[發明專利]一種多足機器人腿部差動導向裝置

有效

• 申請號: 201210424885.9
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102910219A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 謝紅;汪旭紅;王濤;李尚;華濱濱;韓飛;于學海
• 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

本發明屬于仿生機器人領域，尤其涉及一種多足機器人腿部差動導向裝置。

背景技術

仿生機器人所具有的靈巧動作對于人類的生產和科學研究活動有著極大的幫助，仿生機器人成為了當今機器人研究領域的一個重要方向。

多足機器人作為仿生機器人的重要組成部分，其具有敏捷性、靈活性以及在復雜地形下的強大自適應能力。相對于輪式或者履帶式機器人，足式機器人在超過地球陸地表面50％的山丘和沼澤中具有更好的運動性能。足部機構作為足式機器人的組成部分，對機器人的性能有著極其重要的影響。

2001年，密歇根大學研發出一種新型多驅動多足機器人，每條腿都設置一個驅動。轉彎時借著每條腿上攜帶的電機給予驅動改變步態，實現轉彎。多驅動實現轉彎需要更多電機，增加了機身重量，能量利用率不高，不利于運動敏捷性。實現單驅動多足機器人轉彎也一直是機器人研究關注的焦點之一。2010年，加州大學伯克利分校研制出了單驅動多足機器人，在足部嵌入形狀記憶合金來改變行走過程中腿部形狀，進而改變步長，實現轉彎。但是，形狀記憶合金需要電流加熱，加熱時間的存在使得腿部變形過程時間較長，不能實現迅速轉彎。國內學者也研制出了各類足式機器人。2002年，上海交通大學提出的六足微型機器人，但是不能實現轉彎功能且行走穩定性不強。

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緊湊、調整迅速、地面自適應性好的單驅動多足機器人腿部差動導向裝置，它能夠實現足式機器人的轉彎和有效地提高在崎嶇地區的行走性能。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種多足機器人腿部差動導向裝置，該裝置包括柔性腿、剛性導柱、彈簧、電磁鐵及端蓋，所述的柔性腿為中空結構，柔性腿的頂部通過螺釘與端蓋連接，柔性腿的上部開設有十字槽，柔性腿的內部由下到上依次設有剛性導柱、彈簧及電磁鐵，所述的剛性導柱的側面設有吊耳，吊耳伸出十字槽固定在機器人腿部機架上，所述的彈簧與剛性導柱連接，所述的電磁鐵通過電線與控制電路連接，控制電路與機器人手持遙控器通過紅外信號進行通訊，調節控制電路的電流控制電磁鐵的電磁力，從而改變彈簧的拉伸長度，以此來改變多足機器人腿部的柔性腿中剛性導柱的高度，改變柔性腿下部的剛度；

當機器人需要轉向時，控制電路控制該側機器人腿部的電磁鐵通電，通電后的電磁鐵產生吸附力，吸引剛性導柱沿十字槽上升，此時柔性腿下部觸地，柔性腿產生彎曲變形，使得腿部有效長度變短，從而使該腿前進的步長減小，產生轉向行為。

所述的柔性腿的下部為由半固化玻璃纖維柔性材料制成的柔性部位，柔性腿與地面接觸，對來自地面的沖擊、震動可以起到緩沖、減震的效果，提高機器人行走穩定性。

所述的柔性腿的頂部設有階梯孔，所述的電磁鐵設在階梯孔內。

所述的剛性導柱的四周設有十字頁，所述的吊耳設在十字頁上，通過十字頁與柔性腿上十字槽的配合，對剛性導柱在柔性腿內的移動起導向、穩定作用。

所述的剛性導柱由碳鋼制成。

所述的電磁鐵為圓柱形電磁鐵，電磁鐵的磁力受控制電路控制。

多足機器人直線行走時，不需要改變腿部的剛度，因此電磁鐵均處于未通電狀態，柔性腿下部和剛性導柱同時著地，此時多條腿剛度相同。多足機器人按照三角步態向前直行。由于觸地部分為柔性腿，即使在崎嶇的路面上行走，機器人仍具有不錯的穩定性。

多足機器人可以向左、右兩個方向轉向。當多足機器人需要向左轉向時，控制電路控制左側腿部的電磁鐵通電，電磁鐵產生吸附力，吸引剛性導柱沿十字槽上升，此時左側腿部柔性腿下半部分的柔性部位觸地。由于觸地的柔性部分和地面有力的作用，腿部整體剛度減小，導致柔性部分產生彎曲變形，進而減少左側腿前進的步長，產生左轉行為。

當多足機器人需要向右轉向時，控制電路控制右側腿部的電磁鐵通電，電磁鐵產生吸附力，吸引剛性導柱沿十字槽上升，此時右側腿部柔性腿下半部分的柔性部分觸地。由于觸地的柔性部分和地面有力的作用，腿部整體剛度減小，導致柔性部分產生彎曲變形，進而減少右側腿前進的步長，產生右轉行為。

根據路面情況，轉向的半徑大小可控。轉向半徑大時，控制電路控制電磁鐵的輸入電流較大，電磁鐵產生較大的吸力，因此剛性導柱上升距離較大，與地面接觸的柔性部分長度更長，使整條腿的剛度降低更大，變形更加顯著，轉向半徑因而更大。

需要的轉向運動結束后，控制電路可控制斷開電磁鐵的輸入電流，剛性導柱在彈簧的彈力作用下恢復至未通電時的狀態，多足機器人即可繼續直線行走。