專利名稱：機械螃蟹的制作方法
技術領域：
一種機械螃蟹，屬于機器人領域，可以充當偵察設備、武器系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)的載體，代替人進入某些特殊環(huán)境，完成軍事、民用等方面的任務。
背景技術：
自二十世紀六七十年代起，各國在軍用機器人的研制和開發(fā)中都投入了大量的人力、物力；微型仿生機器人以其隱蔽性強、功耗小、行動靈活、成本低廉、便于大量部署等優(yōu)點而得到人們的普遍關注。其中一項關鍵的技術是它們的行走機構。目前開發(fā)的驅動源大致包括電機、氣壓、液壓、壓電陶瓷、超導材料、形狀記憶合金、可伸縮聚合體等等；而傳動方式包括直接傳動、齒輪副、繩輪副、鏈輪副、蝸輪副等或是它們的組合；驅動和傳動方式的多樣性使仿生機械的結構設計千變萬化、各有千秋。例如，德國FZI(ForchungszentrumInformatic)研制的Lauron系列六足仿生機械是由24伏直流伺服電機經帶輪減速后驅動各關節(jié)和肢體；德國Munich Technical University研制的TUM六足仿生機械的抬腿關節(jié)是由直流電機經諧波齒輪減速后驅動；DARPA資助的高機動性六足機械蟑螂是由微型氣缸驅動24個關節(jié)，使之具有行走和跳躍的能力；美國海軍研制的八足機器龍蝦的每條腿有3個基本關節(jié)，采用肌肉型驅動器(即用形狀記憶合金鎳鈦諾制做的力可恢復型人造肌肉)；德國AIS在DARPA的資助下研制了一種以蝎子為生物原型的八足仿生機械，每足3個自由度，每個關節(jié)由直流電機經大傳動比齒輪副驅動。
但目前尚未見到有關可以橫向行走的機械螃蟹結構設計的報道。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是公開一種機械螃蟹的結構設計，在單片機的控制下可前行、橫行和避障，而橫向行走是機械螃蟹的運動特色。
機械螃蟹是具有結構相同的8條腿，每條腿上又有結構相同的3個關節(jié)的微型仿生機械。驅動源為直流伺服電機并經減速器減速，傳動機構采用螺旋傘齒輪副，滿足了輸入、輸出軸線正交、傳動簡潔、可靠的要求。
機械螃蟹包括軀干、8條腿和膠質護套3大部分，其中8條腿各自單獨與平板式軀干相連；軀干上裝有作為機械螃蟹控制中心的控制器(對于遙控機械螃蟹，尚需裝有無線接收裝置)；每條腿由基關節(jié)、上肢體、下肢體三部分組成，每一部分都接收相應的控制單元發(fā)來的指令并實現(xiàn)指定動作；整個裝置用膠質護套包裹起來，以確保機械螃蟹可在兩棲環(huán)境中正常運行。
基關節(jié)由帶減速器的可控微型直流電機、支架、曲柄組成。其中直流電機借助端部法蘭鉛垂固定在作為軀體的平板的上表面，直流電機的軸頭穿過平板式軀干和固定在其下表面的槽鋼形支架側邊上的透孔與插入支架內的曲柄的端部透孔鍵連接，而曲柄的另一端借助傘齒輪副與上肢體的端部相連。于是，當直流電機往復轉動時，帶動曲柄和上肢體繞與軀體平板垂直的軸往復擺動，以實現(xiàn)整體的前行或后退。
上肢體是一根帶有U型頭的筒形桿件，并借助筒壁上延伸出的短桿固裝一個彎曲的叉形件；驅動它的直流電機沿其軸線固定在筒形桿件一端，而電機軸頭穿過U型頭頂部的透孔，并借助其上固裝的傘齒輪與曲柄端部的傘齒輪組成一對嚙合副，而后一個傘齒輪又借助一短軸與曲柄鍵連接成一體。U型頭內的傘齒輪副在功能上起到髖關節(jié)的作用。傘齒輪副用于改變傳動方向。于是，當上肢體上的驅動電機轉動時，借助軸頭上的傘齒輪迫使自身繞U型頭內曲柄端孔內的軸和傘齒輪做行星輪運動，即實現(xiàn)上肢體相對于驅干在鉛垂平面內的轉動(即上肢體的抬落)。
