四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機器人，具體地涉及一種四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]多模塊串聯(lián)機器人是目前機器人教學與研宄領域中較熱的一部分，如蛇形機器人。同時機器人各模塊之間相互協(xié)調(diào)配合后可以產(chǎn)生很多新穎的運動形式和表現(xiàn)出較強的環(huán)境適應能力，因此模塊化串聯(lián)機器人將在科研，偵查及生活娛樂領域有著極大的應用前景。
[0003]目前模塊化串聯(lián)機器人主要以蛇形機器人為主，而其它形式新穎的模塊化串聯(lián)機器人種類較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人，各模塊可獨立運動，單個模塊上只需要控制其三個電機中的任意一個即可實現(xiàn)滑行運動。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人，由至少兩個模塊串聯(lián)而成，模塊間通過連接機構(gòu)連接；其中每個模塊包括基座，所述基座下方設置有四條腿臂，所述基座上固定設置有三個電機，其中兩個電機設置為直接驅(qū)動單條腿臂，另一個電機設置為通過傳動機構(gòu)同時驅(qū)動兩條腿臂，每條腿臂包括桿部，輪架，以及與輪架的一端樞接的輪子，所述輪架的另一端與所述桿部的一端相連接，能夠以桿部的一端為軸旋轉(zhuǎn)，所述桿部的另一端與電機的輸出軸直接或間接連接，所述桿部的軸線相對于地面傾斜；通過控制每個電機的轉(zhuǎn)動方式，使得所述四條腿臂的協(xié)調(diào)擺動，四條腿臂設置成使得任意相鄰的兩條腿臂擺動時不會因發(fā)生干涉而相互碰撞，以實現(xiàn)朝各個方向的行走；通過控制每個模塊的運動方向，使得四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人實現(xiàn)整體的協(xié)調(diào)運動。
[0006]電機的轉(zhuǎn)動方式，是指電機轉(zhuǎn)動的各個參數(shù)，如電機的正轉(zhuǎn)(順時針旋轉(zhuǎn))、反轉(zhuǎn)(逆時針旋轉(zhuǎn))、停轉(zhuǎn)間隔時間，旋轉(zhuǎn)速度，旋轉(zhuǎn)圈數(shù)等等。
[0007]較佳地，所述連接機構(gòu)為相互配合的U型掛鉤副或球鉸鏈。
[0008]較佳地，傳動機構(gòu)為齒輪傳動機構(gòu)或帶傳動機構(gòu)。
[0009]進一步，所述基座上設置有控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)，用以通過程序控制所述電機的轉(zhuǎn)動方式；各模塊都能夠獨立運動，各個模塊的所述控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)相互獨立，各模塊間通過無線通信，且其中任意模塊都能夠作為主控制器模塊。
[0010]較佳地，基座為四方形，電機的轉(zhuǎn)軸垂直于地面。
[0011]較佳地，桿部的另一端通過減速器或其他傳動機構(gòu)與電機的輸出軸間接連接。
[0012]較佳地，輪子也可以替換為冰刀。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實質(zhì)性特點和顯著的優(yōu)點:
本發(fā)明通過多個四輪滑行模塊單元串聯(lián)而成，運動原理是靠控制腿臂擺動而實現(xiàn)溜冰滑行前進的，運動機理較新穎；每個模塊都可獨立運動來提供動力，各模塊間相互配合可實現(xiàn)倒滑和側(cè)滑等多種運動形式；每個模塊都可獨立運動，各模塊分散開后可變成多機器人的協(xié)同運動，因此有更好的運動靈活性。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明一個實施例的四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人的立體示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明一個實施例的四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人一個模塊的立體示意圖。
