可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人，包括：安裝平臺，安裝平臺上設(shè)有功能性工具組件；至少三個活動連接組件，至少三個活動連接組件沿安裝平臺的周向間隔開分布，每個活動連接組件的上端與安裝平臺相連，每個活動連接組件的至少一部分相對于安裝平臺可活動，以帶動安裝平臺運動；至少三個驅(qū)動輪，至少三個驅(qū)動輪一一對應(yīng)設(shè)在至少三個活動連接組件的下端，每個活動連接組件與安裝平臺和驅(qū)動輪中的至少一個可樞轉(zhuǎn)地相連，以使安裝平臺相對于所述驅(qū)動輪可樞轉(zhuǎn)；控制器，控制器與功能性工具組件和驅(qū)動輪相連。根據(jù)本發(fā)明實施例的移動機器人可以姿態(tài)調(diào)整性好且移動控制性好，并且具有一定的操作功能。
【專利說明】
可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機器人領(lǐng)域，特別涉及一種可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]在機器人領(lǐng)域，移動機器人是研究的熱點之一，應(yīng)用在工業(yè)制造、醫(yī)療服務(wù)、教育娛樂、救災(zāi)救援、深空深海探測等多個方面，可以協(xié)助人類的工作或者代替人類在危險環(huán)境中作業(yè)，大大提高了工作效率和工作安全性。
[0003]相關(guān)技術(shù)中的移動機器人以普通輪式、履帶式和腿足式為主。其中，普通輪式和履帶式移動機器人移動能力較強，但姿態(tài)調(diào)整能力低;腿足式機器人移動能力較差，移動的控制也很復(fù)雜，姿態(tài)調(diào)整能力低。所以，相關(guān)技術(shù)中的移動機器人還不能夠兼顧具有較好的移動能力、姿態(tài)調(diào)整能力以及高剛度等優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出了一種可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人，所述移動機器人可以獲得期望空間位姿，姿態(tài)調(diào)整性好且移動控制性好，并且可以實現(xiàn)一定的操作功能。
[0005]根據(jù)本發(fā)明實施例的可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人，包括:安裝平臺，所述安裝平臺上設(shè)有功能性工具組件;至少三個活動連接組件，至少三個所述活動連接組件沿所述安裝平臺的周向間隔開分布，每個所述活動連接組件的上端與所述安裝平臺相連，每個所述活動連接組件的至少一部分相對于所述安裝平臺繞沿水平方向延伸的軸線可樞轉(zhuǎn)，以帶動所述安裝平臺運動；至少三個驅(qū)動輪，至少三個所述驅(qū)動輪一一對應(yīng)設(shè)在至少三個所述活動連接組件的下端，每個所述活動連接組件與所述安裝平臺和所述驅(qū)動輪中的至少一個可樞轉(zhuǎn)地相連，以使所述安裝平臺相對于所述驅(qū)動輪可樞轉(zhuǎn);控制器，所述控制器與所述功能性工具組件和所述電機相連，以控制所述功能性工具組件和所述驅(qū)動輪工作。
[0006]根據(jù)本發(fā)明實施例的移動機器人可以實現(xiàn)空間中三個移動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度，獲得期望的安裝平臺的空間位姿，控制調(diào)節(jié)方便且移動靈活，能夠兼顧實現(xiàn)良好的行走和操作的性能，姿態(tài)調(diào)整性好且移動控制性好，并且功能性工具組件可以在控制器的控制下實現(xiàn)一定的功能，例如操作、抓持、加工等功能。
[0007]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的移動機器人還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，每個所述驅(qū)動輪包括:底座，所述底座與所述活動連接組件相連;兩個全向輪，兩個所述全向輪分別與所述底座可樞轉(zhuǎn)地相連，兩個所述全向輪的樞轉(zhuǎn)軸線垂直，每個所述全向輪上設(shè)有驅(qū)動其運行的電機。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，每個所述活動連接組件與所述安裝平臺和所述驅(qū)動輪中的至少一個通過球鉸相連。