CN110562348A - 一种六杆机构多足机器人及其建模方法 - Google Patents

一种六杆机构多足机器人及其建模方法 Download PDF

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CN110562348A CN201910822177.2A CN201910822177A CN110562348A CN 110562348 A CN110562348 A CN 110562348A CN 201910822177 A CN201910822177 A CN 201910822177A CN 110562348 A CN110562348 A CN 110562348A
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李晋
张�林
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Abstract

本发明公开了一种六杆机构多足机器人及其建模方法，包括控制装置、锥齿轮减速器和左右对称的腿部机构，控制装置由电源、内置直流电机控制板的控制器、直流电机A和直流电机B组成，直流电机A和直流电机B的输出轴分别对应连接在锥齿轮减速器上；腿部机构由壳板、齿轮传动组件A、齿轮传动组件B、六杆机构和足爪组件组成，其中两个壳板之间安装齿轮传动组件A，另两个壳板之间安装齿轮传动组件B，齿轮传动组件A和齿轮传动组件B均通过六杆机构驱动足爪组件。本发明采用两组直流电机驱动两组的腿部机构，六杆机构推动前后两组的八个足爪交错运动，相邻六杆机构的交错运动实现了机器人的行走，装配紧凑，能满足狭小空间作业的要求。

Description

一种六杆机构多足机器人及其建模方法
技术领域
本发明涉及一种六杆机构多足机器人，特别涉及一种六杆机构多足机器人及其建模方法。
背景技术
机器人技术是科学技术重大成就之一，现如今已被广泛用于工业技术、国防军事等技术领域。而随着科学技术的进步，机器人的研究已经不仅仅局限于结构化环境的定点作业，而更多地是向着非结构环境下的方向发展，这就要求机器人具备非结构化环境下的适应能力和自主能力。
众所周知，目前的勘测、巡视、侦察机器人的移动方式多为轮式或者履式，轮式移动机构对地形的依赖度较高，不适宜崎岖地形作业，在崎岖和松软路面不仅丧失低能耗的优势，甚至难以通行。履带式机器人虽然能够一定程度的适应松软路面，但仍然不具备很好的越障性能。相比之下，多足机器人仅需要满足一定的离散落足点需求即可实现跨越或攀爬障碍、通过崎岖和松软的路面，对这种地形的适应性较强，对环境的破坏程度也较小。
与轮式机器人或履带式机器人相比，多足机器人具有较高的机动性以及对复杂路面很好的适应性。目前的多足机器人，单足结构大部分采用多自由度机构形式，足爪较长，体积较大，不能满足狭小空间作业的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种六杆机构多足机器人及其建模方法，本发明采用两组直流电机驱动两组的腿部机构，销轴能够通过六杆机构推动前后两组的八个足爪交错运动，六杆机构能够改变足爪的伸展范围进而改变其伸展长度，任意改变机器人的爬行方式，相邻六杆机构的交错运动实现了机器人的行走，装配紧凑，能满足狭小空间作业的要求，可以解决现有技术中的足爪较长，体积较大，不能满足狭小空间作业要求的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种六杆机构多足机器人，包括控制装置、锥齿轮减速器和左右对称的腿部机构，两个腿部机构之间安装控制装置，所述控制装置由电源、内置直流电机控制板的控制器、直流电机A和直流电机B组成，所述控制器电连接于直流电机A和直流电机B，所述控制器、直流电机A和直流电机B均电连接于电源，直流电机A和直流电机B的输出轴分别对应连接在锥齿轮减速器上，直流电机A、直流电机B和锥齿轮减速器均安装在底板上；