下肢體的結構與上肢體類似，也是一根帶有U型頭的筒形桿件，其中的U型頭端與上肢體端部的彎曲叉形件相連，而另一端插裝一根足桿。驅動它運動的直流電機沿其軸線固定在筒形桿件內，而電機軸頭穿過U型頭頂部的透孔，并借助其上固裝的傘齒輪與彎曲叉形件上的傘齒輪組成一對嚙合副，而后一個傘齒輪又借助一短軸與彎曲叉形件端部鍵連接成一體。U型頭內的傘齒輪副在功能上起到膝關節(jié)的作用。于是，當下肢體上的驅動電機轉動時，借助軸頭上的傘齒輪迫使自身繞U型頭內曲柄端孔內的軸和傘齒輪做行星輪運動，即下肢體相對于上肢體在鉛垂平面內轉動(即下肢體的抬落)。下肢體的下部固裝一根足桿。
機器螃蟹的8條步行腿均布在平板式軀干的兩側，由單片機組成的控制中心裝在軀干平板上。
在機械螃蟹中心控制器中存儲了針對不同步態(tài)行走的指令，其中包括前行、橫行和避障指令。當讓機器人按照某一步態(tài)行走時，通過遙控裝置將與不同行走方式對應的指令序號發(fā)給中心控制器，并經中心控制器轉換成相應指令串分別控制8條腿上24個電機協(xié)調動作。而實現(xiàn)各種行走的關鍵在于左右兩側、相間肢體上的驅動電機協(xié)調轉動，實現(xiàn)一側兩足抬起、另側兩足蹬地并有序輪換地進行。為了感知行進中遇到的障礙物，每條腿上需安裝傳感器，并將信號發(fā)給中心控制器，中心控制器會調用相應的指令，改變預設定的肢體擺角，使腿跨過障礙。
整個機器人具有體積小、動作靈敏、環(huán)境適應性強等優(yōu)點。


圖1機械螃蟹單個肢體結構示意圖圖2機械螃蟹整體結構示意圖具體實施方式
下面給出本實用新型的優(yōu)選實施方式，并結合附圖加以說明。
如圖2所示，機械螃蟹包括軀干00、8條腿(1，2，3，4，5，6，7，8)和膠質護套(圖中未畫出)3大部分，軀干00上裝有作為機械螃蟹控制中心的控制器9(對于遙控機械螃蟹，尚需裝有無線接收裝置)；每條腿由基關節(jié)、上肢體、下肢體三部分組成，每一部分都接收相應的控制單元發(fā)來的指令并實現(xiàn)指定動作；整個裝置用膠質護套包裹起來，以確保機械螃蟹可在兩棲環(huán)境中正常運行。
如圖1所示，以腿1為例，基關節(jié)由帶減速器的可控微型直流電機11、支架12、曲柄13組成。其中直流電機11借助端部法蘭鉛垂固定在平板式軀干00的上表面。直流電機11的軸頭穿過平板式軀干00和固定在其下表面的槽鋼形支架12側邊上的透孔與插入支架12內的曲柄13的端部透孔鍵連接。而曲柄13的另一端借助傘齒輪副22與上肢體相連。于是，當直流電機11往復轉動時，帶動曲柄13和上肢體繞與平板式軀干00垂直的軸線往復擺動，以實現(xiàn)整體的前行或后退。
上肢體是一根帶有U型頭的筒形桿件23，并借助筒壁上延伸出的短桿固裝一個彎曲的叉形件；驅動它的直流電機沿其軸線固定在桿件23上，而電機21軸頭穿過U型頭底部的透孔，并借助其上固裝的傘齒輪與曲柄13端部的傘齒輪組成一對嚙合副22，而后一個傘齒輪是借助一短軸與曲柄13鍵連接成一體。U型頭內的傘齒輪副22在功能上起到髖關節(jié)的作用。傘齒輪副22用于改變傳動方向。于是，當上肢體上的驅動電機21轉動時，借助軸頭上的傘齒輪迫使自身繞U型頭內曲柄端部的軸和傘齒輪做行星輪運動，即實現(xiàn)上肢體相對于驅干00在鉛垂平面內的轉動(即上肢體的抬落)。
下肢體的結構與上肢體類似，也是一根帶有U型頭的筒形桿件31，其中的U型頭端與上肢體端部的彎曲叉形件相連，而另一端插裝一根足桿34。驅動它運動的直流電機32沿其軸線固定在筒形桿件31內，而電機32的軸頭穿過U型頭底部的透孔，并借助其上固裝的傘齒輪與上肢體端部的傘齒輪組成一對嚙合副33，而后一個傘齒輪是借助一短軸與彎曲叉形件端部鍵連接成一體。U型頭內的傘齒輪副33在功能上起到膝關節(jié)的作用。于是，當下肢體上的驅動電機32轉動時，借助軸頭上的傘齒輪迫使自身繞U型頭內上肢體端部和傘齒輪做行星輪運動，即下肢體相對于上肢體在鉛垂平面內轉動(即下肢體的抬落)。
全部帶減速器的直流伺服電機均采用瑞士MAXON公司生產的RE-MAX13型直流伺服電機。機器螃蟹的8條步行腿均布在平板式軀干00的兩側，由單片機組成的控制中心9裝在軀干平板00上。
