CN114619424A - 微型爬行机器人的传动机构及微型爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种微型爬行机器人的传动机构及微型爬行机器人，所述传动机构是具有三个支链两个自由度的并联机构，包括定平台和动平台，约束支链，第一驱动支链和第二驱动支链，其中所述约束支链包括第一转轴S₁₁和第二转轴S₁₂，分别产生约束所述动平台抬升运动和扭转运动的功能；所述第一驱动支链包含第三至第七转轴S₂₁‑S₂₅，其中第三转轴S₂₁为驱动转轴，其余均为传动转轴；第二驱动支链包含第八至第十二转轴S₃₁‑S₃₅，其中第八转轴S₃₁为驱动转轴，其余均为传动转轴，当第三转轴S₂₁和第八转轴S₃₁的运动同步时，所述传动机构的动平台相对于定平台产生抬升动作，允许爬行机器人前进；其中所述抬升动作和所述扭转动作的运动轴线是正交的。

Description

微型爬行机器人的传动机构及微型爬行机器人

技术领域

本发明涉及一种爬行机器人的传动机构及爬行机器人，主要涉及一种微型高机动性智能爬行机器人的传动机构。

背景技术

微型爬行机器人是指在毫米尺度的爬行机器人，即机器人机体的特征长度在几个毫米到几十毫米级别。目前，微型爬行机器人的爬行方式依然是类似尺蠖的运动，但是由于其体积小（如硬币大小），质量轻（质量一般在10g以内），因此机器人所采用的运动模式和设计制造策略与大尺度机器人不同。大尺度的机器人如轮式机器人或腿足式机器人往往采用电机或液压驱动，但是对于微型爬行机器人而言，电机和马达由于体积过大变得不再适用。设计者会根据不同驱动器的驱动特性设计对应的传动机构，再配套相应的驱动系统和控制系统。

一些微型机器人的机体不包含控制器和电池等装置，因此在工作过程中需要通过线缆连接到外部装置以提供能源和控制信号，这种运动状态称为系留式（tethered）运动。目前研究已经证明，系留状态的微型机器人可以实现高速运动（2014-IJRR-High speedlocomotion for a quadrupedalmicrorobot），但是在实际使用过程中，系留状态的微型机器人始终需要被线缆拖拽，不能实现大范围移动功能。针对洞穴探测、外星探索等任务，需要设计可以背负电源和控制器的无系留式（untethered）微型机器人(2019-ANNUALREVIEWS-Toward Autonomy in Sub-Gram Terrestrial Robots)。

机动性（maneuverability）是指微型机器人的运动能力，一般包括机器人速度，转弯的敏捷程度等等。机器人的速度越快，转弯半径越小，则认为机器人的机动性越高（Principles of Animal Locomotion）。对于微型机器人，速度是最重要的衡量标准（2019-ANNUAL REVIEWS-Toward Autonomy in Sub-Gram Terrestrial Robots）。

在设计和制造微型爬行机器人时，由于所涉及的零件体积小，传统的机加工、切割、冲压、铸造等方式不再适用，需要采用特定的加工方式制造微型驱动器和传动机构。

然而，对微型爬行机器人特定的运动方式而言，设计高效且灵活的传动机构是困难的。因为传动效率最高的机构往往是并联机构，而少自由度并联机构设计是机构学领域内公开的难题。对于这类机构的设计，需要使用复杂的理论工具（Z. Huang and Q. C. Li,“General Methodology for Type Synthesis of Symmetrical Lower-MobilityParallel Manipulators and Several Novel Manipulators,” The InternationalJournal of Robotics Research, vol. 21, no. 2, pp. 131–145, Feb. 2002, doi:10.1177/027836402760475342.）。

高自动化程度、高机动性的微型爬行机器人的设计是国际公认的难题。这是由于在毫米尺度上设计机器人，驱动器的选择受到限制，为相应的传动机构设计和制造带来困难。目前尚没有微型爬行机器人可以在无系留的运动状态下实现5倍以上体长每秒的运动速度。目前运动性能最好的微型机器人是哈佛大学推出的HAMR-F，该机器人的移动速度是3.8倍体长每秒。（2018-RAL-Power and Control Autonomy for High-Speed LocomotionWith an Insect-Scale Legged Robot，2019-ANNUAL REVIEWS-Toward Autonomy in Sub-Gram Terrestrial Robots）。

