专利名称：具有并联机构的四面体翻滚机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够翻滚的机器人，更特别地说，是指一种具有并联机构的四面 体翻滚机器人，该机器人能够在复杂地面环境下完成行进、避障、越障等动作。
背景技术：
四面体翻滚机器人能够根据环境的变化改变自身形状、运动状态、步态等来实现 复杂地面环境上的运动，而这些是传统的机器人不能实现的，因此它具有更强的环境 适应能力。在民用，军用及太空探测领域都有广阔的应用前景。
目前，国外只有美国的NASA开展了基于四面体机器人的多面体翻滚机器人研 究。NASA已经有三代样机产生，分别为单重四面体结构、四重四面体结构和十二重 四面体结构。现阶段只有第一代样机实现了连续的翻滚运动，第二、三代样机的运动 控制方法正在研究中。国内尚未有相关的研究报道。
四川大学徐礼钜等人提出了以四面体为基本单元，通过多个四面体串联构成的桁 架机构。组成桁架机构的每个四面体单元内只有一个杆的长度可以变化，即只具有一 个自由度，也可以视为一种串联机构。 发明 内 容
本发明的目的是提供一种具有并联机构的四面体翻滚机器人，该机器人采用线 绳、滑轮和电机的配合来作为动力源，釆用筒套筒的嵌套方式作为伸缩臂，采用二自 由度万向节作为柔性铰链，且为伸缩臂的交汇处，使通过利用四面体空间构型稳定性 高的优点，设计了以节点和伸缩杆为基本单元的四面体机械结构。节点是伸缩杆的交 汇处，伸缩杆是节点间的连接机构。在运动过程中，六根伸缩臂按规律伸缩进行形状 发生变化，当其重心超越稳定区域时，四面体机器人实现翻滚。
本发明的一种具有并联机构的四面体翻滚机器人，是由六根伸缩臂和四个节点板 组件构成，所述的每一个节点板组件由节点板和三个万向节组成，且三个万向节呈正 三角形布局在节点板的底板面上。六根伸縮臂的结构相同，并采用绳驱动方式。每一 个伸缩臂的两端分别连接在两个节点板组件的万向节上。四个节点板组件的结构相 同，每一个节点板组件中的三个万向节分别与三个伸缩臂的一端连接。本发明机器人在驱动方式上通过线绳、线轮、滑轮和电机的配合可以改变运动形式以适应不同的环 境，具有较大的运动灵活性，丰富的运动形式使该机器人可以从容面对各种类型的障 碍，并且不用考虑稳定性的问题。
本发明的具有并联机构的四面体翻滚机器人优点在于
① 通过线绳、滑轮和电机的配合本发明机器人可以改变运动形式以适应不同的环 境，具有较大的运动灵活性，丰富的运动形式使该机器人可以从容面对各种类 型的障碍，并且不用考虑稳定性的问题。
② 采用相同结构的节点板组件(节点板和三个万向节)和套筒组形成空间四点架 构，使得本发明机器人结构上具有对称性和稳定性，克服了传统移动机器人的 倾覆问题。
③ 本发明机器人由四个节点和四套伸缩杆组成，其结构设计简单，部件采用模块化 加工。因此可以以单个四面体机器人为基本模块构建出多重四面体机器人形式。
图1是本发明的四面体翻滚机器人的结构图。
图2是本发明第一节点板组件的结构图。
图3是本发明A伸缩臂的结构图。
图3A是本发明A伸缩臂的分解图。
图3B是本发明A连接头的结构图。
图3C是本发明底座的结构图。
图3D是本发明底座的另一视角结构图。
图3E是本发明B连接头的结构图。
图3F是本发明D连接头的结构图。
图3G是本发明E连接头的结构图。
图3H是本发明A滑轮组件的结构图。
图31是本发明A滑轮组件中挡板的结构图。
图3J是本发明A滑轮组件中A滑轮座的结构图。
图3K是本发明A滑轮组件中A滑轮轴的结构图。
图3L是本发明D滑轮组件的结构图。
图3M是本发明D滑轮组件中D滑轮座的结构图。
图4是本发明滑轮与线绳的装配图。图中l.A伸缩臂ll.A套筒12.B套筒13.C套筒
14.A滑轮组件14a.A滑轮141.A滑轮座1411.安装面1412.B支臂
1413.A支臂1414.J通孔1415.K通孔142.A挡板1421.A支臂