所述腿部机构由壳板、齿轮传动组件A、齿轮传动组件B、六杆机构和足爪组件组成，所述壳板的底部焊接在所述底板上，其中两个所述壳板之间安装齿轮传动组件A，另两个所述壳板之间安装齿轮传动组件B，所述齿轮传动组件A和齿轮传动组件B均通过六杆机构驱动足爪组件。
进一步地，所述齿轮传动组件A由直齿轮A、圆柱辊A、直齿轮B、圆柱辊B和直齿轮C组成，直齿轮A通过平键安装于所述锥齿轮减速器的传动轴上，所述直齿轮A与两侧的直齿轮B和直齿轮C啮合，直齿轮B固定套在圆柱辊A上，直齿轮C固定套在圆柱辊B上。
进一步地，所述圆柱辊A的两端延伸至所述壳板的圆孔内，圆柱辊A的两端均焊接有销轴A，两个所述销轴A在圆柱辊A上呈斜对面结构设置，圆柱辊B的两端延伸至所述壳板的圆孔内，圆柱辊B的两端均焊接有销轴B，两个所述销轴B在圆柱辊B上呈斜对面结构设置。
进一步地，所述齿轮传动组件B由直齿轮D、圆柱辊C、直齿轮E、圆柱辊D和直齿轮F组成，直齿轮D通过平键安装于另一个所述锥齿轮减速器的传动轴上，所述直齿轮D与两侧的直齿轮E和直齿轮F啮合，直齿轮E固定套在圆柱辊C上，直齿轮F固定套在圆柱辊D上。
进一步地，所述圆柱辊C的两端延伸至所述壳板的圆孔内，圆柱辊C的两端均焊接有销轴C，两个所述销轴C在圆柱辊C上呈斜对面结构设置，圆柱辊D的两端延伸至所述壳板的圆孔内，圆柱辊D的两端均焊接有销轴D，两个所述销轴D在圆柱辊D上呈斜对面结构设置。
进一步地，所述六杆机构由连杆A、连杆B和连杆C组成，八个所述连杆A的一端分别对应活动套在八个销轴上，连杆A的中部与连杆C的一端铰接，连杆C的另一端铰接在所述壳板上，所述连杆B的一端通过铰接在所述壳板上。
进一步地，所述足爪组件由足爪A、足爪B、足爪C、足爪D、足爪E、足爪F、足爪G和足爪H组成，足爪A、足爪B、足爪C、足爪D、足爪E、足爪F、足爪G和足爪H的末端分别对应与八个连杆B的末端铰接，足爪A、足爪B、足爪C、足爪D、足爪E、足爪F、足爪G和足爪H的中部分别对应与八个连杆A的末端铰接。
进一步地，所述直流电机控制板的型号为L289N。
本发明提供另一种技术方案：一种六杆机构多足机器人的建模方法，包括如下步骤：
步骤1：首先PC平台模拟进行数学建模；
步骤2：进行速度分析；
步骤3：进行加速度分析；
步骤4：所求点位移；
步骤5：数据处理，为了验证理论的正确性，通过运用matlab和solidworks对其进行仿真，并提取数据，进行数据拟合，以此来确定设计的合理性；
步骤6：推导六连杆的极位夹角、传动角与行程速比系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的六杆机构多足机器人及其建模方法，采用两组直流电机驱动两组的腿部机构，销轴在齿轮组的驱动下，由于每一组的销轴处于斜对角方向设置，销轴能够通过六杆机构推动前后两组的八个足爪交错运动，从而实现多足机器人的直线行走，由于足爪较短，在六杆机构的推动下进行活动，六杆机构具有短距离传力性能优越、刚性好、且能保持特殊位形，六杆机构能够改变足爪的伸展范围进而改变其伸展长度，任意改变机器人的爬行方式，相邻六杆机构的交错运动实现了机器人的行走，装配紧凑，能满足狭小空间作业的要求。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的六杆机构和足爪组件的结构示意图；
图3为本发明的侧视图；
图4为本发明的内部结构示意图；
图5为本发明的运动轨迹曲线示意图；
图6为本发明的solidworks软件建模仿真示意图；
图7为本发明的六杆机构的设计图解；
图8为本发明的六杆机构的机构简图；
图9为本发明的六杆机构整体示意图；
图10为本发明的数学建模矢量示意图；
图11为本发明的数学建模解析示意图；
图12为本发明的所求点位移直角点坐标示意图；
图13为本发明的solidworks仿真杆二、杆三、杆五数据示意图；
图14为本发明的MATLAB仿真杆二、杆三、杆五数据示意图；
图15为本发明的matlab仿真杆二角加速度曲线示意图；
图16为本发明的matlab仿真杆五角加速度曲线示意图；
图17为本发明的matlab仿真弯脚角加速度曲线示意图；
图18为本发明的matlab仿真杆二角速度曲线示意图；
图19为本发明的matlab仿真杆五角速度曲线示意图；
