具有两种形态的移动机构,包括对称布置的两个驱动杆组(A)及曲面外壳(A-a)。每个驱动杆组各含有三个杆组支链(A-1)及一个连接顶点(A-2)与一个连接圆环(A-3),杆组支链与连接顶点及连接圆环之间通过六个支链连接转轴(2)进行连接。两个驱动杆组的底部相对,通过三个杆组连接转轴(1)连接成为一个整体。连接顶点设有平台并布置有偏心块电机作为机构的动力驱动,顶点平台外设有外壳(A-b),用于平台的保护与定位。该机构具有两种移动模式:当曲面外壳收拢时,进行椭球体形态下的滚动移动,应用偏心块实现驱动控制;当曲面外壳展开时,进行双三棱锥形态下的变形移动,通过控制变形实现驱动,应用偏心块配合进行转向控制。
1.具有两种形态的移动机构,其特征在于:具有两种形态的移动机构包括对称布置的两个驱动杆组(A),连接两个驱动杆组的三个杆组连接转轴(1),六个曲面外壳(A-a),以及两个顶点外壳(A-b)。六个曲面外壳和两个顶点外壳均固定连接在两个驱动杆组的外侧,起到保护和运动支撑的作用;驱动杆组(A)包含三个杆组支链(A-1)、一个连接顶点(A-2)、一个连接圆环(A-3)和六个支链连接转轴(2);其中,杆组支链(A-1)由顶点连接杆(A-1-1)、圆环连接杆(A-1-2)、杆组连接杆(A-1-3)、辅助连接杆(A-1-5)、支链电机(A-1-4)及三个支链连接转轴(2)组成;xa0第一个支链连接转轴(2),穿过顶点连接杆(A-1-1)的b孔和辅助连接杆(A-1-5)的a孔,用卡簧进行轴向固定,使顶点连接杆(A-1-1)和辅助连接杆(A-1-8)间形成一个转动副,第二个支链连接转轴(2),穿过圆环连接杆(A-1-2)的c孔和杆组连接杆(A-1-3)的b孔,用卡簧进行轴向固定,使圆环连接杆(A-1-2)和杆组连接杆(A-1-3)间形成一个转动副,第三个支链连接转轴(2),穿过杆组连接杆(A-1-3)的a孔和辅助连接杆(A-1-5)的b孔,用卡簧进行轴向固定,使杆组连接杆(A-1-3)和辅助连接杆(A-1-5)间形成一个转动副,支链电机(A-1-4),固定在圆环连接杆(A-1-2)上,支链电机(A-1-4)的转轴穿过圆环连接杆(A-1-2)的b孔和顶点连接杆(A-1-1)的c孔,并用螺钉与顶点连接杆(A-1-1)的d孔进行固定;其中,顶点连接杆(A-1-1)和杆组连接杆(A-1-3)安装位置位于同一平面,圆环连接杆(A-1-2)和辅助连接杆(A-1-5)安装位置分别位于顶点连接杆和杆组连接杆安装平面两侧,以达到运动时的不干涉;连接顶点(A-2)由顶点平台(A-2-1)、偏心块电机(A-2-2)和偏心块(A-2-3)组成,偏心块电机(A-2-2)固定在顶点平台(A-2-1)上,偏心块电机(A-2-2)的转轴穿过顶点平台(A-2-1)的a孔,通过螺钉(A-2-4)与螺母(A-2-5)与偏心块(A-2-3)进行固定连接;驱动杆组(A)通过六个支链连接转轴(2),将三个杆组支链(A-1)、连接顶点(A-2)和连接圆环(A-3)进行连接组成,且每两个杆组支链间的夹角为120°;每个杆组支链通过两个支链连接转轴(2)分别与连接顶点(A-2)、连接圆环(A-3)进行连接,其中,一个支链连接转轴(2)穿过杆组支链(A-1)中顶点连接杆(A-1-1)的a孔,和连接顶点(A-2)中顶点平台(A-2-1)的b孔,用卡簧进行轴向固定,使顶点连接杆(A-1-1)和顶点平台(A-2-1)间形成一个转动副,另一个支链连接转轴(2)穿过杆组支链(A-1)中圆环连接杆(A-1-2)的a孔和连接圆环(A-3)的a孔,用卡簧进行轴向固定,使圆环连接杆(A-1-2)和连接圆环(A-3)间形成一个转动副;三个杆组连接转轴(1)将两个驱动杆组(A)中六个杆组连接杆(A-1-3)的c孔以转动副的形式分别对应连接,并使用三个轴套(3)调整连接所需的尺寸,每个杆组连接转轴(1)依次穿过一个驱动杆组(A)中杆组连接杆(A-1-3)的c孔、轴套(3)和另一个驱动杆组(A)中杆组连接杆(A-1-3)的c孔,用卡簧进行轴向固定,使两个对应的杆组连接杆(A-1-3)间形成一个转动副。