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述活動連接組件包括:輸入件，所述輸入件與所述驅(qū)動輪相連;輸出件，所述輸出件與所述安裝平臺相連，所述輸入件與所述驅(qū)動輪以及所述輸出件與所述安裝平臺的至少一個可樞轉(zhuǎn)地相連;連接件，所述連接件連接在所述輸入件與所述輸出件之間且所述連接件的兩端分別與所述輸入件和所述輸出件繞沿水平方向延伸的軸向可樞轉(zhuǎn)地相連。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述輸入件形成為輸入桿，所述輸出件形成為輸出桿，所述輸入桿和所述輸出桿平行設(shè)置，所述連接件包括兩個平行設(shè)置的連接桿，兩個所述連接桿的兩端分別與所述輸出桿和輸入桿可樞轉(zhuǎn)地相連。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述輸入桿和所述輸出桿上分別設(shè)有裝配槽，所述連接桿的兩端分別插設(shè)在所述裝配槽內(nèi)且通過轉(zhuǎn)軸與所述輸入桿和所述輸出桿相連。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述輸入桿與所述驅(qū)動輪可樞轉(zhuǎn)地相連，所述輸出桿與所述安裝平臺固定相連且向?qū)τ谪Q直方向傾斜延伸，三個所述輸出桿與所述安裝平臺相連形成倒三角錐形。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述活動連接組件包括樞轉(zhuǎn)架，所述樞轉(zhuǎn)架的上端與所述安裝平臺相連且繞沿水平方向延伸的軸線可樞轉(zhuǎn)，所述驅(qū)動輪與所述樞轉(zhuǎn)架的下端相連且相對于所述樞轉(zhuǎn)架可樞轉(zhuǎn)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述樞轉(zhuǎn)架為三個，每個所述樞轉(zhuǎn)架形成為V形架且包括兩個安裝臂，所述安裝平臺包括缺角的三角形板，每個所述樞轉(zhuǎn)架的兩個安裝臂可樞轉(zhuǎn)地與對應(yīng)的所述三角形板的邊沿的兩端相連。
[0016]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的移動機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例移動機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；；
[0019]圖3是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例移動機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；；
[0020]圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的移動機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖5是根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的移動機器人結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]附圖標(biāo)記:
[0023]活動連接組件I;驅(qū)動輪2;安裝平臺11(21、31);球鉸12(22、32);輸出桿13(23);連接桿14(24);輸入桿15(25);底座16(26、36);全向輪17(27、37);轉(zhuǎn)動副33;V形架34;噴槍組件110;軸孔101。
【具體實施方式】
[0024]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0025]下面結(jié)合附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人。
[0026]參照圖1至圖5所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人包括安裝平臺11 (21、31 )、三個活動連接組件1、三個驅(qū)動輪2和控制器。
[0027]三個活動連接組件I沿安裝平臺11(21、31)的周向間隔開分布，每個活動連接組件I的上端與安裝平臺11(21、31)相連，每個活動連接組件I的至少一部分相對于安裝平臺11(21、31)可活動，以帶動安裝平臺11 (21、31)運動。由此，當(dāng)活動連接組件I活動時，活動連接組件I與安裝平臺11 (21、31)之間的空間相對位置可以發(fā)生改變，使安裝平臺11 (21、31)實現(xiàn)運動，機器人的空間姿態(tài)可以發(fā)生改變。