1422.B支臂1423.螺纹孔1424.1通孔143.A滑轮轴1431.螺纹段
1432.滑轮段15.B滑轮组件15a，B滑轮16.C滑轮组件16a.C滑轮
17.D滑轮组件17a.D滑轮17b.E滑轮171.B挡板172.D滑轮座
1721.隔板1722.C空腔1723.D空腔1724.A侧板面1725.B侧板面
1726.后板面1727.底板面172a.J通孔172b.K通孔173.销钉
174.B滑轮轴175.C滑轮轴IOI.A连接头1011.凸耳1012.A通孔
1013.B通孔IOH.A滑槽1015.B滑槽1016.A板面1017.B板面
1018.C板面102.B连接头1021.C滑槽1022.A板面103.C连接头
1031.U形叉1032.圆柱连接端104.底座1041.上板面
1042.凸台1043.C通孔1044.底板面1045.D通孔1046.A空腔
1047.B空腔105.D连接头1051.D板面1052.C板面1053.B板面
1054.D滑槽1055.E通孔1056.F通孔1057.E滑槽1058.F滑槽
106.E连接头1061.G滑槽1062.G通孔1063.H通孔1064.横板
1065.A板面107.线轮107a.中心通孔107b.A线槽107c.B线槽
2.B伸缩臂3.C伸缩臂4.D伸缩臂5.E伸缩臂6.F伸缩臂
la.AB段线绳lb.CD段线绳lc.EF段线绳ld.GH段线绳
7.第一节点板组件7a.A万向节7a-l.A销孔7b.B万向节
7b-l.B销孔7c.C万向节7c-l.C销孔74.A节点板741.底板面
8.第二节点板组件8a.D万向节8b.E万向节8c.F万向节
9.第三节点板组件9a.G万向节9b.H万向节9c.I万向节
io.第四节点板组件10a.J万向节10c丄万向节
11A.A电机12B.B电机13C.C电机14D.D电机16F.F电机
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明设计的四面体翻滚机器人的运动方式与传统移动机器人不同，传统机器人 需依靠支撑装置(轮子、履带、多足步行腿等)行进，并且要保证机器人的稳定性， 不能倾翻。而本发明四面体翻滚机器人的运动方式正是利用了四面体失稳后倾翻的特 点翻滚行进。
参见图l、图2、图3所示，本发明的一种具有并联机构的四面体翻滚机器人， 是由六根伸缩臂和四个节点板组件构成，所述的每一个节点板组件由节点板和三个万 向节组成，且三个万向节呈正三角形布局在节点板的底板面上。
8在本发明中，六根伸缩臂的结构相同，并釆用绳驱动方式。六根伸缩臂是指A 伸缩臂l、 B伸缩臂2、 C伸缩臂3、 D伸缩臂4、 E伸縮臂5和F伸缩臂6。每一
个伸缩臂的两端分别连接在两个节点板组件的万向节上。
在本发明中，四个节点板组件的结构相同，四个节点板组件是指第一节点板组件 7、第二节点板组件8、第三节点板组件9和第四节点板组件10。每一个节点板组件 中的三个万向节分别与三个伸縮臂的一端连接。
在本发明中，电机选取直流伺服电机，其输出最小功率为100『。A电机11A 用于驱动线轮107运动，从而使得连接在线轮上的绳子运动。通过线绳、线轮、滑 轮和电机的配合本发明机器人可以改变运动形式以适应不同的环境，具有较大的运动 灵活性，丰富的运动形式使该机器人可以从容面对各种类型的障碍，并且不用考虑稳 定性的问题。
参见图3、图3A、图4所示，A伸缩臂l采用了三个套筒的嵌套方式，即C套 筒13的外部套接B套筒12， B套筒12的外部套接A套筒11，三个套筒釆用四方 形的空心铝型材。
A连接头lOl、 A套筒ll和底座104形成第一节臂。EF段线绳lc的F端连 接在A连接头101上。
B连接头102、 B套筒12和D连接头105形成第二节臂。AB段线绳la的B 端连接在D连接头105上。
