專利名稱：對稱式仿生六足行走裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械類，特別涉及一種機(jī)器人，尤指一種集驅(qū)動(dòng)、精確傳動(dòng)、步態(tài)方式選擇與靈活轉(zhuǎn)向等功能的對稱式仿生六足行走裝置。其對于非結(jié)構(gòu)環(huán)境(如沙漠、沼澤等復(fù)雜環(huán)境)具有優(yōu)良的通過能力，屬于一種能夠在復(fù)雜地形中行走的裝置，特別是一種結(jié)構(gòu)輕巧的適應(yīng)復(fù)雜地形的仿生行走裝置。由于該行走裝置對非結(jié)構(gòu)環(huán)境具有較好的適應(yīng)能力，因此對于這些惡劣環(huán)境的偵查，勘測具有較廣的應(yīng)用前景，可以運(yùn)用到軍事偵查， 地質(zhì)勘測，火星探測等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
機(jī)器人技術(shù)是隨著科技和工程技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的，近年來，機(jī)器人尤其是移動(dòng)機(jī)器人越來越多地應(yīng)用在星球表面探測、地震或事故救災(zāi)現(xiàn)場、爆處理、戰(zhàn)場偵察救援等非結(jié)構(gòu)環(huán)境中。其特點(diǎn)是機(jī)器人面臨的環(huán)境復(fù)雜、路況(路貌)未知且多變。對這些環(huán)境進(jìn)行不斷的探索和研究，尋求一條解決問題的可行途徑，成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人類社會(huì)進(jìn)步的必然要求。不規(guī)則和不平坦的地形是這些環(huán)境的共同特點(diǎn)，這種地形使輪式移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用受到限制。雖然腿式移動(dòng)機(jī)器人能夠滿足某些性能要求，但是由于其結(jié)構(gòu)自太多，控制比較復(fù)雜，應(yīng)用也受到一定的限制。綜合比較履帶式移動(dòng)機(jī)器人能夠很好應(yīng)地面的變化，因此履帶式移動(dòng)機(jī)器人的研究得以蓬勃發(fā)展。從20世紀(jì)80年代國外就對小型履帶式移動(dòng)機(jī)器人展開了系統(tǒng)的研究，經(jīng)過多年的技累和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，已經(jīng)取得了可喜的研究成果。比較有影響的是美國的I^clAot機(jī)器人、 B0T、NUGV和talon機(jī)器人。它們應(yīng)用在伊拉克戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭中，取得了巨大成功。此外，英國研制的Supper Wheel barrow排爆機(jī)器人、加拿大謝布魯克大學(xué)研制的IMUT機(jī)器人，日本的Helios VII機(jī)器人都屬于履帶式機(jī)器人。我國對履帶式機(jī)器人究起步較晚，但是近期也取得了一定的成果，如沈陽自動(dòng)化研究所的CLIMBER人等。在履帶式機(jī)器人得到大力發(fā)展的同時(shí)，輪式機(jī)器人的發(fā)展也非常快速。輪式推進(jìn)機(jī)構(gòu)具有悠久的發(fā)展歷史，車輪的采用是古代人類的偉大技術(shù)發(fā)明，汽車的使輪式車輛技術(shù)日趨完善。輪式結(jié)構(gòu)具有重量輕、造價(jià)低、車速高、最大行程大、使命長、維修保養(yǎng)方便等特點(diǎn)，但是不足之處是越野通過能力和防護(hù)能力不如履帶式機(jī)構(gòu)。輪式移動(dòng)機(jī)器人由于其較高的運(yùn)動(dòng)速度，在平坦的環(huán)境中具有獨(dú)特的優(yōu)越性，國內(nèi)外學(xué)者在輪式機(jī)器人方面進(jìn)行了大量的研究。同時(shí)輪式移動(dòng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)和控制比較容易，穩(wěn)定性也較足式移動(dòng)機(jī)器人好，因此這些研究主要集中于路徑規(guī)劃、控制、平面定位、目標(biāo)識(shí)別等理論方面。因?yàn)槠溥\(yùn)動(dòng)性能比較好，因此主要用于軍事方面，也正是利用這一特點(diǎn)研制不同的機(jī)器人。輪式機(jī)器人是研究最多的一種，有四輪、六輪或八輪等多種形式。如E. Nakano等研制輪全向移動(dòng)機(jī)器人、星球探測機(jī)器人Micro-5、Rover等?？梢?，輪式和履帶式是最常用的移動(dòng)方式，具有移動(dòng)速度快、控制簡單、移動(dòng)過程較為平穩(wěn)等特點(diǎn)。