[0028]三個驅(qū)動輪2——對應(yīng)設(shè)在三個活動連接組件I的下方，換言之，三個驅(qū)動輪2與三個活動連接組件1--對應(yīng)，并且每個驅(qū)動輪2連接在對應(yīng)的活動連接組件I的下方。每個活動連接組件I與安裝平臺11 (21、31)和驅(qū)動輪2中的至少一個可樞轉(zhuǎn)地相連，以使安裝平臺相對于驅(qū)動輪2可樞轉(zhuǎn)。
[0029 ]也就是說，每個活動連接組件I可以與安裝平臺11(21、31)可樞轉(zhuǎn)地相連。由此，安裝平臺11(21、31)可以相對于其中的任一個驅(qū)動輪2與活動連接組件I樞轉(zhuǎn)，從而可以實現(xiàn)移動機器人移動方向的調(diào)節(jié);活動連接組件I也可以與驅(qū)動輪2可樞轉(zhuǎn)地相連。由此，活動連接組件I和安裝平臺11(21、31)可以相對于任意一個驅(qū)動輪2樞轉(zhuǎn)，從而也可以實現(xiàn)移動機器人的移動方向的調(diào)節(jié)。
[0030]可選地，當(dāng)活動連接組件I與安裝平臺11(21、31)樞轉(zhuǎn)地相連時，活動連接組件I可以通過球鉸與安裝平臺11(21、31)相連;當(dāng)活動連接組件I與驅(qū)動輪2樞轉(zhuǎn)相連時，活動連接組件I與驅(qū)動輪2也可以通過球鉸相連。由此，不僅方便裝配連接，而且樞轉(zhuǎn)靈活可靠，可以提高移動機器人空間位姿調(diào)整的靈活性和可靠性。
[0031]可以理解的是，驅(qū)動輪2和活動連接組件I的數(shù)量不限于三個，還可以為四個以上，例如，四個、五個或六個等。具體可以根據(jù)需要進行設(shè)置。
[0032]安裝平臺31上可以設(shè)有功能性工具組件，以使移動機器人可以實現(xiàn)一定的操作功能。對于功能性工具組件不做特殊限制，可以為具有操作、抓持、加工等功能的功能性組件，例如，可以為如圖5中所示的噴槍組件110等，以實現(xiàn)噴涂功能?？刂破骺梢耘c功能性工具組件和驅(qū)動輪相連，以控制功能性工具組件和驅(qū)動輪工作，即控制驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動和功能性工具組件實現(xiàn)操作功能。為方便控制，控制器可以為手持式控制器，控制器的結(jié)構(gòu)對對于本領(lǐng)預(yù)技術(shù)人員來說是可以理解并且容易實現(xiàn)的，在此不再詳述。
[0033]根據(jù)本發(fā)明實施例的移動機器人，采用三個以上的活動連接組件I驅(qū)動輪等結(jié)構(gòu)形式可以構(gòu)成空間六自由度機構(gòu)，每個活動連接組件I與對應(yīng)的驅(qū)動輪2可以相連形成一條支鏈，在每個支鏈中的活動連接組件I上設(shè)置的驅(qū)動輪2可以作為主動副，通過活動連接組件I和主動副的運動可以實現(xiàn)安裝平臺11(21、31)的運動，實現(xiàn)空間中三個移動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度，能夠獲得期望的安裝平臺11(21、31)的空間位姿，控制調(diào)節(jié)方便且移動靈活，使機器人能夠同時兼顧實現(xiàn)良好的行走和操作的性能，姿態(tài)調(diào)整性好且移動控制性好。
[0034]驅(qū)動輪2的結(jié)構(gòu)可形成為多種，可選地，每個驅(qū)動輪2可以包括底座和兩個全向輪，底座與活動連接組件I相連，兩個全向輪分別與底座可樞轉(zhuǎn)地相連，每個全向輪上設(shè)有電機，電機與控制器相連，以在控制器的控制下驅(qū)動全向輪轉(zhuǎn)動，兩個全向輪的樞轉(zhuǎn)軸線垂直。由此，驅(qū)動輪2改變更靈活，移動機器人移動更靈活。
[0035]對于活動連接組件I的結(jié)構(gòu)不做特殊限制，可選地，參照圖1至圖2所示，在本發(fā)明的一些實施例中，活動連接組件I可以包括輸入件、輸出件和連接件，輸入件與驅(qū)動輪2相連，輸出件與安裝平臺11 (21)相連，輸入件與驅(qū)動輪2以及輸出件與安裝平臺11 (21)的至少一個可樞轉(zhuǎn)地相連。
[0036]也就是說，輸入件可以繞沿豎直方向延伸的軸向可樞轉(zhuǎn)地與驅(qū)動輪2相連，或者輸出件可樞轉(zhuǎn)地與安裝平臺11(21)相連，再或者，輸入件與驅(qū)動輪2可樞轉(zhuǎn)地相連同時輸出件可樞轉(zhuǎn)地與安裝平臺11 (21)相連。由此，可以實現(xiàn)驅(qū)動輪2相對于安裝平臺11(21)發(fā)生樞轉(zhuǎn)，實現(xiàn)移動過機器人的調(diào)節(jié)。
