CN202783482U - 一种新型六足仿生机器人 - Google Patents

Abstract

一种新型六足仿生机器人，包括机架、机械手、电机固定后板I、电机固定侧板I、伺服电机、六角螺钉、电机固定前板I、逗号脚、齿条前导槽、直流电机、齿条后跳槽、电机固定侧板II、电机固定后板II、电机固定前板II、轴承盖板、盘式电机固定板、盘式电机、轴承、轴II、偏心轮、盖板、连杆、移动连接板、电机底板、移动主板、上盖板、导向条、底板、轴III、齿条、齿轮、轴I、电机固定板、控制系统。仿生六足纲昆虫的行走步态；以一边的前足、后足与另一边的中足为一组,形成一个三角架支撑虫体,在同一时间只有一组的三条足行走；能够在狭小空间及复杂路况下行走以完成必要的任务，到达人类无法到达的指定地点，具有广阔的应用前景。

Description

一种新型六足仿生机器人

技术领域

本实用新型涉及仿生机器人领域，具体为一种新型六足仿生机器人。

背景技术

自从人类发明了轮子，极大的方便了人类的生活并促进了社会的高速发展。从古代的木轮推车一直发展到今天形形色色的汽车,都是采用滚轮技术;滚轮为人类的生存与征服自然做出了重大的贡献。但是随着人类自身活动空间的扩大——开发海洋、开发宇宙,在没有人工道路的自然环境下用轮子行走存在很多困难,有时甚至根本无法移动,因此设计和创造对自然环境具有高度适应能力的步行机构显得越来越重要。从1899年Muybridge 用连续摄影方法研究动物的行走开始,人们对步行机构的步态进行了大量的研究工作,尤其是近二三十年来,关于步态研究的重要成果不断涌现。在上世纪60年代末,由于开发步行机器人的需要,McGhee 在总结前人对动物步态研究成果的基础上,比较系统地给出了关于步态的一系列描述方法和分析步态的严格数学定义,为步态的研究分析奠定了较为完整的数学基础。步态是步行机器人的一种迈步方式,是步行机器人各腿协调运行的规律,即各腿的抬腿和放腿顺序,它是研究步行机构的一个很重要的参数,是确保步行机构稳定运行的非常重要的因素。

轮子或履带移动方式在移动机器人中已经普遍应用,但是在适应地形的能力上都有各自的局限性，因此出现了依照仿生学原理设计出一种具有较好适应性的足式移动机器人；其运动适应能力完全超过我们的想象。由于人类对于动物的研究也达到了一定的高度,仿生的机器人也越来越多;更侧重于机器人的控制以及对动物的步态分析的准确性,从而完成高难度的工作和适应复杂地面环境。仿生学控制原理关键是对于各个关节控制的协调性，如何使各个运动和整个机构运动协调统一，这是我们人类一直的追求。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种新型六足仿生机器人，以解决上述背景技术中的缺点。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种新型六足仿生机器人，包括机架、机械手、电机固定后板I、电机固定侧板I、伺服电机、六角螺钉、电机固定前板I、逗号脚、齿条前导槽、直流电机、齿条后跳槽、电机固定侧板II、电机固定后板II、电机固定前板II、轴承盖板、盘式电机固定板、盘式电机、轴承、轴II、偏心轮、盖板、连杆、移动连接板、电机底板、移动主板、上盖板、导向条、底板、轴III、齿条、齿轮、轴I、电机固定板、控制系统；其中，逗号脚包括逗号脚I、逗号脚II、逗号脚III、逗号脚IV、逗号脚IIV、逗号脚IIIV；机械手位于机架前端，电机固定板与机械手连接，并通过齿条与机架连接，与齿条相配套设置有齿轮，齿轮安装在轴I上，在齿条与机架连接处前端设置有齿条前导槽，后端设置有齿条后导槽，齿条的上方设置有直流电机；机架底部设置有底板，两侧外端对称设置有导向条，导向条分别与逗号脚逗号脚I、逗号脚II、逗号脚III、逗号脚IV、逗号脚IIV、逗号脚IIIV联结，在与逗号脚IV相对应的机架上面安装有电机固定后板I、电机固定侧板I、电机固定前板I，通过六角螺钉固定于机架，伺服电机分别与相对应的逗号脚连接；电机固定侧板II、电机固定后板II、电机固定前板II安装在与逗号脚IIV相对应的位置；其底部设置有电机底板，逗号脚II与逗号脚IIV之间设置有移动连接板，通过连杆连接，移动主板与移动连接板连接；逗号脚II电机一侧设置有上盖板，逗号脚IIV和逗号脚IIIV之间设置有驱动机构和偏心轮机构，驱动机构包括轴承盖板、轴II、轴III、轴承，轴II和轴III两侧分别安装有轴承，轴承外侧设有轴承盖板；偏心轮机构包括盘式电机固定板、盘式电机、偏心轮，偏心轮与盘式电机固定板连接，盘式电机安装在盘式电机固定板上，在与盘式电机固定板对应的位置设有盖板，用于减少机器人在行进过程中的摩擦力；控制系统设置在偏心轮机构处。