但是輪式和履帶式行走機(jī)構(gòu)難以跨過較大的障礙(如溝壑)，并且對凹凸不平的地表適應(yīng)力較差。相對的足式行走機(jī)構(gòu)在越障，適應(yīng)復(fù)雜地表這方面就具有較大的優(yōu)勢，因?yàn)樽闶叫凶邫C(jī)構(gòu)自由度更多，相對更加靈活，對凹凸不平的地表的適應(yīng)能力更強(qiáng)， 同時(shí)，足式行走機(jī)構(gòu)的立足點(diǎn)是離散的，跟地面接觸面積較小，可以在地表選擇最優(yōu)點(diǎn)作為支撐，即使在表面不規(guī)則的情況下，也能夠通過嚴(yán)格選擇足的支撐點(diǎn)使行走自如，能夠適應(yīng)很多非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的機(jī)器人作業(yè)。1990年，美國卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)研制出用于外星探測的六足步行機(jī)器人AMBLER采用了新型的腿機(jī)構(gòu)，由一個(gè)在水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)桿和在垂直面內(nèi)作直線運(yùn)動(dòng)展桿組成， 兩桿正交。1993年，該學(xué)校開發(fā)出有纜的八足步行機(jī)器人DANTE，用于極地埃里伯斯火山進(jìn)行了考察，其改進(jìn)型DANTE-II也在實(shí)際中得到了應(yīng)用。在對步態(tài)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，2000 年美國研制出六足仿生步行機(jī)器人Robot，為了像昆蟲一樣在凸凹不平地面上仍能高速和靈活步行，采用氣動(dòng)人工肌肉的方式，壓縮空氣由上部的管子傳輸，并由氣動(dòng)作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)，使用獨(dú)特的機(jī)構(gòu)來模仿肌肉的特性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種對稱式仿生六足行走裝置，解決了輪式與履帶式行走機(jī)構(gòu)對復(fù)雜路面、非結(jié)構(gòu)性環(huán)境通過性差等問題。本實(shí)用新型提供了一種仿照六足綱昆蟲行走方式而建立的對稱式仿生六足行走裝置。該裝置在運(yùn)動(dòng)過程中，通過離散的落足點(diǎn)使機(jī)構(gòu)能夠選取最優(yōu)點(diǎn)為支撐點(diǎn)，因此對復(fù)雜地表具有較好的通過性，并且該機(jī)構(gòu)采用高精密驅(qū)動(dòng)電機(jī)，具有傳動(dòng)精確、機(jī)構(gòu)簡單的特點(diǎn)；同時(shí)這種仿生六足行走裝置緊貼地面， 使其重心位置低，具有極強(qiáng)的機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性；另外該裝置由于采用了雙層柔性關(guān)節(jié)來實(shí)現(xiàn)該裝置的轉(zhuǎn)向，簡化了轉(zhuǎn)向的方式；并且該裝置通過對足部執(zhí)行構(gòu)件的簡化，減少了足部的自由度，使得整體結(jié)構(gòu)簡單，占有空間小，使整個(gè)機(jī)構(gòu)具有良好的可控性。本實(shí)用新型以仿生學(xué)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種全新的仿生六足行走機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)以六足綱昆蟲的步態(tài)運(yùn)動(dòng)方式為模板，以一側(cè)的前足后足和另一側(cè)的中足作為一組，每一步都組成一個(gè)三角支撐機(jī)構(gòu)，因?yàn)檫@種貼地行走方式重心低，反應(yīng)靈敏，具有極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。同時(shí)，我們在機(jī)器人機(jī)構(gòu)的中心位置設(shè)計(jì)了一根轉(zhuǎn)軸，使我們的機(jī)構(gòu)具有雙層柔性結(jié)構(gòu)的原理，更加便于轉(zhuǎn)向。本實(shí)用新型的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)對稱式仿生六足行走裝置，包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全一致、中心對稱的上層機(jī)構(gòu)I及下層機(jī)構(gòu)II，該上層機(jī)構(gòu)I通過中心的轉(zhuǎn)向單元與下層機(jī)構(gòu)II連接，該轉(zhuǎn)向單元包括錐齒輪 I 25、轉(zhuǎn)向軸沈、錐齒輪II 27及電機(jī)觀，該電機(jī)觀通過由錐齒輪I 25及錐齒輪II 27組成的錐齒輪副與轉(zhuǎn)向軸26連接；在上層機(jī)構(gòu)I中，支撐單元由上架殼體16和C形腿支撐塊
