四桿張拉整體機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種四桿張拉整體機器人，包括張拉整體結構和電機控制系統。它包括四根桿、八條水平索、四條斜索、四條對角索以及四個步進驅動電機；四根桿分別按順時針順序依次編號，四根桿的上端和下端分別用四條水平索連接起來，用第一條斜索連接第一根桿的上端和第四根桿的下端，用第二條斜索連接第二根桿的上端和第一根桿的下端，用第三條斜索連接第三根桿的上端和第二根桿的下端，用第四條斜索連接第四根桿的上端和第三根桿的下端。通過軸承座把電機固定在桿上。本實用新型結構簡單，易于操作。
【專利說明】
四桿張拉整體機器人
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種機器人，尤其涉及一種四桿張拉整體機器人，是一個基于張拉整體結構通過結構變形來實現在復雜地形行走的機器人。
【背景技術】
[0002]在一些實驗以及探索領域里，機器人代替人類去完成一些探索實踐是十分必要的。目前，大部分機器人是通過輪子或者履帶來行走，實現一系列的活動的。這種方式需要具有特定的空間及相對平整的路面環境才能夠實現機器人的行走工作。張拉整體結構可以輕松改變自身結構的形狀，在受到外力的作用時仍然可以保持自身平衡狀態，并且通過自身結構的變化來適應空間的變化。因此，張拉整體機器人可以利用自身結構的優點在一些復雜地形進行行走作業，方便人們的探索實踐。
[0003]根據廣泛查閱資料，2012IEEEInternat1nal Conference on Robotics andAutomat1n上發表的《Rolling Tensegrity Driven by Pneumatic Soft Actuators》描述了一個利用氣動執行器實現的運動的張拉機器人，這和機械結構包含了一系列的彈性張拉整體結構，需要六個桿件，被24個氣動執行器所控制，最后通過幾何形狀的改變實現在地面上的滾動。這種張拉整體機器人行走的環境需要相對比較平整的地面，比較局限，而且復雜的六桿結構需要比較大的空間才能實現工作，不能夠在一些特殊的環境地點進行工作。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是為了提供一種結構簡單，方便操控，而且能夠在一些復雜的地形環境下行走的四桿張拉整體機器人。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現的:包括四根桿、八條水平索、四條斜索、四條對角索和四個步進驅動電機，一號桿的上端與二號桿的上端之間、二號桿的上端與三號桿的上端之間、三號桿的上端與四號桿的上端之間、四號桿的上端與一號桿的上端之間分別用水平索連接并且上端的四根水平索形成上矩形，一號桿的下端與二號桿的下端之間、二號桿的下端與三號桿的下端之間、三號桿的下端與四號桿的下端之間、四號桿的下端與一號桿的下端之間也分別用水平索連接且下端的四根水平索形成下矩形，且下矩形相對于上矩形具有偏轉角度，在三號桿上端、四號桿上端、一號桿下端、四號桿下端上分別設置有一號步進驅動電機、二號步進驅動電機、三號步進驅動電機、四號步進驅動電機，一號步進驅動電機的輸出端與一號桿的上端之間、二號步進驅動電機的輸出端與二號桿的上端之間、三號步進驅動電機的輸出端與三號桿的下端之間、四號步進驅動電機的輸出端與二號桿的下端之間分別設置有對角索，一號桿的上端與四號桿的下端之間、二號桿的上端與一號桿的下端之間、三號桿的上端與二號桿的下端之間、四號桿的上端與三號桿的下端之間分別設置有斜索。
[0006]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型的張拉整體機器人適合于特殊地形探測，行走等活動，既不需要特別大的成本和體積，又可以安全可靠的完成一些人們無法自己完成的任務和活動。利用張拉整體機器人在極限的環境下進行探測，例如月球上的探測，減小了月球車的大體積，在一些類似于洞穴的地點就更加方便進行探測。另外在能量供應上只需要很小的電能就可以為電機供電，不需要一些燃料油的燃燒，避免了空氣和噪聲的污染，滿足了節省資源保護環境的需求。此張拉整體機器人原理簡單，容易實現和制造。本實用新型工作時，步進電機通過拉對角索，使節點之間的距離改變，調節位置這樣機構仍然會保持穩定，但是重心會相對發生改變來維持穩定狀態，這樣結構就可以實現運動。本實用新型的電機驅動方式與控制方式消耗的功率小。把電機牢固的固定的在桿上，在運動期間不會影響或干涉。
