本發明涉及一種移動機器人,尤其是一種可變形折疊的移動機器人。
背景技術:
并聯機構是一種由多個并行鏈所構成的閉環系統,與傳統的串聯機構相比,具有高剛度、高精度、高承載能力、結構簡單緊湊以及易于實現高速運動等一系列優點,吸引了國內外學術界與工程界的廣泛關注,其應用也幾乎涉及了現代尖端技術的各個領域。目前,已有研究者將并聯機構應用于移動機器人,且這種并聯移動機器人在某些方面的性能優于車輪移動式機器人和履帶移動式機器人。
縮放機構是指自身具有大范圍的空間變形(包括空間體積的改變和外觀形狀的改變)能力的一類機構。這類機構易于模塊化,便于存放和運輸,具有很高的實用性和經濟性。由于具有出色的變形能力和變形時的美觀性,縮放機構在太空設備中和建筑設計中得到了廣泛的應用。
中國專利文獻cn105109573a公開了一種可變形三棱柱機器人,其由上下平臺和三條可自轉的支鏈組成,可以實現滾動與折疊。但是,該機器人不僅上下平臺無法折疊,而且支鏈無法完全折疊,由此不具有步行的能力,且折疊能力非常有限。
中國專利文獻cn103213130a公開了一種可折疊移動機器人,其由上下平臺和三條帶有移動副的支鏈組成,可以實現管道內的爬行。然而,該機器人移動方式較少、移動能力較弱,雖然上下平臺可以折疊,但是支鏈并沒有折疊功能,從而大大降低了整體折疊能力,功能單一。
中國專利文獻cn103192368a公開了一種可變平臺的并聯移動機構,該機構包括下平臺、上平臺以及第一至第三支鏈;第一至第三支鏈的兩端分別與上平臺和下平臺的相應頂點之間通過銷釘固定連接。通過三個支鏈的轉動,以及上平臺和下平臺的縮放實現較大范圍的空間變形和移動。該機器人的上平臺和下平臺雖然可以縮放,但是無法折疊,而且支鏈無法完全折疊,折疊能力非常有限。
中國專利文獻cn102248532a公開了一種空間三自由度并聯機器人,該機器人由運動平臺、固定平臺和聯接上述兩平臺的三條支鏈組成。其中,兩條支鏈由運動平臺到固定平臺分別由轉動鉸、虎克鉸、轉動鉸以及它們之間的連桿組成,另一條支鏈由運動平臺到固定平臺由兩個虎克鉸、轉動鉸以及它們之間的連桿組成。同樣地,該機器人不僅運動平臺和固定平臺無法折疊,而且支鏈無法完全折疊,折疊能力非常有限。
因此,有必要對現有的移動機器人進行改進。
技術實現要素:
針對現有技術的不足,本發明的主要目的是提供一種可變形折疊的移動機器人,其不僅具有較強的折疊功能,而且能夠更靈活地進行多種模式的滾動和步行運動。
為了實現上述的主要發明目的,本發明提供了一種可變形折疊的移動機器人,包括第一平臺、第二平臺,以及連接第一平臺和第二平臺的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈,其中:
第一平臺和第二平臺均為等邊四連桿機構,組成等邊四連桿機構的連桿構件之間形成軸線相互平行的第一轉動副連接,且等邊四連桿機構被構造為使得其中的各個連桿構件均可被折疊到由第一轉動副的軸線所共同限定的平面內;
第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈的兩個端部分別與第一平臺和第二平臺通過虎克鉸相連,且第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈均包括兩根相互之間形成第二轉動副連接的驅動桿;其中,虎克鉸的兩條轉動軸線中的一條與第一轉動副的軸線共線,另一條與第二轉動副的軸線平行。
上述技術方案中,第一平臺和第二平臺中的各個連桿構件均可被折疊到由第一轉動副的軸線所共同限定的平面內,從而使得移動機器人具有較強的折疊功能,便于攜帶和運輸。同時,連接第一平臺與第二平臺的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈均為u-r-u支鏈,從而使得機器人能夠更靈活地進行多種模式的滾動和步行運動。
