[发明专利]新型六足仿生虫

说明书

技术领域

本发明涉及机器人仿生领域，是结合机械、电子、计算机、控制技术和仿生学为一体的机电一体化设备。

背景技术

当代机器人研究的领域已经从结构环境下的定点作业扩展到航空航天探索、军事侦察攻击、水下地下管道检测、疾病检查治疗、抢险救灾等非结构环境下的自主作业。未来的机器人将在人类不能或难以到达的已知或未知环境里为人类工作。

目前移动机器人中轮式或履带式移动方式已获得广泛的应用，但是步行移动方式具有相对轮式和履带式移动方式所特有的优点：(1)足运动方式有较好的机动性，即具有较好的对不平地面的适应能力。足运动方式的立足点是离散的，可以在可能达到的地面上最优地选择支撑点，足运动系统还可以通过松软地面(如沼泽 沙漠等)以及跨越较大的障碍(如沟，坎等)。(2)足运动系统可以有主动隔振，即允许机身运动轨迹与足运动轨迹解耦。尽管地面高低不平，机身运动仍可相当平稳。(3)足运动系统在不平或松散地面上的运动速度较高， 而能耗较小。

实用步行机的研制有赖于科学和工程技术的进步。步行机需要有多个子系统才能完成诸如关节运动的产生、足运动先后顺序的安排、平衡监视和实现、障碍的回避与克服等，其中许多规律是人们所不了了解或不完全了解的，尽管研究者们已经得到了很多有用的结论。目前的步行机器人运动的平稳性、灵活性与跨越障碍能力等移动性能都达不到理想的情况。针对这一问题，本发明提出了一种新型六足仿生虫，具有良好的移动性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种新型六足仿生虫。

本发明的仿生虫具有设计的特殊的腿部机构，能够使仿生虫运动的平稳性、灵活性与跨越障碍能力得到很好地保障。

机械机构是仿生机器人等机械设备的基础，具有好的机械机构的机器人具有优良的工作性能、简单的控制算法和较低的制造和维护成本等优点。仿生虫的机械机构主要包括腿部机构和整体结构两大部分。

1、仿生虫腿部机构。

仿生虫的腿部机构关系到仿生虫运动的平稳性、灵活性与跨越障碍能力等移动性能，是仿生虫的机械设计的关键之一。从运动方面看，仿生虫的腿部机构的状态可分为支撑状态和摇摆状态，通过腿部机构在这两种状态之间的切换实现仿生虫的各种动作。本发明采用闭链形式的平面连杆机构作为仿生虫的腿机构

2、仿生虫整体结构。

本发明设计的仿生虫由于要具备动物运动的一些特征，所以采用了和动物构型相似的轴对称构型中的正向对称分布构型。由于要实现被动稳定性，所以选择的腿的数目选择为六条。仿生虫的整体机械机构除六条腿部机构外，还包括六个传动齿轮，两个作为动力源的带减速器的电机、放置电机的底板和起支撑传动轴作用的支撑板与侧板。

附图说明

图1是腿部连杆模型；

图2是动力传动方案；

图2中，1-腿1；2-齿轮2；3-齿轮1；4-支撑板1；5-电机1；6-腿6；7-齿轮3；8-支撑板3；9-支撑板2；10-腿5；11-齿轮6；12-齿轮4；13-电机2；14-腿4；15-齿轮5；16-支撑板4；17-腿2；18-腿3。

图3是仿生虫三维实体图。

具体实施方式

考虑到闭环机构具有运动刚度大等优点和仿生虫的足端轨迹的要求，设计了一组斯蒂芬森形式的六连杆机构作为仿生虫腿部机构。对仿生虫的总体设计时，在不丧失仿生虫的基本运动能力的前提下尽量减少驱动电机的数目，设计了采用两个电机驱动的仿生虫动力传动方案。

1、仿生虫腿部机构的具体实施方式。

在仿生虫爬行的过程中，要求处于支撑状态的足端相对于机身的运动轨迹为直线，这样能不让机身的重心上下波动以减少能量消耗，同时有利于协调各个腿之间的运动和对机身姿态的控制。在步行过程，处于支撑状态的腿承受仿生虫的重量并推动其实现运动，因此仿生虫的腿部机构必须具有与仿生虫整体的重量相应的刚度，以防止出现“软骨病”。

连杆机构作为实际应用中常见的机构，具有能实现不同的运动规律和运动轨迹要求、承受载荷较大、便于加工制造等优点。查阅连杆曲线图谱得到许多连杆末端运动轨迹中有一段近似直线部分的平面四连杆机构，但不能直接把该连杆机构作为仿生虫的腿部机构，因为其轨迹中接近直线的部分不能处于腿的支撑相。为了把这种连杆结构用于仿生虫，将其变换成六杆平动机构。六杆平动机构可以很好地实现爬行的功能。

2、仿生虫整体结构的具体实施方式。