    在本实用新型中，六足仿生机器人行走机构采用伺服电机直接驱动逗号脚，拓展机器人的横向行走能力，横向移动采用偏心轮机构实现，通过偏心轮机构将旋转运动转换成往复直线运动、往复弧线摆动运动、间歇运动,同时有利于偏心轮机构的自锁性；盘式电机直接驱动偏心轮中心，连杆联结在圆周的某一位置，从而带动逗号脚I、逗号脚III、逗号脚IIV这一组脚的固定滑块完成左右运动。

 在本实用新型中，逗号脚采用半圆弧型，运动过程中始终保持三只逗号脚在地，能够保持运动的平稳性。

在本实用新型中，逗号脚采用弹簧钢材质制成，保证运动过程中逗号脚和地接触过程中有一定的减震性能，防止逗号脚变形。

在本实用新型中，机械手采用中心圆盘旋转带动两边的弧形机构慢慢啮合与圆盘形成一个同心盘，在对一个非圆物体完成平移夹持动作时，夹持受力更均匀，不易掉落。结构紧凑，易于节省空间，即实用又方便，控制简单。  

在本实用新型中，机械手的传动机构采用齿条带动齿轮前行，其结构简单且占用空间有小，又可以长距离传动。

在本实用新型中，控制系统与行走机构、驱动机构、偏心轮机构、传动机构连接，控制六足仿生机器人步态。

在本实用新型中，逗号脚为可拆卸联结式，可以根据地形特征更换逗号脚的大小。

本实用新型的运动原理为仿生六足纲昆虫在步行时把六条足分为两组,以一边的前足和后足与另一边的中足为一组,形成一个三角架支撑虫体,在同一时间只有一组的三条足起行走作用；前足用爪固定物体后拉动虫体前进,中足用以支撑并举起所属一边的身体,后足则推动虫体前进,同时使虫体转向,行走时虫体向前并稍向外转,三条足同时行动,然后再与另一组三条足交替进行,行走的轨迹线是一条锯齿状曲线。

有益效果：本实用新型仿生六足纲昆虫的步态行走，能够在狭小空间及复杂路况下行走以完成必要的任务，到达人类无法到达的指定地点，完成指定任务，如实施救灾救助，可以最大限度的减少灾害造成的损失；同时还可以应用于沙漠探测、探月工程、水下工程等，完成复杂环境下的工作，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的结构示意图。

图2为图1中A-A处剖示图。

图3为图1中B-B处剖示图。

图4为本实用新型较佳实施例中前进或后退步态转向说明图。

图5为本实用新型较佳实施例中左转或右转步态转向说明图。

图6为本实用新型较佳实施例中爬楼梯步态转向说明图。

图4-图6中，实心圆表示支撑腿；空心圆表示摆动腿；S表示步长。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1-图6的一种新型六足仿生机器人，包括机架1、机械手2、电机固定后板I3、电机固定侧板I4、伺服电机5、六角螺钉6、电机固定前板I7、逗号脚8、齿条前导槽9、直流电机10、齿条后跳槽11、电机固定侧板II12、电机固定后板II13、电机固定前板II14、轴承盖板15、盘式电机固定板16、盘式电机17、轴承18、轴II19、偏心轮20、盖板21、连杆22、移动连接板23、电机底板24、移动主板25、上盖板26、导向条27、底板28、轴III29、齿条30、齿轮31、轴I32、电机固定板33、控制系统。

在本实施例中，逗号脚8包括逗号脚I、逗号脚II、逗号脚III、逗号脚IV、逗号脚IIV、逗号脚IIIV。

在本实施例中，机械手2位于机架1前端，电机固定板33与机械手2连接，并通过齿条30与机架1连接，与齿条30相配套设置有齿轮31，齿轮31安装在轴I32上，在齿条30与机架1连接处前端设置有齿条前导槽9，后端设置有齿条后导槽11，齿条30的上方设置有直流电机10；机架1底部设置有底板28，两侧外端对称设置有导向条27，导向条27分别与逗号脚I、逗号脚II、逗号脚III、逗号脚IV、逗号脚IIV、逗号脚IIIV联结，在与逗号脚IV相对应的机架1上面安装有电机固定后板I3、电机固定侧板I4、电机固定前板I7，通过六角螺钉6固定于机架1，伺服电机5分别与相对应的逗号脚8连接；电机固定侧板II12、电机固定后板II13、电机固定前板II14安装在与逗号脚IIV相对应的位置；其底部设置有电机底板24，逗号脚II与逗号脚IIV之间设置有移动连接板23，通过连杆22连接，移动主板25与移动连接板23连接；逗号脚II电机一侧设置有上盖板26，逗号脚IIV和逗号脚IIIV之间设置有驱动机构和偏心轮机构，驱动机构包括轴承盖板15、轴II19、轴III29、轴承18，轴II19和轴III29两侧分别安装有轴承18，轴承18外侧设有轴承盖板15；偏心轮机构包括盘式电机固定板16、盘式电机17、偏心轮20，偏心轮20与盘式电机固定板16连接，盘式电机17安装在盘式电机固定板16上，在盘式电机固定板17对应的位置设有盖板21，用于减少机器人在行进过程中的摩擦力；控制系统设置在偏心轮机构处。