優選地,同一支鏈上的兩個虎克鉸之間可相互嵌套,以使得該兩個虎克鉸的兩條轉動軸線之間分別同軸;第一支鏈和第三支鏈相對設置(即第一支鏈和第三支鏈分別設置在第一平臺和第二平臺的兩個對角位置處),且第一支鏈和第三支鏈之間可在第一平臺和第二平臺的變形帶動下相互嵌套;第二支鏈和第四支鏈相對設置,且第二支鏈和第四支鏈之間可在第一平臺和第二平臺的變形帶動下相互嵌套。
由以上技術方案可見,整個移動機器人可以被完全折疊為平面狀態,從而進一步促進移動機器人在折疊狀態下的小型化,不僅具有進一步增強的折疊功能,而且可降低完全折疊的機器人在攜帶和運輸過程中損壞的可能性。另外,由于同一支鏈上的兩個虎克鉸之間可相互嵌套合并為一個虎克鉸,且相對設置的兩條支鏈之間可相互嵌套合并為一條支鏈,因此移動機器人具有更為多樣的移動方式。
根據本發明的一種具體實施方式,位于第一平臺和第二平臺對角位置的兩個第一轉動副處分別設置有一個折疊電機,該折疊電機用于繞該第一轉動副的軸線折疊第一平臺和第二平臺,以實現第一平臺和第二平臺的自動折疊,并為機器人的移動提供驅動力。
根據本發明的另一具體實施方式,第一支鏈的兩根驅動桿之間設置有在二者之間形成轉動副的第一驅動電機;第二支鏈的驅動桿和虎克鉸之間分別設置有在二者之間形成轉動副的兩個第二驅動電機;第三支鏈的兩根驅動桿之間設置有在二者之間形成轉動副的第三驅動電機;第四支鏈的驅動桿和虎克鉸之間分別設置有在二者之間形成轉動副的兩個第四驅動電機。
優選地,第一平臺和第二平臺均包括有分別用于驅動第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈繞第一轉動副的軸線轉動的多個轉動電機。
本發明的移動機器人具有較強的變形折疊能力、較大的體積伸縮比,可實現包括完全折疊在內的多種折疊方式,折疊后體積小,便于攜帶與運輸。另外,本發明的移動機器人具有例如滾動和步行的多種移動方式,滾動和步行的形式多樣,適應多種場合,可以應用于災害救援、戰場偵查、星球探索等方面。
基于上述特性,本發明的變形折疊移動機器人還具有多種特殊用途。舉例來說,由于具有不同折疊方式和多種運動模式,本發明的機器人具有良好的隱蔽能力,并易于通過各種復雜地形,從而可以用作遠程投射偵查機器人。
為了更清楚地闡述本發明的目的、技術方案及優點,下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。
附圖說明
圖1是本發明可折疊移動機器人優選實施例的主體結構圖;
圖2是圖1所示可折疊移動機器人中第一平臺a的結構圖;
圖3是圖1所示可折疊移動機器人中第一連接桿24的結構示意圖;
圖4是圖1所示可折疊移動機器人中第二連接桿26的結構示意圖;
圖5是圖1所示可折疊移動機器人中第一轉動電機25的連接結構圖;
圖6是圖1所示可折疊移動機器人中第四連接桿28的結構示意圖;
圖7是圖1所示可折疊移動機器人中第二轉動電機29的連接結構圖;
圖8是圖1所示可折疊移動機器人中第七連接桿34的結構示意圖;
圖9是圖1所示可折疊移動機器人中第八連接桿36的結構示意圖;
圖10是圖1所示可折疊移動機器人中第九連接桿33的結構示意圖;
圖11是圖1所示可折疊移動機器人中第一驅動桿2的結構示意圖;
圖12是圖1所示可折疊移動機器人中第二驅動桿3的結構示意圖;
圖13是圖1所示可折疊移動機器人中驅動電機18的結構圖;
圖14是圖1所示可折疊移動機器人中第一驅動桿2與第二驅動桿3的連接結構圖;
圖15是圖1所示可折疊移動機器人中第二u型虎克鉸4的結構圖;
