本發(fā)明屬于并聯(lián)機器人領(lǐng)域，具體涉及一種輪腿式3-PUU并聯(lián)移動機器人。

背景技術(shù)：

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

目前的輪腿式移動機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，當使用單一腿結(jié)構(gòu)進行行走的時候，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)動副進行輪式和腿式的轉(zhuǎn)換，不夠穩(wěn)定，不易實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有機器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輪腿式轉(zhuǎn)換不穩(wěn)定，不易實現(xiàn)的問題，提供一種輪腿式3-PUU并聯(lián)移動機器人。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種輪腿式3-PUU并聯(lián)移動機器人，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，直線電機的輸出端為導(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)動電機輸出端，驅(qū)動電機安裝于連接支架上，連接支架設(shè)置于直線電機Ⅲ的輸出端上，直線電機Ⅲ固定于內(nèi)支鏈的直線電機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，內(nèi)支鏈分別安裝在基底平臺的三個邊的中點，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，實現(xiàn)內(nèi)外支鏈交替平動，實現(xiàn)腿式行走；通過直線電機Ⅲ，控制萬向輪的上升和下降，實現(xiàn)腿式和輪式的轉(zhuǎn)換；通過在輪軸處安裝驅(qū)動電機，實現(xiàn)輪式行走以及快速轉(zhuǎn)向。

本發(fā)明的有益效果如下：

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

2. 通過切換機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，既能實現(xiàn)當兩個輪同時轉(zhuǎn)動時朝兩輪中間方向的直線行走，又能實現(xiàn)當三個輪同時轉(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，都能夠正常運動；

5. 本發(fā)明的腿式結(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為本發(fā)明輪腿式3-PUU并聯(lián)移動機器人整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明內(nèi)支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明外支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明腿式行走示意圖；

圖5為本發(fā)明輪式行走示意圖；

圖6為本發(fā)明全向輪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明基底平臺結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明動平臺Ⅰ結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明動平臺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Ⅰ；6-導(dǎo)桿Ⅰ；7-虎克鉸安裝座Ⅰ；8-連桿Ⅱ；9-直線電機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Ⅲ；18-導(dǎo)桿Ⅲ；19-連接支架；20-驅(qū)動電機。

具體實施方式

結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明做進一步說明。

本發(fā)明在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，提供一種輪腿式3-PUU并聯(lián)移動機器人?；灼脚_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Ⅰ5在PUU內(nèi)支鏈外側(cè)，動平臺Ⅱ的直線電機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)機構(gòu)，該機構(gòu)具有3個平動自由度，可以實現(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)換實現(xiàn)移動機器人的腿式移動。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20下降到最低位置，同時通過直線電機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，既能實現(xiàn)當兩個輪同時轉(zhuǎn)動時朝兩輪中間方向的直線行走，又能實現(xiàn)當三個全向輪同時轉(zhuǎn)動時整體平臺的轉(zhuǎn)動。