在本实施例中，六足仿生机器人行走机构采用伺服电机5驱动逗号脚8，拓展机器人的行走能力，横向移动采用偏心轮机构，其可以把旋转运动转换成往复直线运动、往复弧线摆动运动、间歇运动,同时有利于偏心轮机构的自锁性；盘式电机17直接驱动偏心轮20中心，连杆联结在圆周的某一位置，带动逗号脚I、逗号脚III、逗号脚IIV这一组脚的滑块完成左右运动。

 在本实施例中，逗号脚8采用半圆弧型，运动过程中始终保持三只逗号脚8在地，能够保持运动的平稳性。

在本实施例中，逗号脚8采用弹簧钢材质制成，保证运动过程中逗号脚8和地接触过程中有一定的减震性能，防止逗号脚8变形。

在本实施例中，机械手2采用中心圆盘旋转带动两边的弧形机构慢慢啮合与圆盘形成一个同心盘，在对一个非圆物体完成平移夹持动作时，夹持受力更均匀，不易掉落。结构紧凑，易于节省空间，即实用又方便，控制精度高。 

在本实施例中，机械手2的传动机构采用齿条30带动齿轮31前行，其结构简单且占用空间有小，又可以长距离传动。

在本实施例中，控制系统与行走机构、驱动机构、偏心轮机构、传动机构连接，控制六足仿生机器人步态。

在本实施例中，基于六足仿生机器人运动原理，将六条足分为两组，以一边的前足、后足与另一边的中足为一组（逗号脚I、逗号脚III、逗号脚IIV），形成一个三角架支撑虫体，在同一时间只有另一组的三条足（逗号脚II、逗号脚IV、逗号脚IIIV）行成另一个三角支撑。控制系统控制六足仿生机器人步态，六足仿生机器人步态主要包括前进、左转、右转、后退、爬楼梯，具体行进步态实现过程如下：

1.1 前进

如图4（a）(b) (c)所示，逗号脚I、逗号脚III、逗号脚IIV旋转一圈时，另外一组逗号脚II、逗号脚IV、逗号脚IIIV也进行旋转一周，旋转的相差315.970度，相差44.030度，这个度数正好是推动整个机器人身体前进，运动角度代表机器人前进的速度。机器人本体确保机器人的原有重心位置处于三条支撑腿所构成的三角形内，处于稳定状态不至于摔倒（图4(a)），摆动腿逗号脚II、逗号脚IV、逗号脚IIIV向前跨步（图4(b)），支撑腿逗号脚I、逗号脚III、逗号脚IIV一边支撑机器人本体，一边在直流驱动电机和皮带传动机构的作用下驱动机器人本体前进，使机器人机体向前运动一个步长S（图4(c)）。在机器人机体移动到位时，摆动腿逗号脚II、逗号脚IV、逗号脚IIIV立即放下，呈支撑态，使机器人的重心位置处于逗号脚II、逗号脚IV、逗号脚IIIV三条支撑腿所构成的三角形稳定区内，原来的支撑腿逗号脚I、逗号脚III、逗号脚IIV已抬起并准备向前跨步（图4(d)），摆动腿逗号脚I、逗号脚III、逗号脚IIV向前跨步（图4(e)），支撑腿逗号脚II、逗号脚IV、逗号脚IIIV此时一边支撑机器人本体，一边驱动机器人本体，使机器人机体向前运动一个步长S（图4(f)）,如此不断从步态 (a) (b) (c) (d) (e)(f) (a),循环往复，周而复始实现机器人不断向前运动。

1.2 左转

实现左转，当逗号脚I、逗号脚III、逗号脚IIV选择到图5位置时，此时底板离地高度是最高状态，左转弯开始，逗号脚IIV开始停止电机选择保持不动的状态，其它五只逗号脚运动保持原有的状态不变，根据地面粗糙度的不同，每一周所转过的角度也有所不同。可以通过时间来控制转过的角度，当要回到前进状态时，逗号脚I和逗号脚III再次到达逗号脚IIV位置时，逗号脚IIV电机与逗号脚I电机和逗号脚III电机开始同步运行，这个过程完成左转。

