专利名称：单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置的利记博彩app
技术领域：
本发明属于 机器人技术领域，尤其涉及一种单一驱动的多足机器人机身模块化联
动装置。
背景技术：
多足机器人是移动机器人和履带式机器人的一个重要分支。它主要用在多障碍环境和非规则地形。它比移动机器人和履带式机器人有更高的机动性和灵活性。多足机器人大多是根据仿生学进行设计的，因此它能够具有很多仿生的生物具有的特点。对于多足机器人运动机构的研究一直是各国科学家关注的焦点之一。近年来，国外研究比较突出的有iSprawl族多足机器人，它是使用气动活塞作为主要的动力来源；还有RHex族多足机器人，RHex每足仅具有单一旋转自由度，配合使用半圆形且具被动弹性脚的设计使得RHex是一个可以完成非常多不同表现的自主机器人。我国多足机器人的研制成果主要有1989年北京航空航天大学开发的四足步行机，试制成功一台四足步行机，并进行了步行实验。2002年，上海交通大学对微型多足仿生机器人的研究，该步行机器人外形尺寸为长30mm、宽40mm、高20mm,质量仅为6. 3g,步行速度为3mm/s。此外还有清华大学开发的DTWN框架式双三足机器人；华中科技大学研制了 “4+2”多足步行机器人和MiniQuad多足步行机器人，同时对多足步行机器人的运动规划与控制，以及机器人的腿、臂功能融合和模块化实现的控制体系及其设计进行了研究。现有多足机器人驱动形式大多数由多个电机独立控制每条腿的抬腿和迈腿动作，因而多足机器人需要很多电机来协调动作，重量大、能量利用率低和控制系统复杂，不利于微小型机器人的发展，为改善以上缺点，目前微小型多足机器人正朝着欠驱动的方向发展，欠驱动分为两个或两个以上驱动和单一驱动两种类型，如六足仿生微型机器人R0ACH，它的重量只有2. 4克，整个机体采用了弹性复合物材料从而减轻了整个机体的重量，整个操作只有两个电机驱动。由美国加州大学伯克利分校研制的DASH六足机器人，只采用一个电机驱动，同时可以达到每秒15个身体长度的运行。但是上述采用欠驱动方式实现机器人存在结构复杂、运动特性难以控制的缺点，从而影响机器人运动学和动力学的数学精确描述。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、足端轨迹可优化、运动的可靠性和稳定性高的单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，该装置包括主架、双平行四边形联动机构、髋部机构、抓爪、连架、曲柄、动力传动杆及马达，所述的双平行四边形联动机构均布设在主架的两侧，所述的髋部机构通过抓爪与双平行四边形联动机构连接，所述的双平行四边形联动机构之间通过连架或曲柄互相连接，所述的马达通过动力传动杆连接曲柄；马达带动动力传动杆转动,动力传动杆带动曲柄旋转，曲柄带动双平行四边形联动机构进行往复运动，双平行四边形联动机构的往复运动通过抓爪带动各个髋部机构前后交替运动；通过增加或减少双平行四边形联动机构、髋部机构及连架的数量就可使该装置适合双足以上的各种偶数足的多足机器人。所述的双平行四边形联动机构、髋部机构与抓爪均设有六个，所述的双平行四边形联动机构均布设在主架的两侧，所述的髋部机构通过抓爪与双平行四边形联动机构连接，同侧前面的双平行四边形联动机构与后面的双平行四边形联动机构通过连架连接，同侧前面的双平行四边形联动机构与中间的双平行四边形联动机构通过曲柄连接，两个曲柄的初始相位相差180° ,两个曲柄均与动力传动杆连接,所述的动力传动杆连接马达,所述的马达固定在主架上。同侧前后两个双平行四边形联动机构与对侧中间的双平行四边形联动机构组成三角联动机构，且组成一个三角联动机构的三个双平行四边形联动机构具有相同的相位。该装置共有两个三角联动机构，这两个三角联动机构的相位相差180°。
