[發(fā)明專利]變姿態(tài)可翻轉(zhuǎn)兩棲多足機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910072183.7
• 申請(qǐng)日: 2009-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN101570220A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王立權(quán);劉德峰;陳東良;王剛;李林;穆星科;陳曦;吳磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): B62D57/032
• 分類號(hào): B62D57/032;A63H11/20;H02K7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種機(jī)器人結(jié)構(gòu)，具體地說是一種多足機(jī)器人結(jié)構(gòu)。

(二)背景技術(shù)

哈爾濱工程大學(xué)從1999年開始展開了針對(duì)仿生機(jī)器蟹的基礎(chǔ)技術(shù)研究，目前已經(jīng)研制出多種型號(hào)的產(chǎn)品。其中比較先進(jìn)的是專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710072364.0，(公開號(hào)：CN101088835)的專利申請(qǐng)文件中記載的技術(shù)方案。但是這些型號(hào)的多組機(jī)器人還存在以下共同的缺點(diǎn)：(1)姿態(tài)不可變，兩棲環(huán)境適應(yīng)能力差；(2)行走時(shí)需克服腿部電機(jī)重力做無用功；(3)無游動(dòng)能力；(4)質(zhì)量較大。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、可變姿態(tài)、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)平穩(wěn)、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度大的變姿態(tài)可翻轉(zhuǎn)兩棲多足機(jī)器人。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：它由軀體支架、單向輸入垂直輸出模塊、腿部機(jī)構(gòu)三個(gè)部分構(gòu)成，所述的單向輸入垂直輸出模塊安裝在軀體支架上，腿部機(jī)構(gòu)安裝在單向輸入垂直輸出模塊上；所述的軀體支架的組成包括框架、蝸桿軸、大直齒圓柱齒輪、小直齒圓柱齒輪、姿態(tài)調(diào)整電機(jī)、左旋蝸輪、右旋蝸輪，蝸桿軸上分布有蝸輪，大直齒圓柱齒輪安裝在蝸桿軸的中部，蝸桿軸安裝在框架上，左旋蝸輪和右旋蝸輪安裝在框架上且分別位于大直齒圓柱齒輪的兩側(cè)并與蝸輪嚙合，姿態(tài)調(diào)整電機(jī)安裝在框架上，小直齒圓柱齒輪安裝在姿態(tài)調(diào)整電機(jī)輸出軸上并與大直齒圓柱齒輪嚙合；所述的單向輸入垂直輸出模塊的組成包括固定電機(jī)架體、兩個(gè)抬腿電機(jī)、兩個(gè)擺腿電機(jī)和垂直輸出齒輪箱，兩個(gè)抬腿電機(jī)和兩個(gè)擺腿電機(jī)分別安裝在固定電機(jī)架體的上下，兩個(gè)抬腿電機(jī)和兩個(gè)擺腿電機(jī)的輸出軸上帶有電機(jī)蝸桿，兩個(gè)垂直輸出齒輪箱分別安裝在固定電機(jī)架體的兩端；所述的腿部機(jī)構(gòu)的組成包括大腿桿件、小腿桿件、膝關(guān)節(jié)電機(jī)，膝關(guān)節(jié)電機(jī)通過固定架安裝在大腿桿件上，膝關(guān)節(jié)電機(jī)通過蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與小腿桿件相連。