图20为本发明的matlab仿真弯脚角速度曲线示意图；
图21为本发明的极位夹角示意图；
图22为本发明的SolidWorks仿真出的杆二、杆二与杆六交点、弯脚的轨迹示意图；
图23为本发明的MATLAB仿真出的杆二、杆二与杆六交点、弯脚的轨迹示意图；
图24为本发明的MATLAB仿真出的机构极位夹角示意图；
图25为本发明的MATLAB仿真出的机构极位夹角示意图。
图中：1、控制装置；11、电源；12、控制器；13、直流电机A；14、直流电机B；2、锥齿轮减速器；21、传动轴；3、腿部机构；31、壳板；32、齿轮传动组件A；321、直齿轮A；322、圆柱辊A；3221、销轴A；323、直齿轮B；324、圆柱辊B；3241、销轴B；325、直齿轮C；33、齿轮传动组件B；331、直齿轮D；332、圆柱辊C；3321、销轴C；333、直齿轮E；334、圆柱辊D；3341、销轴D；335、直齿轮F；34、六杆机构；341、连杆A；342、连杆B；343、连杆C；35、足爪组件；351、足爪A；352、足爪B；353、足爪C；354、足爪D；355、足爪E；356、足爪F；357、足爪G；358、足爪H；4、底板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种六杆机构多足机器人，包括控制装置1、锥齿轮减速器2和左右对称的腿部机构3，两个腿部机构3之间安装控制装置1，控制装置1由电源11、内置直流电机控制板的控制器12、直流电机A13和直流电机B14组成，控制器12电连接于直流电机A13和直流电机B14，控制器12的直流电机控制板的型号为L289N，其具有较为强大的电机处理功能，保证直流电机A13和直流电机B14能够精确的转动，控制器12、直流电机A13和直流电机B14均电连接于电源11，电源11为控制器12、直流电机A13和直流电机B14供电，直流电机A13和直流电机B14的输出轴分别对应连接在锥齿轮减速器2上，直流电机A13和直流电机B14分别驱动其对应的锥齿轮减速器2，直流电机A13、直流电机B14和锥齿轮减速器2均安装在底板4上。
请参阅图2-4，腿部机构3由壳板31、齿轮传动组件A32、齿轮传动组件B33、六杆机构34和足爪组件35组成，壳板31的底部焊接在底板4上，其中两个壳板31之间安装齿轮传动组件A32，齿轮传动组件A32由直齿轮A321、圆柱辊A322、直齿轮B323、圆柱辊B324和直齿轮C325组成，直齿轮A321通过平键安装于锥齿轮减速器2的传动轴21上，直流电机A13通过锥齿轮减速器2和传动轴21驱动直齿轮A321，直齿轮A321与两侧的直齿轮B323和直齿轮C325啮合，直齿轮A321为主动轮，通过驱动直齿轮B323和直齿轮C325转动，直齿轮B323和直齿轮C325的转动方向相反，直齿轮B323固定套在圆柱辊A322上，直齿轮C325固定套在圆柱辊B324上，圆柱辊A322的两端延伸至壳板31的圆孔内，圆柱辊A322的两端均焊接有销轴A3221，两个销轴A3221在圆柱辊A322上呈斜对面结构设置，两个销轴A3221的设置方式用来保证直齿轮B323在转动时其能够交替转动通过销轴A3221上的六杆机构34驱动足爪组件35摆动，圆柱辊B324的两端延伸至壳板31的圆孔内，圆柱辊B324的两端均焊接有销轴B3241，两个销轴B3241在圆柱辊B324上呈斜对面结构设置，两个销轴B3241的设置方式用来保证直齿轮C325在转动时其能够交替转动通过销轴B3241上的六杆机构34驱动足爪组件35摆动，另两个壳板31之间安装齿轮传动组件B33。齿轮传动组件B33由直齿轮D331、圆柱辊C332、直齿轮E333、圆柱辊D334和直齿轮F335组成，直齿轮D331通过平键安装于另一个锥齿轮减速器2的传动轴21上，直流电机B14通过锥齿轮减速器2和传动轴21驱动直齿轮D331，直齿轮D331与两侧的直齿轮E333和直齿轮F335啮合，直齿轮D331同时驱动直齿轮E333和直齿轮F335转动，直齿轮E333和直齿轮F335的转动方向相反，直齿轮E333固定套在圆柱辊C332上，直齿轮F335固定套在圆柱辊D334上。圆柱辊C332的两端延伸至壳板31的圆孔内，圆柱辊C332的两端均焊接有销轴C3321，两个销轴C3321在圆柱辊C332上呈斜对面结构设置，两个销轴C3321的设置方式用来保证直齿轮E333在转动时其能够交替转动通过销轴C3321上的六杆机构34驱动足爪组件35摆动，圆柱辊D334的两端延伸至壳板31的圆孔内，圆柱辊D334的两端均焊接有销轴D3341，两个销轴D3341在圆柱辊D334上呈斜对面结构设置，两个销轴D3341的设置方式用来保证直齿轮F335在转动时其能够交替转动通过销轴D3341上的六杆机构34驱动足爪组件35摆动。
