一種輪-腿復(fù)合球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別是指一種輪-腿復(fù)合球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]地形溝壑縱橫，高低不平，且存在障礙物，因此具有單一功能的移動(dòng)機(jī)器人(例如輪式、腿足式和履式)也就不能夠滿足具有多重特征的海洋環(huán)境。輪-腿復(fù)合移動(dòng)方式兼有輪式移動(dòng)的高效性及腿式移動(dòng)的良好越障性能，是復(fù)合式當(dāng)中研究較多的一種。但遺憾的是，現(xiàn)有輪-腿復(fù)合移動(dòng)方式只實(shí)現(xiàn)了輪子和腿足間功能上的簡(jiǎn)單組合，而結(jié)構(gòu)上兩者是完全獨(dú)立的，并沒有融合為一體，因此它們?cè)诓煌匦螚l件下實(shí)現(xiàn)不同移動(dòng)方式間的轉(zhuǎn)換，一般還須增加專門的輔助機(jī)構(gòu)，這樣使得腿機(jī)構(gòu)更加復(fù)雜且不夠靈活。
[0003]更為嚴(yán)重的是，大多數(shù)輪-腿復(fù)合式腿機(jī)構(gòu)采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)，這樣不僅使關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)密閉封裝困難，而且存在轉(zhuǎn)彎半徑小、自重負(fù)荷比大和姿態(tài)單調(diào)等不足之處。與一般輪-腿復(fù)合移動(dòng)方式不同，并聯(lián)多腿足姿態(tài)調(diào)整的輪-腿復(fù)合移動(dòng)方式除了能提供輪子轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)外，還能根據(jù)機(jī)器人移動(dòng)操縱任務(wù)需求產(chǎn)生其它多維方向上的輪子空間姿態(tài)調(diào)整運(yùn)動(dòng)，從而使海洋移動(dòng)機(jī)器人能以形態(tài)各異的輪子空間姿態(tài)自適應(yīng)海洋環(huán)境，這極大地提高了機(jī)器人的地形適應(yīng)和避障能力。少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有自由度少、剛度重量比大、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)豐富、動(dòng)態(tài)性能和承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為此提出基于少自由度輪-腿復(fù)合式并聯(lián)腿機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種輪-腿復(fù)合球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)及具有該機(jī)構(gòu)的水下機(jī)器人，其能夠?qū)崿F(xiàn)輪腿多姿態(tài)的球面工作空間，提高水下機(jī)器人轉(zhuǎn)向和越障能力。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下:
[0006]—方面，提供一種輪-腿復(fù)合球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)，其中:
[0007]所述靜平臺(tái)為半圓形，所述動(dòng)平臺(tái)為方塊形；
[0008]所述靜平臺(tái)的一端和所述動(dòng)平臺(tái)的一端之間依次設(shè)置有第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一萬向節(jié)、第一螺旋副和第二萬向節(jié)，從而形成第一 RUHU運(yùn)動(dòng)支鏈，其中所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)副由設(shè)置在所述靜平臺(tái)上的第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)；
[0009]所述靜平臺(tái)的上端和所述動(dòng)平臺(tái)的上端之間依次設(shè)置有第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三萬向節(jié)、第二螺旋副和第四萬向節(jié)，從而形成第二 RUHU運(yùn)動(dòng)支鏈，其中所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)副由設(shè)置在所述靜平臺(tái)上的第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)；
[0010]所述靜平臺(tái)的另一端和所述動(dòng)平臺(tái)的另一端之間依次設(shè)置有第三轉(zhuǎn)動(dòng)副、第五萬向節(jié)、移動(dòng)副和第四轉(zhuǎn)動(dòng)副，從而形成RUPR運(yùn)動(dòng)支鏈，其中所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的一端固定設(shè)置在所述靜平臺(tái)上；
[0011 ]所述靜平臺(tái)的中部設(shè)置有第一傳動(dòng)軸，所述動(dòng)平臺(tái)的中部設(shè)置有第二傳動(dòng)軸，所述第一傳動(dòng)軸和第二傳動(dòng)軸之間設(shè)置有第六萬向節(jié)，從而形成RUR中間運(yùn)動(dòng)傳遞支鏈，所述第二傳動(dòng)軸的末端設(shè)置有輪子。
[0012]另一方面，提供一種水下機(jī)器人，包括機(jī)器人外殼，所述機(jī)器人外殼的下部設(shè)置有上述的輪-腿復(fù)合球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，所述機(jī)器人外殼內(nèi)設(shè)置有主軸電機(jī)，所述主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接所述輪-腿復(fù)合球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的第一傳動(dòng)軸。
