專利名稱：一種具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人及其控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種具有在困境中能切斷肢體的六足越障機(jī)器人及其控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
相對(duì)于輪式機(jī)器人，足式機(jī)器人在崎嶇路面，惡劣路況下具有更好的適應(yīng)性和避障行走能力。相對(duì)于履帶機(jī)器人，足式機(jī)器人具有重量更輕，行走機(jī)構(gòu)耦合性更弱，在一定自由度的機(jī)構(gòu)失靈后仍能繼續(xù)行走等特點(diǎn)。特別是六足機(jī)器人，有良好的路面適應(yīng)能力，高速機(jī)動(dòng)性和行走穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)可靠性，能比較輕松的跨越障礙。被廣泛用于危險(xiǎn)區(qū)域探測(cè)，災(zāi)難救援等領(lǐng)域。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了許多六足機(jī)器人，此類機(jī)器人一般采用連桿驅(qū)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)越障等 功能，但是很難越過超過自己身高的障礙。并且系統(tǒng)比較復(fù)雜，控制難度大。此外，美國(guó)波士頓動(dòng)力開發(fā)的半圓環(huán)腿的六足機(jī)器人RHEX具有良好的越障能力，但是在崎嶇路面行走時(shí)，一旦某足被卡住，無法脫出，整個(gè)機(jī)器人即陷入困境。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明通過仿生的方法，利用六足機(jī)器人的系統(tǒng)冗余性，在某足被卡時(shí)可以像動(dòng)物一樣自行斷掉此足，完成逃生；同時(shí)通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)越障能力，使其可以越過超過身高的障礙；利用欠驅(qū)動(dòng)方式，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和控制難度。ー種具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人，包括有整機(jī)支架1，兩只帶有扭轉(zhuǎn)彈簧的能單向彎曲的前足2、3，兩只由同步帶驅(qū)動(dòng)的中足4、5，兩只帶有扭轉(zhuǎn)彈簧的能單向彎曲的后足6、7和能轉(zhuǎn)動(dòng)的如腰部8和后腰部9 ；其中，兩只前足2、3通過前支架11和前腰部8連接在整機(jī)支架I前部，兩只中足4、5安裝在整機(jī)支架I兩側(cè)，兩只后足6、7通過后支架12和后腰部9連接在整機(jī)支架I后部;所述的前、中、后足的中部均安裝有熱敏感液體驅(qū)動(dòng)的解鎖機(jī)構(gòu)22 ;當(dāng)解鎖機(jī)構(gòu)22接收到中央處理器發(fā)送的斷肢指令時(shí)，執(zhí)行斷肢動(dòng)作，整機(jī)進(jìn)入斷肢行走狀態(tài)；所述的解鎖機(jī)構(gòu)22包括有與上肢體固連的殼體39，通過制退桿41固定在殼體39內(nèi)腔中的活塞38，活塞38端面與殼體39內(nèi)腔密封形成的燃料腔體40，通過滾珠43與殼體39左側(cè)端面固連的內(nèi)壁加工有軌道37的前端蓋36，以及左側(cè)通過被壓縮的彈簧34頂在后端蓋45上、右側(cè)頂在活塞38上、右側(cè)外端面將滾珠43壓緊在軌道37內(nèi)的頂桿44，其中，前端蓋36與后端蓋45通過螺紋連接35固定在一起,后端蓋45與下肢體固連，燃料腔體40內(nèi)安裝有加熱裝置和熱敏性液體,制退桿41通過固定螺絲42和制退彈簧46滑動(dòng)連接在殼體39的側(cè)壁徑向孔內(nèi)；正常狀態(tài)下，彈簧34壓緊頂桿44，迫使?jié)L珠43進(jìn)入前端蓋36的軌道37中，使上肢體和下肢體無法分離；當(dāng)接到觸發(fā)信號(hào)后，燃料腔體40內(nèi)的加熱裝置迅速加熱熱敏性液體，使其汽化，體積迅速膨脹，推動(dòng)活塞38向左運(yùn)動(dòng)，活塞推動(dòng)頂桿44后退，滾珠43失去約束，從軌道37中脫落，當(dāng)頂桿44把彈簧34壓縮到極限時(shí)，后端蓋45開始帶動(dòng)前端蓋36向左移動(dòng)，當(dāng)活塞38運(yùn)動(dòng)到最左側(cè)時(shí)，前端蓋36脫離殼體39，完成脫離動(dòng)作；此時(shí)活塞38的端面已經(jīng)超過制退桿41，制退桿41在制退彈簧46作用下落入腔體，阻止活塞倒退，防止由于意外而引起機(jī)構(gòu)脫離后再次鎖緊。