[发明专利]一种基于张拉整体结构的抗冲击滚动机器人

说明书

本发明公开了一种基于张拉整体结构的抗冲击滚动机器人，包括24根弹性索和6根刚性杆，6根刚性杆根据空间位置关系分为三组，每组内的2根刚性杆相互平行，组间相互垂直；每根刚性杆的一端与距离其最近的四个杆端通过四根弹性索相连；从而所述机器人表面包含二十个由弹性索构成的三角形，外观呈正二十面体；所述刚性杆包括配重块、电机、滑块滑轨机构；通过电机驱动滑块滑轨机构运动，滑块滑轨机构带动配重块运动，从而改变每根刚性杆上配重块的位置，改变机器人整体重心，从而使得机器人在自身重力矩的作用下进行滚动运动；本发明能够实现快速滚动，同时又保证了机器人的抗冲击能力。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种基于张拉整体结构的抗冲击滚动机器人。

背景技术

张拉整体结构由连续的弹性索和离散的刚性杆构成，该结构具备较强的抗冲击能力，具有较高的质量冲击比，即：较轻的质量就能承受较大的冲击力。在张拉整体结构中，每根杆两端的受力沿杆的轴向方向，张拉整体结构内部受力均匀，结构内部不会产生扭矩。目前，张拉整体结构的应用正在从建筑和艺术领域转向机器人领域，其中，六杆张拉整体结构应用最为广泛。六杆张拉整体机器人的运动原理是：改变整个结构的重心，使重心在地面的投影面不在地面接触面内部，让结构处于不稳定状态，使得整个结构在重力力矩的作用下发生滚动。

经广泛调研发现，当前六杆张拉整体机器人的运动方式主要分为：

(1)改变结构中的绳索长度，拉动刚性杆的节点，从而改变整个结构的重心，使机器人发生滚动；

(2)动力源自于杆，改变杆的长度，杆起到推动作用，实现机器人的滚动运动；

对于第一种机器人结构：绳索长度的改变速度较慢，机器人的运动速度慢、运动效率低。

对于第二种机器人结构：降低了杆的刚性，整个结构的抗冲击能力也因此大幅度下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于张拉整体结构的抗冲击滚动机器人，能够实现快速滚动，同时又保证了机器人的抗冲击能力。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于张拉整体结构的抗冲击滚动机器人，包括24根弹性索和6根刚性杆，6根刚性杆根据空间位置关系分为三组，每组内的2根刚性杆相互平行，组间相互垂直；每根刚性杆的一端与距离其最近的四个杆端通过四根弹性索相连；从而所述机器人表面包含二十个由弹性索构成的三角形，其中有十二个等腰三角形、八个等边三角形，外观呈正二十面体；

所述刚性杆包括配重块、电机、滑块滑轨机构；通过电机驱动滑块滑轨机构运动，滑块滑轨机构带动配重块运动，从而改变每根刚性杆上配重块的位置，改变机器人整体重心，从而使得机器人在自身重力矩的作用下进行滚动运动。

进一步地，所述刚性杆以碳纤维杆为载体，碳纤维杆上设置滑轨、滑块、电机、同步带、主动同步轮、从动同步轮以及金属配重块；

所述电机通过电机座固定安装在碳纤维杆的一端，电机的输出轴安装主动同步轮，碳纤维杆的另一端安装轴承座并固定从动同步轮；

所述滑轨通过螺钉固定连接在碳纤维杆的一侧面，所述滑块与滑轨配合安装，通过螺钉将同步带、金属配重块和滑块从上到下固定连接；

电机使与其输出轴相连的主动同步轮转动，从而使同步带运动并改变滑块和金属配重块的位置。

进一步地，所述机器人内部中心处通过弹性索固定橡胶球形壳，球形壳内部放置单片机、电源和无线通信模块，所述无线通信模块接收外界遥控器信号，并将信号作为所述单片机的输入，所述单片机输出各个电机的控制信号，所述电源为每根杆上的电机供电。

进一步地，所述碳纤维杆的两端分别通过螺栓连接橡胶缓冲接头，所述橡胶缓冲接头为椭球体。