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专利号: 2019105285147
申请人: 北京工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 无轨陆用车辆
更新日期:2023-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种行走和滚动功能的仿蜥蜴机器人,其特征在于,包括行走模块(1)、躯干模块(2)、变形模块(3)、缓冲模块(4);

行走模块(1)包括6个完全相同的腿结构(11),腿结构(11)包括行走电机(111)、行走电机支架(112)、腿连接块(113)、腿(114)共四个部分;腿(114)为半环状结构;各个构件之间的连接关系为:行走电机(111)与行走电机支架(112)固连;行走电机(111)的主轴穿过行走电机支架(112)中间的孔与腿(114)半环状结构的一端通过腿连接块(113)固连,行走电机(111)的主轴与腿(114)半环状结构的轴平行,可以实现腿(114)与行走电机支架(112)的相对转动;

躯干模块(2)包括2个侧躯干结构(21)、1个中躯干结构(22)共三部分;

侧躯干结构(21)包括侧躯干(211)、变形电机(212)、变形电机支架(213)、转轴支架(214)共四个部分,侧躯干(211)为长方形结构的平板,沿长度方向分为三个部分即两端部分侧躯干和中间部分侧躯干,两端部分侧躯干和中间部分侧躯干的连接处的侧面均设有侧躯干凹槽(215);各个构件之间的连接关系为:变形电机(212)通过变形电机支架(213)固定到中间部分侧躯干的板面上,中间部分侧躯干的板面上安装有两组变形电机(212),两组变形电机(212)均并排安装到中间部分侧躯干的板面上两侧,两组变形电机(212)和变形电机支架(213)同向安装且变形电机(212)的轴向与侧躯干结构(21)的长度方向一致;两端部分侧躯干的板面上的两侧均各设有一个转轴支架(214);

中躯干结构(22)包括中躯干(221)、变形电机(212)、变形电机支架(213)、转轴支架(214)共四个部分,中躯干(221)为长方形结构的平板,沿长度方向分为三个部分即两端部分中躯干和中间部分中躯干,两端部分中躯干和中间部分中躯干的连接处的侧面均设有中躯干凹槽(216);各个构件之间的连接关系为:变形电机(212)通过变形电机支架(213)固定到中间部分中躯干的板面上,中间部分中躯干的板面上安装有两组变形电机(212),两组变形电机(212)均安装到中间部分中躯干的板面上两个对角处,两组变形电机(212)的轴相向且与侧躯干结构(21)的长度方向平行;两端部分中躯干的板面上的两侧均各设有一个转轴支架(214);侧躯干(211)长方形平板结构的长度方向与中躯干(221)长方形平板结构的长度方向一致,且侧躯干(211)长方形平板结构的宽度大于与中躯干(221)长方形平板结构的宽度;

变形模块(3)包括两组完全相同的变形结构(31)。变形结构(31)包括短杆折展机构(311)、长连接杆(312)、短连接杆(313)、内部直折杆(314),外部弧折杆(315),所述的弧折杆为弧形结构的杆;长连接杆(312)的长度大于短连接杆(313)长度的2倍;展开时各个构件之间的连接关系为:五个长连接杆(312)并列平行且长度方向与侧躯干(211)长方形平板结构的长度方向一致;五个长连接杆(312)依次称为第一长连接杆、第二长连接杆、第三长连接杆、第四长连接杆、第五长连接杆;前端三个长连接杆(312)即第一长连接杆、第二长连接杆、第三长连接杆,其中每个长连接杆下方平行对应两个短连接杆(313),此两个短连接杆(313)同轴,且此两个短连接杆(313)之间具有空隙;每个短连接杆的两端分别各通过一个短杆折展机构(311)与上方其所对应的长连接杆可轴转动的连接在一起,即短杆折展机构(311)相对于所连接的长连接杆、短连接杆均可转动;第一长连接杆与第二长连接杆之间、第二长连接杆与第三长连接杆之间、第三长连接杆与第四长连接杆之间分别各通过四个并排的外部弧折杆(315)连接,外部弧折杆(315)均垂直与各长连接杆,且外部弧折杆(315)相对于所连接的长连接杆可进行转动;第一长连接杆、第二长连接杆、第三长连接杆、第四长连接杆位于一个平面A内,所有的短连接杆(313)位于一个平面B内,第五长连接杆位于平面B内,平面A与平面B平行;第四长连接杆与第五长连接杆之间采用四个均匀分布的短杆折展机构(311)进行可轴转动的连接在一起,即短杆折展机构(311)相对于所连接的第四长连接杆与第五长连接杆均可转动;

