[发明专利]一种可折叠移动机器人

说明书

技术领域

本发明涉及移动机器人，具体涉及一种可折叠移动机器人。本发明可以应用于星球探测、军事侦察、不同直径和直弯管道检测或除障碍及水下仿生机器人。

背景技术

并联机构有着刚度大、精度高、结构稳定、承载能力强及便于实时控制等优势，国内外研究者在并联机构领域内从不同角度已经过大量的分析与研究，且综合出了大量的机械构型。并联机构在一些领域内已经有了大量成熟应用，比如在并联机床、飞行模拟器、移动机器人等；目前，已有研究者将并联机构应用于管道机器人，且获得了较其他移动方式，如车轮移动式、履带移动式、足腿移动式等，某些方面更好的性能。

空间缩放机构以精巧的机械结构布局，使机构能够在展开时获得大的机械变形，在缩回时占用较小空间；缩放机构易于模块化、存放和运输，具有很高的实用性和经济性，在太空也因为出色的变形能力与可靠性备受重视。

目前，以并联机构为载体的管道移动机器人为例，其平台尺寸不会发生变化，且平台的工作空间较小，能适应的管道粗细范围随之较小。本发明利用并联机构的优势结合空间缩放机构的空间大缩放性能，提出了一种可折叠移动机器人。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在管道机器人方面，目前，使用经典的Stewart并联平台应用于攀爬内外管壁，融合了并联机构具有刚度高、精度高、承载能力强等优势。现有的相同并联支链的三自由度的3SPR管道机器人上下平台整体为一个结构件，且已经具备有较强的管道适应能力和承载能力。其他的以并联机构为载体的管道移动机器人，其平台尺寸不会发生变化，平台的工作空间较小，能适应的管道粗细范围较小。在水下仿生机器人方面，利用顶、底平台可折叠且支链可伸缩的特性，可以由顶、底平台两受力面不同，经过适当改造可作为水下移动机器人，实现类水母机器人仿生运动。

一种可折叠管道移动机器人包括三根长转轴，三根驱动杆，三个固定转轴，三个下U型件，三个十字轴和两个可折叠平台（A）、（B）及它们的连接。

三个电动推杆末端分别与可折叠平台（B）上短转轴通过长转轴进行转动连接，转轴上的四个卡簧槽对应安装卡簧进行轴向固定；

电动推杆的首端为输出端，首端设有径向通孔用以安装螺栓；固定转轴固定端轴向设有圆形沉孔，径向设有通孔用于安装螺栓；

三个电动推杆的首端分别插入三个固定转轴固定端的沉孔中，且均通过螺栓固定连接；固定转轴的转轴端与下U型件的圆柱端轴向通孔配合成转动副； 

可折叠平台（A）的三个上U型件与对应的驱动单元上的三个下U型件分别通过三个十字轴连接构成三个虎克铰；

所述的可折叠平台（B）由三个组成、构造方式完全相同的四边形滑块机构、一个短轴电机及相互间连接组件组成；具体包含六个连杆，三个滑槽连杆，三个滑动轴，六个U型连杆、三个短转轴、以个短轴电机；其中，所述的四边形的四条边分别为两根U型连杆、两根连杆；短转轴上方型键与滑槽连杆紧密贴合并保证短转轴上的径向通孔始终垂直于滑槽方向，其中一根连杆的首端配合面与配合连杆的末端配合面分别贴合在夹于两连杆之间的滑槽连杆的两面上，且由短转轴的长、短轴端分别作为转轴配合连接两连杆的首端和尾端通孔使两杆构成转动副；滑动轴中间粗端面在滑槽连杆的滑槽内滑动构成移动副用以保证滑槽连杆始终保持在连杆与构成的内角的角平分线上，最终保证短转轴上的径向通孔始终垂直于内角角平分线；

所述的可折叠平台（A）包括三个上U型件，一个驱动电机，三个垫片及与可折叠平台（B）完全相同的六个连杆；所述的可折叠平台（A）三个顶点处的三个转动分别是三个上U型件的圆柱端作为转轴连接两根汇交连杆构成转动副；两个中点处的两根连杆贴合面中间夹以垫片后再分别通过转销连接成转动副；剩余一个中点处两根连杆贴合面中间夹以垫片且由固定在其中连杆上的长轴电机连接配合作为平台转动驱动。

本发明的有益效果，将机构的顶、底可动平台分别设计成一个空间单自由度缩放机构，突破并联机构平台件结构尺寸通常不发生改变的设计束缚；平台能够折叠使机器人的外部整体直径缩小而可以用以适应不同直径的管道，利用并联机构的特性可以使机器人适应直弯管道，甚至可利用平台折叠后受力面大小变化使机器人能实现水中仿生运动；可折叠移动机器人的平台折叠仅需单个自由度，平台的结构简洁、零件加工简单，组装方便，适合于星球探测、军事侦察、不同直径和弯管道检测或除障碍、水下仿生机器人。

附图说明

图1 可折叠移动机器人整体结构图

图2 可折叠可折叠平台（A）结构图

图3 驱动单元结构图

图4 可折叠平台（B）结构图