腿部机构3是多足机器人的设计关键，依据仿节肢动物(蜘蛛、螃蟹)的运动规律和腿部形状来设计，其运动规律大致分为“抬脚-落脚-地面划行”的循环模式，建立运动轨迹曲线1，如图5所示。依据其腿部形状仿生设计腿部零件，并利用solidworks软件建模仿真，仿真出腿部零件上一点的轨迹曲线2，如图6所示。
请参阅图2，六杆机构34由连杆A341、连杆B342和连杆C343组成，八个连杆A341的一端分别对应活动套在八个销轴上，由于销轴的分布位置以及直齿轮B323和直齿轮C325的转动方向相反、直齿轮E333和直齿轮F335的转动方向相反，能够保证推动连杆A341交替活动，连杆A341的中部与连杆C343的一端铰接，连杆C343起到支撑连杆A341的作用，连杆C343的另一端铰接在壳板31上，连杆B342的一端通过铰接在壳板31上。
依据图6曲线的轨迹来设计六杆机构34的原动件部分，借助solidworks软件图解设计，图解设计步骤如下：
(1)导入曲线2坐标数据，绘制出曲线，如图7所示，并过O点分别画弧标出曲线的两端点A，C作为曲柄摇杆机构的两极限位置，则有如下关系：
CO＝AB+r
(2)添加方程式CO-AO＝2r从而得到O点位置；
(3)已知连杆长为OD＝17mm，分别在AO，CO上做BD′＝OD，满足四杆机构连续性的运动规律下，过任意圆弧上一点E，建立直线EG，使之EG＝CO-r，做出GD″＝BD′＝OD；
(4)建立圆弧使之过D′，D，D″三点，从而得出圆弧中心F，从而确立了六杆机构34。
用solidworks对六杆机构34进行仿真，使之满足曲柄摇杆的运动条件，微调尺寸数值，从而得到如下尺寸的机构简图8。
为了验证设计的多足机器人六杆机构34的合理性，故采用了MATLAB的运动分析能力对该机构的原理进行验证，并通过MATLAB对机构进行运动分析出的角速度和角加速度与上方SolidWorks软件仿真出的对应杆件的角速度和角加速度的数据进行对比，以此来验证原理的正确性和机构的稳定性，并通过SolidWorks获取的仿真数据求得该结构的极位夹角、行程速比系数和传动角的情况，以利于多足机器人在运行过程中能够根据结构的自身情况做出有效的调整，保证机器人的行驶稳定性。
请参阅图2和3，足爪组件35由足爪A351、足爪B352、足爪C353、足爪D354、足爪E355、足爪F356、足爪G357和足爪H358组成，足爪A351、足爪B352、足爪C353、足爪D354、足爪E355、足爪F356、足爪G357和足爪H358的末端分别对应与八个连杆B342的末端铰接，足爪A351、足爪B352、足爪C353、足爪D354、足爪E355、足爪F356、足爪G357和足爪H358的中部分别对应与八个连杆A341的末端铰接，由于连杆A341的交替运动，连杆A341起到推动足爪的作用，为八个足爪提供运行动力，前后两组的八个足爪交错运动，从而实现多足机器人的直线行走，由于足爪较短，在六杆机构34的推动下进行活动，六杆机构34具有短距离传力性能优越、刚性好、且能保持特殊位形，六杆机构34能够改变足爪的伸展范围进而改变其伸展长度，任意改变机器人的爬行方式，例如：斜面爬壁、平地匍匐行走和不规则地面的爬行，相邻六杆机构34的交错运动实现了机器人的行走，装配紧凑，能满足狭小空间作业的要求。
一种六杆机构多足机器人的建模方法，包括如下步骤：
步骤1：PC平台模拟，其模拟示意图如图9，进行数学建模，矢量示意如图10，解析示意如图11；
如图10所示，由于里面有三个未知数，杆一为原动件，为了求解需要建立两个封闭矢量方程，由封闭图形AFGBA可写出机构一个封闭矢量方程：
