[發(fā)明專利]一種多運(yùn)動模式的移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910352735.3
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110076754B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張春燕;蔣新星;謝明娟;陳致;朱錦翊
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31293
• 代理人: 姜曉艷

本發(fā)明屬于運(yùn)動控制的技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種多運(yùn)動模式的移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括平行四邊形結(jié)構(gòu)的上平臺和下平臺，所述上平臺與下平臺平行設(shè)置，兩者之間設(shè)置有多條支鏈，多條所述支鏈彼此平行設(shè)置，包括三個轉(zhuǎn)動副和一個移動副，其首尾端通過舵機(jī)與上平臺和下平臺相連，所有所述轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸的軸向中心線均相互平行，且與上平臺或者下平臺的同一邊平行。還公開了一種多運(yùn)動模式的移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制方法，通過多個所述舵機(jī)控制對應(yīng)的第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動，帶動對應(yīng)的第三轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動，從而控制對應(yīng)支鏈不斷地彎曲和拉直，實(shí)現(xiàn)上平臺和下平臺的交替著地，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)的滾動模式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及運(yùn)動控制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多運(yùn)動模式的移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)及其控制方法。

背景技術(shù)

隨著機(jī)器人的發(fā)展熱潮，移動機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用于很多領(lǐng)域，例如搶險救災(zāi)、太空探索、軍事偵察、以及自主排爆等自主作業(yè)任務(wù)，作業(yè)環(huán)境往往是平坦與崎嶇共存的多重特征任務(wù)環(huán)境，單一運(yùn)動方式的機(jī)器人已無法適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境，因此，多模式移動機(jī)構(gòu)是當(dāng)今移動機(jī)器人發(fā)展的需求。

目前，將多種移動方式如全姿態(tài)滾動、四足行走在同一個機(jī)構(gòu)上集成和切換的機(jī)構(gòu)，如美國NASA資助研制了“丹蒂”八足行走機(jī)器人，波士頓動力公司研制了一種四足機(jī)器人BigDog，雖然以上機(jī)器人具有多種運(yùn)動模式，但其以模塊化自重構(gòu)方式實(shí)現(xiàn)多運(yùn)動模式，具有控制復(fù)雜、剛度、精度不足以及穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)。此外，由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度高、精度高、承載力大的特點(diǎn)及其固有屬性，將其應(yīng)用于多模式移動機(jī)構(gòu)中的研究很少，因此，開發(fā)一種剛度好且控制簡單的多模式步滾移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)極具現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種多運(yùn)動模式的移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)及控制方法，解決了現(xiàn)有多運(yùn)動模式的機(jī)器人，控制復(fù)雜、剛度、精度不足以及穩(wěn)定性較差等問題。

本發(fā)明可通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種多運(yùn)動模式的移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括平行四邊形結(jié)構(gòu)的上平臺和下平臺，所述上平臺與下平臺平行設(shè)置，兩者之間設(shè)置有多條支鏈，多條所述支鏈彼此平行設(shè)置，包括三個轉(zhuǎn)動副和一個移動副，其首尾端通過舵機(jī)與上平臺和下平臺相連，所有所述轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸的軸向中心線均相互平行，且與上平臺或者下平臺的同一邊平行。

進(jìn)一步，所述舵機(jī)設(shè)置有多個，分布設(shè)置在上平臺和下平臺相對的一面的四個角上，所述上平臺的舵機(jī)與支鏈?zhǔn)锥说牡谝晦D(zhuǎn)動副相連，所述下平臺的舵機(jī)與支鏈尾端的第二轉(zhuǎn)動副相連，所述第一轉(zhuǎn)動副通過移動副與第三轉(zhuǎn)動副相連，所述第三轉(zhuǎn)動副通過連桿與第二轉(zhuǎn)動副相連。

進(jìn)一步，所述移動副設(shè)置為電動伸縮桿。

一種基于上文所述的多運(yùn)動模式的移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制方法，利用設(shè)置在上平臺和下平臺上的多個舵機(jī)之間的協(xié)同作業(yè)控制多條支鏈的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)的滾動、行走和越障模式及其模式之間的切換。

進(jìn)一步，通過多個所述舵機(jī)控制對應(yīng)的第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動，帶動對應(yīng)的第三轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動，從而控制對應(yīng)支鏈不斷地彎曲和拉直，實(shí)現(xiàn)上平臺和下平臺的交替著地，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)的滾動模式。

進(jìn)一步，滾動模式的控制方法包括以下步驟：

將所述上平臺的四個舵機(jī)依次順時標(biāo)記為M1、M2、M3和M4，對應(yīng)舵機(jī)M1、M2、M3和M4，所述下平臺的四個舵機(jī)依次標(biāo)記為M5、M6、M7和M8，滾動模式的初始狀態(tài)設(shè)置為鎖定四個移動副，下平臺著地，與之相連的四個支鏈垂直于上平臺和下平臺站立，

步驟一、通過舵機(jī)M5、M6、M7和M8控制對應(yīng)的第二轉(zhuǎn)動副向滾動方向同時轉(zhuǎn)動，帶動對應(yīng)的第三轉(zhuǎn)動副同時轉(zhuǎn)動，使對應(yīng)的連桿與移動副之間產(chǎn)生夾角，直至整個移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)的重心超過下平臺的邊界；

步驟二、通過舵機(jī)M1、M2、M3和M4控制對應(yīng)的第一轉(zhuǎn)動副向滾動方向同時轉(zhuǎn)動，帶動對應(yīng)的第三轉(zhuǎn)動副同時轉(zhuǎn)動，直至對應(yīng)的連桿與移動副處于同一直線上；