[0037]連接件連接在輸入件與輸出件之間，并且連接件的兩端分別與輸入件和輸出件繞沿水平方向延伸的軸向可樞轉(zhuǎn)地相連。也就是說，連接件的一端與輸入件相連并且相對于輸入件繞沿水平方向延伸的軸向可樞轉(zhuǎn)，連接件的另一端與輸出件相連并且相對于輸出件繞沿水平方向延伸的軸線可樞轉(zhuǎn)。由此，可以實現(xiàn)活動連接組件I形狀的改變，可以使安裝平臺11(21)實現(xiàn)移動。
[0038]如圖1所示，在本發(fā)明的一個具體示例中，輸入件形成為輸入桿15，輸出件形成為輸出桿13，輸入桿15和輸出桿13平行設(shè)置，連接件包括兩個平行設(shè)置的連接桿14，兩個連接桿14的兩端分別與輸出桿15和輸入桿13可樞轉(zhuǎn)地相連。由此，兩個連接桿14可以同步樞轉(zhuǎn)運動，并共同承力，活動連接組件I可以具有平行四邊形機構(gòu)，可以使移動機器人具有高的剛度，實現(xiàn)空間位姿的穩(wěn)定保持。
[0039]進一步地，輸入桿15和輸出桿13上分別可以設(shè)有裝配槽，連接桿14的兩端分別插設(shè)在裝配槽內(nèi)并且通過轉(zhuǎn)軸與輸入桿15和輸出桿13相連。由此，裝配槽可以對連接桿14起到限制和容納作用，使連接桿14安裝牢固、準(zhǔn)確且樞轉(zhuǎn)性好。
[0040]如圖2所示，在本發(fā)明的另一個具體示例中，輸入桿25與驅(qū)動輪2可樞轉(zhuǎn)地相連，輸出桿23與安裝平臺21固定相連并且相對于豎直方向傾斜延伸，三個輸出桿13與安裝平臺21相連形成倒三角錐形。由此，移動機器人可以具有結(jié)構(gòu)簡捷、外形美觀、承力性好，不易損壞等優(yōu)點。
[0041]當(dāng)然，活動連接組件I的結(jié)構(gòu)不限于以上所描述的，可選地，如圖3所示，在本發(fā)明的另一些實施例中，活動連接組件I包括樞轉(zhuǎn)架，樞轉(zhuǎn)架的上端與安裝平臺31相連并且繞沿水平方向延伸的軸線可樞轉(zhuǎn)，驅(qū)動輪2與樞轉(zhuǎn)架的下端相連并且相對于樞轉(zhuǎn)架可樞轉(zhuǎn)。由此，驅(qū)動輪2可以在樞轉(zhuǎn)架的帶動下相對于安裝平臺31樞轉(zhuǎn)，同時驅(qū)動輪2還可以相對于樞轉(zhuǎn)架樞轉(zhuǎn)，實現(xiàn)移動機器人空間位姿的調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡捷且調(diào)整方便。
[0042]樞轉(zhuǎn)架的結(jié)構(gòu)可以有多種，例如，如圖3所示，樞轉(zhuǎn)架為三個，每個樞轉(zhuǎn)架形成為V形架34并且包括兩個安裝臂，兩個安裝臂的上端設(shè)有開口相對的兩個軸槽，也就是說，每個安裝臂上均設(shè)有一個軸槽，V形架34的兩個軸槽開口相對。安裝平臺1131包括缺角的三角形板，換言之，安裝平臺31包括三角形板，三角形板的三角形成為缺角。安裝平臺31包括缺角的三角形板，每個樞轉(zhuǎn)架的兩個安裝臂可樞轉(zhuǎn)地與對應(yīng)的三角形板的邊沿的兩端相連。
[0043]可選地，每個安裝臂上可以設(shè)有轉(zhuǎn)軸，三角形板的三個邊沿的兩端分別可以設(shè)有適于插設(shè)在對應(yīng)的軸槽內(nèi)的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸可以在操控系統(tǒng)的控制下樞轉(zhuǎn)，從而可以帶動樞轉(zhuǎn)架相對于安裝平臺31發(fā)生樞轉(zhuǎn)。當(dāng)然，轉(zhuǎn)軸與軸槽的位置可以互換，即安裝臂上設(shè)有轉(zhuǎn)軸，三角形板的邊沿的端部設(shè)有軸槽，轉(zhuǎn)軸可樞轉(zhuǎn)地設(shè)在軸槽內(nèi)，在操控系統(tǒng)的控制下可以帶動樞轉(zhuǎn)架樞轉(zhuǎn)。
[0044]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的移動機器人的第一個具體示例。如圖1所示，移動機器人包括安裝平臺11和三條支鏈，每個支鏈包括活動連接組件1、球鉸12、底座16和全向輪17。安裝平臺11的形狀是等邊三角形?；顒舆B接組件I包括平行四邊形機構(gòu)，其中，平行四邊形機構(gòu)為輸入桿15、連接桿14、輸出桿13和連接桿14依次通過轉(zhuǎn)動副首尾相接的機構(gòu)。
[0045]在平行四邊形機構(gòu)中，輸入桿15上兩個轉(zhuǎn)動副軸心的距離與輸出桿13上兩個轉(zhuǎn)動副軸心的距離長度相等，兩個連接桿14上兩個轉(zhuǎn)動副軸心的距離長度相等。安裝平臺11與平行四邊形機構(gòu)之間通過球鉸12連接。平行四邊形機構(gòu)為機器人提供了更高的剛度，由于平行四邊形機構(gòu)可以保持球鉸12的球殼的空間姿態(tài)，所以也為移動機器人提供了更大的姿態(tài)工作空間，提高了安裝平臺11的靈活度。