其复数形式可得：
将上式的实部和虚部分离，得：
再由图12的几何关系，可得：
θ2＝asin((16sin(∠GFX+)-LBFsin(∠BFA+θ6))/(L21))
由封闭图形ABCDEA可得另一个封闭矢量方程：
其复数形式表示为：
由上式得：
θ3＝∠DCE+∠ECO
θ5＝∠CDE+∠DCE+∠ECO
步骤2：进行速度分析；
将步骤1中的式(1)和(2)对时间t求第一次大导数，得速度关系式：
若用矩阵形式来表示，则上式可写成为：
步骤3：进行加速度分析；
将步骤1中的式(1)、(2)对时间t求第二次大导数，得速度关系式：
步骤4：所求点位移，如图12；
x(4)＝5.8cos(θ1)+40cos(θ2)；
y(4)＝5.8sin(θ1)+40sin(θ2)；
x(8)＝x(4)-46.4cos(-θ5+74.9)；
y(8)＝y(4)-46.4sin(-θ5+74.9)；
由于该点的角速度与L3的角速度相同，即
步骤5：数据处理，为了验证理论的正确性，通过运用matlab和solidworks对其进行仿真，并提取数据，进行数据拟合，以此来确定设计的合理性；如图13和14。
为了让数据具有可靠和准确性，故采用了matlab 2016a的Curve Fitting Tool曲线拟合工具中的Gaussian、Polynomial及Fourier原理对MATLAB仿真和Solidworks仿真产生的数据的角速度和角加速度进行了数据拟合。Gaussian拟合原理：
设有一组试验数据(x1，y1)(i＝1，2，3···)可用高斯函数描述：
式中待估参数ymax、xmax和S分别为高斯曲线的峰值、峰值位置和半宽度信息，上式两边取自然对数，化为：
令
并考虑全部试验数据，则(5)上式以矩阵形式表示化为：
简记为：Z＝XB，根据最小二乘原理，构成的矩阵B的广义最小二乘解为：
B＝(XTX)-1XTZ (7)
再根据(5)式子求出待估参数ymax、xmax和S，得到高斯函数的特征参数。
Polynomial拟合原理：
据(xi，yi)，i＝0，1，...，m-1，作n次拟合曲线a0+a1x+...+anxn，转化为均方误差：
的极小问题，得到法方程：
其中
解法方程得到a0，a1，...，an。
Fouier拟合原理：坐相对分散数据的数据分析，可利用Fourier的DFT方法，即：
为了让数据具有可靠和准确性，故采用了matlab 2016a的Curve Fitting Tool曲线拟合工具中的Gaussian、Polynomial及Fourier原理对MATLAB仿真和Solidworks仿真产生的数据的角速度和角加速度进行了数据比较。
表1 Matlab仿真数据曲线拟合方法对比表
表2 Solidworks仿真数据曲线拟合方法对比表
SSE：误差平方和；R-square：复相关系数或复测定系数；Adjusted R-square：调整自由度复相关系数；RMSE：均方根误差。
当SSE和RMSE越小，R越接近于1时表明拟合的越好，由上面两个表(1)和(2)知，运用Fouier对数据进行拟合的效果最好，且符合实际数据轨迹趋势，且，三种方法都证明matlab和SolidWorks的仿真符合设计要求，故，该设计达到尺寸设计要求和机构轨，该设计原理正确。
本发明展示用傅里叶拟合原理处理MATLAB仿真数据的图像15-20。
步骤6：推导六连杆的极位夹角、传动角与行程速比系数
极位：在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于左右两个极限位置。
机位夹角：此两处曲柄之间的夹角θ，摇杆的摆角为ψ，极位夹角示意如图21。
当曲柄以ω逆时针转过180°+θ(AB1→AB2)，摇杆从C1D摆到C2D。
所花时间为t1，平均速度为V1，那么有：
t1＝(180°+θ)/ω
V1＝C1C2/t1
当曲柄以时针转过180°-θ(AB2→AB1)，摇杆从C2D摆到C1D。
所花时间为t1，平均速度为V1，那么有：
t2＝(180°-θ)/ω
V2＝C1C2/t1
显然：t1＞t2 V2＞V1摇杆的这种特性为急回运动：