Il、c形腿支撐塊II 11、C形腿支撐塊III19構(gòu)成；其中，精密電機(jī)18通過聯(lián)軸器17與軸
II14相連，該軸II 14通過齒形帶II 7帶動(dòng)軸I 6轉(zhuǎn)動(dòng)，軸I、II 6、14分別通過齒形帶 1、1112、13與(形腿支撐塊1、11 1、11中的齒輪1、11 3、12連接，同時(shí)軸II 14通過齒形帶IVM帶動(dòng)軸III22轉(zhuǎn)動(dòng)，該軸III22與C形腿支撐塊III19中的齒輪III20連接，將運(yùn)動(dòng)傳遞到C形腿支撐塊III19中；齒輪I、II、III3、12、20分別與C形腿I、III、V 5、9、21 連接。所述的上架殼體16中，軸I 6的左端分別與帶輪I四和帶輪II 36連接，軸I 6 的右端通過套筒VI62限位，并通過軸承V61與軸承座III59連接，該軸承座III59與上架殼體16固定；軸I 6的左端通過套筒I 32限位，并通過軸承I 31與軸承蓋II 33定位，該軸承蓋II 33與上架殼體16固定；軸II 14的左端分別與帶輪11137、帶輪IV45、帶輪V51 連接，軸II 14的右端與上架殼體16固定，軸II 14左端的帶輪III37與帶輪IV45之間通過套筒III43限位，并通過六角螺釘II 38、軸承II 39、套筒II 40、軸承蓋III41構(gòu)成左端定位與固定；帶輪V 51左側(cè)通過套筒IV49限位，右側(cè)通過聯(lián)軸器17與精密電機(jī)18連接；軸III22左端與上架殼體16連接，帶輪VI52通過平鍵VK4與軸III22連接，軸III22 右側(cè)通過套筒V55限位，左側(cè)由六角螺母53擰緊，軸III22另一端通過平鍵XIII99與齒輪 III20連接，并與C形腿支撐塊III19固定。所述的C形腿支撐塊I 1中，軸IV68右部通過平鍵VII65與帶輪VII66連接，通過套筒VII64定位，并通過軸承VI63、軸承蓋VI82、六角螺釘VII83與C形腿支撐塊I 1固定，左部通過平鍵VIII67與齒輪I 3連接，并通過套筒VIII69、軸承VII70、軸承蓋I 4、六角螺釘VI71與C形腿支撐塊I 1固定；軸V73右端通過軸承蓋V80、軸承1X81定位，中部通過平鍵X78與齒輪IV79連接，左端通過軸承蓋1￥72、軸承￥11176、套筒1X77構(gòu)成定位與固定；C形腿I 5通過平鍵1X74與軸V73連接，并通過六角螺母I 75固定；所述的C形腿支撐塊II 11內(nèi)部結(jié)構(gòu)與C形腿支撐塊I 1相同。所述的C形腿支撐塊II119中，軸VI93左端通過軸承蓋VII84、六角螺釘VII185、 軸承X86固定在C形腿支撐塊III19上，中部通過平鍵XI88與齒輪V87連接，并通過套筒 X89、軸承XI90、軸承蓋VIII91構(gòu)成定位與固定，C形腿V21通過平鍵XII92與軸VI93右端連接，并通過六角螺母1194緊固。所述的精密電機(jī)18通過聯(lián)軸器17與軸II 14相連，該軸II 14通過齒形帶II、 1乂7、對分別與軸1、1116、22相關(guān)聯(lián)，軸1 6通過齒形帶I 2與C形腿支撐塊I 1中的軸 IV68相連，該軸IV68通過由齒輪I 3和齒輪IV79構(gòu)成的齒輪副與軸V73相連，帶動(dòng)C形腿 I 5轉(zhuǎn)動(dòng)，軸II 14通過齒形帶III13傳遞動(dòng)力到C形腿支撐塊II 11中，C形腿支撐塊II 11內(nèi)部傳動(dòng)同C形腿支撐塊I 5 ；C形腿支撐塊III19中，軸III22通過由齒輪III20和齒輪V87構(gòu)成的齒輪副與軸VI93關(guān)聯(lián)，帶動(dòng)C形腿V21轉(zhuǎn)動(dòng)；C形腿I、III、V 5、9、21運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)。所述的上架殼體16與電機(jī)觀固定，該電機(jī)觀通過由錐齒輪I 25及錐齒輪II 27 組成的錐齒輪副與轉(zhuǎn)向軸26連接，該轉(zhuǎn)向軸沈通過半圓鍵103與下架殼體10固定連接， 上架殼體16與下架殼體10之間通過滾珠102限位，通過軸承XIII101形成上架定位；轉(zhuǎn)向軸26兩端分別通過六角螺母I、II 100、104緊固。