[0016]圖3是圖2的基座的立體示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明一個實施例的四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人的腿臂的主視示意圖。
[0018]圖5是本發(fā)明一個實施例的四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人的連接機構(gòu)的立體示意圖。
[0019]圖6是本發(fā)明另一個實施例的四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人的連接機構(gòu)的立體示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做進一步的說明。
[0021]實施例1
如圖1所示，一種四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人，由至少兩個模塊串聯(lián)而成，在本實施例中由三個模塊，模塊一 1、模塊二 2、模塊三3串聯(lián)而成。如圖2所示，其中每個模塊包括基座4。如圖1、3、4所示，基座4下方設置有四條腿臂6，基座4上固定設置有電機一 5、電機二 7、電機三8，其中電機一 5、電機二 7設置為直接驅(qū)動單條腿臂6，電機三8設置為通過傳動機構(gòu)同時驅(qū)動兩條腿臂6。如圖4所示，每條腿臂6包括桿部61，輪架62，以及與輪架62的一端樞接的輪子63，輪架62的另一端與桿部61的一端相連接且以桿部61的一端為軸旋轉(zhuǎn)，桿部61的另一端與電機的輸出軸直接或間接連接并由電機驅(qū)動，桿部61的軸線相對于地面傾斜；通過分別控制電機一 5、電機二 7、電機三8的轉(zhuǎn)動方式，使得機器人的四條腿臂6的協(xié)調(diào)擺動以實現(xiàn)朝各個方向的行走；通過分別控制模塊一 1、模塊二 2、模塊三3的運動方向，使得模塊串聯(lián)機器人實現(xiàn)整體轉(zhuǎn)向或者前后方向的協(xié)調(diào)運動。
[0022]具體地，固定安裝在基座4上的電機一 5、電機二 7為步進電機或伺服電機，電機一5、電機二 7的轉(zhuǎn)動軸與腿臂6通過鍵連接方式直接固定連接，也可以使電機轉(zhuǎn)動軸的動力通過減速器或同步帶等方式傳動到腿臂6 ;輪子63通過銷釘副安裝在腿臂6上。
[0023]在本實施例中，傳動機構(gòu)為齒輪傳動機構(gòu)。如圖2所示，齒輪傳動機構(gòu)包括小齒輪9、換向齒輪10、第一大齒輪11和第二大齒輪12 ;其中小齒輪9由電機三8驅(qū)動，小齒輪9與第一大齒輪11嚙合，帶動第一大齒輪11轉(zhuǎn)動，第一大齒輪11帶動設置在其下方的一條腿臂6擺動；小齒輪9與換向齒輪10嚙合，換向齒輪10又與第二大齒輪12嚙合，帶動第二大齒輪12轉(zhuǎn)動，第二大齒輪12帶動設置在其下方的一條腿臂6擺動。電機三8通過U型安裝架固定在基座4上，電機三8的轉(zhuǎn)軸與小齒輪9通過鍵連接方式固定連接，小齒輪9同時和第一大齒輪11及換向齒輪10嚙合，第二大齒輪12和第一大齒輪11分別與腿臂6固定連接且兩個齒輪大小及齒數(shù)相同，換向齒輪10通過銷釘副安裝在基座4上同時與第二大齒輪12相嚙合，換向齒輪10的大小和齒數(shù)與第二大齒輪12相同。
[0024]基座4上設置有控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)，用以通過程序控制電機一 5、電機二 7、電機三8的轉(zhuǎn)動方式。各個模塊的控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)相互獨立，各模塊間通過無線通信，且其中任意模塊都可作為主控制器模塊。
[0025]本實施例中，基座4為四方形，電機一 5、電機二 7、電機三8的轉(zhuǎn)軸垂直于地面。桿部61的另一端通過減速器或其他傳動機構(gòu)與電機的輸出軸間接連接。機器人的四條腿臂6設置成使得任意相鄰的兩條腿臂擺動時不會因發(fā)生干涉而相互碰撞。具體地，使得腿臂6在地面上擺動半徑的長度小于正方形基座4的邊長的一半，這樣使機器人在各種運動姿態(tài)下重心始終處于四個輪子63與地面接觸點形成的四邊形內(nèi)，而保證機器人的運動穩(wěn)定性。
[0026]如圖5所示，模塊連接機構(gòu)的組成為:每個模塊后端與每個模塊前端設置了相互配合的U型掛鉤副12和13，可以通過U型掛鉤副的掛接實現(xiàn)兩個模塊穩(wěn)定連接。