小尺度爬行机器人难以设计高效的传动机构，导致机器人的速度较慢，转弯能力较弱，机动性较差，严重阻碍了爬行机器人在更广泛领域的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明在一个方面提供一种能够实现高机动性爬行功能的小尺度爬行机器人用传动机构。

参照并引用旋量理论原理（Huang Z, Li QC. General Methodology for TypeSynthesis of Symmetrical Lower-Mobility Parallel Manipulators and SeveralNovel Manipulators. The International Journal of Robotics Research. 2002;21(2):131-145.），但不局限于此，本发明人首次提出二自由度微型并联机构作为可用于微型爬行机器人的传动机构，满足高自动化程度和高机动性的需求。

根据本发明的优选的实施方案，传动机构是厘米尺度的机械结构，其是由连杆组成的具有三个支链的并联机构。具体地，一种微型爬行机器人用传动机构，包括定平台和动平台，约束支链，第一驱动支链和第二驱动支链，其中所述约束支链包括第一转轴和第二转轴，分别产生约束动平台抬升运动和扭转运动的功能；第一驱动支链和第二驱动支链各自具有一驱动转轴，当两个驱动支链的驱动转轴的运动同步时，传动机构产生抬升动作，造成机器人前进；当两个驱动支链的驱动转轴的运动不同步时，传动机构产生扭转动作，造成机器人转弯，其中抬升动作和扭转动作的运动轴线是正交的。根据本发明，并联与平行可互换使用。

根据本发明的优选的实施方案，所述传动机构的抬升动作和扭转动作是可以叠加的，即两个驱动支链的动作的同步分量会导致传动机构抬升，两个驱动支链的异步分量会导致传动机构扭转，因此机器人的前进和转弯可以同时进行。