本實(shí)用新型的積極效果是通過模仿六足綱昆蟲的步態(tài)行走方式，并且通過精密驅(qū)動(dòng)和精確傳動(dòng)裝置，從而使該裝置對復(fù)雜地表(如沙漠等)具有良好的適應(yīng)能力；并且該裝置采用雙層柔性關(guān)節(jié)作為轉(zhuǎn)向方式，較常規(guī)的在足部設(shè)計(jì)多自由度、多驅(qū)動(dòng)裝置的占用空間小、控制簡單，以較少的自由度和驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)體積較小型行走機(jī)構(gòu)的全方位運(yùn)動(dòng)，在災(zāi)害勘察、無人偵察、定向攻擊、沙漠探測、火星探測等領(lǐng)域有著較廣的應(yīng)用前景。通過高精密驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以使帶動(dòng)三個(gè)C形腿的輸出軸完全同步，便于控制的實(shí)現(xiàn)；采用雙層結(jié)構(gòu)，由中心的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，可以輕易地實(shí)現(xiàn)該行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向，相比于傳統(tǒng)的多自由度、多驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制容易、占用空間小等優(yōu)點(diǎn)。

[0017]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的上層機(jī)構(gòu)主視示意圖；圖3是圖2的A部剖視示意圖；圖4是圖2的B-B剖視示意圖；圖5是圖2的C-C剖視示意圖；圖6是本實(shí)用新型轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7至圖10是本實(shí)用新型雙層柔性關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)向方式的說明圖。圖中1、C形腿支撐塊I2、齒形帶I3、齒輪I4、軸承蓋I5、C形腿I[0026]6、軸I7、齒形帶II8、C形腿II9、C形腿III10、下架殼體[0027]11、C形腿支撐塊II 12、齒輪II13、齒形帶IIIW、軸 II15、C形腿IV[0028]16、上架殼體17、聯(lián)軸器18、精密電機(jī)19、C形腿支撐塊III 20、齒輪III[0029]21、C形腿V22、軸 III23、C形腿VI24、齒形帶IV邪、錐齒輪I[0030]26、轉(zhuǎn)向軸27、錐齒輪II28,電機(jī)29、帶輪I30、平鍵I[0031]31、軸承I32、套筒I33、軸承蓋II34、六角螺釘I35、平鍵II[0032]36、帶輪II37、帶輪III38、六角螺釘II 39、軸承II40、套筒II[0033]41、軸承蓋III42、平鍵III43、套筒III44、平鍵IV45、帶輪IV[0034]46、軸承座I47、軸承III48、六角螺釘11149、套筒IV50、平鍵V[0035]51、帶輪VM、帶輪VI53、六角螺母W、平鍵VI55、套筒V[0036]閉、軸承IV57、軸承座II58、六角螺釘IV 59、軸承座III60、六角螺釘V[0037]61、軸承V62、套筒VI63、軸承VI64、套筒VII65、平鍵VII[0038]66、帶輪VII67、平鍵 VIII68、軸 IV69、套筒 VIII70、軸承VII[0039]71、六角螺釘VI72、軸承蓋IV73、軸 V74、平鍵IX75、六角螺母I[0040]76、軸承 VIII77、套筒IX78、平鍵X79、齒輪IV80、軸承蓋V[0041]81、軸承IX82、軸承蓋VI S3、六角螺釘VII84、軸承蓋VII 85、六角螺、|丁 VIII[0042]86、軸承X87、齒輪V88、平鍵XI89、套筒X90、軸承XI[0043]沿、軸承蓋VIII92、平鍵XII93、軸VI 94、六角螺母II95、軸承蓋VIII[0044]96、軸承XII97、六角螺釘1X98、套筒XI 昍、平鍵XIII100、六角螺母III101、軸承XIII102、滾珠 103、半圓鍵 104、六角螺母IV具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的詳細(xì)內(nèi)容及其具體實(shí)施方式
