[发明专利]对称式仿生六足行走装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械类，特别涉及一种机器人，尤指一种集驱动、精确传动、步态方式选择与灵活转向等功能的对称式仿生六足行走装置。其对于非结构环境(如沙漠、沼泽等复杂环境)具有优良的通过能力，属于一种能够在复杂地形中行走的装置，特别是一种结构轻巧的适应复杂地形的仿生行走装置。由于该行走装置对非结构环境具有较好的适应能力，因此对于这些恶劣环境的侦查，勘测具有较广的应用前景，可以运用到军事侦查，地质勘测，火星探测等领域。

背景技术

机器人技术是随着科技和工程技术的进步而发展起来的，近年来，机器人尤其是移动机器人越来越多地应用在星球表面探测、地震或事故救灾现场、爆处理、战场侦察救援等非结构环境中。其特点是机器人面临的环境复杂、路况(路貌)未知且多变。对这些环境进行不断的探索和研究，寻求一条解决问题的可行途径，成为科学技术发展和人类社会进步的必然要求。不规则和不平坦的地形是这些环境的共同特点，这种地形使轮式移动机器人的应用受到限制。虽然腿式移动机器人能够满足某些性能要求，但是由于其结构自太多，控制比较复杂，应用也受到一定的限制。综合比较履带式移动机器人能够很好应地面的变化，因此履带式移动机器人的研究得以蓬勃发展。

从20世纪80年代国外就对小型履带式移动机器人展开了系统的研究，经过多年的技累和经验总结，已经取得了可喜的研究成果。比较有影响的是美国的Packbot机器人、BOT、NUGV和talon机器人。它们应用在伊拉克战争和阿富汗战争中，取得了巨大成功。此外，英国研制的Supper Wheel barrow排爆机器人、加拿大谢布鲁克大学研制的IMUT机器人，日本的Helios VII机器人都属于履带式机器人。我国对履带式机器人究起步较晚，但是近期也取得了一定的成果，如沈阳自动化研究所的CLIMBER人等。

在履带式机器人得到大力发展的同时，轮式机器人的发展也非常快速。轮式推进机构具有悠久的发展历史，车轮的采用是古代人类的伟大技术发明，汽车的使轮式车辆技术日趋完善。轮式结构具有重量轻、造价低、车速高、最大行程大、使命长、维修保养方便等特点，但是不足之处是越野通过能力和防护能力不如履带式机构。轮式移动机器人由于其较高的运动速度，在平坦的环境中具有独特的优越性，国内外学者在轮式机器人方面进行了大量的研究。同时轮式移动机器人驱动和控制比较容易，稳定性也较足式移动机器人好，因此这些研究主要集中于路径规划、控制、平面定位、目标识别等理论方面。因为其运动性能比较好，因此主要用于军事方面，也正是利用这一特点研制不同的机器人。轮式机器人是研究最多的一种，有四轮、六轮或八轮等多种形式。如E.Nakano等研制轮全向移动机器人、星球探测机器人Micro-5、Rover等。

可见，轮式和履带式是最常用的移动方式，具有移动速度快、控制简单、移动过程较为平稳等特点。但是轮式和履带式行走机构难以跨过较大的障碍(如沟壑)，并且对凹凸不平的地表适应力较差。相对的足式行走机构在越障，适应复杂地表这方面就具有较大的优势，因为足式行走机构自由度更多，相对更加灵活，对凹凸不平的地表的适应能力更强，同时，足式行走机构的立足点是离散的，跟地面接触面积较小，可以在地表选择最优点作为支撑，即使在表面不规则的情况下，也能够通过严格选择足的支撑点使行走自如，能够适应很多非结构环境下的机器人作业。

1990年，美国卡内基-梅隆大学研制出用于外星探测的六足步行机器人AMBLER采用了新型的腿机构，由一个在水平面内运动的旋转杆和在垂直面内作直线运动展杆组成，两杆正交。1993年，该学校开发出有缆的八足步行机器人DANTE，用于极地埃里伯斯火山进行了考察，其改进型DANTE-II也在实际中得到了应用。在对步态进行研究的基础上，2000年美国研制出六足仿生步行机器人Robot，为了像昆虫一样在凸凹不平地面上仍能高速和灵活步行，采用气动人工肌肉的方式，压缩空气由上部的管子传输，并由气动作动器驱动各关节，使用独特的机构来模仿肌肉的特性。

发明内容