CN2827823Y - 机械螃蟹 - Google Patents

Abstract

一种机械螃蟹，属于机器人领域，在单片机的控制下可前行、横行和避障，而横向行走是机械螃蟹的运动特色。它可以充当侦察设备、武器系统、通讯系统的载体，代替人进入某些特殊环境，完成军事、民用等方面的任务。机械螃蟹包括躯干、8条腿和胶质护套3大部分，每条腿由基关节、上肢体、下肢体三部分组成，每条腿上的3台位置伺服电机(俗称直流舵机)借助绳轮副并接收相应的控制单元发来的指令实现指定动作。绳轮副简化了部件间的传动连接，减轻自重，增加有效载荷；整个机器人具有体积小、动作灵敏、环境适应性强等优点。

Description

机械螃蟹

技术领域

一种机械螃蟹，属于机器人领域，可以充当侦察设备、武器系统、通讯系统的载体，代替人进入某些特殊环境，完成军事、民用等方面的任务。

背景技术

自二十世纪六七十年代起，各国在军用机器人的研制和开发中都投入了大量的人力、物力；微型仿生机器人以其隐蔽性强、功耗小、行动灵活、成本低廉、便于大量部署等优点而得到人们的普遍关注。其中一项关键的技术是它们的行走机构。目前开发的驱动源大致包括电机、气压、液压、压电陶瓷、超导材料、形状记忆合金、可伸缩聚合体等等；而传动方式包括直接传动、齿轮副、绳轮副、链轮副、蜗轮副等或是它们的组合；驱动和传动方式的多样性使仿生机械的结构设计千变万化、各有千秋。例如，德国FZI(ForchungszentrumInformatic)研制的Lauron系列六足仿生机械是由24伏直流伺服电机经带轮减速后驱动各关节和肢体；德国Munich Technical University研制的TUM六足仿生机械的抬腿关节是由直流电机经谐波齿轮减速后驱动；DARPA资助的高机动性六足机械蟑螂是由微型气缸驱动24个关节，使之具有行走和跳跃的能力；美国海军研制的八足机器龙虾的每条腿有3个基本关节，采用肌肉型驱动器(即用形状记忆合金镍钛诺制做的力可恢复型人造肌肉)；德国AIS在DARPA的资助下研制了一种以蝎子为生物原型的八足仿生机械，每足3个自由度，每个关节由直流电机经大传动比齿轮副驱动。

但目前我们尚未见到有关可以横向行走的机械螃蟹结构设计的报道。

发明内容

本实用新型的目的是公开一种机械螃蟹的结构设计，在单片机的控制下可前行、横行和避障，而横向行走是机械螃蟹的运动特色。

机械螃蟹是具有结构相同的8条腿，每条腿上又有结构相同的3个关节的微型仿生机械。驱动源为位置伺服电机(俗称直流舵机)，传动机构采用绳传动，简化了部件间的传动连接，减轻自重，增加有效载荷。

机械螃蟹包括躯干、8条腿和胶质护套3大部分，其中每条腿分别与平板式躯干相连；躯干上装有作为机械螃蟹控制中心的控制器(对于遥控机械螃蟹，尚需装有无线接收装置)；每条腿由基关节、上肢体、下肢体三部分组成，每一部分都有自己的动力源并接收相应控制单元发来的指令实现指定动作；整个装置用胶质护套包裹起来，以确保机械螃蟹可在两栖环境中正常运行。

基关节由位置伺服电机、绳轮、张紧轮和绳组成。其中的位置伺服电机固定在与平板式躯干的上表面，绳轮固定在位置伺服电机的轴头上，张紧轮的转轴固定在与平板式躯干固连的支架上，绳绕过绳轮和张紧轮并在铅垂面内构成一组绳轮副，并起髋关节的作用。而绳的直立段借助板形杆件与另一位置伺服电机固连，并可在绳的拖动下沿支架上的导柱上下移动。该位置伺服电机的输出轴与作为上肢体的向上弯曲的直杆端部的孔键连接，于是，这台位置伺服电机可带动上肢体在水平面内转动。所述的向上弯曲的直杆的上半部分除固定第三台位置伺服电机外，还与作为下肢体的直杆上端铰接，第三台位置伺服电机的轴头上固装的绳轮与该直杆这端的固连绳轮以及绳又组成一组绳轮副(轮轴正交，起膝关节的作用)，于是，当第三台位置伺服电机往复转动时，下肢体可以抬起或落地。

机器螃蟹的8条步行腿均布在平板式躯干的两侧，由单片机组成的控制中心装在躯干平板上。

在机械螃蟹中心控制器中存储了针对不同步态行走的指令，其中包括前行、横行和避障指令。当让机器人按照某一步态行走时，通过遥控装置将与不同行走方式对应的指令序号发给中心控制器，并经中心控制器转换成相应指令串分别控制8条腿上24个电机协调动作。而实现各种行走的关键在于：左右两侧、相间肢体上的驱动电机协调转动，实现一侧两足抬起、另侧两足蹬地并有序轮换的进行；当安装在腿部的传感器感知到行进中遇到的障碍物时，亦将信号发给中心控制器，中心控制器会调用相应的指令，改变预设定的肢体摆角，使腿跨过障碍。

