[发明专利]仿生六足爬行机器人

说明书

本发明涉及仿生爬行机器人技术领域，具体地说，是一种仿蜘蛛的六足爬行机器人，包括腿部结构和中心驱动单元，本体包括六条腿，绕圆形中心驱动单元均匀布置，两两之间的角度均为60°，机械腿通过两条连杆与中心驱动单元实现连接，所述每一条腿部结构包含一个舵机带动一对齿轮产生运动，所述舵机固定安装于中心驱动单元的底盘内，下连杆与转向杆连接，安装于舵机轴上的齿轮与安装在转向杆上的齿轮相配合实现水平方向转动，其转动角度均为30°，从而实现机械腿的前进、后退运动，本发明具有稳定性好、结构简单、灵活性高等优点。

技术领域

本发明涉及仿生爬行机器人技术领域，具体地说，是一种仿蜘蛛的六足爬行机器人。

背景技术

蜘蛛的运动行为经过自然进化可以高度适应复杂多变的环境。蜘蛛是陆地生态系统中最丰富的捕食性天敌，其反应速度快且运动姿势灵活多变。从机构仿生学角度而言，八足的仿生蜘蛛结构复杂，参数较多，完全按照该结构仿生难度较大，因此按照六足结构进行仿生爬行机器人设计。仿生六足机器人具有高灵活性，在环境复杂、路况较差的条件下也能保证稳定行走能力，还具有一定的避障能力，可以替代人类完成特殊场景的任务。

仿生六足机器人以蜘蛛为仿生蓝本，具有优秀的运动能力，可在复杂环境中有较出色的平稳性，可用于复杂环境的探测、废墟搜索、特定物品运输等场合，广泛应用于工业、国防、救援探测等诸多领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种稳定性好、结构简单、灵活性高的仿生六足爬行机器人。为了达到上述目的，本发明从仿生功能的角度出发，以蜘蛛爬行特性为基础，设计了一种六足爬行机器人。

本发明的具体技术方案如下：一种仿生六足爬行机器人，包括腿部结构和中心驱动单元，本体包括六条腿，绕中心驱动单元均匀布置，两两之间的角度均为60°，机械腿通过两条连杆与中心驱动单元实现连接，所述每一条腿部结构包含一个舵机带动一对齿轮产生运动，所述舵机固定安装于中心驱动单元的底盘内，下连杆与转向杆连接，安装于舵机轴上的齿轮与安装在转向杆上的齿轮相配合实现水平方向转动，其转动角度均为30°（-15°~15°），从而实现机械腿的前进、后退运动。

本发明的进一步改进，腿部结构的抬升杆一端与上、下连杆相连接，可实现垂直面内的转动，抬升杆的另一端安装在连接盘上，可实现水平面转动，如此设计布局是保证舵机在驱动腿部前进、后退时不影响中心驱动单元连接盘的运动，减少耦合。

本发明的进一步改进，六条腿的连杆及与之对应的抬升杆和驱动单元的连接盘共同构成类似伞状收缩机构，通过连接盘的上下运动造成抬升杆及连接杆整体结构的收缩，从而实现竖直方向的抬腿运动。

本发明的进一步改进，所述中心驱动单元由步进电机、齿轮、驱动连杆及伞状结构构成，通过步进电机带动齿轮转动，借助与齿轮有关联的驱动连杆的运动可带动连接盘上、下运动可实现伞状机构的收缩与伸展，从而实现抬腿与落下。

本发明的进一步改进，驱动连杆安装在齿轮两侧圆盘面上，两圆盘与齿轮同轴安装，可由一个步进电机驱动驱动上、下连接盘运动实现两组腿的交替抬起与落下。

本发明的进一步改进，所述齿轮两侧的圆盘与上、下连接盘之间的两个连杆长度不等，与下连接盘相连的连杆较长，同时下连接盘与三条腿相连，三条腿之间初始状态夹角120°；所述较短连杆与上连接盘相连，并于另外三条腿相连；两连杆安装不同轴且长度不同，导致上、下连接盘周期性间歇运动，仿生六足机器人产生交替抬腿与落腿动作。

仿生六足机器人初始状态夹角为120°的三条腿在舵机的驱动下实现前进动作，步进电机驱动伞状结构收缩促使另外三条腿产生抬腿动作，先产生前进动作的三条腿的舵机再产生同方向的小角度运动且三条腿着力点不变，导致中心驱动单元整体中心前移，步进电机反方向运转伞状结构伸展，抬起的三条腿落下，步进电机继续运动驱动最开始产生前进动作的三条腿抬起，刚落下的三条腿舵机转动一定角度，中心驱动单元中心前移，步进电机继续运动，抬起的三条腿落下，机器人完成一个周期的前进动作。