[0013]進(jìn)一步的，所述輪-腿復(fù)合球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的數(shù)量為4個(gè)，對(duì)稱前后分布在所述機(jī)器人外殼的兩側(cè)，形成四足機(jī)器人。
[0014]進(jìn)一步的，所述機(jī)器人外殼的上部設(shè)置有升降螺旋槳，所述機(jī)器人外殼的后部設(shè)置有推進(jìn)螺旋槳。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]本發(fā)明中，兩條RUHU運(yùn)動(dòng)支鏈及RUR中間運(yùn)動(dòng)支鏈共同構(gòu)成了一種新型的球面二自由度的輪-腿復(fù)合并聯(lián)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明利用新型球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)改變了輪的空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了水下機(jī)器人行走時(shí)的轉(zhuǎn)向和越障的姿態(tài)調(diào)整動(dòng)作;該并聯(lián)機(jī)構(gòu)只有兩個(gè)自由度，三條支鏈，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便；中間運(yùn)動(dòng)傳遞支鏈實(shí)現(xiàn)了主軸電機(jī)與輪之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞。該球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)與輪有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了單機(jī)構(gòu)多姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)功能，與傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，省去了很多關(guān)節(jié)和驅(qū)動(dòng)，使水下機(jī)器人的輪-腿復(fù)合結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時(shí)該機(jī)構(gòu)可單套安裝使用，具有模塊化應(yīng)用、便于批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明的輪-腿復(fù)合球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)在雙電機(jī)的控制下能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，響應(yīng)速度快，使輪子快速實(shí)現(xiàn)各種姿態(tài)的調(diào)整。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的輪-腿復(fù)合球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0019]—方面，本發(fā)明提供一種輪-腿復(fù)合球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如圖1所示，包括靜平臺(tái)2和動(dòng)平臺(tái)9，其中:
[0020]靜平臺(tái)2為半圓形，動(dòng)平臺(tái)9為方塊形；
[0021]靜平臺(tái)2的一端和動(dòng)平臺(tái)9的一端之間依次設(shè)置有第一轉(zhuǎn)動(dòng)副3、第一萬向節(jié)4、第一螺旋副5和第二萬向節(jié)7，從而形成第一 RUHU運(yùn)動(dòng)支鏈，其中第一轉(zhuǎn)動(dòng)副3由設(shè)置在靜平臺(tái)2上的第一電機(jī)I驅(qū)動(dòng)；
[0022]靜平臺(tái)2的上端和動(dòng)平臺(tái)9的上端之間依次設(shè)置有第二轉(zhuǎn)動(dòng)副20、第三萬向節(jié)19、第二螺旋副6和第四萬向節(jié)8，從而形成第二 RUHU運(yùn)動(dòng)支鏈，其中第二轉(zhuǎn)動(dòng)副20由設(shè)置在靜平臺(tái)2上的第二電機(jī)21驅(qū)動(dòng);此處，需要補(bǔ)充說明的是，方向“上”是以整個(gè)輪-腿復(fù)合球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)器人外殼上以機(jī)器人的方向?yàn)榛鶞?zhǔn)來描述的，具體到圖1中，半圓形靜平臺(tái)2的直線側(cè)(圖1中的內(nèi)側(cè))為方向“下”，半圓形側(cè)(圖1中的外側(cè))為方向“上”。
[0023]靜平臺(tái)2的另一端和動(dòng)平臺(tái)9的另一端之間依次設(shè)置有第三轉(zhuǎn)動(dòng)副16、第五萬向節(jié)15、移動(dòng)副14和第四轉(zhuǎn)動(dòng)副12，從而形成RUPR運(yùn)動(dòng)支鏈，其中第三轉(zhuǎn)動(dòng)副16的一端固定設(shè)置在靜平臺(tái)2上(無動(dòng)力驅(qū)動(dòng))；
[0024]靜平臺(tái)2的中部設(shè)置有第一傳動(dòng)軸17，動(dòng)平臺(tái)9的中部設(shè)置有第二傳動(dòng)軸10，第一傳動(dòng)軸17和第二傳動(dòng)軸10之間設(shè)置有第六萬向節(jié)13，從而形成RUR中間運(yùn)動(dòng)傳遞支鏈，第二傳動(dòng)軸1的末端設(shè)置有輪子(未不出)。
[0025]本發(fā)明的輪-腿復(fù)合球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由靜平臺(tái)2、動(dòng)平臺(tái)9以及多條運(yùn)動(dòng)支鏈組成。其中兩條RUHU運(yùn)動(dòng)支鏈，由轉(zhuǎn)動(dòng)副3、20、萬向節(jié)4、19、螺旋副5、6、萬向節(jié)7、8構(gòu)成，萬向節(jié)7、8—端固定在動(dòng)平臺(tái)9上，該兩條支鏈呈垂直布置;第三條運(yùn)動(dòng)支鏈RUPR與上述兩條運(yùn)動(dòng)支鏈中的一條對(duì)稱布置，由轉(zhuǎn)動(dòng)副16、萬向節(jié)15、移動(dòng)副14、轉(zhuǎn)動(dòng)副12構(gòu)成。兩條RUHU運(yùn)