[发明专利]一种六足仿蜘蛛机器人及其步态规划方法

权利要求书

1.一种六足仿蜘蛛机器人，其特征在于：所述机器人包括躯干、端盖、行走机构、操作平台和驱动系统，所述行走机构通过螺栓连接在躯干上，所述操作平台和驱动系统放置在躯干内部，所述端盖安装在躯干上，将操作平台和驱动系统封闭。

2.根据权利要求1所述的六足仿蜘蛛机器人，其特征在于：所述机器人躯干采用菱形结构，躯干中间部分上下两面均向内切除一圆形凹槽，上部凹槽主要用于布置所述操作平台和驱动系统硬件，并提供与上层系统的接口；用于连接行走机构的六个圆孔呈圆周阵列均匀分布在一定厚度的扇形平台上面，行走机构的一端通过螺栓与躯干铰接形成基关节，边缘位置的扇形平台同样呈圆周阵列均匀分布，而且与躯干主体为一体化结构。

3.根据权利要求1所述的六足仿蜘蛛机器人，其特征在于：所述机器人行走机构为均匀分布在躯干两侧的六条相同腿L1、L2、L3、R1、R2、R3，每条腿为三连杆结构形式，每条腿包括三个肢节及三个关节，三个肢节为基节、股节和胫节；三个关节为基关节、髋关节和膝关节；第一个关节为腿部结构和躯干结构连接的转动副称为基关节；第二个关节为基节和股节连接的转动副称为髋关节，第三个关节为股节和胫节连接的转动副称为膝关节，基关节、髋关节和膝关节每个关节具有一个自由度。

4.根据权利要求3所述的六足仿蜘蛛机器人，其特征在于：所述机器人的腿中基节、股节、胫节的长度比例为0.09：0.455：0.455，腿部总长度为1000mm，基节长为90mm，股节和胫节的长度均为455mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的六足仿蜘蛛机器人的步态规划方法，其特征在于：六足仿蜘蛛机器人具有代表性的规则步态按同时支撑的腿数可以分为三种：三足步态、四足步态和五足步态。

6.根据权利要求5所述的六足仿蜘蛛机器人的步态规划方法，其特征在于：所述六足仿蜘蛛机器人的三足步态表示在任意运动时刻处于支撑相的腿的数目有三条，在仿蜘蛛机器人行走时保持稳定的前提下，三足步态步行速度最快的一种步态；将仿蜘蛛机器人的六条腿分为两组，第Ⅰ组为L1、R2、L3，第Ⅱ组为R1、L2、R3，任意一组都可以先行摆动，下面以第Ⅰ组先摆动为例，对机器人以三足步态行走时的几个阶段做如下阐述，说明该步态规划方法，步骤如下：

(1)第一阶段：机器人的六条腿着地，处于起步状态；

(2)第二阶段：第Ⅰ组腿向行进方向摆动，第Ⅱ组腿支撑躯体重心前移；

(3)第三阶段：第Ⅰ组腿着地，第Ⅱ组腿开始向前摆动；

(4)第四阶段：收回第Ⅰ组腿，机器人恢复静止状态。

7.根据权利要求5所述的六足仿蜘蛛机器人的步态规划方法，其特征在于：所述六足仿蜘蛛机器人的四足步态表示在任意运动时刻处于支撑相的腿的数目有四条，将仿蜘蛛机器人的六条腿分成三组，每组两条腿，第Ⅰ组腿包括L1、R2，第Ⅱ组腿包括L2、R3，第Ⅲ组腿包括R1、R3，任意一组都可先摆动，以下以第Ⅰ组腿先摆动为例，对机器人以四足步态行走时的几个阶段做如下阐述，说明该步态规划方法，步骤如下：

(1)第一阶段：机器人的六条腿着地，处于起步状态；

(2)第二阶段：第Ⅰ组腿先摆动，第Ⅱ组、第Ⅲ组腿支撑机器人躯体重心前移；

(3)第三阶段：第Ⅱ组腿摆动，第Ⅰ组、第Ⅲ组腿支撑机器人躯体重心前移；

(4)第四阶段：第Ⅲ组腿摆动，第Ⅰ组、第Ⅱ组腿支撑躯体重心前移；

(5)第五阶段：仿蜘蛛机器人恢复静止。

8.根据权利要求5所述的六足仿蜘蛛机器人的步态规划方法，其特征在于：波动步态又称五足步态，所述六足仿蜘蛛机器人的五足步态表示在任意运动时刻处于支撑相的腿的数目有五条；六足仿蜘蛛机器人在以波动步态向前运动时，其六条腿依次摆动并循环，每次只摆动一条腿；为了便于控制和机器人在行走时保持协调性，仿蜘蛛机器人的六条腿按照L1→R1→L2→R2→L3→R3的顺序进行摆动。

9.根据权利要求8所述的六足仿蜘蛛机器人的步态规划方法，其特征在于：原地转弯步态，用五足步态来实现机器人的原地转弯，在一个运动周期内，仿蜘蛛机器人的六条腿的足端位置交替变换：起步时，L1腿开始摆动并落到终止位置姿态的足端目标点，其余腿足端位置不改变，身体转过θ/6；接着L2腿开始摆动并落到位置姿态的足端目标点，其余腿足端位置不改变，身体再转过θ/6；之后按L3→R1→R2→R3→L1→L2的顺序交替旋转过一定角度，最终机器人的身体原地转动θ角度。