根据本发明的优选方案，第一驱动支链和第二驱动支链分别包含五个转轴。

对于第一驱动支链，包含第三转轴到第七转轴，其中：

第三转轴在定平台上，和第一转轴平行，作为驱动转轴；

第四转轴和第一转轴平行，和第三转轴通过连杆连接；

第五转轴和第一转轴平行，和第四转轴通过连杆连接；

第六转轴和第二转轴平行，和第五转轴通过连杆连接；

第七转轴在动平台上，和第二转轴平行，和第六转轴通过连杆连接；

对于第二驱动支链，包含第八转轴到第十二转轴，其中：

第八转轴在定平台上，和第一转轴平行，作为驱动转轴；

第九转轴和第一转轴平行，和第八转轴通过连杆连接；

第十转轴和第一转轴平行，和第九转轴通过连杆连接；

第十一转轴和第二转轴平行，和第十通过连杆连接；

第十二转轴在动平台上，和第二转轴平行，和第十一转轴通过连杆连接。

根据本发明的优选的实施方案，第一转轴在定平台上；第二转轴在动平台上，和第一转轴正交，且和第一转轴通过连杆固定。

进一步地，传动机构运动平台的运动旋量系包含两个旋量，因而自由度为二。

根据本发明的优选的实施方案，约束支链所构成的运动旋量系为：

其中

是约束支链的第四转轴的螺旋轴所对应的运动旋量，

是约束支链第五转轴的螺旋轴所对应的运动旋量，

是运动旋量

的副部在Z方向上的分量，

分别表示

,

函数的缩写，

是约束支链中第一转轴S₁₁和第二转轴S₁₂之间的连杆围绕第一转轴S₁₁旋转的角度。

因此，约束支链所构成的约束旋量系可以表示为：

其中

是第一个至第四约束旋力旋量。

两个驱动支链所构成的运动旋量系为：

其中

为驱动支链的运动旋量系，

是运动旋量系

的第一至第五运动旋量，

为所述运动旋量的副部在X、Y、Z三个方向上的分量，其中

分别对应X、Y、Z三个方向。因此，两个驱动支链所构成的约束旋量系可以表示为：

其中

为驱动支链的约束旋量系，

为驱动支链的约束旋量系的唯一约束力旋量。

因此，运动平台的运动旋量系可以表示为：

在另一方面，本发明提供一种微型高机动性爬行机器人，其能够实现无系留状态下的高速运动。所述爬行机器人包括驱动器，电源，用于控制机器人的前进和转弯动作的控制模块，用于与其他机构进行通讯、传递机器人的控制指令的通讯模块以及执行抬升或扭转动作的传动机构。所述传动机构是三支链二自由度并联机构。所述传动机构包括位于机器人的下半部的定平台和位于机器人的上半部的动平台，所述动平台包括两个驱动支链和一个约束支链，所述两个驱动支链各自具有一个驱动转轴，分别通过支杆固定在定平台上，当两个驱动支链的驱动转轴的运动同步时，传动机构产生抬升的动作，造成机器人前进；当两个驱动支链的驱动转轴的运动不同步时，传动机构产生扭转的动作，造成机器人转弯，其中抬升动作和扭转动作的运动轴线是正交的。

根据本发明的优选的实施方案，所述传动机构的抬升动作和扭转动作是可以叠加的，即两个驱动支链的动作的同步分量会导致传动机构抬升，两个驱动支链的异步分量会导致传动机构扭转，因此机器人的前进和转弯可以同时进行。

根据本发明的优选的实施方案，微型高机动性智能爬行机器人的整机尺寸在10mm到100mm。

根据本发明的优选的实施方案，传动机构仅由刚性复合材料和柔性聚合物组成。根据本发明的优选的实施方案，传动机构的刚性材料选自碳纤维，不锈钢，木，传动机构的柔性材料选自聚酰亚胺薄膜，聚乙烯薄膜等。优选地，刚性材料采用碳纤维。优选地，柔性材料采用聚酰亚胺薄膜。但本发明并不限于所列举的材料。

根据本发明的优选的实施方案，驱动器是陶瓷驱动器。优选地，驱动器是压电陶瓷驱动器，其利用压电陶瓷的逆压电效应作为动力来源。

本发明还提供一种机器人集群，所述机器人集群包括如前所述任何一种形式的微型爬行机器人。

根据本发明的优选的实施方案，压电陶瓷驱动器是由压电陶瓷片和绝缘的弹性片材叠加组成，该压电陶瓷驱动器所涉及的力电耦合效应的外加电场为200V。优选地，驱动器的压电材料可以是单晶型压电陶瓷或多晶型压电陶瓷或形状记忆合金或形状记忆聚合物或者介电弹性体等电活性软材料。优选地，使用127μm厚度的多晶型压电陶瓷，优选地，选择PZT-5H型多晶型压电陶瓷可获得最佳的驱动效果，但本发明不限于以上列举材料。

根据本发明的微型爬行机器人采用具有三个支链的二自由度并联机构作为传动机构，将压电陶瓷驱动器的形状变化转换成机器人的爬行动力。具体地，传动机构作为一种并联机构，利用杠杆原理将微型驱动器的微小变形放大并转换成传动机构的抬升和扭转的动作。当机器人在地面上爬行时候，传动机构通过抬升动作，将机器人的上半部抬起并向前挪动，从而实现机器人的前进动作；传动机构通过扭转动作，在机器人的上半部向前挪动的同时扭转前进的方向，从而实现机器人的转弯动作。微型爬行机器人利用根据本发明的传动机构实现无系留的运动。

根据本发明的微型机器人系统通过高效的传动机构设计，轻量化的传动机构制造和所搭载的高性能压电陶瓷驱动器，使得该机器人具有极高的运动能力，可以背负驱动自身所需要的电池和电子元器件，实现无系留状态下的高速自主运动。具体地，通过高性能压电陶瓷驱动器的力电耦合效应产生一个微小的高频摆动，这个摆动被微型传动机构放大，驱动机器人实现高速爬行前进和转弯动作。压电陶瓷驱动器包含两个陶瓷堆叠，当两个陶瓷堆叠同向摆动时机器人前进，当两个陶瓷堆叠反向摆动时机器人转弯。