C连接头103、 C套筒13和E连接头106形成第三节臂。EF段线绳lc的E 端连接在E连接头106上。
线轮107连接在A电机11A的输出轴上，线轮107上连接有AB段线绳la的 A端和CD段线绳lb的C端。
第一节臂相对于第二节臂是不动的，A电机11A驱动第二节臂运动，由此将第 二节臂的运动作为动力源来带动第三节臂lc运动，从而实现第二节臂、第三节臂的 伸缩。本发明利用了 A电机11A的正转、反转来使缠绕在线轮107上的线绳收短或 放长实现第二节臂、第三节臂的运动。参见图l、图3、图3A 图3M所示，A伸缩臂l的具体结构为 A伸缩臂l包括有A套筒ll、 B套筒12、 C套筒13、多个连接头和绳驱动组 件；绳驱动组件包括有A电机IIA、 AB段线绳la、 CD段线绳lb、 EF段线绳lc、 GH段线绳ld、 A滑轮组件14、 B滑轮组件15、 C滑轮组件16、 D滑轮组件17、 线轮107;其中，A滑轮组件14、 B滑轮组件15和C滑轮组件16的结构相同。 (一)A套筒11
A套筒11的上端与A连接头101连接，A套筒11的下端与底座104连接； 如图3B所示，A连接头101为一体成型件。
A连接头101的A板面1016的上端设有凸耳1011，凸耳1011上设有A通 孔1012，该A通孔1012用于GH段线绳ld的G端穿过，且打结，从而实现GH 段线绳ld的G端与A连接头101的凸耳1011连接。
A连接头101的B板面1017的内壁上设有A滑槽1014，且A滑槽1014至 B板面1017的端面设有B通孔1013，该B通孔1013用于EF段线绳lc的F端 由A滑槽1014向B通孔1013穿过，且打结，从而实现EF段线绳lc的F端与A 连接头101的B板面1017的连接。A滑槽1014用于EF段线绳lc在其内上下滑 动，半圆形的滑槽保证了 EF段线绳lc仅在滑槽内滑动，对EF段线绳lc起到限位 的作用。
A连接头101的C板面1018的内壁上设有B滑槽1015，该B滑槽1015用 于AB段线绳la在其内上下滑动，半圆形的滑槽保证了 AB段线绳la仅在滑槽内 滑动，对AB段线绳la起到限位的作用。
如图3C、图3D所示，底座104为一空心结构件，即设有B空腔1047，该B 空腔1047的一端安装有D滑轮组件17,另一端安装有线轮107。
底座104的上板面1041上设有C通孔1043和凸台1042; C通孔1043用 于A电机11A的输出轴通过后与线轮107连接，并通过设在C通孔1043外缘的 三个螺纹孔与螺钉的配合使A电机IIA安装在上板面1041的C通孔1043处。凸 台1042内设有A空腔1046，该A空腔1046用于安装C滑轮组件16。凸台1042 用于与A套筒11的下端连接。底座104的底板面1044上设有D通孔1045，该D通孔1045用于D滑轮组件17的销钉穿过后与D万向节81的销孔连接，从而实 现A伸缩臂1与第二节点板组件8的连接。
(二) B套筒12
B套筒12的上端与B连接头102连接，B套筒12的下端与D连接头105连
接；
如图3E所示，B连接头102的A板面1022的内壁上设有C滑槽1021，该 C滑槽1021用于GH段线绳ld在其内上下滑动，半圆形的滑槽保证了 GH段线绳 ld仅在滑槽内滑动，对GH段线绳ld起到限位的作用。
如图3F所示，D连接头105的D板面1051上设有F滑槽1058，该F滑槽 1058至D连接头105的上端面设有F通孔1056，该F通孔1056用于CD段线 绳lb的D端穿过，且打结，从而实现CD段线绳lb的D端与D连接头105的连 接。该F滑槽1058用于CD段线绳lb在其内上下滑动，半圆形的滑槽保证了 CD 段线绳lb仅在滑槽内滑动，对CD段线绳lb起到限位的作用。