所述的双平行四边形联动机构由两个平行的四杆机构通过中间公共杆并联组成。同侧前面和中间的双平行四边形联动机构由改进的契贝谢夫四杆机构将动力传动杆的运动经轨迹优化后传到双平行四边形联动机构上，通过改进的契贝谢夫四杆的尺度拟合改变足端步态轨迹曲线。所述的髋部机构包括三个连接活页、一个握杆、两个连接横杆及一个腿，所述的腿的一侧分别与两个连接横杆连接，两个连接横杆的端部分别通过两个连接活页连接主架，上面的连接横杆通过第三个连接活页与握杆的一端连接，握杆的另一端连接抓爪。所述的动力传动杆的两端为正六边形结构，所述的曲柄的轴孔为正六边形结构，动力传动杆连接在曲柄的轴孔内。所述的动力传动杆通过齿轮与马达连接。机器人直行运动时，马达转动带动动力传动杆转动,动力传动杆又带动曲柄旋转，曲柄又带动双平行四边形联动机构进行往复运动，由双平行四边形联动机构的往复运动通过抓爪带动各个髋部机构按优化的轨迹前后运动。与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果(I)本发明通过采用机身模块化联动装置，实现了单电机控制多足的目的；(2)该多足运动轨迹状态由于是通过机械的方式运动，故整体运动更加协调且成本低；(3)本发明的装置能够调整结构尺寸对足端轨迹进行优化；(4)本发明结构简单且减少了大量的控制环节，所以其运动的可靠性和稳定性都比多电机多足机器人高；(5)本发明还有一个显著的特点就是具有很强的延展性，即通过增加或减少双平行四边形联动机构、髋部结构和连架就可使该机构适合双足以上的各种偶数足的多足机器人；(6)本发明的应用范围广，可以用在航天探测、军事、灾难搜救和勘测等领域，具有很强的实用价值。
图I为本发明的俯视结构示意图；图2为本发明的右视结构示意图；图3为优化的契贝谢夫四杆机构图；图4为动力传动杆与曲柄的连接结构示意图；图5为带伸出杆双平行四边形联动机构(两侧前面和中间的)结构示意图；图6为不带伸出杆的双平行四边形联动机构(两侧后面的)结构示意 图；图7为一侧联动的双平行四边形联动机构简图；图8为三角联动机构结构示意图；
图9为机架结构示意图； 图10为抓爪的结构示意图；图11为两侧联动的双平行四边形联动机构示意图；图12为髋部机构的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，如图I和图2所示，它包括主架I、第一连架2与第二连架26、第一 第六抓爪3、8、11、17、20、25、第一 第六髋部机构4、7、10、18、21、24、第一 第六双平行四边形联动机构5、9、12、16、19、23、第一曲柄6、第二曲柄22、马达固定架13、动力传动杆14、马达15 ;马达15由马达固定架13固定在主架I上；第一 第六双平行四边形联动机构5、9、12、16、19、23均布设在主架I的两侧，第一 第六髋部机构4、7、10、18、21、24通过第一 第六抓爪3、8、11、17、20、25与第一 第六双平行四边形联动机构5、9、12、16、19、23连接，同侧前面的双平行四边形联动机构与后面的双平行四边形联动机构通过连架连接，即第一双平行四边形联动机构5和第三双平行四边形联动机构12通过第一连架2连接，第四双平行四边形联动机构16与第六双平行四边形联动机构23通过连架26连接，同侧前面的双平行四边形联动机构与中间的双平行四边形联动机构通过曲柄连接，且与曲柄之间通过改进的契贝谢夫四杆机构将动力传动杆的运动经轨迹优化后传给双平行四边形联动机构，即第一双平行四边形联动机构5和第二双平行四边形联动机构9通过销钉与第一曲柄6连接，第一曲柄6分别与第一双平行四边形联动机构5和第二双平行四边形联动机构9之间构成改进的契贝谢夫四杆机构；第五双平行四边形联动机构19与第六双平行四边形联动机构23通过销钉与第二曲柄22连接，第二曲柄22分别与第五双平行四边形联动机构19和第六双平行四边形联动机构23之间构成改进的契贝谢夫四杆机构；第一曲柄6与第二曲柄22由动力传动杆14带动，且第一曲柄6与第二曲柄22在初始安装时相位相差180° ;动力传动杆14通过齿轮减速由马达15直接驱动。