一种基于张拉整体结构的可移动机器人技术领域
本发明涉及的是一种可移动机器人。
背景技术
张拉整体结构从最初的设想到工程实践大约经历了以下几个阶段：想象和几何
学，拓扑和图像分析及力学分析，其中力学分析包括找形、自应力准则、工作机理和外力作
用下的性能等。最近几年在机器人的研究领域里，以张拉整体结构为基础的张拉整体机器
人成为了前沿课题，国内对张拉结构的研究最多的是应用在桥梁、屋顶的建筑上以及空间
的可展开天线，而以机器人为对象的研究还没有正式开始。国外对张拉整体机器人的研究
也还处于起步阶段，如何能够深入的了解张拉整体机器人的运动情况，并实现对张拉整体
机器人的运动控制，进而使其进入应用领域是我们此时最关心的问题，而解决上述问题的
关键则是建立张拉整体机器人的动力学模型。
张拉整体结构是一种由连续拉索和断续压杆构成的新型空间结构体系，结构刚度
及稳定性主要靠预应力提供。张拉整体机器人是在张拉整体基础上开拓的新的方向。它具
有独特的形状和性质。平衡状态的张拉整体结构具有质量轻，可变形等特点，通过改变自身
的形态，达到可移动的目的，呈现出腿式和轮式机器人所没有的特性。但其可控难度大，移
动缓慢，因此张拉整体机器人还是一个新的领域。
根据广泛查阅资料，美国的Yuusuke Koizumi和Mizuho Shibata在电气和电子工
程—国际机器人与自动化会议上提出一种六杆二十四索张拉整体机器人。该机器人采用二
十四条索驱动，绳索的运动采用气缸驱动，这样的张拉整体移动机器人索的数量多，操作繁
琐，控制难度大，灵活度差，耗费能量多，移动效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供用在野外探测或者太空行走等领域的一种基于张拉整体
结构的可移动机器人。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种基于张拉整体结构的可移动机器人，其特征是：包括6台直线电机、24
条弹性索，6台直线电机分为三组，每两个直线电机一组平行放置，组成三个平面，三个平面
两两垂直相交于一点，每台直线电机的两端固定有连接机构，每一个连接机构的连接点处
连有4条弹性索，此连接点与除与此连接点所在的直线电机平行的直线电机外距离此连接
点最近的4个节点相连，构成每个面为等边三角形的二十面体。
本发明还可以包括：
1、初始状态时，6台直线电机处于伸长状态，6台电机的长度相同，二十面体且整体
处于力平衡状态，机器人本体放在平面上时，机器人本体其中三个点着地，着地的三个电机
其中之一通电，通电的电机缩短，在弹性力以及重力的作用下，机器人滚本体动。
本发明的优势在于：本发明结构简单，质量轻，强度大，所需的驱动力小并且操作
简单，大大减少了能量的消耗，节能环保。所以，张拉整体机器人能在恶劣的环境使用，特别
是在道路不平的路面，可以用在野外探测或者执行太空任务等领域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的几何结构图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-2，张拉整体机器人的组成包括六个直线电机、二十四条弹性索以及连接
机构三部分。六杆二十四索张拉整体移动机器人结构是由正二十面体演化而来，结构的节
点位于正二十面体的顶点，索构件相当于正二十面体的棱边，杆构件位于结构的内部。直线
电机的参数指标相同，连接机构固定在直线电机的两端，每一个连接点与除了与其平行的
的直线电机外距离此连接点最近的四个端点相连，四条弹性索为等长度且等弹性系数的弹
簧，构成每个面成等边三角形的二十面体。
张拉整体机器人的工作原理：初始状态，直线电机处于伸长状态且六个直线电机
伸长状态下的总长度相同，连接弹簧处于拉伸状态，此时张拉整体自身处于平衡状态。将与
地面直接接触的其中任意一个直线电机通电，直线电机缩短，张向某个方向滚动，从而实现
了机构整体的移动。
张拉整体移动式机器人适合野外低洼不平的路段，可以用在避障、狭窄通道，也可
以应用在月球火星等太空探索任务中的空间环境探测等领域，因此具有一定的研发价值。
本发明的张拉整体移动机器人，是张拉整体结构和直线电机的组合。它包括6台直
线电机、24条弹性索、连接机构。将6台直线电机分为三组，每两个直线电机一组平行放置，
这样就组成三个平面，三个平面两两垂直相较于一点，如笛卡尔坐标系三个平面位置。每台
直线电机的两端固定有连接机构，每一个连接点处连有4条弹性索，此连接点与除与此连接
点所在的直线电机平行的直线电机外距离此连接点最近的4个节点相连，构成每个面为等
边三角形的二十面体。
结合图1，张拉整体移动机器人包括6台直线电机1，24根弹性索2以及连接机构3。
将连接机构固定在直线电机的两端，然后用弹性索连接。初始状态时，6台直线电机处于伸
长状态，伸长状态下，6台电机的长度相同。每个端点处连接有4条弹性索，每条弹性索都受
拉力，所以每个直线电机都受压力，整个机构组成每个面为等边三角形的二十面体且整体
处于力平衡状态。将张拉整体机器人放在地上，机器人三个点着地，将着地的三个电机其中
之一通电，电机缩短，在弹性力以及重力的作用下，张拉整体移动机器人滚动,从而实现了
张拉整体移动机器人的整体的移动。张拉整体移动机器人是采用刚性构件和柔性构件，由
图可知，张拉整体移动机器人结构简单，质量轻，强度大，所需的驱动力小并且操作简单，大
大减少了能量的消耗，节能环保。所以，张拉整体机器人能在恶劣的环境使用，特别是在道
路不平的路面，可以用在野外探测或者执行太空任务等领域。