[發明專利]一種輪?腿復合球面并聯機構

有效

• 申請號: 201610127190.2
• 申請日: 2016-03-07
• 公開（公告）號: CN105583808B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 陳原;桑董輝;王康玲;高軍
• 申請（專利權）人: 山東大學(威海)
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 北京恩赫律師事務所11469
• 代理人: 趙文成

技術領域

本發明涉及機器人領域，特別是指一種輪-腿復合球面并聯機構。

背景技術

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機器人(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境。輪-腿復合移動方式兼有輪式移動的高效性及腿式移動的良好越障性能，是復合式當中研究較多的一種。但遺憾的是，現有輪-腿復合移動方式只實現了輪子和腿足間功能上的簡單組合，而結構上兩者是完全獨立的，并沒有融合為一體，因此它們在不同地形條件下實現不同移動方式間的轉換，一般還須增加專門的輔助機構，這樣使得腿機構更加復雜且不夠靈活。

更為嚴重的是，大多數輪-腿復合式腿機構采用串聯機構，這樣不僅使關節驅動電機密閉封裝困難，而且存在轉彎半徑小、自重負荷比大和姿態單調等不足之處。與一般輪-腿復合移動方式不同，并聯多腿足姿態調整的輪-腿復合移動方式除了能提供輪子轉動驅動外，還能根據機器人移動操縱任務需求產生其它多維方向上的輪子空間姿態調整運動，從而使海洋移動機器人能以形態各異的輪子空間姿態自適應海洋環境，這極大地提高了機器人的地形適應和避障能力。少自由度并聯機構具有自由度少、剛度重量比大、運動姿態豐富、動態性能和承載能力強等優點，為此提出基于少自由度輪-腿復合式并聯腿機構創新設計理念。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種輪-腿復合球面并聯機構及具有該機構的水下機器人，其能夠實現輪腿多姿態的球面工作空間，提高水下機器人轉向和越障能力。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一方面，提供一種輪-腿復合球面并聯機構，包括靜平臺和動平臺，其中：

所述靜平臺為半圓形，所述動平臺為方塊形；

所述靜平臺的一端和所述動平臺的一端之間依次設置有第一轉動副、第一萬向節、第一螺旋副和第二萬向節，從而形成第一RUHU運動支鏈，其中所述第一轉動副由設置在所述靜平臺上的第一電機驅動；

所述靜平臺的上端和所述動平臺的上端之間依次設置有第二轉動副、第三萬向節、第二螺旋副和第四萬向節，從而形成第二RUHU運動支鏈，其中所述第二轉動副由設置在所述靜平臺上的第二電機驅動；

所述靜平臺的另一端和所述動平臺的另一端之間依次設置有第三轉動副、第五萬向節、移動副和第四轉動副，從而形成RUPR運動支鏈，其中所述第三轉動副的一端固定設置在所述靜平臺上；

所述靜平臺的中部設置有第一傳動軸，所述動平臺的中部設置有第二傳動軸，所述第一傳動軸和第二傳動軸之間設置有第六萬向節，從而形成RUR中間運動傳遞支鏈，所述第二傳動軸的末端設置有輪子。

另一方面，提供一種水下機器人，包括機器人外殼，所述機器人外殼的下部設置有上述的輪-腿復合球面并聯機構，所述機器人外殼內設置有主軸電機，所述主軸電機驅動連接所述輪-腿復合球面并聯機構的第一傳動軸。

進一步的，所述輪-腿復合球面并聯機構的數量為4個，對稱前后分布在所述機器人外殼的兩側，形成四足機器人。

進一步的，所述機器人外殼的上部設置有升降螺旋槳，所述機器人外殼的后部設置有推進螺旋槳。

本發明具有以下有益效果：

本發明中，兩條RUHU運動支鏈及RUR中間運動支鏈共同構成了一種新型的球面二自由度的輪-腿復合并聯機構。本發明利用新型球面并聯機構改變了輪的空間運動姿態，從而實現了水下機器人行走時的轉向和越障的姿態調整動作；該并聯機構只有兩個自由度，三條支鏈，結構簡單，控制方便；中間運動傳遞支鏈實現了主軸電機與輪之間的旋轉運動傳遞。該球面并聯機構與輪有機結合，實現了單機構多姿態的運動功能，與傳統的串聯機構相比，省去了很多關節和驅動，使水下機器人的輪-腿復合結構更加緊湊，同時該機構可單套安裝使用，具有模塊化應用、便于批量生產的優點；本發明的輪-腿復合球面并聯機構在雙電機的控制下能夠實現精確控制，響應速度快，使輪子快速實現各種姿態的調整。

附圖說明

圖1為本發明的輪-腿復合球面并聯機構的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

一方面，本發明提供一種輪-腿復合球面并聯機構，如圖1所示，包括靜平臺2和動平臺9，其中：

靜平臺2為半圓形，動平臺9為方塊形；