1.3 右转

实现右转，当逗号脚II、逗号脚IV、逗号脚IIIV选择到图5位置时，此时底板离地高度是最高状态，右转弯开始，逗号脚II开始停止电机选择保持不动的状态。其它五只逗号脚运动保持原有的状态不变，根据地面不同，每一周所转过的角度也有所不同。可以通过时间来控制转过的角度，当要回到前进状态时，逗号脚II和逗号脚IIIV再次到达逗号脚IIIV位置时，逗号脚IIIV电机与逗号脚II电机和逗号脚IIIV电机开始同步运行，这个过程顺利完成右转向。

1.4 后退

后退这个运动过程与前进及其相似，当六只脚在图4位置时，两组脚的状态保持不变切换运动程序，使得六只脚的运动状态同时换向运动，逗号脚I、逗号脚III、逗号脚IIV首先反向运动还是逗号脚II、逗号脚IV、逗号脚IIIV反向运动都一样。如此不停的重复运动，摆动腿逗号脚I、逗号脚III、逗号脚IIV向后跨步（图4(e)），支撑腿逗号脚II、逗号脚IV、逗号脚IIIV此时一边支撑机器人本体，一边驱动机器人本体，使机器人机体向前运动一个步长S（图4(f)）,如此不断从步态 (a) (b) (c) (d) (e)(f) (a),循环往复，周而复始实现机器人不断向后倒退。

1.5 爬楼梯

    爬楼是一个高难度的动作，运行过程中重心要保持稳定。运动方式与前者不同的是，运动过程中不再是三角支撑结构，因为楼梯的不平整性，也不可能形成支撑结构。现在运行特征是两只脚或四肢脚组成一组运动保持前行，因此运动时底板与地面不时有接触。也是为了保证运动过程能使车子不至于滑下或翻滚，如图6步态，运动步伐主要是根据当前的运动位置，以及楼梯的台阶高度控制平衡的运动方式。

当爬行不同的楼梯时，可以随时换掉不同大小的逗号脚，适应不同的路况和复杂的运动；当遇到河流时，由于该机身在设计时采用纤维机身和高强度塑料，驱动电机和控制集成块都进行了防水密封，且对机身重量和直脚片的驱动力进行了优化设计，使得机身在直脚片的常规驱动频率下能够运动自如，避免在水中产生触底匍匐前进的现象，换上片型直脚可以顺利的在水中以游泳方式进行潜行，通过改变前后左右脚的摆动频率，可以实现上浮下潜、左右转弯和自身旋转等潜行动作。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种新型六足仿生机器人，其特征在于，逗号脚包括逗号脚I、逗号脚II、逗号脚III、逗号脚IV、逗号脚IIV、逗号脚IIIV；机械手位于机架前端，电机固定板与机械手连接，并通过齿条与机架连接，与齿条相配套设置有齿轮，齿轮安装在轴I上，在齿条与机架连接处前端设置有齿条前导槽，后端设置有齿条后导槽，齿条的上方设置有直流电机；机架底部设置有底板，两侧外端对称设置有导向条，导向条分别与逗号脚I、逗号脚II、逗号脚III、逗号脚IV、逗号脚IIV、逗号脚IIIV联结，在与逗号脚IV相对应的机架上面安装有电机固定后板I、电机固定侧板I、电机固定前板I，通过六角螺钉固定于机架，伺服电机分别与相对应的逗号脚连接；电机固定侧板II、电机固定后板II、电机固定前板II安装在与逗号脚IIV相对应的位置；其底部设置有电机底板，逗号脚II与逗号脚IIV之间设置有移动连接板，通过连杆连接，移动主板与移动连接板连接；逗号脚II电机一侧设置有上盖板，逗号脚IIV和逗号脚IIIV之间设置有驱动机构和偏心轮机构，驱动机构包括轴承盖板、轴II、轴III、轴承，轴II和轴III两侧分别安装有轴承，轴承外侧设有轴承盖板；偏心轮机构包括盘式电机固定板、盘式电机、偏心轮，偏心轮与盘式电机固定板连接，盘式电机安装在盘式电机固定板上，在与盘式电机固定板对应的位置设有盖板，控制系统设置在偏心轮机构处。

2.根据权利要求1所述的一种新型六足仿生机器人，其特征在于，逗号脚采用半圆弧型。

3.根据权利要求1所述的一种新型六足仿生机器人，其特征在于，逗号脚采用弹簧钢材质。

4.根据权利要求1所述的一种新型六足仿生机器人，其特征在于，机械手采用中心圆盘旋转带动两边的弧形机构啮合与圆盘形成一个同心盘。

Images