圖16是圖1所示可折疊移動機器人中第一轉動電機25的結構圖;
圖17是圖1所示可折疊移動機器人中第三驅動桿6與第四驅動桿7的連接結構圖;
圖18是圖1所示可折疊移動機器人中桿10的結構示意圖;
圖19是圖1所示可折疊移動機器人中桿11的結構示意圖;
圖20是圖1所示可折疊移動機器人中第六驅動桿12的結構示意圖;
圖21是圖1所示可折疊移動機器人中驅動電機21與第五驅動桿之間的連接結構圖;
圖22是圖1所示可折疊移動機器人中第五驅動桿與第六驅動桿12的連接結構圖;
圖23是圖1所示可折疊移動機器人中第二l型虎克鉸13的結構圖;
圖24是圖1所示可折疊移動機器人中第二中空l型虎克鉸17的結構圖;
圖25是圖1所示可折疊移動機器人中l型驅動電機23的結構圖;
圖26是圖1所示可折疊移動機器人中第二中空l型虎克鉸17與l型驅動電機23的連接結構圖;
圖27是圖1所示可折疊移動機器人中第二中空l型虎克鉸17的連接結構圖;
圖28是圖1所示可折疊移動機器人中第七驅動桿15與第八驅動桿16的連接結構圖;
圖29是圖1所示可折疊移動機器人中第一平臺a與第一折疊電機31之間的連接結構圖;
圖30是圖1所示可折疊移動機器人中第二u型虎克鉸4的與第一平臺a的連接結構圖;
圖31a-c是圖1所示可折疊移動機器人的橫向折疊結構圖;
圖32a-f是圖1所示可折疊移動機器人的縱向折疊結構圖;
圖33a-c是圖1所示可折疊移動機器人的六邊形滾動狀態圖;
圖34a-b是圖1所示可折疊移動機器人的四邊形滾動狀態圖;
圖35a-c是圖1所示可折疊移動機器的步行運動狀態圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的優選實施例作進一步的詳細說明。
圖1示出了作為本發明一種優選實施例的可變形折疊移動機器人。如圖1所示,該移動機器人包括第一平臺a、第二平臺b,以及連接第一平臺a和第二平臺b的第一支鏈ⅰ、第二支鏈ⅱ、第三支鏈ⅲ和第四支鏈ⅳ。其中,第一平臺a和第二平臺b的結構相同,二者均為等邊四連桿機構,組成該等邊四連桿機構的連桿構件之間形成軸線相互平行的第一轉動副連接,且等邊四連桿機構被構造為使得其中的各個連桿構件均可被折疊到由第一轉動副的軸線所共同限定的平面內。
具體地,參見圖2所示第一平臺a的結構圖,第一平臺a包括由第一連接桿24和第二連接桿26構成的第一連桿構件、由第三連接桿27和第四連接桿28構成的第二連桿構件、由第五連接桿30和第六連接桿32構成的第三連桿構件、由第七連接桿34和第八連接桿36構成的第四連桿構件、以及與第四連桿構件和第三連桿構件同軸地鉸接的第九連接桿33。其中,第一連桿構件、第二連桿構件、第三連桿構件和第四連桿構件組成等邊四連桿機構,相應連桿構件之間形成軸線相互平行的第一轉動副連接,且第四連桿構件、第一連桿構件、第二連桿構件和第三連桿構件沿第一轉動副的軸線方向依次設置。
第一平臺a還包括第一轉動電機25、第二轉動電機29、第三轉動電機35和第四轉動電機37,以及第一折疊電機31和第二折疊電機38。其中,第一折疊電機31和第二折疊電機38位于第一平臺a的對角位置,用于繞第一轉動副的軸線折疊第一平臺;第一平臺a中的轉動電機25、29、35和37分別用于驅動第一支鏈ⅰ、第二支鏈ⅱ、第三支鏈ⅲ和第四支鏈ⅳ繞第一轉動副的軸線轉動。第二平臺b上同樣設置有四個轉動電機39、40、42和44,以及兩個折疊電機41和43。由于第二平臺b具有與第一平臺a相同的結構,故在此省略對其的詳細描述。
再次參見圖1,第一支鏈ⅰ、第二支鏈ⅱ、第三支鏈ⅲ和第四支鏈ⅳ的兩個端部分別與第一平臺a和第二平臺b通過虎克鉸相連,且第一支鏈ⅰ、第二支鏈ⅱ、第三支鏈ⅲ和第四支鏈ⅳ均包括兩根相互之間形成第二轉動副連接的驅動桿;虎克鉸的兩條轉動軸線中的一條與第一轉動副的軸線共線,另一條與第二轉動副的軸線平行。