D连接头105的C板面1052上设有E滑槽1057，该E滑槽1057至D连接 头105的上端面设有E通孔1055，该E通孔1055用于AB段线绳la的B端穿 过，且打结，从而实现AB段线绳la的B端与D连接头105的连接。该E滑槽1057 用于AB段线绳la在其内上下滑动，半圆形的滑槽保证了 AB段线绳la仅在滑槽 内滑动，对AB段线绳la起到限位的作用。
D连接头105的B板面1053上设有D滑槽1054，该D滑槽1054用于EF 段线绳lc在其内上下滑动，半圆形的滑槽保证了 EF段线绳lc仅在滑槽内滑动， 对EF段线绳lc起到限位的作用。
(三) C套筒13
C套筒13的上端与C连接头103连接，C套筒13的下端与E连接头106连
接；
如图3A所示，C连接头103的一端为圆柱连接端1031 ，另一端为U形叉1032， U形叉1032连接在C套筒13的上端，圆柱连接端1031与第一节点板组件7中的 A万向节7a的A销孔7a-1连接，从而实现A伸缩臂1的上端与第一节点板组件7 的连接。如图3G所示，E连接头106上设有横板1064，并在横板1064上设有H通 孔1063，该H通孔1063用于EF段线绳lc的E端穿过，且打结，从而实现EF 段线绳lc的E端与E连接头106的连接。
E连接头106的A板面1065上设有D滑槽1061 ，该D滑槽1061至E连接 头106的上端面设有G通孔1062 ，该G通孔1062用于GH段线绳Id的H端穿 过，且打结，从而实现GH段线绳ld的H端与E连接头106的连接。
(四) A滑轮组件14 参见图3H、图31、图3J、图3K所示，A滑轮组件14包括有滑轮座141、挡
板142、滑轮轴143和滑轮144，
滑轮座141的上端设有A支臂1413和B支臂1412， A支臂1413上设有K 通孔1415， B支臂1412上设有J通孔1412。滑轮座141通过安装面1411将A 滑轮组件14安装在B套筒12的上端。
挡板142上设有A支臂1421和B支臂U22，A支臂1421上设有螺纹孔1423， B支臂1422上设有I通孔1424。
滑轮轴143上设有滑轮段1432、螺纹段1431。
A滑轮组件14通过滑轮轴43实现滑轮座141、挡板142和滑轮144之间的 安装，即滑轮轴143的螺纹段1431顺次穿过I通孔1424、J通孔1414、滑轮144、 K通孔1415后螺纹连接在螺纹孔1423上。
(五) D滑轮组件17
参见图3A、图3L、图3M所示，D滑轮组件17包括有D滑轮17a、 E滑轮 17b、 B滑轮轴174、 C滑轮轴175、 B挡板171、 D滑轮座172、销钉173;
D滑轮座172通过隔板1721分隔成两个空腔，即C空腔1722、D空腔1723， C空腔1722用于放置D滑轮17a, D空腔1723用于放置E滑轮17b;
D滑轮座172的后板面1726上设有J通孔172a;
D滑轮座172的底板面1727上设有K通孔172b，该K通孔172b用于销钉 173通过，销钉173的连接端连接在D万向节8a的销孔内；
D滑轮17a通过B滑轮轴174安装在D滑轮座172的A侧板面1724与隔板 1721之间；
12E滑轮17b通过C滑轮轴175安装在D滑轮座172的B侧板面1725与隔板1721之间；
B挡板171的一端安装在B侧板面1725上，且与C滑轮轴175的一端同轴，B挡板171的另一端安装在隔板1721上，且与C滑轮轴175的另一端同轴；
在本发明中，四段线绳(AB段线绳la、 CD段线绳lb、 EF段线绳lc、 GH段线绳ld)与四个滑轮组件(A滑轮组件14、 B滑轮组件15、 C滑轮组件16、 D滑轮组件17)的缠绕方式为
当A电机11A顺时针方向转动时，AB段线绳la的A端固连在线轮107的A线槽107a上，经B滑轮15a和D滑轮17a后，AB段线绳la的B端连接在D连接头105 (D连接头105与B套筒12的下端连接)上，从而实现第二级臂的伸长；GH段线绳Id的G端连接在与A连接头101 (A连接头101与A套筒11的上端连接)连接，经过E滑轮17b后GH段线绳Id的H端与E连接头106 (E连接头106与C套筒13的下端连接)连接，从而实现第三级臂的伸长。