[0046]在本具體示例中，底座16的結(jié)構(gòu)大致與圖3中所示的結(jié)構(gòu)相同。底座16用于裝配全向輪17和連接平行四邊形機構(gòu)。底座16與平行四邊形機構(gòu)的輸入桿15固連。如圖3所示，在底座16上有兩對軸孔101 (即四個軸孔101)用于安裝兩個全向輪7，四個軸孔101的中心等高，兩對軸孔101的中心連線互相垂直。
[0047]在底座16上安裝上兩個全向輪7后，兩個全向輪7的軸線是互相垂直的。由于全向輪的特殊結(jié)構(gòu)，兩個全向輪17各自可以沿著自身前進的方向滾動，也可以沿著另一個全向輪17前進的方向滑動?？梢酝ㄟ^兩個電機控制這兩個互相垂直的全向輪17運動，可以實現(xiàn)平面中任意方向的平動。每條支鏈中有兩個全向輪17承重，使得移動機器人可以平穩(wěn)運行，能夠承載較大的重量。三條支鏈的三對全向輪17的運動可以實現(xiàn)安裝平臺11的六自由度的空間運動，即空間中的三個移動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度。支鏈為空間六自由度無約束支鏈。
[0048]該移動機器人通過六個全向輪17的輸入運動驅(qū)動安裝平臺11移動和變換姿態(tài)，實現(xiàn)三個移動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度的運動，可以在安裝平臺11上安裝功能性工具組件，以實現(xiàn)操作功能。例如，如圖5所示，在移動機器人的安裝平臺上安裝噴槍，就可以實現(xiàn)噴涂功能，例如對汽車進行噴涂，通過控制主動驅(qū)動的輸入調(diào)整噴槍到目標(biāo)位姿，對汽車進行噴涂;在移動機器人的安裝平臺上安裝其它的功能性工具組件，則可以進行其它操作，在此不做限制。
[0049]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的移動機器人的第二個具體示例。如圖2所示，移動機器人包括安裝平臺21和三條支鏈，每條支鏈包括活動連接組件I以及球鉸25、底座26和全向輪27。本實施例中的移動機器人與圖1中所示的結(jié)構(gòu)的不同之處主要在于:安裝平臺21和連接件之間是固定連接，連接連接件與底座26的運動副是球鉸22。
[0050]安裝平臺21的形狀是等邊三角形?；顒舆B接組件I包括平行四邊形機構(gòu)。其中，平行四邊形機構(gòu)為輸入桿25、連接桿24、輸出桿23和連接桿24依次通過轉(zhuǎn)動副首尾相接的機構(gòu)。在平行四邊形機構(gòu)中，輸入桿25上兩個轉(zhuǎn)動副軸心的距離與輸出桿23上兩個轉(zhuǎn)動副軸心的距離長度相等，兩個連接桿24上兩個轉(zhuǎn)動副軸心的距離長度相等。安裝平臺21與平行四邊形機構(gòu)的輸出桿23固結(jié)在一起，安裝平臺21與三個平行四邊形機構(gòu)的輸出桿23—起構(gòu)成空間三棱錐體的形狀。
[0051]在本具體示例中，底座26的結(jié)構(gòu)大致與圖3中所示結(jié)構(gòu)相同。底座26用于裝配全向輪27和連接平行四邊形機構(gòu)。底座26與平行四邊形機構(gòu)的輸入桿24之間用球鉸22連接。在底座26上有兩對軸孔101用于安裝兩個全向輪27，四個軸孔101的中心等高，兩對軸孔101的中心連線互相垂直。在底座26上安裝上兩個全向輪27后，兩個全向輪27的軸線是互相垂直的。由于全向輪27的特殊結(jié)構(gòu)，兩個全向輪各自可以沿著自身前進的方向滾動，也可以沿著另一個全向輪27前進的方向滑動，可以通過兩個電機控制這兩個互相垂直的全向輪27運動，實現(xiàn)平面中任意方向的平動。
[0052]每條支鏈上有兩個全向輪27承重，使得移動機器人可以平穩(wěn)運行，能夠承載較大的重量。三條支鏈上的三對全向輪27的運動可以實現(xiàn)安裝平臺21的六自由度的空間運動，即空間中的三個移動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度。支鏈為空間六自由度無約束支鏈。該移動機器人通過六個全向輪27的輸入運動驅(qū)動安裝平臺21移動和變換姿態(tài)，實現(xiàn)三個移動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度的運動。在移動機器人的安裝平臺21上安裝功能性工具組件，就可以通過控制主動驅(qū)動的輸入調(diào)整功能性工具組件到目標(biāo)位姿實現(xiàn)操作功能。
