[發明專利]單一驅動的多足機器人機身模塊化聯動裝置

無效

• 申請號: 201210424838.4
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102897245A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 謝紅;王濤;汪旭紅;李尚;韋克凡;張伶波;殷其鑫
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，尤其涉及一種單一驅動的多足機器人機身模塊化聯動裝置。

背景技術

多足機器人是移動機器人和履帶式機器人的一個重要分支。它主要用在多障礙環境和非規則地形。它比移動機器人和履帶式機器人有更高的機動性和靈活性。多足機器人大多是根據仿生學進行設計的，因此它能夠具有很多仿生的生物具有的特點。

對于多足機器人運動機構的研究一直是各國科學家關注的焦點之一。近年來，國外研究比較突出的有iSprawl族多足機器人，它是使用氣動活塞作為主要的動力來源；還有RHex族多足機器人，RHex每足僅具有單一旋轉自由度，配合使用半圓形且具被動彈性腳的設計使得RHex是一個可以完成非常多不同表現的自主機器人。我國多足機器人的研制成果主要有1989年北京航空航天大學開發的四足步行機，試制成功一臺四足步行機，并進行了步行實驗。2002年，上海交通大學對微型多足仿生機器人的研究，該步行機器人外形尺寸為：長30mm、寬40mm、高20mm，質量僅為6.3g，步行速度為3mm/s。此外還有清華大學開發的DTWN框架式雙三足機器人；華中科技大學研制了“4+2”多足步行機器人和MiniQuad多足步行機器人，同時對多足步行機器人的運動規劃與控制，以及機器人的腿、臂功能融合和模塊化實現的控制體系及其設計進行了研究。

現有多足機器人驅動形式大多數由多個電機獨立控制每條腿的抬腿和邁腿動作，因而多足機器人需要很多電機來協調動作，重量大、能量利用率低和控制系統復雜，不利于微小型機器人的發展，為改善以上缺點，目前微小型多足機器人正朝著欠驅動的方向發展，欠驅動分為兩個或兩個以上驅動和單一驅動兩種類型，如六足仿生微型機器人ROACH，它的重量只有2.4克，整個機體采用了彈性復合物材料從而減輕了整個機體的重量，整個操作只有兩個電機驅動。由美國加州大學伯克利分校研制的DASH六足機器人，只采用一個電機驅動，同時可以達到每秒15個身體長度的運行。但是上述采用欠驅動方式實現機器人存在結構復雜、運動特性難以控制的缺點，從而影響機器人運動學和動力學的數學精確描述。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種結構簡單、足端軌跡可優化、運動的可靠性和穩定性高的單一驅動的多足機器人機身模塊化聯動裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

單一驅動的多足機器人機身模塊化聯動裝置，該裝置包括主架、雙平行四邊形聯動機構、髖部機構、抓爪、連架、曲柄、動力傳動桿及馬達，所述的雙平行四邊形聯動機構均布設在主架的兩側，所述的髖部機構通過抓爪與雙平行四邊形聯動機構連接，所述的雙平行四邊形聯動機構之間通過連架或曲柄互相連接，所述的馬達通過動力傳動桿連接曲柄；

馬達帶動動力傳動桿轉動，動力傳動桿帶動曲柄旋轉，曲柄帶動雙平行四邊形聯動機構進行往復運動，雙平行四邊形聯動機構的往復運動通過抓爪帶動各個髖部機構前后交替運動；通過增加或減少雙平行四邊形聯動機構、髖部機構及連架的數量就可使該裝置適合雙足以上的各種偶數足的多足機器人。

所述的雙平行四邊形聯動機構、髖部機構與抓爪均設有六個，所述的雙平行四邊形聯動機構均布設在主架的兩側，所述的髖部機構通過抓爪與雙平行四邊形聯動機構連接，同側前面的雙平行四邊形聯動機構與后面的雙平行四邊形聯動機構通過連架連接，同側前面的雙平行四邊形聯動機構與中間的雙平行四邊形聯動機構通過曲柄連接，兩個曲柄的初始相位相差180°，兩個曲柄均與動力傳動桿連接，所述的動力傳動桿連接馬達，所述的馬達固定在主架上。

同側前后兩個雙平行四邊形聯動機構與對側中間的雙平行四邊形聯動機構組成三角聯動機構，且組成一個三角聯動機構的三個雙平行四邊形聯動機構具有相同的相位。

該裝置共有兩個三角聯動機構，這兩個三角聯動機構的相位相差180°。

所述的雙平行四邊形聯動機構由兩個平行的四桿機構通過中間公共桿并聯組成。同側前面和中間的雙平行四邊形聯動機構由改進的契貝謝夫四桿機構將動力傳動桿的運動經軌跡優化后傳到雙平行四邊形聯動機構上，通過改進的契貝謝夫四桿的尺度擬合改變足端步態軌跡曲線。

所述的髖部機構包括三個連接活頁、一個握桿、兩個連接橫桿及一個腿，所述的腿的一側分別與兩個連接橫桿連接，兩個連接橫桿的端部分別通過兩個連接活頁連接主架，上面的連接橫桿通過第三個連接活頁與握桿的一端連接，握桿的另一端連接抓爪。

所述的動力傳動桿的兩端為正六邊形結構，所述的曲柄的軸孔為正六邊形結構，動力傳動桿連接在曲柄的軸孔內。