[發明專利]基于3D打印技術的微型仿生六足機器人

在審

• 申請號: 201610074526.3
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105730546A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 劉積昊;趙言正;付莊;閆維新
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 徐紅銀;郭國中

技術領域

本發明涉及機電一體化控制系統技術與智能機器人領域，具體地，涉及一種基于3D打印技術的微型仿生六足機器人。

背景技術

隨著現代加工技術的快速發展，3D打印技術利用光固化、紙層疊等加法加工技術構造物體，相比傳統的機械加工方法，該技術能夠實現快速復雜機構成型，目前已廣泛應用于生物醫療、工業設計以及國防工業領域。3D打印技術的發明，方便了使用者對復雜構件的加工使用，使用者可根據興趣和用途實現構件加工的快速成型，從而極大地簡化了工業設計的復雜性，縮短樣機研制周期。

六足機器人，是多足混聯機器人構型，也是娛樂、教學機器人中較為經典的機器人構型之一，集成位姿運動傳感器的多足機器人，能夠靈活地適用復雜地形環境運動。六足機器人構型可分為兩類，一類類似于昆蟲結構，六個足機構分兩組平行分布在機身兩側；另一類類似于海星結構的輻射型六足機器人，六個足機構均勻等距的分布在正六邊形機身的六個頂角處。兩類構型的機器人相比較，輻射型六足機器人運動控制更靈活，機動性能好。采用傳統機械加工方法制作的機器人本體，由于加工技術和工具的局限，無法實現六足機器人的微型化，并且還具有加工成本高、本體結構強度低、裝配精度差等缺點。與串聯機器人機構不同，混聯機器人其質量分布越集中，控制穩定性也就越高，而傳統的六足機器人往往忽略了這一特性。

公開號為CN104960591A專利中所涉及的六足機器人，采用簡化的爬行動物構型，每個足機構具有兩個自由度驅動電機，六個足機構采用一個電機通過鏈條或皮條驅動，該機器人體積較大，環境適應能力較差；公開號為CN104859747A專利中所涉及的六足機器人，采用舵機驅動6支足機構，每支足機構具有3個自由度，因為舵機驅動力性能的局限性限制了機器人的運動速度和控制精度，但該方案控制成本和電源供電方法十分便利；公開號CN104443105A專利所涉及的低能耗六足機器人，采用繩驅動方式驅動18個關節，由于繩具有明顯的彈性形變，因此其控制精度也較差，且易磨損，機器人壽命較差。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于3D打印技術的微型仿生六足機器人，采用3D打印技術，整個機器人體積小、質量輕、控制精度高、適應能力強、外觀漂亮。

為實現以上目的，本發明提供一種基于3D打印技術的微型仿生六足機器人，包括：

機身承載構件，由兩層中心鏤空的正六邊形腹板組成，兩層腹板的頂點處設有六個支撐柱，兩層腹板通過六個支撐柱連接成一體，六個支撐柱的幾何中心裝配有驅動電機，機身承載構件通過六個所述驅動電機分別與六只三自由度足機構連接；

三自由度足機構，為三自由度串聯機械臂，包括連接機身承載構件的髖骨構件、大腿構件、小腿構件及聯動小腿構件的雙連桿機構，其中：髖骨構件的一端通過驅動電機與機身承載構件連接、另一端與大腿構件連接，大腿構件的末端串聯小腿構件并與雙連桿機構組成閉合的四連桿機構，從而將機器人整機質量向機身幾何中心即所述機身承載構件的中心集中；大腿構件、雙連桿機構上分別裝配有驅動電機；

機載控制電路板，用于接收運動控制指令并驅動各驅動電機轉動，實現六只三自由度足機構協調運動；

所述機器人機身承載構件、髖骨構件、大腿構件、小腿構件及雙連桿機構組成的機器人本體，均采用3D打印技術制作。

優選地，所述兩層腹板，其中一層為上層腹板，該上層腹板中心設有圓形鏤空，另一層為底層腹板，該底層腹板中心設有正六邊形鏤空，正六邊形鏤空周圍設有用于安裝機載控制電路板的安裝孔，六個支撐柱的幾何中心設有用于裝配驅動電機的階梯通孔，機身承載構件通過裝配在支撐柱中心階梯通孔的驅動電機分別與六只三自由度足機構連接。

優選地，所述機身承載構件采用3D打印技術實現兩層中心鏤空的正六邊形腹板與六個支撐柱的一次成型，增強了結構強度，大大減輕機器人機身重量。

優選地，所述兩層腹板的外邊緣均設有安裝孔，用于配合安裝3D打印技術制作的外殼。

優選地，所述三自由度足機構與機身承載構件呈輻射對稱，且大腿構件、雙連桿機構上分別設有安裝驅動電機的階梯通孔；六個支撐柱的幾何中心設有用于裝配驅動電機的階梯通孔。