[0053]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的移動機器人的第三個具體示例。如圖3所示，移動機器人包括安裝平臺31和三條支鏈，每條支鏈包括活動連接組件1、底座36、球鉸32和全向輪37。該移動機器人上面兩個具體示例的不同之處主要在于:連接于安裝平臺31和連接件之間的運動副是轉(zhuǎn)動副33;連接件是V形架34。
[0054]安裝平臺31的形狀是等邊三角形，通過支鏈的轉(zhuǎn)動副33與活動連接組件I連接?；顒舆B接組件I包括V形架34，為該移動機器人提供了更高的剛度，V形架34與底座36通過球鉸32相連。運動副有三個，其中兩個是連接于安裝平臺31和V形架3上部兩個末端之間的轉(zhuǎn)動畐IJ33，這兩個轉(zhuǎn)動副33的軸線在同一條直線上，與三角形安裝平臺31的一個邊沿重合，作用等效于一個轉(zhuǎn)動副。另一個運動副是連接V架34與底座35的球鉸32，轉(zhuǎn)動副33和球鉸32都是被驅(qū)動的。
[0055]在本具體示例中，底座36的結(jié)構(gòu)與圖3中所示結(jié)構(gòu)大致相同。底座36用于安裝全向輪37和連接V形架34。底座36上部有球鉸32的球殼，用于連接球鉸32的球體。在底座36上有兩對軸孔101用于安裝兩個全向輪37，四個軸孔101的中心等高，兩對軸孔101的中心連線互相垂直。在底座35上安裝上兩個全向輪37后，兩個全向輪37的軸線是互相垂直的。由于全向輪37的特殊結(jié)構(gòu)，兩個全向輪37各自可以沿著自身前進的方向滾動，也可以沿著另一個全向輪37前進的方向滑動，可以通過兩個電機控制這兩個互相垂直的全向輪37的運動，實現(xiàn)平面中任意方向的平動。
[0056]每條支鏈上有兩個全向輪37承重，使得移動機器人可以平穩(wěn)運行，能夠承載較大的重量。三條支鏈上的三對全向輪37的運動可以實現(xiàn)安裝平臺31的六自由度的空間運動，即空間中的三個移動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度。支鏈為空間六自由度無約束支鏈。該移動機器人通過六個全向輪37的輸入運動驅(qū)動安裝平臺31移動和變換姿態(tài)，實現(xiàn)三個移動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度的運動。
[0057]綜上所述，針對移動機器人的發(fā)展現(xiàn)狀，為兼顧移動能力、姿態(tài)調(diào)整能力和負(fù)載剛度等方面，本發(fā)明提出了一種移動機器人，具有較好的移動能力和姿態(tài)調(diào)整能力以及高的負(fù)載剛度，可以在移動機器人的安裝平臺上安裝功能性工具組件，通過控制主動驅(qū)動的輸入調(diào)整功能性操作組件到目標(biāo)位姿實現(xiàn)操作功能。根據(jù)移動機器人采用三個支鏈的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成空間六自由度機構(gòu)，在每條支鏈上有兩個主動驅(qū)動的運動副，通過六個主動副的輸入驅(qū)動安裝平臺運動，實現(xiàn)空間中三個移動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度，能夠通過控制六個主動副獲得期望的安裝平臺空間位姿，并通過對支鏈的設(shè)計使得該機器人具有高的剛度保持該位姿，是該機器人的突出優(yōu)點。支鏈的主動副可以具有多種形式，可以使用一對軸線垂直相交的全向輪作為支鏈的兩個主動副，結(jié)合全向輪的使用和新穎的支鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以兼顧實現(xiàn)良好的行走和操作的性能。
[0058]根據(jù)本發(fā)明實施例的移動機器人的其他構(gòu)成以及操作對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是可知的，在此不再詳細描述。
[0059]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0060]在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
[0061]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體;可以是機械連接，也可以是電連接或彼此可通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0062]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。