。參見圖1，本實(shí)用新型的對稱式仿生六足行走裝置，包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全一致、中心對稱的上層機(jī)構(gòu)I及下層機(jī)構(gòu)II，該上層機(jī)構(gòu)I通過中心的轉(zhuǎn)向單元與下層機(jī)構(gòu)II連接， 該轉(zhuǎn)向單元包括錐齒輪I 25、轉(zhuǎn)向軸26、錐齒輪II 27及電機(jī)觀，該電機(jī)觀通過由錐齒輪 I 25及錐齒輪II 27組成的錐齒輪副與轉(zhuǎn)向軸沈連接，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向軸沈轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向；在上層機(jī)構(gòu)I中，支撐單元由上架殼體16和C形腿支撐塊I 1、C形腿支撐塊II 11、C形腿支撐塊III19構(gòu)成；其中，精密電機(jī)18通過聯(lián)軸器17與軸II 14相連，當(dāng)精密驅(qū)動(dòng)電機(jī)18 驅(qū)動(dòng)軸14轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該軸II 14通過齒形帶II 7帶動(dòng)軸I 6轉(zhuǎn)動(dòng)，軸I、II 6、14分別通過齒
7形帶1、1112、13與(形腿支撐塊1、11 1、11中的齒輪I、II 3、12連接，將動(dòng)力傳遞到兩個(gè) C形腿支撐塊I、II 1、11中，同時(shí)軸II 14通過齒形帶IVM帶動(dòng)軸II122轉(zhuǎn)動(dòng)，該軸II122 與C形腿支撐塊II119中的齒輪II120連接，將運(yùn)動(dòng)傳遞到C形腿支撐塊II119中；齒輪I、 II、III3、12、20 分別與 C 形腿 I、III、V 5、9、21 連接，C 形腿支撐塊 I、II、1111、11、19 分別通過齒輪I、II、1113,12,20將運(yùn)動(dòng)傳遞到C形腿I、III、V 5、9、21上，帶動(dòng)C形腿5、9、21 的同步運(yùn)動(dòng)。參見圖2及圖5，所述的上架殼體16中，軸I 6的左端通過平鍵I 30和平鍵II 35 分別與帶輪I四和帶輪II 36連接，軸I 6的右端通過套筒VI62限位，并通過軸承V61與軸承座III59連接，該軸承座III59通過六角螺釘V 60與上架殼體16固定；軸I 6的左端通過套筒I 32限位，并通過軸承I 31與軸承蓋II 33定位，該軸承蓋II 33通過六角螺釘 I 34與上架殼體16固定；軸II 14的左端通過平鍵11142、平鍵IV44、平鍵V50分別與帶輪11137、帶輪IV45、帶輪V51連接，軸II 14的右端通過軸承座I 46、軸承11147、六角螺釘III48與上架殼體16固定，軸II 14左端的帶輪III37與帶輪IV45之間通過套筒III43 限位，并通過六角螺釘II 38、軸承II 39、套筒II 40、軸承蓋III41構(gòu)成左端定位與固定； 帶輪V 51左側(cè)通過套筒IV49限位，右側(cè)通過聯(lián)軸器17與精密電機(jī)18連接；軸III22左端通過軸承IV56、軸承座II 57、六角螺釘IV58與上架殼體16連接，帶輪VI52通過平鍵VK4 與軸III22聯(lián)接，軸III22右側(cè)通過套筒V55限位，左側(cè)由六角螺母53擰緊，軸III22另一端通過平鍵XIII99與齒輪III20連接，并通過軸承蓋VIII95、軸承XII96、六角螺釘1X97、 套筒XI98與C形腿支撐塊III 19固定。參見圖2、圖4及圖5，C形腿支撐塊I 1中，軸IV68右部通過平鍵VII65與帶輪 VII66連接，通過套筒VII64形成定位，并通過軸承VI63、軸承蓋VI82、六角螺釘VII83與 C形腿支撐塊I 1固定，左部通過平鍵VIII67與齒輪I 3連接，并通過套筒VIII69、軸承 VII70、軸承蓋I 4、六角螺釘VI71與C形腿支撐塊I 1固定；軸V73右端通過軸承蓋V80、軸承1X81定位，中部通過平鍵X 78與齒輪IV79連接，左端通過軸承蓋1￥72、軸承￥11176、套筒1X77構(gòu)成定位與固定；C形腿I 5通過平鍵1X74與軸V 73連接，并通過六角螺母I 75 固定；所述的C形腿支撐塊II 11內(nèi)部結(jié)構(gòu)與C形腿支撐塊I 1相同。C形腿支撐塊III19 中，軸VI93左端通過軸承蓋VII84、六角螺釘VIII85、軸承X86固定在C形腿支撐塊III19 上，中部通過平鍵XI88與齒輪V87連接，并通過套筒X89、軸承XI90、軸承蓋VII191構(gòu)成定位與固定，C形腿V21通過平鍵XII92與軸VI93右端連接，并通過六角螺母II 94緊固。參見圖2至圖4，精密電機(jī)18通過聯(lián)軸器17與軸II 14相連，該軸II 14通過齒形帶11、1￥7、對分別與軸1、1116、22相關(guān)聯(lián)，軸1 6通過齒形帶I 2與C形腿支撐塊I 1 中的軸IV68相連，該軸IV68通過由齒輪I 3和齒輪IV79構(gòu)成的齒輪副與軸V73相連，帶動(dòng)C形腿I 5轉(zhuǎn)動(dòng)，軸II 14通過齒形帶III13傳遞動(dòng)力到C形腿支撐塊II 11中，C形腿支撐塊II 11內(nèi)部傳動(dòng)同C形腿支撐塊I 5;C形腿支撐塊III19中，軸III22通過由齒輪 III20和齒輪V87構(gòu)成的齒輪副與軸VI93關(guān)聯(lián)，帶動(dòng)C形腿V21轉(zhuǎn)動(dòng)；C形腿I、III、V 5、 9、21運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)。