2.根据权利要求1所述的具有两种形态的移动机构,其特征在于:所述的杆组支链中,顶点连接杆的孔b与孔c间距离,和杆组连接杆的孔a与孔b间距离相等;圆环连接杆的孔b与孔c间距离,和辅助连接杆的孔a与孔b间距离相等;圆环连接杆的孔a与孔b间距离,略小于顶点连接杆的孔a与孔c间距离。
3.根据权利要求1所述的具有两种形态的移动机构,其特征在于:所述的顶点外壳(A-b),用螺钉以固定形式与驱动杆组(A)的顶点平台连接,顶点外壳(A-b)内侧的凹陷为偏心块电机的布置空间;所述的曲面外壳(A-a),弧面内侧有两个带有连接孔的连接端a、b,通过两个小轴,分别与杆组支链(A-1)中杆组连接杆(A-1-3)的d孔和e孔相连,固定在杆组支链(A-1)的外侧。六个曲面外壳(A-a)近似于椭球体的六分之一,当曲面外壳收拢时,机构外形近似于椭球体。技术领域
本发明涉及一种机构,具体涉及一种具有两种形态的移动机构。
背景技术
地面移动机构的运动方式有步行、跳跃、蠕动和滚动等,其中滚动在平整地面上是一种高效率的运动方式,具有可变外形的滚动机器人可通过自身外形的变化使得机构移动,同时也提高自身稳定性。中国专利专利CNxa01302717A,提出一种球形移动机器人,可以实现球体任意方向的移动;中国专利CNxa0101890714A提出的单自由度连杆移动机器人及其控制方法,实现了一定意义的直行与转向功能。球形移动机器人和单自由度连杆移动机器人只有一种形态的移动方式,具有两种形态的移动机构能根据地面环境及周围空间环境改变移动方式,使其适应不同的环境。
发明内容
本发明要解决的技术问题:移动机构在移动过程中一般只有一种形态,对地面环境及周围空间环境的适应能力差。本发明的技术方案:具有两种形态的移动机构包括对称布置的两个驱动杆组,连接两个驱动杆组的三个杆组连接转轴,六个曲面外壳以及两个顶点外壳。六个曲面外壳和两个顶点外壳均固定连接在两个驱动杆组的外侧,起到保护和运动支撑的作用;其中,杆组支链由顶点连接杆、圆环连接杆、杆组连接杆、辅助连接杆、支链电机及三个支链连接转轴组成;xa0第一个支链连接转轴,穿过顶点连接杆的b孔和辅助连接杆的a孔,用卡簧进行轴向固定,使顶点连接杆和辅助连接杆间形成一个转动副,第二个支链连接转轴,穿过圆环连接杆的c孔和杆组连接杆的b孔,用卡簧进行轴向固定,使圆环连接杆和杆组连接杆间形成一个转动副,第三个支链连接转轴,穿过杆组连接杆的a孔和辅助连接杆的b孔,用卡簧进行轴向固定,使杆组连接杆和辅助连接杆间形成一个转动副,支链电机,固定在圆环连接杆上,支链电机的转轴穿过圆环连接杆的b孔和顶点连接杆的c孔,并用螺钉与顶点连接杆的d孔进行固定;其中,顶点连接杆和杆组连接杆安装位置位于同一平面,圆环连接杆和辅助连接杆安装位置分别位于顶点连接杆和杆组连接杆安装平面两侧,以达到运动时的不干涉。连接顶点由顶点平台、偏心块电机和偏心块组成,偏心块电机固定在顶点平台上,偏心块电机的转轴穿过顶点平台的a孔,通过螺钉与螺母与偏心块进行固定连接;驱动杆组通过六个支链连接转轴,将三个杆组支链、连接顶点和连接圆环进行连接组成,且每两个杆组支链间的夹角为120°;每个杆组支链通过两个支链连接转轴分别与连接顶点、连接圆环进行连接,其中,一个支链连接转轴穿过杆组支链中顶点连接杆的a孔,和连接顶点中顶点平台的b孔,用卡簧进行轴向固定,使顶点连接杆和顶点平台间形成一个转动副,另一个支链连接转轴穿过杆组支链中圆环连接杆的a孔和连接圆环的a孔,用卡簧进行轴向固定,使圆环连接杆和连接圆环间形成一个转动副;三个杆组连接转轴将两个驱动杆组中六个杆组连接杆的c孔以转动副的形式分别对应连接,并使用三个轴套调整连接所需的尺寸,每个杆组连接转轴依次穿过一个驱动杆组中杆组连接杆的c孔、轴套和另一个驱动杆组中杆组连接杆的c孔,用卡簧进行轴向固定,使两个对应的杆组连接杆间形成一个转动副。