本发明的有益效果至少包括：

本发明人首次提出二自由度微型并联机构作为微型机器人的传动机构。根据本发明的微型二自由度并联传动机构具有结构精巧，传动性能好的特点。

根据本发明的微型爬行机器人第一次实现独立的在前进和转弯的时候进行抬升（前进的动力）和扭转（转弯的动力）。

根据本发明的微型爬行机器人运动速度快、质量轻、制造成本低。根据本发明的微型爬行机器人采用压电陶瓷材料作为驱动器材料，利用压电陶瓷的逆压电效应作为动力来源制造的驱动器工作频率范围广且可以调节，使得该微型爬行机器人的速度可快可慢，适用于不同的应用场景。

根据本发明的微型爬行机器人采用柔性转轴的微型并联机构作为传动机构，极大的减轻了机器人的质量，同时提高了机器人的传动效率和灵活度。

根据本发明的微型爬行机器人的驱动器和传动机构的组合具有极高的工作效率，大大提高了同等尺寸下电池的续航时间。

根据本发明的微型爬行机器人采用智能的集成化的设计方案，使爬行机器人自身携带驱动器，传动机构，控制器、电源和通信设备，运行过程中不需要外部供电和与外界通信，可以在环境中实现自由爬行。

根据本发明的微型爬行机器人具有体积小、集成度高、机动性强、智能的优点。根据本发明的微型爬行机器人整机尺寸在10mm到100mm，特征长度4.1cm，最高平均速度27.3cm/s，相对速度达到6.6倍体长每秒，转弯半径1.7cm，可以实现无系留运动。突破了现有技术的限制，首次实现了相近尺寸的微型爬行机器人在无系留的运动状态下达到5倍以上体长每秒的运动速度，是微型爬行机器人领域的一次重大技术创新。

附图说明

图1：（a）示出根据本发明的传动机构的等效原理图；（b）示出根据本发明的传动机构的机械设计图；（c）示出本发明的传动机构的整体机械机构图。其中，1-定平台，2-动平台，3-实物中定平台，4-实物中动平台，5-用于连接压电陶瓷驱动器的曲柄滑块连杆，6-用于安装控制系统和电池的侧板。

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表示并联机构的转轴。

图2：示出通过激光雕刻图案获得完整的微型传动机构的工艺流程图。

图3：示出传动机构闭链安装过程图。其中（a）将平铺的结构翻转到背面；（b）将连杆利用凹槽结构拼接形成闭链；（c）在机械连接处施加胶水固定。

图4：示出根据本发明的微型爬行机器人的驱动器装配过程图。其中（a）将驱动器的尾部连接在传动机构侧板上。（b）将驱动器头部连接在传动机构的连杆上。

图5：示出根据本发明的微型爬行机器人的运动原理图。其中（a）压电陶瓷驱动的同步动作导致传动机构的抬升；（b）压电陶瓷驱动的异步动作导致传动机构的扭转。

图6：示出根据本发明的微型爬行机器人的实际产品示图。

具体实施方式

根据本发明的微型三支链二自由度并联传动机构的等效原理如图1所示。

在图1中的（a）传动机构的理论模型中，并联机构的动平台2通过固定的方式与并联机构的定平台1连接，动平台2上的第三转轴S₂₁、第八转轴S₃₁依次可转动的连接在框架3的内侧，第一转轴S₁₁可转动的连接在实物中定平台3的外侧，转轴之间的相对位置关系为：