[0027]實施例2
如圖6所示，本實施例與上述實施例不同之處在于，傳動機構(gòu)為帶傳動機構(gòu)。模塊連接通過球鉸鏈連接實現(xiàn)。其中一個模塊的后端設置一個帶外螺紋的螺桿14 ;另一個模塊的前端設置一個帶內(nèi)螺紋的套筒16，球鉸鏈15的兩頭分別構(gòu)造成與螺桿14和套筒16相配合的內(nèi)螺紋和外螺紋，通過球鉸鏈15將兩個模塊相連接，安裝時為了鎖緊在連接兩端可配有鎖緊螺母。由于球鉸有三個旋轉(zhuǎn)自由度，通過球鉸連接，可以實現(xiàn)模塊串聯(lián)機器人整體轉(zhuǎn)向、側(cè)向、前后等各個方向的協(xié)調(diào)運動。輪子63也可以替換為冰刀。通過這樣的設置，機器人可以在光滑的冰面上滑行。
【主權(quán)項】
1.一種四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人，其特征在于，由至少兩個模塊串聯(lián)而成，模塊間通過連接機構(gòu)連接；其中每個模塊包括基座，所述基座下方設置有四條腿臂，所述基座上固定設置有三個電機，其中兩個電機設置為直接驅(qū)動單條腿臂，另一個電機設置為通過傳動機構(gòu)同時驅(qū)動兩條腿臂，每條腿臂包括桿部，輪架，以及與輪架的一端樞接的輪子，所述輪架的另一端與所述桿部的一端相連接，能夠以桿部的一端為軸旋轉(zhuǎn)，所述桿部的另一端與電機的輸出軸直接或間接連接，所述桿部的軸線相對于地面傾斜；通過控制每個電機的轉(zhuǎn)動方式，使得所述四條腿臂的協(xié)調(diào)擺動，四條腿臂設置成使得任意相鄰的兩條腿臂擺動時不會因發(fā)生干涉而相互碰撞，以實現(xiàn)朝各個方向的行走；通過控制每個模塊的運動方向，使得四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人實現(xiàn)整體的協(xié)調(diào)運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人，其特征在于，所述連接機構(gòu)為相互配合的U型掛鉤副或球鉸鏈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人，其特征在于，所述傳動機構(gòu)為齒輪傳動機構(gòu)或帶傳動機構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人，其特征在于，所述基座上設置有控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)，用以通過程序控制所述電機的轉(zhuǎn)動方式；各模塊都能夠獨立運動，各個模塊的所述控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)相互獨立，各模塊間通過無線通信，且其中任意模塊都能夠作為主控制器模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人，其特征在于，所述桿部的另一端通過減速器與電機的輸出軸間接連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人，其特征在于，所述輪子替換為冰刀。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人，由至少兩個模塊串聯(lián)而成，模塊間通過連接機構(gòu)連接；其中每個模塊包括基座，所述基座下方設置有四條腿臂，所述基座上固定設置有三個電機，其中兩個電機設置為直接驅(qū)動單條腿臂，另一個電機設置為通過傳動機構(gòu)同時驅(qū)動兩條腿臂，每條腿臂包括桿部，輪架，以及與輪架的一端樞接的輪子，所述輪架的另一端與所述桿部的一端相連接，能夠以桿部的一端為軸旋轉(zhuǎn)，所述桿部的另一端與電機的輸出軸直接或間接連接，所述桿部的軸線相對于地面傾斜；通過控制每個模塊的運動方向，使得四輪模塊串聯(lián)擺臂滑行機器人實現(xiàn)整體的協(xié)調(diào)運動。本發(fā)明運動機理較新穎，有更好的運動靈活性。
【IPC分類】B62D57-02
【公開號】CN104859740
【申請?zhí)枴緾N201510238457
【發(fā)明人】徐子力, 楊文俊, 田華, 盧松, 王英權(quán), 黃智洪
【申請人】上海大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月12日