所述的杆组支链中,顶点连接杆的孔b与孔c间距离,和杆组连接杆的孔a与孔b间距离相等;圆环连接杆的孔b与孔c间距离,和辅助连接杆的孔a与孔b间距离相等;圆环连接杆的孔a与孔b间距离,略小于顶点连接杆的孔a与孔c间距离。所述的顶点外壳,用螺钉以固定形式与驱动杆组的顶点平台连接,顶点外壳内侧的凹陷为偏心块电机的布置空间;所述的曲面外壳,弧面内侧有两个带有连接孔的连接端a、b,通过两个小轴,分别与杆组支链中杆组连接杆的d孔和e孔相连,固定在杆组支链的外侧。六个曲面外壳近似于椭球体的六分之一,当曲面外壳收拢时,机构外形近似于椭球体。本发明的有益效果:本发明所述的具有两种形态的移动机构,具有折叠缩放功能,增加移动机构的变形,提高其滚动能力,通过控制偏心块的位置来控制具有两种形态的移动机构的滚动方向,同时可以变形为外形为椭球的球形滚动机构。以此实现两种形态的移动功能。
附图说明
图1具有两种形态的移动机构的整体三维图图2具有两种形态的移动机构的两个驱动杆组三维图图3具有两种形态的移动机构的驱动杆组的三维图图4具有两种形态的移动机构的杆组支链的三维图图5具有两种形态的移动机构的支链电机的安装图图6具有两种形态的移动机构的杆组连接杆的安装图图7具有两种形态的移动机构的连接顶点的三维图图8具有两种形态的移动机构的连接顶点的安装图图9顶点连接杆三维图图10圆环连接杆三维图图11辅助连接杆三维图图12杆组连接杆三维图图13顶点平台三维图图14连接圆环三维图图15曲面外壳三维图图16顶点外壳三维图图17(a)、图17(b)、图17(c)、图17(d)是具有两种形态的移动机构的展开分解图:图17(a)具有两种形态的移动机构的折叠状态图17(b)具有两种形态的移动机构的径向展开中间状态图17(c)具有两种形态的移动机构的径向展开最终状态图17(d)具有两种形态的移动机构的轴向展开最终状态具有两种形态的移动机构的展开分解图的逆过程即为具有两种形态的移动机构的折叠分解图图18(a)、图18(b)、图18(c)、图18(d)、图18(e)是具有两种形态的移动机构直行和转向步态分解图:图18(a)直行步态的起始位姿图18(b)直行步态的变形过程图18(c)直行步态的结束动作图18(d)转向步态的变形过程图18(e)转向步态的结束动作具体实施方案下面结合附图对本发明做进一步详细说明。具有两种形态的移动机构如图1、图2所示,包括对称布置的驱动杆组(A),连接两个驱动杆组的三个杆组连接转轴(1),六个曲面外壳(A-a),以及两个顶点外壳(A-b)。本发明的实施方式:六个曲面外壳和两个顶点外壳均固定连接在两个驱动杆组的外侧,起到保护和运动支撑的作用;如图3,驱动杆组(A)包含三个杆组支链(A-1)、一个连接顶点(A-2)、一个连接圆环(A-3)和六个支链连接转轴(2);其中,杆组支链(A-1)如图4,由顶点连接杆(A-1-1)、圆环连接杆(A-1-2)、杆组连接杆(A-1-3)、辅助连接杆(A-1-5)、支链电机(A-1-4)及三个支链连接转轴(2)组成;xa0如图4,第一个支链连接转轴(2),穿过顶点连接杆(A-1-1)的b孔和辅助连接杆(A-1-5)的a孔,用卡簧进行轴向固定,使顶点连接杆(A-1-1)和辅助连接杆(A-1-8)间形成一个转动副,如图4,第二个支链连接转轴(2),穿过圆环连接杆(A-1-2)的c孔和杆组连接杆(A-1-3)的b孔,用卡簧进行轴向固定,使圆环连接杆(A-1-2)和杆组连接杆(A-1-3)间形成一个转动副,如图4,第三个支链连接转轴(2),穿过杆组连接杆(A-1-3)的a孔和辅助连接杆(A-1-5)的b孔,用卡簧进行轴向固定,使杆组连接杆(A-1-3)和辅助连接杆(A-1-5)间形成一个转动副,如图5,支链电机(A-1-4),固定在圆环连接杆(A-1-2)上,支链电机(A-1-4)的转轴穿过圆环连接杆(A-1-2)的b孔和顶点连接杆(A-1-1)的c孔,并用螺钉与顶点连接杆(A-1-1)的d孔进行固定;其中,如图4,顶点连接杆(A-1-1)和杆组连接杆(A-1-3)安装位置位于同一平面,圆环连接杆(A-1-2)和辅助连接杆(A-1-5)安装位置分别位于顶点连接杆和杆组连接杆安装平面两侧,以达到运动时的不干涉。