当A电机IIA逆时针方向转动时，CD段线绳lb的C端固连在线轮107的B线槽107b上，经A滑轮14a后连接在D连接头105 (D连接头105与B套筒12的下端连接)上，从而实现第二级臂縮短；EF段线绳lc的F端连接在A连接头101(A连接头IOI与A套筒11的上端连接)上，经C滑轮16a后连接在E连接头106 (E连接头106与C套筒13的下端连接)上，从而实现第三级臂缩短。
参见图l、图2所示，第一节点板组件7的具体结构为
第一节点板组件7包括有A节点板74、 A万向节7a、 B万向节7b、 C万向节7c组成；A万向节7a、 B万向节7b和C万向节7c在底板面741上按照正三角分布安装。
A万向节7a的一端安装在A节点板74的底板面741上，A万向节7a的另一端连接在A伸缩臂1的C连接头103的圆柱连接端1031上；
B万向节7b的一端安装在A节点板74的底板面741上，B万向节7b的另一端连接在B伸缩臂1的C连接头的圆柱连接端上；
C万向节7c的一端安装在A节点板74的底板面741上，C万向节7c的另一端连接在C伸缩臂3的C连接头的圆柱连接端上。在本发明中，由于第二节点板组件8、第三节点板组件9、第四节点板组件IO与第一节点板组件7的结构相同，因此第二节点板组件8、第三节点板组件9、第四节点板组件10的连接关系与第一节点板组件7与A伸缩臂1的连接关系是相同的。
由于本发明的机器人采用了模块化的部件设计，因此，根据A伸缩臂1和第一节点板组件7的结构说明，能够推导得到其余三个伸缩臂、三个节点板组件的结构和连接关系。艮P:
第一节点板组件7中的A万向节7a与A伸缩臂1的C连接头103的圆柱连接端1031连接，A伸缩臂1的D滑轮组件17的销钉173连接在第二节点板组件8中的D万向节8a上。
第一节点板组件7中的B万向节7b与B伸縮臂2的C连接头的圆柱连接端连接，B伸縮臂2的D滑轮组件的销钉连接在第三节点板组件9中的G万向节9a上。
第一节点板组件7中的C万向节7c与C伸缩臂3的C连接头的圆柱连接端连接，C伸缩臂3的D滑轮组件的销钉连接在第四节点板组件10中的J万向节10a上。
第二节点板组件8中的E万向节8b与D伸缩臂4的C连接头的圆柱连接端连接，D伸缩臂4的D滑轮组件的销钉连接在第四节点板组件10中的K万向节(图l中未示出)上。
第二节点板组件8中的F万向节8c与E伸缩臂5的C连接头的圆柱连接端连接，E伸缩臂5的D滑轮组件的销钉连接在第三节点板组件9中的H万向节9b上。
第四节点板组件10中的L万向节10c与F伸缩臂6的C连接头C连接头的圆柱连接端连接，F伸缩臂6的D滑轮组件的销钉连接在第三节点板组件9中的I万向节9c上。
A电机11A安装在A伸缩臂1的底座104上；B电机12B安装在B伸缩臂2的底座上；C电机13C安装在C伸缩臂3的底座上；D电机14D安装在D伸缩臂4的底座上；E电机15E安装在E伸缩臂5的底座上；F电机16F安装在F伸缩臂6的底座上。
14为了保证万向节能够完全满足伸缩臂位姿变化的要求，本发明采用具备两个自由度的万向节与伸缩臂进行连接，从而实现伸缩臂的相对转动。
本发明设计的四面体翻滚机器人在运动过程中，四面体翻滚机器人的六根伸缩臂按照一定规律的伸缩，四面体的形状发生变化，重心位置随之而变，当重心超越其稳定区域时，四面体机器人失稳，进行翻滚。四面体的形状不断按照某一规律变化，只要满足失稳条件，就可以实现连续的翻滚行进。通过调整六根伸缩臂的运动形式(伸缩杆的个数、伸缩臂的速比、加速度比等)，可以实现四面体翻滚机器人的不同步态。
权利要求