其中,同一支鏈上的兩個虎克鉸之間可相互嵌套,以使得該兩個虎克鉸的兩條轉動軸線之間分別同軸,從而合并為一個虎克鉸;第一支鏈ⅰ和第三支鏈ⅲ相對設置,且第一支鏈ⅰ和第三支鏈ⅲ之間可在第一平臺a和第二平臺b的變形帶動下相互嵌套合并為一條支鏈;第二支鏈ⅱ和第四支鏈ⅳ相對設置,且第二支鏈ⅱ和第四支鏈ⅳ之間可在第一平臺a和第二平臺b的變形帶動下相互嵌套合并為一條支鏈。并且其中,第一支鏈ⅰ的兩根驅動桿之間設置有在二者之間形成轉動副的第一驅動電機;第二支鏈ⅱ的驅動桿和虎克鉸之間分別設置有在二者之間形成轉動副的兩個第二驅動電機;第三支鏈ⅲ的兩根驅動桿之間設置有在二者之間形成轉動副的第三驅動電機;第四支鏈ⅳ的驅動桿和虎克鉸之間分別設置有在二者之間形成轉動副的兩個第四驅動電機。
具體地,第一支鏈ⅰ包括u型虎克鉸1、相互之間通過第一驅動電機18形成第二轉動副連接的第一驅動桿2和第二驅動桿3、以及u型虎克鉸4;第二支鏈ⅱ包括u型虎克鉸5和8、與u型虎克鉸5之間通過第二驅動電機19形成轉動副連接的第三驅動桿6、與u型虎克鉸8之間通過第二驅動電機20形成轉動副連接的第四驅動桿7,且第三驅動桿6和第四驅動桿7相互之間形成第二轉動副連接;第三支鏈ⅲ包括l型虎克鉸9、由桿10和11構成的第五驅動桿、第六驅動桿12、以及l型虎克鉸13,且第五驅動桿和第六驅動桿12之間通過第三驅動電機21形成第二轉動副連接;第四支鏈ⅳ包括中空的l型虎克鉸14和17、與中空的l型虎克鉸14之間通過第四驅動電機22形成轉動副連接的第七驅動桿15、與中空的l型虎克鉸17之間通過第四驅動電機23形成轉動副連接的第八驅動桿16,且第七驅動桿15和第八驅動桿16相互之間形成第二轉動副連接。其中,驅動電機22和23均形成為l型,并分別設置在中空的l型虎克鉸14和17內。
圖3是第一連接桿24的結構示意圖。參見圖3,第一連接桿24包括:首端通孔24a,首端階梯配合面24b,首端水平配合面24h,中端階梯通孔24c、24d和24e,中端水平配合面24i,末端階梯配合面24f,末端通孔24g,和末端水平配合面24j。其中,首端通孔24a與末端通孔24g分別與轉動電機25(參見圖5)的動力輸出軸25d和轉動電機38(參見圖2)的動力輸出軸配合,首端階梯通孔24c、24d和24e用于安裝螺栓,首端階梯配合面24b和末端階梯配合面24f分別與轉動電機25的下端面25a和折疊電機38的下端面相貼合,首端水平配合面24h和末端水平配合面24j分別與轉動電機25的側端面25c和折疊電機38的側端面相貼合,中端水平配合面24i與第二連接桿26的中端水平配合面26j相貼合。
圖4是第二連接桿26的結構示意圖。參見圖4所示,第二連接桿26包括:首端階梯軸26a,首端階梯軸配合端面26h,卡簧槽26f,首端階梯配合面26e,首端水平配合面26i,中端水平配合面26j,中端階梯通孔26b、26c和26d,末端階梯配合面26g,和末端水平配合面26k。其中,首端階梯軸26a與第三連接桿27(參見圖2)的首端通孔和第四連接桿28(參見圖6)的首端階梯通孔28a配合而形成轉動副,并通過在卡簧槽26f中設置卡簧而實現軸端固定;中端階梯通孔26b、26c和26d用于安裝螺栓,首端階梯配合面26e和末端階梯配合面26g分別與轉動電機25的側端面25c和折疊電機38的側端面相貼合,首端水平配合面26i和末端水平配合面26k分別與轉動電機25的上端面25b和折疊電機38的上端面相貼合,中端水平配合面26j與第一連接桿24的中端水平配合面24i相貼合。
