四轮模块串联摆臂滑行机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机器人，具体地涉及一种四轮模块串联摆臂滑行机器人。
【背景技术】
[0002]多模块串联机器人是目前机器人教学与研宄领域中较热的一部分，如蛇形机器人。同时机器人各模块之间相互协调配合后可以产生很多新颖的运动形式和表现出较强的环境适应能力，因此模块化串联机器人将在科研，侦查及生活娱乐领域有着极大的应用前景。
[0003]目前模块化串联机器人主要以蛇形机器人为主，而其它形式新颖的模块化串联机器人种类较少。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种四轮模块串联摆臂滑行机器人，各模块可独立运动，单个模块上只需要控制其三个电机中的任意一个即可实现滑行运动。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种四轮模块串联摆臂滑行机器人，由至少两个模块串联而成，模块间通过连接机构连接；其中每个模块包括基座，所述基座下方设置有四条腿臂，所述基座上固定设置有三个电机，其中两个电机设置为直接驱动单条腿臂，另一个电机设置为通过传动机构同时驱动两条腿臂，每条腿臂包括杆部，轮架，以及与轮架的一端枢接的轮子，所述轮架的另一端与所述杆部的一端相连接，能够以杆部的一端为轴旋转，所述杆部的另一端与电机的输出轴直接或间接连接，所述杆部的轴线相对于地面倾斜；通过控制每个电机的转动方式，使得所述四条腿臂的协调摆动，四条腿臂设置成使得任意相邻的两条腿臂摆动时不会因发生干涉而相互碰撞，以实现朝各个方向的行走；通过控制每个模块的运动方向，使得四轮模块串联摆臂滑行机器人实现整体的协调运动。
[0006]电机的转动方式，是指电机转动的各个参数，如电机的正转(顺时针旋转)、反转(逆时针旋转)、停转间隔时间，旋转速度，旋转圈数等等。
[0007]较佳地，所述连接机构为相互配合的U型挂钩副或球铰链。
[0008]较佳地，传动机构为齿轮传动机构或带传动机构。
[0009]进一步，所述基座上设置有控制系统和传感系统，用以通过程序控制所述电机的转动方式；各模块都能够独立运动，各个模块的所述控制系统和传感系统相互独立，各模块间通过无线通信，且其中任意模块都能够作为主控制器模块。
[0010]较佳地，基座为四方形，电机的转轴垂直于地面。
[0011]较佳地，杆部的另一端通过减速器或其他传动机构与电机的输出轴间接连接。
[0012]较佳地，轮子也可以替换为冰刀。
[0013]与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点:
本发明通过多个四轮滑行模块单元串联而成，运动原理是靠控制腿臂摆动而实现溜冰滑行前进的，运动机理较新颖；每个模块都可独立运动来提供动力，各模块间相互配合可实现倒滑和侧滑等多种运动形式；每个模块都可独立运动，各模块分散开后可变成多机器人的协同运动，因此有更好的运动灵活性。
【附图说明】
[0014]图1是本发明一个实施例的四轮模块串联摆臂滑行机器人的立体示意图。
[0015]图2是本发明一个实施例的四轮模块串联摆臂滑行机器人一个模块的立体示意图。
[0016]图3是图2的基座的立体示意图。
[0017]图4是本发明一个实施例的四轮模块串联摆臂滑行机器人的腿臂的主视示意图。
[0018]图5是本发明一个实施例的四轮模块串联摆臂滑行机器人的连接机构的立体示意图。
[0019]图6是本发明另一个实施例的四轮模块串联摆臂滑行机器人的连接机构的立体示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合附图对本发明的具体实施例做进一步的说明。
[0021]实施例1
如图1所示，一种四轮模块串联摆臂滑行机器人，由至少两个模块串联而成，在本实施例中由三个模块，模块一 1、模块二 2、模块三3串联而成。如图2所示，其中每个模块包括基座4。如图1、3、4所示，基座4下方设置有四条腿臂6，基座4上固定设置有电机一 5、电机二 7、电机三8，其中电机一 5、电机二 7设置为直接驱动单条腿臂6，电机三8设置为通过传动机构同时驱动两条腿臂6。如图4所示，每条腿臂6包括杆部61，轮架62，以及与轮架62的一端枢接的轮子63，轮架62的另一端与杆部61的一端相连接且以杆部61的一端为轴旋转，杆部61的另一端与电机的输出轴直接或间接连接并由电机驱动，杆部61的轴线相对于地面倾斜；通过分别控制电机一 5、电机二 7、电机三8的转动方式，使得机器人的四条腿臂6的协调摆动以实现朝各个方向的行走；通过分别控制模块一 1、模块二 2、模块三3的运动方向，使得模块串联机器人实现整体转向或者前后方向的协调运动。
[0022]具体地，固定安装在基座4上的电机一 5、电机二 7为步进电机或伺服电机，电机一5、电机二 7的转动轴与腿臂6通过键连接方式直接固定连接，也可以使电机转动轴的动力通过减速器或同步带等方式传动到腿臂6 ;轮子63通过销钉副安装在腿臂6上。