第一转轴S₁₁在定平台上；

第二转轴S₁₂在动平台上，和第一转轴S₁₁垂直且通过连杆连接；

第三转轴S₂₁在定平台上，和第一转轴S₁₁平行，作为驱动转轴；

第四转轴S₂₂和第一转轴S₁₁平行，和第三转轴S₂₁通过连杆连接；

第五转轴S₂₃和第一转轴S₁₁平行，和第四转轴S₂₂通过连杆连接；

第六转轴S₂₄和第二转轴S₁₂平行，和第五转轴S₂₃通过连杆连接；

第七转轴S₂₅在动平台上，和第二转轴S₁₂平行，和第六转轴S₂₄通过连杆连接；

第八转轴S₃₁在定平台上，和第一转轴S₁₁平行，作为驱动转轴；

第九转轴S₃₂和第一转轴S₁₁平行，和第八转轴S₃₁通过连杆连接；

第十转轴S₃₃和第一转轴S₁₁平行，和第九转轴S₃₂通过连杆连接；

第十一转轴S₃₄和第二转轴S₁₂平行，和第十转轴S₃₃通过连杆连接；

第十二转轴S₃₅在动平台上，和第二转轴S₁₂平行，和第十一转轴S₃₄通过连杆连接。

图1中的（c）机器人整体结构的机械设计模型和图1中的（b）传动机构的机械设计模型相比，增加了两个曲柄滑块连杆5，用于连接压电陶瓷驱动器和并联机构的驱动支链；以及四块侧板6，用于安装机器人的电源驱动器和控制器等部件。

如图2所示的激光加工和热压过程涉及碳纤维薄片31，粘合胶膜32，聚酰亚胺薄膜33。整个流程分为6个阶段，一共涉及三个堆叠，其中阶段1-激光加工各层材料并热压形成一号堆叠。阶段2-激光加工各层材料并热压形成二号堆叠。阶段3-激光加工阶段1热压后的一号堆叠。阶段4-激光加工阶段1热压后的二号堆叠。阶段5-热压一号堆叠和二号堆叠形成三号堆叠。阶段6-激光加工三号堆叠形成传动机构。由此得到的传动机构具有高机动特性，可以实现爬行机器人的前进动作和转弯动作。

在本机构中共包含三条支链，其中两条为驱动支链，两条驱动支链是相似的，剩下一条为约束支链。

对于约束支链，其所构成的运动旋量系为：

其中

是约束支链的第四转轴的螺旋轴所对应的运动旋量，

是约束支链第五转轴的螺旋轴所对应的运动旋量，

是运动旋量

的副部在Z方向上的分量，

分别表示

,

函数的缩写，

约束支链中第一转轴S₁₁和第二转轴S₁₂之间的连杆围绕第一转轴S₁₁旋转的角度。

因此，约束支链所构成的约束旋量系可以表示为：

其中

是第一个至第四约束旋力旋量。

对于两条相似的驱动支链，其所构成的运动旋量系为：

其中

为驱动支链的运动旋量系，

是运动旋量系

的第一至第五运动旋量，

为所述运动旋量的副部在X、Y、Z三个方向上的分量，其中

分别对应X、Y、Z三个方向。

因此，两条驱动支链所构成的约束旋量系可以表示为

其中

为驱动支链的约束旋量系，

为驱动支链的约束旋量系的唯一约束力旋量。

根据并联机构旋量理论，运动平台的约束旋量系为所有支链约束旋量系的并集，运动旋量系为所有支链运动旋量系的交集，因此运动平台的运动旋量系可以表示为：

其中

是约束支链的第四转轴的螺旋轴所对应的运动旋量，

是约束支链第五转轴的螺旋轴所对应的运动旋量，

是运动旋量

的副部在Z方向上的分量，

分别表示

,

函数的缩写，

是约束支链中第四转轴和第五转轴之间的连杆围绕第五转轴旋转的角度。

由于运动平台的运动旋量系包含两个旋量，因此该并联机构的自由度为二。

如图6所示，除了传动机构，机器人还包括安装在侧板上的控制器12，驱动器13和电池14。当接受到前进的指令时，驱动转轴S₂₁、S₃₁带动连杆在转轴S₁₂的作用下向上抬升，传动机构进行抬升动作时，机器人的上半部相对于下半部产生抬升的动作，从而实现爬行机器人相对与地面的前进运动。传动机构进行扭转动作时，机器人的上半部相对于下半部发生转向的动作，从而实现爬行机器人相对于地面的转弯运动。

实施例1

一种微型高机动性智能爬行机器人，包括压电陶瓷驱动器，传动机构，电池和控制器。爬行机器人长度为41mm宽度为18mm，整体尺寸和硬币相仿。

其中，压电陶瓷驱动器由四片压电陶瓷片和一片碳纤维片组成，压电陶瓷材料为多晶型压电陶瓷，牌号为PZT-5H，压电陶瓷片的正负表面均涂有镍合金电极。四片压电陶瓷两两分布，将碳纤维片夹在中间。