【附圖說明】
[0007]圖1是本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0008]下面結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細描述。
[0009]結合圖1，本實用新型包括一號桿3-1、二號桿3-2、三號桿3-3、四號桿3_4、八條水平索1、四條斜索4、四條對角索2以及一號步進驅動電機5-1、二號步進驅動電機5-2、三號步進驅動電機5-3、四號步進驅動電機5-4，四根桿分別按順時針順序依次編號并在空間中依次擺放，按順序桿的上面四個端點分別編為nl、n2、n3、n4且四個端點組成一個矩形，一號桿的下端編為n5，二號桿的下端編為n6，三號桿的下端編為n7，四號桿的下端編為n8，四根桿的下端也組成一個矩形，但相對于上面的矩形偏轉了一定的角度。四根桿的上端和下端分別用四條水平索連接起來，接下來是用斜索連接上下底面，并使上下底面扭轉一個角度，用第一條斜索連接一號桿的上端和四號桿的下端，用第二條斜索連接二號桿的上端和一號桿的下端，用第三條斜索連接三號桿的上端和二號桿的下端，用第四條斜索連接四號桿的上端和三號桿的下端。在三號桿和四號桿的上端點和一號桿和四號桿的下端點處固定四個步進電機于桿上，也就是在節點113、114、115、118處固定四個步進電機，分別控制節點111、n3之間的距離LI，節點n2、n4之間的距離L2，節點n5、n7之間的距離L3，節點n6、n8之間的距離L4。通過改變步進電機的轉動和停止，就可以控制結構的形狀變化和運動了。將本實用新型的張拉整體結構側面立于地面上，其中有桿的n7節點，n4節點，nl節點接觸地面作為支撐，另外一個桿懸于空中，各個節點之間距離是可以通過施加力縮短的，步進電機用于拉動對角索，因為步進電機本身比較容易控制，所以可以用單片機芯片控制并且外接電源實現供電，通過索的收放進而改變整體結構的形狀和重心，最終實現張拉整體結構的運動。
[0010]在張拉整體機器人運動一周的過程中，需要四步來實現，首先，通過電機的轉動使LI伸長，L2縮短，L3縮短，L4伸長。第二，LI縮短，L2伸長、L3縮短、L4伸長。第二，LI縮短，L2伸長，L3伸長，L4縮短。第四，LI伸長，L2縮短，L3伸長，L4縮短。這樣就會實現通過結構的改變行走四步完成了一周的滾動。
[0011]本實用新型提供的是張拉整體機器人。包括張拉整體結構和電機控制系統。它包括四根桿、八條水平索、四條斜索、四條對角索以及四個步進驅動電機；四根桿分別按順時針順序依次編號，四根桿的上端和下端分別用四條水平索連接起來，用第一條斜索連接一號桿的上端和四號桿的下端，用第二條斜索連接二號桿的上端和一號桿的下端，用第三條斜索連接三號桿的上端和二號桿的下端，用第四條斜索連接四號桿的上端和三號桿的下端。通過軸承座把電機固定在桿上。本實用新型結構簡單，易于操作。
【主權項】
1.四桿張拉整體機器人，其特征在于:包括四根桿、八條水平索、四條斜索、四條對角索和四個步進驅動電機，一號桿的上端與二號桿的上端之間、二號桿的上端與三號桿的上端之間、三號桿的上端與四號桿的上端之間、四號桿的上端與一號桿的上端之間分別用水平索連接并且上端的四根水平索形成上矩形，一號桿的下端與二號桿的下端之間、二號桿的下端與三號桿的下端之間、三號桿的下端與四號桿的下端之間、四號桿的下端與一號桿的下端之間也分別用水平索連接且下端的四根水平索形成下矩形，且下矩形相對于上矩形具有偏轉角度，在三號桿上端、四號桿上端、一號桿下端、四號桿下端上分別設置有一號步進驅動電機、二號步進驅動電機、三號步進驅動電機、四號步進驅動電機，一號步進驅動電機的輸出端與一號桿的上端之間、二號步進驅動電機的輸出端與二號桿的上端之間、三號步進驅動電機的輸出端與三號桿的下端之間、四號步進驅動電機的輸出端與二號桿的下端之間分別設置有對角索，一號桿的上端與四號桿的下端之間、二號桿的上端與一號桿的下端之間、三號桿的上端與二號桿的下端之間、四號桿的上端與三號桿的下端之間分別設置有斜索。
【文檔編號】B62D57/02GK205704179SQ201620423513
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】羅阿妮, 于躍, 耿金嵩, 劉賀平, 辛浩
【申請人】哈爾濱工程大學