圖5是第一轉動電機25的連接結構圖。如圖3-5所示,第一連接桿24與第二連接桿26通過螺栓(圖中未示出)連接在一起,且中端水平配合面24i與中端水平配合面26j相貼合,第一連接桿24的首端階梯配合面24b與第二連接桿26的首端階梯配合面26e組成的平面與轉動電機25的側端面25c相貼合,轉動電機25的上端面25b與第二連接桿26的首端水平配合面26i相貼合,轉動電機25的下端面25a與第一連接桿24的首端水平配合面24h相貼合,轉動電機25的動力輸出軸25d與第一連接桿24的首端通孔24a相配合。
圖6是第四連接桿28的結構示意圖。參見圖6所示,第四連接桿28包括:首端階梯通孔28a,中端階梯通孔28b、28c和28d,中端水平配合面28i,末端階梯配合面28e,末端凸臺配合面28f,末端孔28g,末端銷釘通孔28h,和末端水平配合面28j。其中,首端階梯通孔28a與第二連接桿26的首端階梯軸26a相配合形成轉動副;首端階梯通孔28b、28c和28d用于安裝固定連接第三連接桿27和第四連接桿28的螺栓;末端階梯配合面28e和末端水平配合面28j分別與第二轉動電機29(參見圖7)的上端面29b和側端面29c相貼合;末端凸臺配合面28f與折疊電機31(參見29圖)的動力輸出軸端面31e相配合,末端孔28g和末端銷釘通孔28h分別與折疊電機31的動力輸出軸31d和動力輸出軸銷釘孔31e相配合并由銷釘連接周向固定;中端水平配合面28i與第三連桿27的中端水平配合面27g相貼合。
圖7是第二轉動電機29的連接結構圖。如圖7所示,第三連接桿27與第四連接桿28通過螺栓(圖中未示出)連接在一起,且中端水平配合面27g與中端水平配合面28i相貼合,第三連接桿27的末端階梯配合面27e與第四連接桿28的末端階梯配合面28e組成的平面與轉動電機29的側端面29c相貼合,轉動電機29的上端面29b與第四連接桿28的末端水平配合面28j相貼合,轉動電機29的下端面29a與第三連接桿27的末端水平配合面27h相貼合,轉動電機29的動力輸出軸29d與第三連接桿27的末端通孔27f相配合。
圖8是第七連接桿34的結構圖。參見圖8所示,第七連接桿34包括:首端通孔34a,首端階梯配合面34b,首端水平配合面34h,中端階梯通孔34c和34d,中端水平上配合面34i,中端水平下配合面34j,末端階梯配合面34e,末端通孔34f,末端中空階梯軸34g,和末端水平配合面34k。其中,首端通孔34a與轉動電機37(參見圖27)的動力輸出軸37d相配合,首端階梯配合面34b和首端水平配合面34h分別與轉動電機37的側端面37c和下端面37a相貼合,首端階梯通孔34c和34d用于安裝固定螺栓,末端階梯配合面34e和末端水平配合面34k分別與轉動電機35的側端面和下端面相貼合,末端通孔34f與轉動電機35的動力輸出軸相配合,末端中空階梯軸34g與第九連接桿33的末端通孔33b相配合形成轉動副,中端水平上配合面34i與第八連接桿36(參見圖9)的中端水平配合面36j相貼合,中端水平下配合面34j與第九連接桿33的末端水平配合面33d相貼合。
圖9是第八連接桿36的結構圖。參見圖9所示,第八連接桿36包括:首端階梯軸36a,首端電機軸安裝孔36b,首端電機軸安裝孔銷釘孔36c,首端階梯配合面36d,首端階梯軸端面36h,首端水平配合面36i,中端水平配合面36j,中端階梯通孔36e和36f,末端階梯配合面36g,和末端水平配合面36k。其中,首端階梯軸36a和首端電機軸安裝孔36b與折疊電機38的動力輸出軸相配合且首端階梯軸端面36h與折疊電機38的動力輸出軸臺階面相貼合,銷釘(圖中未示出)穿過首端電機軸安裝孔銷釘孔36c與折疊電機38的動力輸出軸連接以進行軸向固定。首端階梯配合面36d和首端水平配合面36i分別與轉動電機37的側端面37c和上端面37b相貼合,中端階梯通孔36e和36f用于安裝螺栓,末端階梯配合面36g和末端水平配合面36k分別與轉動電機35的側端面和上端面相貼合,中端水平配合面36j與第七連接桿34的中端水平上配合面34i相貼合。