每個(gè)變姿態(tài)可翻轉(zhuǎn)兩棲多足機(jī)器人包括四個(gè)單向輸入垂直輸出模塊、八個(gè)腿部機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明是根據(jù)已有的生物螃蟹仿生學(xué)理論而設(shè)計(jì)的。由直流電機(jī)巧妙布置，并通過蝸輪蝸桿與錐齒輪相結(jié)合的傳動(dòng)箱傳動(dòng)，從而免除行走中需克服大腿電機(jī)重力做無用功的單腿結(jié)構(gòu)，再用此結(jié)構(gòu)配合直齒圓柱齒輪及蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的具有可變姿態(tài)，能夠良好適應(yīng)水陸兩棲環(huán)境下游動(dòng)和行走并具有自翻轉(zhuǎn)能力的仿生物螃蟹八足步行機(jī)器人。每條普通步行足的前端都裝有三維力傳感器，感知步行足的落地情況。機(jī)器人由單片機(jī)控制，并且由環(huán)境識(shí)別傳感器來感知水中或陸地環(huán)境進(jìn)而采取更適合于當(dāng)前環(huán)境下生存的姿態(tài)，可在兩棲環(huán)境下前行、后退、橫行、翻轉(zhuǎn)、避障(在水中可游動(dòng))等。整個(gè)機(jī)器人具有體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、單腿活動(dòng)范圍大(基節(jié)、脛節(jié)可270°轉(zhuǎn)動(dòng)，股節(jié)可180°轉(zhuǎn)動(dòng))、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

本項(xiàng)發(fā)明的意義在于在現(xiàn)有的多足機(jī)器人研究成果下，尋找一種新的高效率、結(jié)構(gòu)緊湊、可變姿態(tài)、易維修、對(duì)電機(jī)有保護(hù)功能的機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式，從而建立一個(gè)對(duì)復(fù)雜地形高度適應(yīng)、性能可靠、體積小巧、具有自翻轉(zhuǎn)行走功能、并具有兩棲環(huán)境下活動(dòng)能力和執(zhí)行特定任務(wù)的微小型爬行機(jī)器人平臺(tái)。它可以充當(dāng)偵察設(shè)備、武器系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的載體，代替人進(jìn)入某些特殊環(huán)境，完成軍事、民用等方面的任務(wù)，在航天探測(cè)、軍事、工業(yè)、考古、勘探以及玩具開發(fā)等領(lǐng)域都具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，具有廣闊的應(yīng)用前景。

機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是：高效率和扁平適于游泳的單腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、活動(dòng)范圍大的腿部關(guān)節(jié)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、適應(yīng)水陸兩棲環(huán)境生存的可變姿態(tài)結(jié)構(gòu)、具有自鎖和可調(diào)保護(hù)電機(jī)特性、機(jī)器人具有復(fù)雜環(huán)境下的自翻轉(zhuǎn)行走功能、可兩棲環(huán)境運(yùn)動(dòng)和作業(yè)、有減震抗震特性、足尖多維傳感、具有多自由度復(fù)合足機(jī)械手、并且加工簡(jiǎn)單、組裝、控制、維修方便。

變姿態(tài)可翻轉(zhuǎn)兩棲多足機(jī)器人由軀體支架、單向輸入垂直輸出模塊、腿部機(jī)構(gòu)三個(gè)部分構(gòu)成。兩棲多足機(jī)器人的軀體支架是連接蟹足、承載能源和控制系統(tǒng)的本體，由于布置方式的多樣化，兩棲多足機(jī)器人的外形、行走策略、穩(wěn)定性將會(huì)有較大的差異。野生狀態(tài)下的生物蟹在陸地行走和水下游動(dòng)所采用的姿態(tài)并不相同。在進(jìn)入水中后，為了減小水中游動(dòng)阻力，生物蟹所采用的是寬姿態(tài)，故此根據(jù)仿生學(xué)原理，設(shè)計(jì)出具有姿態(tài)調(diào)節(jié)功能的軀體支架。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是腿部電機(jī)通過巧妙布置，配合組合齒輪箱體可免除機(jī)器?人在行走過程中需克服電機(jī)自身重力做無用功(串聯(lián)式機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)大都放在運(yùn)動(dòng)著的大小臂上，增加了系統(tǒng)的慣性，惡化了動(dòng)辦性能)，大腿及腿根部電機(jī)不同于常見的串聯(lián)布置方式，兩個(gè)電機(jī)緊密布置于機(jī)器人軀體內(nèi)部，重量集中，減小了運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，使機(jī)器人腿部活動(dòng)更靈活。