故行程速比系数K描述急回程度：
当曲柄为主动件，连杆与曲柄两次共线时，摇杆处于左右极限位置，即出现死点位置。根据下方机械连机构的运动轨迹仿真，可以推导出该机构的相关要素，如图22和23。
所以可以通过计算机程序计算出，该六连杆机构的极位夹角和传动角与行程速比系数。
该六杆机构是以曲柄为主动杆件，故，当杆一与杆二共线时，及L2+L1与L2-L1这两种情况下，会出现极位夹角：
表3 程序获取极限位置的坐标参数
由上可知，理论值与仿真的数据出现一定的偏差，原因在于，运算的数据在SolidWorks仿真中，因为运行时的稳定性问题，产生波动，使得实际仿真值出现较小的误差，且能够运用到下面的分析中，通过软件模拟的方式，将这三个点进行数据的逆向绘图，绘制出图形的两个极限位置，如下图24。由图23可知，当以LOA1曲柄为主动件时，机构在点O→A1→C1和点O→A2→C2处出现极大位置和极小位置处。并得到极位夹角θ＝13°。
故机构的形成速比系数：
K＝1.15567
由上方介绍的传动角的定义及求解方式和下图25所得，当机构处于极限位置时，机构的传动角为0°，即压力角最大，在此种情况下，机构的传动性能很低，所以当机构运行到这两个位置时，需要用较大的力才能够顺利通过。
本发明的工作原理：直流电机A13通过锥齿轮减速器2和传动轴21驱动直齿轮A321，通过驱动直齿轮B323和直齿轮C325转动，两个销轴A3221的设置方式用来保证直齿轮B323在转动时其能够交替转动通过销轴A3221上的六杆机构34驱动足爪组件35摆动，两个销轴B3241的设置方式用来保证直齿轮C325在转动时其能够交替转动通过销轴B3241上的六杆机构34驱动足爪组件35摆动，直流电机B14通过锥齿轮减速器2和传动轴21驱动直齿轮D331，直齿轮D331同时驱动直齿轮E333和直齿轮F335转动，两个销轴C3321的设置方式用来保证直齿轮E333在转动时其能够交替转动通过销轴C3321上的六杆机构34驱动足爪组件35摆动，两个销轴D3341的设置方式用来保证直齿轮F335在转动时其能够交替转动通过销轴D3341上的六杆机构34驱动足爪组件35摆动，由于销轴的分布位置以及直齿轮B323和直齿轮C325的转动方向相反、直齿轮E333和直齿轮F335的转动方向相反，能够保证推动连杆A341交替活动，前后两组的八个足爪交错运动，六杆机构34能够改变足爪的伸展范围进而改变其伸展长度，任意改变机器人的爬行方式。
综上所述：本发明的六杆机构多足机器人及其建模方法，采用两组直流电机驱动两组的腿部机构3，销轴在齿轮组的驱动下，由于每一组的销轴处于斜对角方向设置，销轴能够通过六杆机构34推动前后两组的八个足爪交错运动，从而实现多足机器人的直线行走，由于足爪较短，在六杆机构34的推动下进行活动，六杆机构34具有短距离传力性能优越、刚性好、且能保持特殊位形，六杆机构34能够改变足爪的伸展范围进而改变其伸展长度，任意改变机器人的爬行方式，相邻六杆机构34的交错运动实现了机器人的行走，装配紧凑，能满足狭小空间作业的要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种六杆机构多足机器人，包括控制装置(1)、锥齿轮减速器(2)和左右对称的腿部机构(3)，两个腿部机构(3)之间安装控制装置(1)，其特征在于：所述控制装置(1)由电源(11)、内置直流电机控制板的控制器(12)、直流电机A(13)和直流电机B(14)组成，所述控制器(12)电连接于直流电机A(13)和直流电机B(14)，所述控制器(12)、直流电机A(13)和直流电机B(14)均电连接于电源(11)，直流电机A(13)和直流电机B(14)的输出轴分别对应连接在锥齿轮减速器(2)上，直流电机A(13)、直流电机B(14)和锥齿轮减速器(2)均安装在底板(4)上；
所述腿部机构(3)由壳板(31)、齿轮传动组件A(32)、齿轮传动组件B(33)、六杆机构(34)和足爪组件(35)组成，所述壳板(31)的底部焊接在所述底板(4)上，其中两个所述壳板(31)之间安装齿轮传动组件A(32)，另两个所述壳板(31)之间安装齿轮传动组件B(33)，所述齿轮传动组件A(32)和齿轮传动组件B(33)均通过六杆机构(34)驱动足爪组件(35)。