圖10是第九連接桿33的結構圖。如圖10所示,第九連接桿33形成為u型,其包括首端通孔33a、首端水平配合面33c、末端通孔33b和末端水平配合面33d。其中,首端通孔33a通過螺釘與第六連接桿32連接在一起,末端通孔33b與第七連接桿34的末端中空階梯軸34g配合形成轉動副,首端水平配合面33c與第六連接桿32的中端水平上配合面32i相貼合,末端水平配合面33d與第八連接桿36的中端水平下配合面34j相貼合。
圖11是第一驅動桿2的結構圖,圖12是第二驅動桿3的結構圖,圖13是驅動電機18的結構圖。參見圖11,第一驅動桿2包括底端通孔2a、頂端通孔2b、頂端通孔銷釘孔2c、底端垂直配合面2d和頂端垂直配合面2e。如圖12所示,第二驅動桿3包括底端通孔3a、底端電機安裝螺紋孔3b、頂端通孔3c、左側垂直配合面3d和右側垂直配合面3e。如圖13所示,驅動電機18包括電機軸18a、電機軸銷釘孔18b、下端面18c和電機安裝孔18d。
其中,底端通孔2a與第一u型虎克鉸1的水平軸(圖1中所示方位)相配合形成轉動副并通過水平軸銷釘孔1b由銷釘軸向固定,頂端通孔2b與驅動電機18的電機軸18a相配合通過頂端通孔銷釘孔2c和驅動電機18上的電機軸銷釘孔18b用銷釘周向固定,底端垂直配合面2d與第一u型虎克鉸1的垂直配合面1f相貼合,頂端垂直配合面2e與第二驅動桿3(參見圖13)的垂直配合面3d相貼合。
圖14是第一驅動桿2與第二驅動桿3的連接結構圖。參見圖14所示,第二驅動桿3通過其底端電機安裝孔3b與驅動電機18的安裝螺紋孔18d與驅動電機18的機身連接在一起,驅動電機18的電機軸18a穿過第二驅動桿3的底端通孔3a與第一驅動桿2的頂端通孔2b相配合并通過第一驅動桿2的頂端通孔銷釘孔2c由銷釘軸向固定,且第四l型虎克鉸8與驅動電機20的連接方式與此相同。驅動電機18的下端面18c與第二驅動桿3的右側垂直配合面3e相貼合,第二驅動桿3的左側垂直配合面3d與第一驅動桿2的頂端垂直配合面2e相貼合。
圖15是第二u型虎克鉸4的結構圖。圖16是第一轉動電機25的結構圖。如圖15所示,第二u型虎克鉸4包括水平軸4a、水平軸銷釘孔4b、垂直軸孔4c、垂直軸銷釘孔4d、垂直軸上端面4e和垂直配合面4f。如圖16所示,第一轉動電機25包括下端面25a、上端面25b、側端面25c、電機階梯軸25d、電機階梯軸端面25e和電機階梯軸銷釘孔25f。
其中,第二驅動桿3的底端通孔3a與驅動電機18的電機軸18a相配合形成轉動副,底端電機安裝螺紋孔3b用于用螺釘安裝驅動電機18,頂端通孔3c與第二u型虎克鉸4的水平軸4a相配合形成轉動副并通過水平軸銷釘孔4b由銷釘軸向固定,左側垂直配合面3d與第二u型虎克鉸4的垂直配合面4f相貼合,右側垂直配合面3e與驅動電機18的下端面18c相貼合。
第二u型虎克鉸4的垂直軸孔4c與轉動電機25的動力輸出軸25d相配合并通過垂直軸銷釘孔4d由銷釘軸向固定,垂直軸上端面4e與轉動電機25的動力輸出軸端面25e相貼合,垂直配合面4f與第二驅動桿3的左側垂直配合面3d相貼合。
圖17是第三驅動桿6與第四驅動桿7的連接結構圖。如圖17所示,第三驅動桿6的頂端階梯軸6c與第四驅動桿7的底端通孔7a相配合形成轉動副,并由銷釘通過第三驅動桿6上的頂端階梯軸銷釘孔6d進行軸向固定,且第二l型虎克鉸4與第二驅動桿3的連接方式與此相同。第三驅動桿6的頂端垂直配合面6g與第四驅動桿7的底端垂直配合面7d相貼合。