參見圖1及圖6，上架殼體16與電機(jī)觀固定，該電機(jī)觀通過由錐齒輪I 25及錐齒輪II 27組成的錐齒輪副與轉(zhuǎn)向軸沈連接，該轉(zhuǎn)向軸沈通過半圓鍵103與下架殼體10 固定連接，上架殼體16與下架殼體10之間通過滾珠102限位，通過軸承XIII101形成上架定位；轉(zhuǎn)向軸26兩端分別通過六角螺母I、II 100,104緊固；當(dāng)上層機(jī)構(gòu)I的三個(gè)C形腿 I、III、V5、9、21作為整個(gè)裝置的支撐時(shí)，電機(jī)觀驅(qū)動(dòng)由錐齒輪I 25及錐齒輪II 27組成的錐齒輪副，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向軸26轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)下層機(jī)構(gòu)II轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，此后，下層機(jī)構(gòu)II 的三個(gè)C形腿II、IV、VI8、15、23轉(zhuǎn)到下方作為整個(gè)裝置的支撐，此時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)副完成自鎖，電機(jī)觀再轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上層機(jī)構(gòu)I隨著發(fā)生相應(yīng)角度的偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)該行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向。本實(shí)用新型所采用的兩組C形腿，即C形腿I、III、V 5、9、21和C形腿II、IV、VI8、 15,23,分別在各組作為支撐時(shí)構(gòu)成一個(gè)三角，因此，可保證整個(gè)行走裝置時(shí)刻有三個(gè)C形腿進(jìn)行三角支撐，可保證行走裝置具有良好的穩(wěn)定性。所采用上層機(jī)構(gòu)I和下層機(jī)構(gòu)II上分別存在三個(gè)C形腿，每層機(jī)構(gòu)上的三個(gè)C形腿形成一組，當(dāng)該行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩組交替進(jìn)行，形成步態(tài)行走方式，這種類態(tài)行走方式使得裝置在前進(jìn)時(shí)立足點(diǎn)是離散的，跟地面接觸面積較小，可以在地面選擇最優(yōu)點(diǎn)作為支撐，因此可保證該行走裝置對自然環(huán)境具有高度的適應(yīng)能力，并且保證自身具有靈活的自我操控能力。整個(gè)裝置具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、換向靈活等功能的前提下，相比于傳統(tǒng)的行走裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、空間利用率高、易于控制等特點(diǎn)。本實(shí)用新型的具體工作過程如下初始狀態(tài)精密電機(jī)18通過聯(lián)軸器17與軸II 14相連，電機(jī)處于不啟動(dòng)狀態(tài)，整個(gè)機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)后，驅(qū)動(dòng)軸II 14轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該軸II 14通過齒形帶117帶動(dòng)軸I 6轉(zhuǎn)動(dòng)，軸I、II 6、14分別通過齒形帶1、1112、13與(形腿支撐塊1、11 1、11中的齒輪I、II 3、12連接，將動(dòng)力傳遞到兩個(gè)C形腿支撐塊I、II 1、11中，同時(shí)軸II 14通過齒形帶IVM帶動(dòng)軸III22轉(zhuǎn)動(dòng)，該軸III22與C形腿支撐塊III19中的齒輪III20連接，將運(yùn)動(dòng)傳遞到C形腿支撐塊III19中；齒輪I、II、III3、12、20分別與C形腿I、III、V 5、9、 21連接，C形腿支撐塊I、II、1111、11、19分別通過齒輪I、II、1113、12、20將運(yùn)動(dòng)傳遞到C 形腿I、III、V 5、9、21上，帶動(dòng)C形腿I、III、V 5、9、21的同步運(yùn)動(dòng)。