压电陶瓷驱动器的表面的镍合金电极通过铜箔引出，镍钛合金电极和铜箔之间通过环氧导电胶连接实现导电。

传动机构为使用柔性铰链的微型二自由度并联机构，其材料为碳纤维薄片，粘合胶膜和聚酰亚胺薄膜，加工方式为激光加工和热压工艺。

具体的，通过激光在上述碳纤维薄片，粘合胶膜和聚酰亚胺薄膜材料上分别雕刻对应的图案，并将材料按顺序粘接再一起，重复多次后，得到微型的连杆结构，将结构上特定的部分连接在一起，即可获得完整的微型传动机构。

微型高机动性智能爬行机器人的动力由压电陶瓷驱动器提供，由传动机构传递转化成爬行机器人机体的抬升运动或扭转运动，进而实现爬行机器人的前进和转弯动作。

进一步的，压电陶瓷驱动器在交流电压下可以产生幅度为微米级别的摆动变形，这个摆动动作被传动机构转换成幅度较大的转动。

在本实施例中，对压电陶瓷驱动器施加的驱动电压为250V，压电陶瓷驱动器产生的摆动变形的幅度为400μm，激光测距仪对压电陶瓷驱动器末端位移测试经过测量，400μm的驱动器摆动使传动机构产生30度的转动。

微传动机构的安装过程如图3所示，首先将激光加工后的传动机构翻转，并将传动机构上5和6两处设计好的连接点扣上，以实现结构的闭环过程，用胶水固定连接点7。

微型高机动性智能爬行机器人的装配过程如图4所示，首先将压电陶瓷驱动器8的尾部嵌入传动机构的侧板上的两处安装孔，再将传动机构9的两处输入端嵌入压电陶瓷驱动器的前端，上述共计四处安装点位，均使用胶水固定。

微型高机动性智能爬行机器人的运动原理如图5所示，压电陶瓷驱动器具有两个陶瓷堆叠结构（10-左侧陶瓷堆叠，11-右侧陶瓷堆叠），这两个陶瓷堆叠可以产生独立的动作。当两个陶瓷堆叠的动作同步时候，传动机构可以产生抬升的动作，这时机器人会前进；当两个陶瓷堆叠的动作不同步时，传动机构可以产生扭转的动作，这时机器人会转向。当两个陶瓷堆叠同时被驱动时，两个陶瓷堆叠的同步分量会引起传动机构的抬升动作，两个陶瓷堆叠动作的异步分量会引起传动机构的扭转动作。对于传动机构而言，抬升和扭转动作是可以叠加的。

实施例2

采用实施例1的方法，制得的压电陶瓷驱动器质量为280mg，微型传动机构的质量为800mg，最终组装成的微型高机动性智能爬行机器人的质量为4.34g。

对该机器人进行运动速度测试，将机器人方式在水平平台上，对机器人压电陶瓷驱动器两端施加相同电压，用摄像机（佳能5d mark2）拍摄机器人在一定时间下运动的距离，计算机器人的爬行速度，在驱动频率为60Hz时，机器人的爬行速度达到27.4cm/s，远高于现有微型爬行机器人的运动速度（2018-RAL-Power and Control Autonomy for High-Speed Locomotion With an Insect-Scale Legged Robot）。同时，在转弯测试中，将机器人放置在水平平台上，对压电陶瓷驱动器两端施加不同电压，用摄像机拍摄机器人在一定时间下转弯的过程，计算机器人的转弯半径，当对机器人施加左侧30Hz，右侧60Hz的驱动信号时，机器人的转弯半径为1.7 cm，体现出极高的机动性能。

Claims (12)