圖18是桿10的結構圖,圖19是桿11的結構圖,圖20是第六驅動桿12的結構圖。如圖18所示,桿10包括:底端階梯通孔10a和10b,頂端階梯配合面10c,頂端通孔10d,左側垂直配合面10e,右側中端垂直配合面10f,和右側頂端垂直配合面10g。參見圖19,桿11包括:底端階梯孔11a,底端階梯通孔11b和11c,頂端階梯面11d,底端垂直配合面11e,中端垂直配合面11f,和頂端垂直配合面11g。如圖20所示,第六驅動桿12包括底端通孔12a、底端通孔銷釘孔12b、頂端階梯孔12c、底端垂直配合面12d和頂端垂直配合面12e。
圖21是驅動電機21與第五驅動桿之間的連接結構圖,圖22是第五驅動桿與第六驅動桿12的連接結構圖。如圖21和22所示,構成第五驅動桿的桿10與桿11通過設置在底端通孔10a、10b以及底端通孔11b、11c中的螺栓連接在一起,且桿10的右側中端垂直配合面10f與桿11的中端垂直配合面11f相貼合,桿10的頂端階梯配合面10c和桿11的頂端階梯面11d形成的平面與驅動電機21的側端面21c相貼合,桿10的左側垂直配合面10e與第六驅動桿12的底端垂直配合面12d相貼合。驅動電機21的上端面21b與桿11的頂端垂直配合面11g相貼合,驅動電機21的下端面21a與桿10的右側頂端垂直配合面10g相貼合,驅動電機21的電機階梯軸21d與桿10的頂端通孔10d相配合,由此驅動電機21被完全固定在由桿10和11構成的第五驅動桿上。驅動電機21的動力輸出軸21d與第六驅動桿12的底端通孔12a相配合并由銷釘通過電機階梯軸銷釘孔21f與第六驅動桿12的底端通孔銷釘孔12b進行軸向固定。
另外,結合圖1和19可知,桿11的底端階梯孔11a通過階梯軸連接第一l型虎克鉸9,二者之間形成轉動副并通過銷釘軸向固定。桿11的底端垂直配合面11e與第一l型虎克鉸9的垂直配合面相貼合。
圖23是第二l型虎克鉸13的結構圖。如圖23所示,第二l型虎克鉸13包括水平通孔13a、水平通孔銷釘孔13b、垂直孔13c、垂直孔銷釘孔13d和垂直配合面13e。其中,水平通孔13a通過階梯軸與第六驅動桿12的頂端階梯孔12c形成轉動副連接,且階梯軸與第二l型虎克鉸13通過水平通孔銷釘孔13b由銷釘軸向固定;垂直通孔13c與轉動電機35的動力輸出軸相配合并通過垂直通孔銷釘孔13d由銷釘軸向固定,垂直配合面13e與第六驅動桿12的頂端垂直配合面12e相貼合。
圖24是第二中空l型虎克鉸17的結構圖,圖25是l型驅動電機23的結構圖。參見圖24所示,第二中空l型虎克鉸17包括水平u型孔17a、垂直孔17b、垂直孔銷釘孔17c、中空水平配合面17d、垂直配合面17e和電機安裝孔17f。如圖25所示,l型驅動電機23包括電機軸23a、電機軸銷釘孔23b、下端面23c和電機安裝孔23d。
圖26是第二中空l型虎克鉸17與l型驅動電機23的連接結構圖。如圖26所示,第二中空l型虎克鉸17的水平u型孔17a與l型驅動電機23外殼的電機軸23a相配合,中空水平配合面17d與l型驅動電機23的水平配合面23c相貼合,安裝時將l型驅動電機23沿中空水平配合面17d推入l型虎克鉸17,最后通過第二中空的l型虎克鉸17的電機安裝孔17f與l型驅動電機23的電機安裝孔23d用螺釘進行固連。
圖27是第二中空l型虎克鉸17的連接結構圖。參見圖27,轉動電機37的電機階梯軸37d與第八連接桿34的首端通孔34a和第二中空的l型虎克鉸17的垂直孔17b相配合,并由銷釘通過動力輸出軸銷釘孔37f與第二中空的l型虎克鉸17的垂直孔銷釘孔17c進行軸向固定。第二中空的l型虎克鉸17的垂直配合面17e與第八驅動桿16的頂端垂直配合面16f相貼合。安裝在第二中空的l型虎克鉸17上的l型驅動電機23的電機軸23a與第八驅動桿16的頂端通孔16c相配合,并由銷釘通過動力輸出軸銷釘孔23b與第八驅動桿16的頂端通孔銷釘孔16d進行軸向固定。