[0063]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“實施例”、“具體實施例”、“示例”或“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。
[0064]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項】
1.一種可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人，其特征在于，包括: 安裝平臺，所述安裝平臺上設(shè)有功能性工具組件； 至少三個活動連接組件，至少三個所述活動連接組件沿所述安裝平臺的周向間隔開分布，每個所述活動連接組件的上端與所述安裝平臺相連，每個所述活動連接組件的至少一部分相對于所述安裝平臺繞沿水平方向延伸的軸線可樞轉(zhuǎn)，以帶動所述安裝平臺運動； 至少三個驅(qū)動輪，至少三個所述驅(qū)動輪一一對應(yīng)設(shè)在至少三個所述活動連接組件的下端，每個所述活動連接組件與所述安裝平臺和所述驅(qū)動輪中的至少一個可樞轉(zhuǎn)地相連，以使所述安裝平臺相對于所述驅(qū)動輪可樞轉(zhuǎn)； 控制器，所述控制器與所述功能性工具組件和所述電機相連，以控制所述功能性工具組件和所述驅(qū)動輪工作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人，其特征在于，每個所述驅(qū)動輪包括: 底座，所述底座與所述活動連接組件相連； 兩個全向輪，兩個所述全向輪分別與所述底座可樞轉(zhuǎn)地相連，兩個所述全向輪的樞轉(zhuǎn)軸線垂直，每個所述全向輪上設(shè)有驅(qū)動其運行的電機。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人，其特征在于，每個所述活動連接組件與所述安裝平臺和所述驅(qū)動輪中的至少一個通過球鉸相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人，其特征在于，所述活動連接組件包括: 輸入件，所述輸入件與所述驅(qū)動輪相連； 輸出件，所述輸出件與所述安裝平臺相連，所述輸入件與所述驅(qū)動輪以及所述輸出件與所述安裝平臺的至少一個可樞轉(zhuǎn)地相連； 連接件，所述連接件連接在所述輸入件與所述輸出件之間且所述連接件的兩端分別與所述輸入件和所述輸出件繞沿水平方向延伸的軸向可樞轉(zhuǎn)地相連。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人，其特征在于，所述輸入件形成為輸入桿，所述輸出件形成為輸出桿，所述輸入桿和所述輸出桿平行設(shè)置，所述連接件包括兩個平行設(shè)置的連接桿，兩個所述連接桿的兩端分別與所述輸出桿和輸入桿可樞轉(zhuǎn)地相連。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人，其特征在于，所述輸入桿和所述輸出桿上分別設(shè)有裝配槽，所述連接桿的兩端分別插設(shè)在所述裝配槽內(nèi)且通過轉(zhuǎn)軸與所述輸入桿和所述輸出桿相連。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人，其特征在于，所述輸入桿與所述驅(qū)動輪可樞轉(zhuǎn)地相連，所述輸出桿與所述安裝平臺固定相連且向?qū)τ谪Q直方向傾斜延伸，三個所述輸出桿與所述安裝平臺相連形成倒三角錐形。8.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人，其特征在于，所述活動連接組件包括樞轉(zhuǎn)架，所述樞轉(zhuǎn)架的上端與所述安裝平臺相連且繞沿水平方向延伸的軸線可樞轉(zhuǎn)，所述驅(qū)動輪與所述樞轉(zhuǎn)架的下端相連且相對于所述樞轉(zhuǎn)架可樞轉(zhuǎn)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可姿態(tài)調(diào)整和操作的移動機器人，其特征在于，所述樞轉(zhuǎn)架為三個，每個所述樞轉(zhuǎn)架形成為V形架且包括兩個安裝臂，所述安裝平臺包括缺角的三角形板，每個所述樞轉(zhuǎn)架的兩個安裝臂可樞轉(zhuǎn)地與對應(yīng)的所述三角形板的邊沿的兩端相連。
【文檔編號】B62D61/10GK106080834SQ201610439901
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】劉辛軍, 謝福貴, 梅斌, 李 杰
【申請人】清華大學(xué)