1、一种具有并联机构的四面体翻滚机器人，其特征在于该机器人是由六根伸缩臂和四个节点板组件构成；四个节点板组件是指结构相同的第一节点板组件(7)、第二节点板组件(8)、第三节点板组件(9)和第四节点板组件(10)；每一个节点板组件由节点板和三个万向节组成，且三个万向节呈正三角形布局在节点板的底板面上；六根伸缩臂是指结构相同的A伸缩臂(1)、B伸缩臂(2)、C伸缩臂(3)、D伸缩臂(4)、E伸缩臂(5)和F伸缩臂(6)；每一个伸缩臂的两端分别连接在两个节点板组件的万向节上；所述机器人采用线绳、线轮、滑轮和电机的配合实现绳驱动；所述机器人的运动方式是利用了四面体失稳后倾翻的特点翻滚行进的。
2、 根据权利要求1所述的具有并联机构的四面体翻滚机器人，其特征在于A伸缩 臂(l)包括有A套筒(ll)、 B套筒(12)、 C套筒(13)、多个连接头和绳驱动组件； 绳驱动组件包括有A电机(l 1A)、AB段线绳(la)、CD段线绳(lb)、EF段线绳(lc)、 GH段线绳(ld)、 A滑轮组件(14)、 B滑轮组件(15)、 C滑轮组件(16)、 D滑轮组 件(17)、线轮(107);其中，A滑轮组件(14)、 B滑轮组件(15)和C滑轮组件(16) 的结构相同；A连接头(lOl)、 A套筒(ll)和底座(104)形成第一节臂；EF段线绳(lc)的F端 连接在A连接头(101)上；B连接头(102)、 B套倚(12)和D连接头(105)形成第二节臂；AB段线绳(la)的 B端连接在D连接头(105)上；C连接头(103)、 C套简(13)和E连接头(106)形成第三节臂；EF段线绳(lc)的 E端连接在E连接头(106)上；线轮(107)连接在A电机(11A)的输出轴上，线轮(107)上连接有AB段线绳(la) 的A端和CD段线绳(lb)的C端；A套筒(11)的上端与A连接头(101)连接，A套筒(ll)的下端与底座(104)连接；A连接头U01)的A板面(1016)的上端设有凸耳(1011)，凸耳(1011)上设有A通 孔(1012)，该A通孔(10l2)用于GH段线绳(ld)的G端穿过，且打结，从而实现 GH段线绳(ld)的G端与A连接头(101)的凸耳(1011)连接；A连接头(101)的B板 面(1017)的内壁上设有A滑槽(1014),且A滑槽(1014)至B板面(1017)的端面设有B通孔(1013)，该B通孔(1013)用于EF段线绳(lc)的F端由A滑槽(1014)向B通 孔(1013)穿过，且打结，从而实现EF段线绳(lc)的F端与A连接头(101)的B板面 U017)的连接；A滑槽(1014)用于EF段线绳(lc)在其内上下滑动，半圆形的滑槽保 证了EF段线绳(lc)仅在滑槽内滑动，对EF段线绳(lc)起到限位的作用；A连接头 (101)的C板面(1018)的内壁上设有B滑槽(1015)，该B滑衝1015)用于AB段线 绳(la)在其内上下滑动，半圆形的滑槽保证了 AB段线绳(la)仅在滑槽内滑动，对AB 段线绳(la)起到限位的作用；底座(104)上设有B空腔(1047)，该B空腔(1047)的一端安装有D滑轮组件(17)， 另一端安装有线轮U07);底座(104)的上板面(1041)上设有C通孔(1043)和凸台 (1042); C通孔(1043)用于A电机(11A)的输出轴通过后与线轮(107)连接，并通过 设在C通孔(1043)外缘的三个螺纹孔与螺钉的配合使A电机(l 1A)安装在上板面 (1041)的C通孔(1043)处;凸台(1042)内设有A空腔(1046)，该A空腔(1046)用于 安装C滑轮组件(16);凸台(1042)用于与A套筒(11)的下端连接；底座(104)的底板 面(1044)上设有D通孔(1045)，该D通孔(1045)用于D滑轮组件(17)的销钉穿过后 与D万向节(81)的销孔连接，从而实现A伸缩臂(l)与第二节点板组件(8)的连接；B套筒(12)的上端与B连接头(102)连接，B套筒(12)的下端与D连接头(105) 