圖28是第七驅動桿15與第八驅動桿16的連接結構圖。如圖28所示,階梯連接軸與第七驅動桿15的頂端階梯孔15c相配合形成轉動副,階梯連接軸與第八驅動桿16的底端通孔16a相配合并由銷釘通過第八驅動桿16的底端通孔銷釘孔16b進行軸向固定,第七驅動桿15的頂端垂直配合面15e與第八驅動桿16的底端垂直配合面16e相貼合。
圖29示出了第一平臺a與第一折疊電機31之間的連接結構。如圖29所示,折疊電機31的側端面31c與第五連接桿30的首端階梯配合面30b和第六連接桿32的首端階梯配合面32a所形成的平面相貼合,折疊電機31下端面31a與第五連接桿30的首端水平配合面30g相貼合,折疊電機31的動力輸出軸31d與第五連接桿30的首端通孔30a相配合,動力輸出軸端面31e與第四連接桿28的末端凸臺配合面28g相貼合,動力輸出軸31d與第四連接桿28的末端孔28f相配合并通過末端銷釘通孔28h由銷釘軸向固定,由此折疊電機31的機身和動力輸出軸31d分別固定在第五連接桿30和第四連接桿28上。
圖30是第二u型虎克鉸4的與第一平臺a的連接結構圖。參見圖30所示,第一連接桿24的首端階梯配合面24b與轉動電機25的側端面25c相貼合,轉動電機25的下端面25a與第一連接桿24的首端水平配合面24h相貼合;轉動電機25的動力輸出軸25d與第一連接桿24的首端通孔24a和第二u型虎克鉸4的垂直軸孔4c相配合,并由銷釘通過動力輸出軸銷釘孔25f與垂直軸銷釘孔4d進行軸向固定;第二u型虎克鉸4的垂直軸上端面4e與轉動電機25的動力輸出軸端面25e相貼合。
本發明的移動機器人具有多種折疊狀態和移動模式。以下分別舉例說明:
圖31a-c示出了可折疊移動機器人的橫向折疊結構圖,其中機器人處于完全折疊狀態。如圖31所示,第一平臺a和第二平臺b完全折疊,對側的兩個支鏈之間相互嵌套,同一支鏈的上下兩個虎克鉸之間同樣相互嵌套,機器人整體上被折疊到由第一平臺和第二平臺中的各個第一轉動副的軸線所共同限定的平面內,以收縮到最小的狀態。
圖32a-f示出了可折疊移動機器人的縱向折疊結構圖,其中機器人處于一種非完全折疊狀態。如圖32所示,首先使得同一支鏈的上下虎克鉸相互嵌套,且同一支鏈上的驅動桿平行重合并收縮到第一平臺a和第二平臺b內;然后將第一平臺a和第二平臺b以平行四邊形變形的方式折疊收縮。
圖33a-c使出了可折疊移動機器人的六邊形滾動狀態圖。如圖33所示,轉動電機將四條支鏈調整到兩個平行平面內,使得機器人形成為六邊形,而后通過驅動電機的旋轉使六邊形變形,從而使得機器人實現六邊形形式的滾動。
圖34a-b示出了可折疊移動機器人的四邊形滾動狀態圖。如圖34所示,首先控制同一條支鏈上的驅動桿平行且同軸,而后通過折疊電機的加速旋轉使得機器人實現四邊形形式的滾動。
圖35a-c示出了可折疊移動機器的步行運動狀態圖。如圖35所示,首先通過兩次橫向折疊,使得機器人由閉鏈的機構形成為如圖35a所示的開鏈的機構;然后通過相應電機的驅動,使得第一平臺a和第二平臺b擺動,并配合兩條支鏈(相對的兩條支鏈相互嵌套合并為一條支鏈)的開合,從而使得機器人實現步行運動。
本領域技術人員容易理解,基于本發明移動機器人的折疊和移動動力,本發明的機器人還具有更多未示出的折疊狀態和移動能力,在此省略對其的詳細描述。
雖然以上通過優選實施例描繪了本發明,但應當理解的是,本領域普通技術人員在不脫離本發明的發明范圍內,凡依照本發明所作的同等改進,應為本發明的發明范圍所涵蓋。