整个机器人具有体积小、动作灵敏、环境适应性强等优点。

附图说明

图1机械螃蟹单个肢体结构示意图

图2机械螃蟹整体结构示意图

具体实施方式

下面给出本实用新型的优选实施方式，并结合附图加以说明。

如图2所示，机械螃蟹是具有结构相同的8条腿(图中仅细画了前面的两条腿)，每条腿上又有结构相同的3个关节的微型仿生机械。驱动源为位置伺服电机，传动机构采用绳传动。机械螃蟹在单片机的控制下可前行、横行和避障，而横向行走是机械螃蟹的运动特色。

机械螃蟹包括躯干00、8条腿(1，2，3，4，5，6，7，8)和胶质护套(图中未画出)3大部分，其中每条腿分别与平板式躯干00相连；躯干00上装有作为机械螃蟹控制中心的控制器9(对于遥控机械螃蟹，尚需装有无线接收装置)。每条腿由基关节、上肢体、下肢体三部分组成，每一部分都有自己的动力源并接收相应控制单元发来的指令实现指定动作；整个装置用胶质护套包裹起来，以确保机械螃蟹可在两栖环境中正常运行。

如图1所示，基关节由位置伺服电机11、绳轮12、张紧轮13和绳14组成。其中的位置伺服电机11固定在平板式躯干00的上表面，绳轮12固定在位置伺服电机11的轴头上，张紧轮13的转轴固定在与平板式躯干00固连的支架上，绳14绕过绳轮12和张紧轮13并在铅垂面内构成一组绳轮副，张紧轮13的作用是使绳14处于绷紧状态。绳轮副12、13、14起到髋关节的作用。而绳14的直立段借助板形杆件15与另一位置伺服电机21固连，并可在绳14的拖动下沿支架上的导柱上下移动。而该位置伺服电机21的输出轴与作为上肢体的向上弯曲的直杆22端部的孔键连接，于是，位置伺服电机21可带动上肢体在水平面内转动。所述的向上弯曲的直杆22的上半部分除固定第三台位置伺服电机31外，还与作为下肢体的直杆35的上端铰接，第三台位置伺服电机31的轴头上固装的绳轮32与直杆35该端的固连绳轮33以及绳34又组成一组绳轮副(轮轴正交，起膝关节的作用)，于是，当第三台直流舵31机往复转动时，下肢体可以抬起或落地。所采用的位置伺服电机的型号为FU-9602(7.5伏)，螃蟹的8条步行腿均布在躯干00的两侧，通过基关节位置伺服电机11的支座与躯干00直接固连，构成了螃蟹的整体。

现以机械螃蟹特有的横向行走为例说明其动作原理。

中心控制器9接收遥控器发来的指令序号，经中心控制器转换成相应的指令串，分别控制8条腿上的24个位置伺服电机协调动作。发布动作指令后，步行腿2，4上的基关节和膝关节电机正转某一个角度，上肢体在基关节绳轮副的带动下，相对基关节抬高一定距离，下肢体相对上肢体顺时针转过一定角度；而6，7腿上的基关节和膝关节电机逆时针转过某一角度，上肢体在基关节绳轮副的带动下，相对基关节抬高一定距离；下肢体相对上肢体逆时针转过一定角度，继而2，4，6，7腿的足尖抬起。此时1，3腿上的基关节和膝关节电机逆转某一个角度，上肢体在基关节绳轮副的带动下，相对基关节下降一定距离，下肢体相对上肢体逆时针转过一定角度；而5，8腿上的基关节和膝关节电机顺时针转过某一角度，上肢体在基关节绳轮副的带动下，相对基关节下降一定距离；下肢体相对上肢体顺时针转过一定角度，继而1，3，5，8腿的足尖蹬地，处于支撑状态。待2，4，6，7腿上的关节到达指令预设定的位置后，被抬起的腿上的关节电机按与抬腿时相反的方向转动，使2，4，6，7腿的足尖落地，四个足尖均落地后，其余1，3，5，8腿上相应关节执行如前所述的抬腿动作，继而完成了一步行走动作。进而实现了机械螃蟹的一步横行。

为了感知行进中遇到的障碍物，在腿部安装传感器，并将信号发给中心控制器，中心控制器会调用相应的指令，改变预设定的关节摆角，使腿跨过障碍。

本实用新型可前行、横行和避障，而横向行走是机械螃蟹的运动特色。

整个机器人具有体积小、动作灵敏、环境适应性强等优点。

Claims (1)

1.一种机械螃蟹，它包括躯干(00)、8条腿(1，2，3，4，5，6，7，8)和胶质护套3大部分，躯干(00)上装有作为机械螃蟹控制中心的控制器(9)；每条腿由基关节、上肢体、下肢体三部分组成；整个装置用胶质护套包裹起来；其特征在于：基关节由位置伺服电机(11)、绳轮(12)、张紧轮(13)和绳(14)组成，其中的位置伺服电机(11)固定在平板式躯干(00)的上表面，绳轮(12)固定在位置伺服电机(11)的轴头上，张紧轮(13)的转轴固定在与平板式躯干(00)固连的支架上，绳(14)绕过绳轮(12)和张紧轮(13)并在铅垂面内构成一组绳轮副；绳(14)的直立段借助板形杆件(15)与另一位置伺服电机(21)固连，其输出轴与作为上肢体的向上弯曲的直杆(22)端部的孔键连接；而所述的向上弯曲的直杆(22)的上半部分除固定第三台位置伺服电机(31)外，还与作为下肢体的直杆(35)的上端铰接，第三台位置伺服电机(31)的轴头上固装的绳轮(32)与直杆(35)该端的固连绳轮(33)以及绳(34)又组成一组绳轮副。

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