2.根据权利要求1所述的一种六杆机构多足机器人，其特征在于：所述齿轮传动组件A(32)由直齿轮A(321)、圆柱辊A(322)、直齿轮B(323)、圆柱辊B(324)和直齿轮C(325)组成，直齿轮A(321)通过平键安装于所述锥齿轮减速器(2)的传动轴(21)上，所述直齿轮A(321)与两侧的直齿轮B(323)和直齿轮C(325)啮合，直齿轮B(323)固定套在圆柱辊A(322)上，直齿轮C(325)固定套在圆柱辊B(324)上。
3.根据权利要求2所述的一种六杆机构多足机器人，其特征在于：所述圆柱辊A(322)的两端延伸至所述壳板(31)的圆孔内，圆柱辊A(322)的两端均焊接有销轴A(3221)，两个所述销轴A(3221)在圆柱辊A(322)上呈斜对面结构设置，圆柱辊B(324)的两端延伸至所述壳板(31)的圆孔内，圆柱辊B(324)的两端均焊接有销轴B(3241)，两个所述销轴B(3241)在圆柱辊B(324)上呈斜对面结构设置。
4.根据权利要求1所述的一种六杆机构多足机器人，其特征在于：所述齿轮传动组件B(33)由直齿轮D(331)、圆柱辊C(332)、直齿轮E(333)、圆柱辊D(334)和直齿轮F(335)组成，直齿轮D(331)通过平键安装于另一个所述锥齿轮减速器(2)的传动轴(21)上，所述直齿轮D(331)与两侧的直齿轮E(333)和直齿轮F(335)啮合，直齿轮E(333)固定套在圆柱辊C(332)上，直齿轮F(335)固定套在圆柱辊D(334)上。
5.根据权利要求4所述的一种六杆机构多足机器人，其特征在于：所述圆柱辊C(332)的两端延伸至所述壳板(31)的圆孔内，圆柱辊C(332)的两端均焊接有销轴C(3321)，两个所述销轴C(3321)在圆柱辊C(332)上呈斜对面结构设置，圆柱辊D(334)的两端延伸至所述壳板(31)的圆孔内，圆柱辊D(334)的两端均焊接有销轴D(3341)，两个所述销轴D(3341)在圆柱辊D(334)上呈斜对面结构设置。
6.根据权利要求1所述的一种六杆机构多足机器人，其特征在于：所述六杆机构(34)由连杆A(341)、连杆B(342)和连杆C(343)组成，八个所述连杆A(341)的一端分别对应活动套在八个销轴上，连杆A(341)的中部与连杆C(343)的一端铰接，连杆C(343)的另一端铰接在所述壳板(31)上，所述连杆B(342)的一端通过铰接在所述壳板(31)上。
7.根据权利要求1所述的一种六杆机构多足机器人，其特征在于：所述足爪组件(35)由足爪A(351)、足爪B(352)、足爪C(353)、足爪D(354)、足爪E(355)、足爪F(356)、足爪G(357)和足爪H(358)组成，足爪A(351)、足爪B(352)、足爪C(353)、足爪D(354)、足爪E(355)、足爪F(356)、足爪G(357)和足爪H(358)的末端分别对应与八个连杆B(342)的末端铰接，足爪A(351)、足爪B(352)、足爪C(353)、足爪D(354)、足爪E(355)、足爪F(356)、足爪G(357)和足爪H(358)的中部分别对应与八个连杆A(341)的末端铰接。
8.根据权利要求1所述的一种六杆机构多足机器人，其特征在于：所述直流电机控制板的型号为L289N。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的六杆机构多足机器人的建模方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：首先PC平台模拟进行数学建模；
步骤2：进行速度分析；
步骤3：进行加速度分析；
步骤4：所求点位移；
步骤5：数据处理，为了验证理论的正确性，通过运用matlab和solidworks对其进行仿真，并提取数据，进行数据拟合，以此来确定设计的合理性；
步骤6：推导六连杆的极位夹角、传动角与行程速比系数。
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