在平面B内任意的长度方向并列且相邻的两个短连接杆(313)之间均采用内部直折杆(314)连接在一起,优选采用两个并列平行的内部直折杆(314)进行连接;内部直折杆(314)相对于两端所连接的短连接杆(313)可转动;第三长连接杆下方对应的短连接杆(313)与第五长连接杆之间同样采用内部直折杆(314)连接在一起;

缓冲模块(4)包括弹簧系统(41)、壳体(42);壳体(42)为外侧为圆柱弧面结构;弹簧系统(41)一端固定到外部弧折杆(315)上,弹簧系统(41)的另一端与壳体(42)固连;第一长连接杆与第二长连接杆之间对应的上方、第二长连接杆与第三长连接杆之间对应的上方、第三长连接杆与第四长连接杆之间对应的上方各对应一个壳体(42);

每个变形模块对应一个侧躯干结构(21),第二长连接杆下方对应的一个短连接杆、第三长连接杆下方对应的一个短连接杆分别各自与下面同一个侧躯干结构(21)上的变形电机的轴固定连接;两个变形模块共用一个中躯干结构(22),两个变形模块的第一长连接杆相对,一个第一长连接杆下方相对应的一个短连接杆与下面中躯干结构(22)上的一个变形电机的轴固定连接,另一个第一长连接杆下方相对应的一个短连接杆与下面中躯干结构(22)上的另一个变形电机的轴固定连接;

各短连接杆分别由一个转轴支架(214)进行支撑;

侧躯干(211)长方形结构的平板下底面长度方向的两端、中躯干(221)长方形结构的平板下底面长度方向的两端分别各自固定连接一个行走模块(1)中的行走电机支架(112)。

2.按照权利要求1所述的一种行走和滚动功能的仿蜥蜴机器人,其特征在于,弹簧系统(41)包括弹簧柱下(411)、弹簧(412)、弹簧端盖(413)、弹簧柱上(414);弹簧柱下(411)的下端与外部弧折杆(315)固定在一起,弹簧柱下(411)的上端这有一空腔体,弹簧(412)置于弹簧柱下(411)的空腔体中;弹簧柱上(414)为T型结构,弹簧柱上(414)的末端置于弹簧柱下(411)的腔体中与弹簧(412)对接可以对弹簧施压;弹簧端盖(413)与弹簧柱下(411)的顶端固连,避免弹簧柱上(414)的末端运动出弹簧柱下(411)的腔体。

3.按照权利要求1所述的一种行走和滚动功能的仿蜥蜴机器人,其特征在于,所有的变形电机(212)均位于所有同轴短连接杆(313)之间的空隙组成的空隙道内。

4.按照权利要求1所述的一种行走和滚动功能的仿蜥蜴机器人,其特征在于,侧躯干凹槽(215)、中躯干凹槽(216)分别让对应位置的内部直折杆(314)穿行弯折。

5.按照权利要求1所述的一种行走和滚动功能的仿蜥蜴机器人,其特征在于,机器人在行走时,变形模块呈展开状,通过行走电机(111)驱动腿(114)转动,每个瞬时均有三组位于不同侧且非同一躯干的腿结构(11)同时着地,交替进行实现行走功能;

机器人滚动时,变形模块(3)通过躯干模块(2)中的侧躯干(211)和中躯干(221)上的变形电机(212),驱动变形模块(3)中变形结构(31)的短连接杆(313)变形为半圆柱形,两个变形结构(31)通过变形组成一个圆柱体;同时,由于缓冲模块(4)中的壳体(42)由于与变形模块(3)固连,也通过变形形成一个圆柱体;行走电机(111)驱动腿(114)转动,每个瞬时均有两组位于不同侧但安装于同一躯干的腿结构(11)同时与地面接触,为机器人提供接触反力,迫使机器人相对地面滚动;滚动过程中,弹簧系统(41)受迫变形吸收能量,避免机器人与地面的刚性碰撞。