)計(jì)可以使得該機(jī)器人能通過主動(dòng)輪直接接觸地面從而實(shí)現(xiàn)輪式的轉(zhuǎn)向和全方向移動(dòng)。

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于sarrus衍生機(jī)構(gòu)與八面體結(jié)合的多模式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，主動(dòng)輪系由兩組相互正交的主動(dòng)輪構(gòu)成，通過兩個(gè)方向上的主動(dòng)輪的正反轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)二維平面內(nèi)的全方向移動(dòng)。

技術(shù)總結(jié)
一種基于Sarrus衍生機(jī)構(gòu)與八面體結(jié)合的多模式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，其組成包括：上主動(dòng)輪系(1)、下主動(dòng)輪系(6)、第一支鏈(2)、第二支鏈(3)、第三支鏈(4)、第四支鏈(5)。在運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方面，通過控制上下兩個(gè)主動(dòng)輪系的主動(dòng)輪電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人有主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)的輪式模式。通過上下主動(dòng)輪系和側(cè)面支鏈的折疊角度控制，可實(shí)現(xiàn)八面體的二維展開與折疊，形成多種滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式。同時(shí)，上下主動(dòng)輪系的同步可折疊性為八面體增加了折疊維度，實(shí)現(xiàn)了確定性翻滾。多模式運(yùn)動(dòng)極大地提高了自身運(yùn)動(dòng)能力與復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性，能應(yīng)對(duì)如溝壑、狹窄空間、垂直空間和沙地等多種惡劣地形，在軍事、空間探索、戶外環(huán)境偵察和災(zāi)后救援等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)研發(fā)人員：劉超,姚涵之,董源,蔣浩然,高天旭,王界儒,付志洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15