如图,6,连接顶点(A-2)由顶点平台(A-2-1)、偏心块电机(A-2-2)和偏心块(A-2-3)组成,偏心块电机(A-2-2)固定在顶点平台(A-2-1)上,如图7,偏心块电机(A-2-2)的转轴穿过顶点平台(A-2-1)的a孔,通过螺钉(A-2-4)与螺母(A-2-5)与偏心块(A-2-3)进行固定连接;如图3,驱动杆组(A)通过六个支链连接转轴(2),将三个杆组支链(A-1)、连接顶点(A-2)和连接圆环(A-3)进行连接组成,且每两个杆组支链间的夹角为120°;每个杆组支链通过两个支链连接转轴(2)分别与连接顶点(A-2)、连接圆环(A-3)进行连接,其中,一个支链连接转轴(2)穿过杆组支链(A-1)中顶点连接杆(A-1-1)的a孔,和连接顶点(A-2)中顶点平台(A-2-1)的b孔,用卡簧进行轴向固定,使顶点连接杆(A-1-1)和顶点平台(A-2-1)间形成一个转动副,另一个支链连接转轴(2)穿过杆组支链(A-1)中圆环连接杆(A-1-2)的a孔和连接圆环(A-3)的a孔,用卡簧进行轴向固定,使圆环连接杆(A-1-2)和连接圆环(A-3)间形成一个转动副;三个杆组连接转轴(1)将两个驱动杆组(A)中六个杆组连接杆(A-1-3)的c孔以转动副的形式分别对应连接,并使用三个轴套(3)调整连接所需的尺寸,如图8,每个杆组连接转轴(1)依次穿过驱动杆组(A)中三个杆组连接杆(A-1-3)的c孔,轴套和驱动杆组(A)中三个杆组连接杆(A-1-3)的c孔,用卡簧进行轴向固定,使两个杆组连接杆(A-1-3)间形成一个转动副。所述的杆组支链中,顶点连接杆的孔b与孔c间距离,和杆组连接杆的孔a与孔b间距离相等;圆环连接杆的孔b与孔c间距离,和辅助连接杆的孔a与孔b间距离相等;圆环连接杆的孔a与孔b间距离,略小于顶点连接杆的孔a与孔c间距离。所述的顶点外壳(A-b),用螺钉以固定形式与驱动杆组(A)的顶点平台连接,顶点外壳(A-b)内侧的凹陷为偏心块电机的布置空间;所述的曲面外壳(A-a),弧面内侧有两个带有连接孔的连接端a、b,通过两个小轴,分别与杆组支链(A-1)中杆组连接杆(A-1-3)的d孔和e孔相连,固定在杆组支链(A-1)的外侧。六个曲面外壳(A-a)近似于椭球体的六分之一,当曲面外壳收拢时,机构外形近似于椭球体。具体使用方法:具有两种形态的移动机构可以实现折叠和展开功能。首先具有两种形态的移动机构处于如附图17(a)所示的折叠状态,其外形接近于一个椭球形状;当要展开时,驱动支链电机,相继实现如附图17(b)所示的展开初始状态,附图17(c)xa0所示的展开中间状态和附图17(d)的所示的展开最终状态,完成具有两种形态的移动机构的展开过程,展开过程的逆过程即为具有两种形态的移动机构的折叠过程。同时,具有两种形态的移动机构在如附图17(a)所示的折叠状态时,驱动偏心块电机,可以实现具有两种形态的移动机构的球面滚动步态。图17(a)、图17(b)、图17(c)、图17(d)是具有两种形态的移动机构的展开分解图。具有两种形态的移动机构也可实现直行和转向步态。首先具有两种形态的移动机构处于如附图18(a)的直行步态起始位姿,驱动支链电机使具有两种形态的移动机构达到如图18(b)所示的直行步态变形过程和如图18(c)所示的直行步态的结束动作,反向驱动支链电机,达到如附图18(d)所示的转向步态的变形过程,驱动偏心块电机完成如附图18(e)所示的转向步态的结束动作。图18(a)、图18(b)、图18(c)、图18(d)、图18(e)是具有两种形态的移动机构直行和转向步态分解图。