[發(fā)明專利]一種六桿三十索的柔性張拉整體機(jī)器人

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810003528.2
• 申請(qǐng)日: 2018-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN108082318A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏凱;吳林桐;田雨;張立元;韓梓騰;李鑫杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B62D57/02
• 分類號(hào): B62D57/02;B62D57/032
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種六桿三十索的柔性張拉整體機(jī)器人，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。該機(jī)器人包括三對(duì)兩兩平行的電動(dòng)推桿、24根彈性?剛性復(fù)合索和6根彈性索。每對(duì)平行電動(dòng)推桿端部通過彈性索相連形成三個(gè)相互垂直且中心重合的平面，將12個(gè)頂點(diǎn)分別與周圍的不同面的四個(gè)點(diǎn)通過彈性?剛性復(fù)合索相連，構(gòu)成骨架結(jié)構(gòu)。中控芯片和電池通過附加繩索懸掛于結(jié)構(gòu)中部空腔，并保留空間留作擴(kuò)展功能使用。采用單片機(jī)，接收紅外信號(hào)，并控制6根電動(dòng)桿伸縮從而實(shí)現(xiàn)重心移動(dòng)跨越接地三角形的一邊實(shí)現(xiàn)自然翻滾并定向移動(dòng)；本發(fā)明機(jī)器人在同等條件和能力下實(shí)現(xiàn)更小的體積，更適合代替人力前往特殊地形的探測(cè)活動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種六桿三十索的柔性張拉整體機(jī)器人。

背景技術(shù)

張拉整體結(jié)構(gòu)是一類輕質(zhì)、網(wǎng)格狀的空間結(jié)構(gòu)體系，由預(yù)拉伸的繩單元和預(yù)壓縮的桿單元相互連接而成。張拉整體結(jié)構(gòu)可以輕松改變自身結(jié)構(gòu)情況，在較復(fù)雜受力情況下仍然能夠保持平衡狀態(tài)，并且可以通過改變單元長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)重心轉(zhuǎn)移從而實(shí)現(xiàn)定向移動(dòng)。傳統(tǒng)行走機(jī)器人多通過輪子履帶等實(shí)現(xiàn)行走，在不平整路段限制較大，容錯(cuò)率低。為此，本發(fā)明公開一種六桿三十索的柔性張拉整體結(jié)構(gòu)機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種六桿三十索的柔性張拉整體機(jī)器人，該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操控方便，并且通過滾動(dòng)的方式進(jìn)行移動(dòng)，并且內(nèi)部空腔可以加載功能性模塊實(shí)現(xiàn)其他功能。

該機(jī)器人包括三對(duì)兩兩平行的電動(dòng)推桿、24根彈性-剛性復(fù)合索和6根彈性索，每對(duì)平行電動(dòng)推桿端部通過彈性索相連形成三個(gè)相互垂直且中心重合的平面，將平面的12個(gè)頂點(diǎn)分別與周圍的不同面的四個(gè)點(diǎn)通過彈性-剛性復(fù)合索相連，構(gòu)成骨架結(jié)構(gòu)；中控芯片和電池通過附加繩索懸掛于結(jié)構(gòu)中部空腔。

其中，中控芯片采用arduino或者stm32，接收紅外信號(hào)，并控制6根電動(dòng)桿伸縮從而實(shí)現(xiàn)重心移動(dòng)以及定向移動(dòng)。

每?jī)筛妱?dòng)推桿反向?qū)ΨQ放置以保持平衡，電動(dòng)推桿伸長(zhǎng)比大于1.4。

每一個(gè)電動(dòng)推桿在底部均設(shè)有直流電機(jī)，向外引出電機(jī)線連接設(shè)置在電動(dòng)推桿中部的繼電器控制電路，由懸掛在中部空腔的電池和中控芯片控制。

彈性-剛性復(fù)合索包括柔性索單元和剛性索單元，柔性索具有彈性，剛性索按照最大伸長(zhǎng)狀態(tài)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，使機(jī)器人在伸長(zhǎng)狀態(tài)保持高度預(yù)應(yīng)力狀態(tài)從而維持結(jié)構(gòu)形態(tài)。

本發(fā)明機(jī)器人工作過程為：

由于6桿30索張拉整體機(jī)器人具有很高的對(duì)稱性，可以根據(jù)機(jī)器人落地點(diǎn)的關(guān)系，將機(jī)器人的20個(gè)落地形態(tài)分為兩種形態(tài)即為等邊三角形(RT)和等腰三角形(IT)。利用桿的伸縮，可以實(shí)現(xiàn)RT-IT、IT-RT、IT-RT-IT之間的相互轉(zhuǎn)換，并可以控制其方向，從而實(shí)現(xiàn)其移動(dòng)的功能。

當(dāng)在RT狀態(tài)下，三個(gè)落地點(diǎn)的人以一根電動(dòng)推桿的收縮都能夠引起重心越過等邊三角形的邊并實(shí)現(xiàn)自然翻滾，之后將相應(yīng)的桿伸長(zhǎng)可以得到IT的狀態(tài)，IT狀態(tài)下，收縮兩根對(duì)稱桿中的一根或收縮兩根對(duì)稱桿中的一根和單獨(dú)著地的桿可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人中心越過等腰三角形的收縮桿對(duì)應(yīng)的等腰邊從而實(shí)現(xiàn)自然翻滾并得到RT狀態(tài)。每一次這樣的移動(dòng)都可以實(shí)現(xiàn)某一特定方向的位移，不斷地疊加累計(jì)便可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的可控移動(dòng)。

柔性張拉整體機(jī)器人可以通過預(yù)先給定的程序進(jìn)行伸縮移動(dòng)亦可通過紅外遙控器或其他任何無線傳輸方案控制下進(jìn)行人為干預(yù)或者人為操作翻滾移動(dòng)。控制板在特有的中部空腔內(nèi)，仍能夠使得結(jié)構(gòu)保持高度的對(duì)稱性從而能夠用簡(jiǎn)單的方法不斷操控實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：