[0023]在本实施例中，传动机构为齿轮传动机构。如图2所示，齿轮传动机构包括小齿轮9、换向齿轮10、第一大齿轮11和第二大齿轮12 ;其中小齿轮9由电机三8驱动，小齿轮9与第一大齿轮11啮合，带动第一大齿轮11转动，第一大齿轮11带动设置在其下方的一条腿臂6摆动；小齿轮9与换向齿轮10啮合，换向齿轮10又与第二大齿轮12啮合，带动第二大齿轮12转动，第二大齿轮12带动设置在其下方的一条腿臂6摆动。电机三8通过U型安装架固定在基座4上，电机三8的转轴与小齿轮9通过键连接方式固定连接，小齿轮9同时和第一大齿轮11及换向齿轮10啮合，第二大齿轮12和第一大齿轮11分别与腿臂6固定连接且两个齿轮大小及齿数相同，换向齿轮10通过销钉副安装在基座4上同时与第二大齿轮12相啮合，换向齿轮10的大小和齿数与第二大齿轮12相同。
[0024]基座4上设置有控制系统和传感系统，用以通过程序控制电机一 5、电机二 7、电机三8的转动方式。各个模块的控制系统和传感系统相互独立，各模块间通过无线通信，且其中任意模块都可作为主控制器模块。
[0025]本实施例中，基座4为四方形，电机一 5、电机二 7、电机三8的转轴垂直于地面。杆部61的另一端通过减速器或其他传动机构与电机的输出轴间接连接。机器人的四条腿臂6设置成使得任意相邻的两条腿臂摆动时不会因发生干涉而相互碰撞。具体地，使得腿臂6在地面上摆动半径的长度小于正方形基座4的边长的一半，这样使机器人在各种运动姿态下重心始终处于四个轮子63与地面接触点形成的四边形内，而保证机器人的运动稳定性。
[0026]如图5所示，模块连接机构的组成为:每个模块后端与每个模块前端设置了相互配合的U型挂钩副12和13，可以通过U型挂钩副的挂接实现两个模块稳定连接。
[0027]实施例2
如图6所示，本实施例与上述实施例不同之处在于，传动机构为带传动机构。模块连接通过球铰链连接实现。其中一个模块的后端设置一个带外螺纹的螺杆14 ;另一个模块的前端设置一个带内螺纹的套筒16，球铰链15的两头分别构造成与螺杆14和套筒16相配合的内螺纹和外螺纹，通过球铰链15将两个模块相连接，安装时为了锁紧在连接两端可配有锁紧螺母。由于球铰有三个旋转自由度，通过球铰连接，可以实现模块串联机器人整体转向、侧向、前后等各个方向的协调运动。轮子63也可以替换为冰刀。通过这样的设置，机器人可以在光滑的冰面上滑行。
【主权项】
1.一种四轮模块串联摆臂滑行机器人，其特征在于，由至少两个模块串联而成，模块间通过连接机构连接；其中每个模块包括基座，所述基座下方设置有四条腿臂，所述基座上固定设置有三个电机，其中两个电机设置为直接驱动单条腿臂，另一个电机设置为通过传动机构同时驱动两条腿臂，每条腿臂包括杆部，轮架，以及与轮架的一端枢接的轮子，所述轮架的另一端与所述杆部的一端相连接，能够以杆部的一端为轴旋转，所述杆部的另一端与电机的输出轴直接或间接连接，所述杆部的轴线相对于地面倾斜；通过控制每个电机的转动方式，使得所述四条腿臂的协调摆动，四条腿臂设置成使得任意相邻的两条腿臂摆动时不会因发生干涉而相互碰撞，以实现朝各个方向的行走；通过控制每个模块的运动方向，使得四轮模块串联摆臂滑行机器人实现整体的协调运动。
2.根据权利要求1所述的四轮模块串联摆臂滑行机器人，其特征在于，所述连接机构为相互配合的U型挂钩副或球铰链。
3.根据权利要求1所述的四轮模块串联摆臂滑行机器人，其特征在于，所述传动机构为齿轮传动机构或带传动机构。
4.根据权利要求1所述的四轮模块串联摆臂滑行机器人，其特征在于，所述基座上设置有控制系统和传感系统，用以通过程序控制所述电机的转动方式；各模块都能够独立运动，各个模块的所述控制系统和传感系统相互独立，各模块间通过无线通信，且其中任意模块都能够作为主控制器模块。
5.根据权利要求1所述的四轮模块串联摆臂滑行机器人，其特征在于，所述杆部的另一端通过减速器与电机的输出轴间接连接。
6.根据权利要求1所述的四轮模块串联摆臂滑行机器人，其特征在于，所述轮子替换为冰刀。
【专利摘要】本发明提供一种四轮模块串联摆臂滑行机器人，由至少两个模块串联而成，模块间通过连接机构连接；其中每个模块包括基座，所述基座下方设置有四条腿臂，所述基座上固定设置有三个电机，其中两个电机设置为直接驱动单条腿臂，另一个电机设置为通过传动机构同时驱动两条腿臂，每条腿臂包括杆部，轮架，以及与轮架的一端枢接的轮子，所述轮架的另一端与所述杆部的一端相连接，能够以杆部的一端为轴旋转，所述杆部的另一端与电机的输出轴直接或间接连接，所述杆部的轴线相对于地面倾斜；通过控制每个模块的运动方向，使得四轮模块串联摆臂滑行机器人实现整体的协调运动。本发明运动机理较新颖，有更好的运动灵活性。
【IPC分类】B62D57-02
【公开号】CN104859740
【申请号】CN201510238457
【发明人】徐子力, 杨文俊, 田华, 卢松, 王英权, 黄智洪
【申请人】上海大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月12日