現(xiàn)以機械螃蟹特有的橫向行走為例說明其動作原理。
中心控制器9接收遙控裝置發(fā)來的指令序號，經中心控制器轉換成相應指令串分別控制8條腿上24個電機協(xié)調動作。發(fā)布動作指令后，步行腿2，4上的髖關節(jié)和膝關節(jié)電機正轉某一個角度，實現(xiàn)了上肢體相對基關節(jié)，下肢體相對上肢體的順時針轉動一個角度；6，7腿上的髖關節(jié)和膝關節(jié)電機逆轉某一個角度，實現(xiàn)了上肢體相對基關節(jié)，下肢體相對上肢體的逆時針轉動一個角度。繼而2，4，6，7腿的足尖抬起。此時1，3腿的膝關節(jié)電機逆轉，使下肢體相對上肢體逆時針擺動；5，8的膝關節(jié)正轉，使下肢體相對上肢體順時針擺動。繼而1，3，5，8腿的足桿尖蹬地，處于支撐狀態(tài)。待2，4，6，7腿上的關節(jié)到達指令預設定的位置后，被抬起的腿上的關節(jié)電機按與抬腿時相反方向轉動，使2，4，6，7腿的足桿尖落地，四個足尖均落地后，其余1，3，5，8腿上相應關節(jié)執(zhí)行如前所述的抬腿動作，繼而完成了行走一步的動作。前述動作的循環(huán)可實現(xiàn)機械螃蟹的橫行。
為了感知行進中遇到的障礙物，每條腿上需安裝傳感器，并將信號發(fā)給中心控制器，中心控制器會調用相應的指令，改變預設定的關節(jié)擺角，使腿跨過障礙。
本實用新型可前行、橫行和避障，而橫向行走是機械螃蟹的運動特色。
整個機器人具有體積小、動作靈敏、環(huán)境適應性強等優(yōu)點。
權利要求1.一種機械螃蟹，其特征在于它包括軀干(00)、8條腿(1，2，3，4，5，6，7，8)和膠質護套3大部分，軀干(00)上裝有作為機械螃蟹控制中心的控制器(9)；每條腿由基關節(jié)、上肢體、下肢體三部分組成；整個裝置用膠質護套包裹起來。
2.如權利要求1所述的機械螃蟹，其特征在于每條腿的基關節(jié)由帶減速器的可控微型直流電機(11)、支架(12)、曲柄(13)組成；其中直流電機(11)借助端部法蘭垂直固定在平板式軀干(00)的上表面；直流電機(11)的軸頭穿過平板式軀干(00)和固定在其下表面的槽鋼形支架(12)側邊上的透孔與插入支架(12)內的曲柄(13)的端部透孔鍵連接；而曲柄(13)的另一端借助傘齒輪副(22)與上肢體相連；上肢體和下肢體具有類似的結構，均具有一根帶有U型頭的筒形桿件(23，31)，驅動它們的直流伺服電機(21，32)沿其軸線固定其內，而電機(21，32)的軸頭穿過U型頭底部的透孔，并借助其上固裝的傘齒輪分別與曲柄(13)端部的傘齒輪以及上肢體端部的傘齒輪組成兩對傘齒輪副(22，33)；足桿(34)插裝在下肢體的筒形桿件(31)上。
專利摘要一種機械螃蟹，屬于機器人領域，在單片機的控制下可前行、橫行和避障，而橫向行走是機械螃蟹的運動特色。它可以充當偵察設備、武器系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)的載體，代替人進入某些特殊環(huán)境，完成軍事、民用等方面的任務，機械螃蟹包括軀干、8條腿和膠質護套3大部分，每條腿由基關節(jié)、上肢體、下肢體三部分組成，每條腿上的3臺直流伺服電機借助傘齒輪副并接收相應的控制單元發(fā)來的指令實現(xiàn)指定動作。螺旋傘齒輪副滿足了輸入、輸出軸線正交、傳動簡潔、可靠的要求；整個機器人具有體積小、動作靈敏、環(huán)境適應性強等優(yōu)點。
文檔編號B62D57/032GK2827822SQ200520021668
公開日2006年10月18日 申請日期2005年9月23日 優(yōu)先權日2005年9月23日
發(fā)明者王立權, 陳東良, 孟慶鑫, 張玲 申請人:哈爾濱工程大學