如图3所示，该机构是改进的契贝谢夫四杆机构图，各杆长度比例为AB : AD : EB : EC : ED = I : 5 : 4 : 4 : 4。该机构的特点是可以通过四杆的尺度拟合来改变步态轨迹曲线实现步态轨迹优化；而该机构可以通过抓爪的连接使得顶点C的轨迹与髋部机构轨迹一致，图中27是经过一系列的模拟后优化的C点轨迹图，此轨迹图对应的杆长分别为 AB = 2. 5mm，AD = 12. 5mm，EB = EC = ED = 10mnin
图4为两个优化后的契贝谢夫四杆机构与动力传动杆的连接位置。图中动力传动杆14的两端连着四杆机构的曲柄22及曲柄6，曲柄22及曲柄6在安装时的初始相位相差180°。动力传动杆14的两端是正六边形结构，曲柄6或曲柄22的轴孔也是正六边形结构，这样在装配时很容易获得相差180°的相位。如图5所示，是机器人两侧前面和中间的带伸出杆双平行四边形联动机构，由两个平行的四杆机构通过中间公共杆并联组成，且有伸出杆与曲柄相连。如图6所示，是机器人两侧后面的不带伸出杆双平行四边形联动机构，由两个平行的四杆机构通过中间公共杆并联组成，没有伸出杆。如图7所示，同侧的前后两个双平行四边形四杆联动机构通过连架连接联动，使前后两个双平行四边形四杆联动机构同步运动且具有相同的相位。图中杆AN、NL、AD和DH组成一个如图3所示的优化的契贝谢夫四杆机构。如图8所示，同侧的前后两个双平行四边形四杆机构和对侧中间的双平行四边形·四杆机构通过动力传递杆组成三角联动双平行四边形四杆机构，且这三个双平行四边形四杆机构具有相同的相位。机器人机架结构如图9所示。第一 第六抓爪3、8、11、17、20、25的结构均如图10所示。如图11所示，是由图8的两个三角联动双平行四边形四杆机构组成的两侧联动的双平行四边形机构图。一个三角联动双平行四边形四杆机构连接多足机器人的同侧前后两个髋部机构和对侧中间的一个髋部机构，另外一个三角联动双平行四边形四杆机构连接多足机器人的剩下的三个髋部机构，而安装在动力传递杆上的一侧三角联动机构与对侧三角联动机构主动杆曲柄初始安装时相位相差180°，这样两侧三角联动机构分别带动多足机器人的三角步态的三个髋部机构交替运动，符合多足机器人行走时的三角步态运行。髋部机构如图12所示，包括三个连接活页28、29、30、一个握杆34、两个连接横杆
31、32及一个腿33，腿33的一侧分别与两个连接横杆31、32连接，两个连接横杆31、32的端部分别通过两个连接活页29、28连接主架，上面的连接横杆32通过第三个连接活页30与握杆34的一端连接，握杆34的另一端连接抓爪。这样机身双平行四边形联动机构的运动就通过握杆34传递给活页30，再通过活页30经过连接横杆31、32传递给腿。本发明的单一驱动多足机器人机身模块化联动机构的运动方式电机转动带动动力传动杆转动，动力传动杆又带动曲柄旋转，曲柄又带动两个三角联动双平行四边形联动机构按相位差180°往复运动，由双平行四边形联动机构的往复运动通过抓爪带动各个髋部机构按优化的轨迹前后交替运动。
权利要求
1.单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，其特征在于，该装置包括主架、双平行四边形联动机构、髋部机构、抓爪、连架、曲柄、动力传动杆及马达，所述的双平行四边形联动机构均布设在主架的两侧，所述的髋部机构通过抓爪与双平行四边形联动机构连接，所述的双平行四边形联动机构之间通过连架或曲柄互相连接，所述的马达通过动力传动杆连接曲柄； 马达带动动力传动杆转动，动力传动杆带动曲柄旋转，曲柄带动双平行四边形联动机构进行往复运动，双平行四边形联动机构的往复运动通过抓爪带动各个髋部机构前后交替运动；通过增加或减少双平行四边形联动机构、髋部机构及连架的数量使该装置适合双足以上的各种偶数足的多足机器人。