连接；B连接头(102)的A板面(1022)的内壁上设有C滑槽(1021)，该C滑槽(1021) 用于GH段线绳(ld)在其内上下滑动，半圆形的滑槽保证了 GH段线绳(ld)仅在滑槽 内滑动，对GH段线绳(ld)起到限位的作用；D连接头(105)的D板面(1051)上设有F滑槽(105S)，该F滑槽(1058)至D连 接头(105)的上端面设有F通孔(1056),该F通孔(1056)用于CD段线绳(lb)的D端 穿过，且打结，从而实现CD段线绳(lb)的D端与D连接头(105)的连接；该F滑槽 (1058)用于CD段线绳(lb)在其内上下滑动，半圆形的滑槽保证了CD段线绳(lb) 仅在滑槽内滑动，对CD段线绳(lb)起到限位的作用;D连接头(105)的C板面(1052) 上设有E滑槽(1057)，该E滑槽(1057)至D连接头(105)的上端面设有E通孔 (1055)，该E通孔(1055)用于AB段线绳(la)的B端穿过，且打结，从而实现AB 段线绳(la)的B端与D连接头(105)的连接；该E滑槽(1057)用于AB段线绳(la) 在其内上下滑动，半圆形的滑槽保证了AB段线绳(la)仅在滑槽内滑动，对AB段线 绳(la)起到限位的作用；D连接头(105)的B板面(1053)上设有D滑槽(1054)，该D滑衝1054)用于EF段线绳(lc)在其内上下滑动，半圆形的滑槽保证了EF段线绳(lc)仅在滑槽内滑动，对EF段线绳(lc)起到限位的作用；C套筒(13)的上端与C连接头(103)连接，C套筒(13)的下端与E连接头(106)连接；C连接头(103)的一端为圆柱连接端(1031)，另一端为U形叉(1032)， U形叉U032)连接在C套筒(13)的上端，圆柱连接端(1031)与第一节点板组件(7)中的A万向节(7a)的A销孔(7a-l)连接，从而实现A伸缩臂(1)的上端与第一节点板组件(7)的连接；E连接头(106)上设有横板(1064)，并在横板(1064)上设有H通孔(1063)，该H通孔(1063)用于EF段线绳(lc)的E端穿过，且打结，从而实现EF段线绳(lc)的E端与E连接头(106)的连接；E连接头(106)的A板面(1065)上设有D滑槽(1061)，该D滑槽(1061)至E连接头(106)的上端面设有G通孔(1062)，该G通孔(1062)用于GH段线绳(ld)的H端穿过，且打结，从而实现GH段线绳(ld)的H端与E连接头(106)的连接；A滑轮组件(14)包括有滑轮座(141)、挡板(142)、滑轮轴(143)和滑轮(144);滑轮座(141)的上端设有A支臂(1413)和B支臂(1412)， A支臂(1413)上设有K通孔(1415)， B支臂(1412)上设有J通孔(1412);滑轮座(141)通过安装面(1411)将A滑轮组件(14)安装在B套筒(12)的上端；挡板(142)上设有A支臂(1421)和B支臂(1422)， A支臂(1421)上设有螺纹孔(1423), B支臂(1422)上设有I通孔(1424);滑轮轴(143)上设有滑轮段(1432)、螺纹段(1431);D滑轮组件(17)包括有D滑轮(17a)、 E滑轮(17b)、 B滑轮轴(174)、 C滑轮轴(175)、 B挡板(171)、 D滑轮座(172)、销钉(173); D滑轮座(172)通过隔板(1721)分隔成两个空腔，即C空腔(1722)、 D空腔(1723)， C空腔(1722)用于放置D滑轮(17a)， D空腔(1723)用于放置E滑轮(17b); D滑轮座(172)的后板面(1726)上设有J通孔(172a);D滑轮座(172)的底板面(1727)上设有K通孔(172b)，该K通孔(172b)用于销钉(173)通过，销钉(l73)的连接端连接在D万向节(8a)的销孔内；D滑轮(17a)通过B滑轮轴(174)安装在D滑轮座(172)的A侧板面(1724)与隔板(1721)之间；E滑轮(17b)通过C滑轮轴(175)安装在D滑轮座(172)的B侧板面(1725)与隔板(1721)之间；B挡板(171)的一端安装在B侧板面(1725)上，且与C滑轮轴(175)的一端同轴，B挡板(171)的另一端安装在隔板(1721)上，且与C滑轮轴(175)的另一端同轴。