1.一种微型爬行机器人的传动机构，其特征在于，所述传动机构是具有三个支链两个自由度的并联机构，包括定平台和动平台，约束支链，第一驱动支链和第二驱动支链，其中所述约束支链包括第一转轴S₁₁和第二转轴S₁₂，分别产生约束所述动平台抬升运动和扭转运动的功能；所述第一驱动支链包含第三至第七转轴S₂₁-S₂₅，其中第三转轴S₂₁为驱动转轴，其余均为传动转轴；第二驱动支链包含第八至第十二转轴S₃₁-S₃₅，其中第八转轴S₃₁为驱动转轴，其余均为传动转轴，当第三转轴S₂₁和第八转轴S₃₁的运动同步时，所述传动机构的动平台相对于定平台产生抬升动作，允许爬行机器人前进；当第三转轴S₂₁和第八转轴S₃₁的运动不同步时，所述传动机构的动平台相对于定平台产生扭转动作，允许爬行机器人转弯，其中所述抬升动作和所述扭转动作的运动轴线是正交的。

2.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述传动机构的所述抬升动作和所述扭转动作是可叠加的，从而允许所述爬行机器人的前进和转弯同时进行。

3.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于，第一转轴S₁₁在定平台上；

第二转轴S₁₂在动平台上，和第一转轴S₁₁垂直且通过连杆连接；

第三转轴S₂₁在定平台上，和第一转轴S₁₁平行，作为驱动转轴；

第四转轴S₂₂和第一转轴S₁₁平行，和第三转轴S₂₁通过连杆连接；

第五转轴S₂₃和第一转轴S₁₁平行，和第四转轴S₂₂通过连杆连接；

第六转轴S₂₄和第二转轴S₁₂平行，和第五转轴S₂₃通过连杆连接；

第七转轴S₂₅在动平台上，和第二转轴S₁₂平行，和第六转轴S₂₄通过连杆连接；

第八转轴S₃₁在定平台上，和第一转轴S₁₁平行，作为驱动转轴；

第九转轴S₃₂和第一转轴S₁₁平行，和第八转轴S₃₁通过连杆连接；

第十转轴S₃₃和第一转轴S₁₁平行，和第九转轴S₃₂通过连杆连接；

第十一转轴S₃₄和第二转轴S₁₂平行，和第十转轴S₃₃通过连杆连接；

第十二转轴S₃₅在动平台上，和第二转轴S₁₂平行，和第十一转轴S₃₄通过连杆连接。

4.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述约束支链构成运动旋量系

和约束旋量系

，所述运动旋量系为：

其中

是约束支链的第四转轴的螺旋轴所对应的运动旋量，

是约束支链第五转轴的螺旋轴所对应的运动旋量，

是运动旋量

的副部在Z方向上的分量，

分别表示

,

函数的缩写，

是约束支链中第一转轴S₁₁和第二转轴S₁₂之间的连杆围绕第一转轴S₁₁旋转的角度，

所述约束旋量系为：

其中

是第一个至第四约束旋力旋量。

5.根据权利要求4所述的传动机构，其特征在于，所述两个驱动支链构成运动旋量系

和约束旋量系

，所述运动旋量系为：

其中

为驱动支链的运动旋量系，

是运动旋量系

的第一至第五运动旋量，

为所述运动旋量的副部在X、Y、Z三个方向上的分量，其中

分别对应X、Y、Z三个方向，

所述约束旋量系为：

其中

为驱动支链的约束旋量系，

为驱动支链的约束旋量系的唯一约束力旋量。

6.根据权利要求1-5任一项所述的传动机构，其特征在于，所述传动机构由刚性复合材料和柔性聚合物组成。

7.根据权利要求6所述的传动机构，其特征在于，所述刚性复合材料选自碳纤维，不锈钢或木，所述柔性聚合物选自聚酰亚胺薄膜或聚乙烯薄膜。

8.根据权利要求6所述的传动机构，其特征在于，所述刚性复合材料是碳纤维。

9.根据权利要求6所述的传动机构，其特征在于，所述柔性聚合物是聚酰亚胺薄膜。

10.一种微型爬行机器人，其特征在于，包括电源，微型驱动器，控制器，通讯模块以及根据权利要求1-9中任一项所述的传动机构，其中机器人根据控制指令在传动机构的作用下前进和/或转弯，实现无系留运动。

11.根据权利要求10所述的机器人，其特征在于，所述微型驱动器为压电陶瓷驱动器。

12.一种机器人集群，其特征在于，所述机器人集群包括权利要求10或11所述的微型爬行机器人。

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