參見圖7至圖10，當(dāng)本實(shí)用新型在前行中遇到障礙物或者主動(dòng)需求轉(zhuǎn)向時(shí)，把處于上面一層的記為上層機(jī)構(gòu)I，把處于下面的一層記為下層機(jī)構(gòu)II，當(dāng)下層機(jī)構(gòu)II的三足著地作為支撐時(shí)，上層機(jī)構(gòu)I的三足抬起，此時(shí)上層機(jī)構(gòu)I可以通過轉(zhuǎn)向單元繞下層機(jī)構(gòu)II 進(jìn)行一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，反之亦然。設(shè)需要向左轉(zhuǎn)，步驟如下1)下層機(jī)構(gòu)II足著地，上層機(jī)構(gòu)I足抬起；2)a由原來角度徹減小為Θ ；b由bQ增大為bQ+θ ；3)上層機(jī)構(gòu)I組腿著地，下層機(jī)構(gòu)II組腿抬起；4)a由角度徹-θ增大為徹；b由bQ+ θ減小為bQ。經(jīng)過這4步，機(jī)器人就可依靠身體的柔性變形實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。
權(quán)利要求1.一種對稱式仿生六足行走裝置，其特征在于包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全一致、中心對稱的上層機(jī)構(gòu)(I )及下層機(jī)構(gòu)(II)，該上層機(jī)構(gòu)(I )通過中心的轉(zhuǎn)向單元與下層機(jī)構(gòu)(II)連接，該轉(zhuǎn)向單元包括錐齒輪I (25)、轉(zhuǎn)向軸(26)、錐齒輪II (27)及電機(jī)(28)，該電機(jī)(28)通過由錐齒輪I (25)及錐齒輪II (27)組成的錐齒輪副與轉(zhuǎn)向軸(26)連接；在上層機(jī)構(gòu)(I ) 中，支撐單元由上架殼體(16 )和C形腿支撐塊I (1 )、C形腿支撐塊II (11 )、C形腿支撐塊III (19)構(gòu)成；其中，精密電機(jī)(18)通過聯(lián)軸器(17)與軸II (14)相連，該軸II (14)通過齒形帶II (7)帶動(dòng)軸I (6)轉(zhuǎn)動(dòng)，軸I、11(6、14)分別通過齒形帶I、III(2、13)與C形腿支撐塊 I、11 (1、11)中的齒輪I >11 (3、12)連接，同時(shí)軸II (14)通過齒形帶IV(24)帶動(dòng)軸111(22) 轉(zhuǎn)動(dòng)，該軸III (22 )與C形腿支撐塊III (19 )中的齒輪III (20 )連接，將運(yùn)動(dòng)傳遞到C形腿支撐塊 111(19)中；齒輪 I、ΙΙ、ΠΙ(3、12、20)分別與 C 形腿 I、111、V (5、9、21)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱式仿生六足行走裝置，其特征在于所述的上架殼體(16)中，軸I(6)的左端分別與帶輪I (29)和帶輪II (36)連接，軸I (6)的右端通過套筒 VI (62)限位，并通過軸承V (61)與軸承座III (59)連接，該軸承座III (59)與上架殼體(16) 固定；軸I (6)的左端通過套筒I (32)限位，并通過軸承I (31)與軸承蓋II (33)定位，該軸承蓋II (33)與上架殼體(16)固定；軸II (14)的左端分別與帶輪111(37)、帶輪IV (45)、帶輪V (51)連接，軸II (14)的右端與上架殼體(16)固定，軸II (14)左端的帶輪III(37)與帶輪IV(45)之間通過套筒111(43)限位，并通過六角螺釘II (38)、軸承II (39)、套筒II (40)、軸承蓋111(41)構(gòu)成左端定位與固定；帶輪V (51)左側(cè)通過套筒IV(49)限位，右側(cè)通過聯(lián)軸器(17)與精密電機(jī)(18)連接；軸III(22)左端與上架殼體(16)連接，帶輪VI(52)通過平鍵VI (54)與軸111(22)連接，軸111(22)右側(cè)通過套筒V (55)限位，左側(cè)由六角螺母(53)擰緊，軸 III (22)另一端通過平鍵XIII (99)與齒輪III (20)連接，并與C形腿支撐塊III (19)固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱式仿生六足行走裝置，其特征在于所述的C形腿支撐塊I (1)中，軸IV (68)右部通過平鍵Vn (65)與帶輪Vn (66)連接，通過套筒Vn (64)定位，并通過軸承VI (63)、軸承蓋VI (82)、六角螺釘ΥΠ (83)與C形腿支撐塊I (1)固定，左部通過平鍵VDK67)與齒輪I (3)連接，并通過套筒VDK69)、軸承ΥΠ(70)、軸承蓋I (4)、六角螺釘VI (71)與C形腿支撐塊I (1)固定；軸V (73)右端通過軸承蓋V (80)、軸承IX (81)定位，中部通過平鍵X (78)與齒輪IV (79)連接，左端通過軸承蓋IV (72),軸承VDI(76)、套筒IX (77) 構(gòu)成定位與固定；C形腿I (5)通過平鍵ΙΧ(74)與軸V(73)連接，并通過六角螺母I (75) 固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱式仿生六足行走裝置，其特征在于所述的C形腿支撐塊II(Il)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與C形腿支撐塊I (1)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱式仿生六足行走裝置，其特征在于所述的C形腿支撐塊III (19)中，軸VI (93)左端通過軸承蓋vn (84)、六角螺釘VDI(85),軸承X (86)固定在C形腿支撐塊III (19)上，中部通過平鍵XI (88)與齒輪V (87)連接，并通過套筒X (89)、軸承XI (90)、軸承蓋VDI(91)構(gòu)成定位與固定，C形腿V (21)通過平鍵ΧΠ(92)與軸VI (93)右端連接，并通過六角螺母II (94)緊固。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對稱式仿生六足行走裝置，其特征在于所述的精密電機(jī)(18)通過聯(lián)軸器(17)與軸II (14)相連，該軸II (14)通過齒形帶II、IV(7、24)分別與軸 I、III(6、22)相關(guān)聯(lián)，軸I (6)通過齒形帶I (2)與C形腿支撐塊I (1)中的軸IV(68)相連，該軸IV (68)通過由齒輪I (3)和齒輪IV (79)構(gòu)成的齒輪副與軸V (73)相連，帶動(dòng)C形腿I (5)轉(zhuǎn)動(dòng)，軸II (14)通過齒形帶III (13)傳遞動(dòng)力到C形腿支撐塊II (11)中，C形腿支撐塊II (11)內(nèi)部傳動(dòng)同C形腿支撐塊I (5) ;C形腿支撐塊III (19)中，軸III (22)通過由齒輪111(20)和齒輪V (87)構(gòu)成的齒輪副與軸VI (93)關(guān)聯(lián)，帶動(dòng)C形腿V (21)轉(zhuǎn)動(dòng)；C形腿 I、III、V(5、9、21)運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對稱式仿生六足行走裝置，其特征在于所述的上架殼體(16 )與電機(jī)(28 )固定，該電機(jī)(28 )通過由錐齒輪1(25)及錐齒輪II (27 )組成的錐齒輪副與轉(zhuǎn)向軸(26)連接，該轉(zhuǎn)向軸(26)通過半圓鍵(103)與下架殼體(10)固定連接，上架殼體(16)與下架殼體(10)之間通過滾珠(102)限位，通過軸承XIlI(IOl)形成上架定位； 轉(zhuǎn)向軸(26)兩端分別通過六角螺母I、II (100、104)緊固。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種對稱式仿生六足行走裝置，屬于一種機(jī)器人。其包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全一致、中心對稱的上層機(jī)構(gòu)及下層機(jī)構(gòu)，該上層機(jī)構(gòu)通過中心的轉(zhuǎn)向單元與下層機(jī)構(gòu)連接，該轉(zhuǎn)向單元包括錐齒輪Ⅰ、轉(zhuǎn)向軸、錐齒輪Ⅱ及電機(jī)，該電機(jī)通過由錐齒輪Ⅰ及錐齒輪Ⅱ組成的錐齒輪副與轉(zhuǎn)向軸連接。本實(shí)用新型以仿生學(xué)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種全新的仿生六足行走機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)以六足綱昆蟲的步態(tài)運(yùn)動(dòng)方式為模板，以一側(cè)的前足后足和另一側(cè)的中足作為一組，每一步都組成一個(gè)三角支撐機(jī)構(gòu)，因?yàn)檫@種貼地行走方式重心低，反應(yīng)靈敏，具有極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。同時(shí)，我們在機(jī)器人機(jī)構(gòu)的中心位置設(shè)計(jì)了一根轉(zhuǎn)軸，使我們的機(jī)構(gòu)具有雙層柔性結(jié)構(gòu)的原理，更加便于轉(zhuǎn)向。
文檔編號(hào)B62D57/032GK202098477SQ20112019555
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月11日
發(fā)明者任露泉, 傅璐, 劉長勝, 趙宏偉, 趙波 申請人:吉林大學(xué)