3、根据权利要求1或2所述的具有并联机构的四面体翻滚机器人，其特征在于A伸缩臂1采用了三个套筒的嵌套方式。
4、 根据权利要求1或2所述的具有并联机构的四面体翻滚机器人，其特征在于第一节臂相对于第二节臂是不动的，A电机(11A)驱动第二节臂运动，由此将第二节臂的运动作为动力源来带动第三节臂(lc)运动，从而实现第二节臂、第三节臂的伸缩。
5、 根据权利要求1或2所述的具有并联机构的四面体翻滚机器人，其特征在于利用A电机(11A)的正转、反转来使缠绕在线轮(107)上的线绳收短或放长实现第二节臂、第三节臂的运动。
6、 根据权利要求1或2所述的具有并联机构的四面体翻滚机器人，其特征在于当A电机(11A)顺时针方向转动时，AB段线绳(la)的A端固连在线轮(107)的A线槽(107a)上，经B滑轮(15a)和D滑轮(17a)后，AB段线绳(la)的B端连接在D连接头(105)上，从而实现第二级臂的伸长；GH段线绳(ld)的G端连接在与A连接头(101)连接，经过E滑轮(17b)后GH段线绳(ld)的H端与E连接头(106)连接，从而实现第三级臂的伸长。
7、 根据权利要求1或2所述的具有并联机构的四面体翻滚机器人，其特征在于当A电机(l 1A)逆时针方向转动时，CD段线绳(lb)的C端固连在线轮(107)的B线槽(107b)上，经A滑轮(14a)后连接在D连接头(105)上，从而实现第二级臂缩短；EF段线绳(lc)的F端连接在A连接头(101)上，经C滑轮(16a)后连接在E连接头(106)上，从而实现第三级臂缩短。
8、 根据权利要求1所述的具有并联机构的四面体翻滚机器人，其特征在于第一节点板组件(7)包括有A节点板(74)、 A万向节(7a)、 B万向节(7b)、 C万向节(7c)组成；A万向节(7a)、 B万向节(7b)和C万向节(7c)在底板面(741)上按照正三角分布安装；A万向节(7a)的一端安装在A节点板(74)的底板面(741)上，A万向节(7a)的另一端连接在A伸缩臂(l)的C连接头(103)的圆柱连接端(1031)上；B万向节(7b)的一端安装在A节点板(74)的底板面(741)上，B万向节(7b)的另一端连接在B伸縮臂(l)的C连接头的圆柱连接端上；C万向节7c的一端安装在A节点板74的底板面741上，C万向节7c的另一端连接在C伸缩臂3的C连接头的圆柱连接端上。
9、 根据权利要求1或8所述的具有并联机构的四面体翻滚机器人，其特征在于万向节采用具备两个自由度的万向节。
全文摘要
本发明的一种具有并联机构的四面体翻滚机器人，是由六根伸缩臂和四个节点板组件构成，所述的每一个节点板组件由节点板和三个万向节组成，且三个万向节呈正三角形布局在节点板的底板面上。六根伸缩臂的结构相同，并采用绳驱动方式。每一个伸缩臂的两端分别连接在两个节点板组件的万向节上。四个节点板组件的结构相同，每一个节点板组件中的三个万向节分别与三个伸缩臂的一端连接。本发明机器人在驱动方式上通过线绳、线轮、滑轮和电机的配合可以改变运动形式以适应不同的环境，具有较大的运动灵活性，丰富的运动形式使该机器人可以从容面对各种类型的障碍，并且不用考虑稳定性的问题。
文档编号B25J9/00GK101664926SQ200910093258
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月24日 优先权日2009年9月24日
发明者张利格, 毕树生 申请人:北京航空航天大学