2.根据权利要求I所述的单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，其特征在于，所述的双平行四边形联动机构、髋部机构与抓爪均设有六个，所述的双平行四边形联动机构均布设在主架的两侧，所述的髋部机构通过抓爪与双平行四边形联动机构连接，同侧前面的双平行四边形联动机构与后面的双平行四边形联动机构通过连架连接，同侧前面的双平行四边形联动机构与中间的双平行四边形联动机构通过曲柄连接，两个曲柄的初始相位相差180°，两个曲柄均与动力传动杆连接，所述的动力传动杆连接马达，所述的马达固定在主架上。
3.根据权利要求2所述的单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，其特征在于，同侧前后两个双平行四边形联动机构与对侧中间的双平行四边形联动机构组成三角联动机构，且组成一个三角联动机构的三个双平行四边形联动机构具有相同的相位。
4.根据权利要求3所述的单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，其特征在于，该装置共有两个三角联动机构，这两个三角联动机构的相位相差180°。
5.根据权利要求I所述的单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，其特征在于，所述的双平行四边形联动机构由两个平行的四杆机构通过中间公共杆并联组成。
6.根据权利要求I所述的单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，其特征在于，所述的双平行四边形联动机构通过改进的契贝谢夫四杆的尺度拟合改变足端步态轨迹曲线。
7.根据权利要求I所述的单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，其特征在于，所述的髋部机构包括三个连接活页、一个握杆、两个连接横杆及一个腿，所述的腿的一侧分别与两个连接横杆连接，两个连接横杆的端部分别通过两个连接活页连接主架，上面的连接横杆通过第三个连接活页与握杆的一端连接，握杆的另一端连接抓爪；双平行四边形联动机构的运动就通过握杆传递给活页，再通过活页经过连接两个连接横杆传递给腿。
8.根据权利要求I所述的单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，其特征在于，所述的动力传动杆的两端为正六边形结构，所述的曲柄的轴孔为正六边形结构，动力传动杆连接在曲柄的轴孔内。
9.根据权利要求I所述的单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，其特征在于，所述的动力传动杆通过齿轮与马达连接。
全文摘要
本发明涉及一种单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，该装置包括主架、双平行四边形联动机构、髋部机构、抓爪、连架、曲柄、动力传动杆及马达，双平行四边形联动机构均布设在主架的两侧，髋部机构通过抓爪与双平行四边形联动机构连接，双平行四边形联动机构之间通过连架或曲柄互相连接，马达通过动力传动杆连接曲柄；马达带动动力传动杆转动，动力传动杆带动曲柄或连架旋转，曲柄带动双平行四边形联动机构进行往复运动，双平行四边形联动机构的往复运动通过抓爪带动各个髋部机构前后交替运动。与现有技术相比，本发明具有结构简单、足端轨迹可优化、运动的可靠性和稳定性高等优点。
文档编号B62D57/032GK102897245SQ201210424838
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者谢红, 王涛, 汪旭红, 李尚 , 韦克凡, 张伶波, 殷其鑫 申请人:同济大学