采用了上述解鎖機(jī)構(gòu)22后，大大提高了本發(fā)明在惡劣環(huán)境中的生存能力。 所述的前足由驅(qū)動(dòng)電機(jī)28，上肢29，下肢30，和開放自由度的膝關(guān)節(jié)31組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)28固定在前支架11前端部，并通過前足連接件32和上肢29相連。膝關(guān)節(jié)31安裝有扭轉(zhuǎn)彈簧和限位裝置，使膝關(guān)節(jié)31只可單方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)遇到障礙物吋，驅(qū)動(dòng)電機(jī)28帶動(dòng)上肢29向上轉(zhuǎn)動(dòng)，下肢30碰到障礙物，膝關(guān)節(jié)31發(fā)生彎曲，當(dāng)越過障礙物后，壓縮的膝關(guān)節(jié)31扭轉(zhuǎn)彈簧釋放，使下肢30伸直，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)28帶動(dòng)上肢29、下肢30向下轉(zhuǎn)動(dòng)，膝關(guān)節(jié)31伸直后由于限位裝置而保持伸直狀態(tài)，腿此時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，前支架11由腰肢驅(qū)動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)，完成越障。所述的后足與前足結(jié)構(gòu)相同；前、后足的結(jié)構(gòu)，使其可以完成其他六足機(jī)器人無法完成的動(dòng)作——跨越高于身高的障礙物，同時(shí)零件易于加工，便于生產(chǎn)。所述的前腰部8包括有固定在電機(jī)支架17上的電機(jī)16，由電機(jī)16驅(qū)動(dòng)的蝸桿13，固定在軸15上的蝸輪14，其中軸15通過軸承架18旋轉(zhuǎn)連接在整機(jī)支架I上，軸15通過連接法蘭19帶動(dòng)前支架11上下擺動(dòng)；所述的后腰部9的結(jié)構(gòu)與前腰部8相同；所述的中足包括有安裝于整機(jī)支架I上的轉(zhuǎn)向電機(jī)26，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向支架27轉(zhuǎn)動(dòng)，同步輪25旋轉(zhuǎn)連接在轉(zhuǎn)向支架27上，升降電機(jī)20法蘭和中足支撐架24連接，升降電機(jī)20輸出軸和同步輪25連接，兩同步輪25通過同步帶21連接，連接件23上端固定在第二個(gè)同步輪25的端面上，下端固定有解鎖機(jī)構(gòu)22以及下肢體；工作吋，轉(zhuǎn)向電機(jī)26通過轉(zhuǎn)向支架27帶動(dòng)中足前后揮動(dòng)，升降電機(jī)20帶動(dòng)中足上下擺動(dòng)；中足由于采用了欠驅(qū)動(dòng)方式，將抬腿的電機(jī)由兩個(gè)減少為ー個(gè)，降低了控制難度，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性?！N具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括有整機(jī)控制器CPU、收集前方路況的攝像頭10、視覺處理器MCU、檢測(cè)整機(jī)姿態(tài)的慣性測(cè)量單元IMU以及各電機(jī)配置的伺服驅(qū)動(dòng)器；攝像頭10采集視頻信息，視覺處理器MCU負(fù)責(zé)視頻處理，將路況信息傳輸給中央處理器CPU，中央處理器CPU根據(jù)視覺信息和慣性測(cè)量単元MU獲得的整機(jī)運(yùn)動(dòng)信息做出歩態(tài)調(diào)整與規(guī)劃，通過總線發(fā)送給各電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器；通過接受中央控制器CPU的指令，伺服驅(qū)動(dòng)器控制各電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各腿的相關(guān)位移。此外，伺服驅(qū)動(dòng)器的電流單元實(shí)時(shí)檢測(cè)通過電機(jī)的電流，如果處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且編碼器的輸出也指示為堵轉(zhuǎn)，會(huì)將堵轉(zhuǎn)信息發(fā)送給中央處理器CPU，中央處理器CPU會(huì)做出調(diào)整，控制其他腿，協(xié)助解脫；如果幾次嘗試無效后，會(huì)向解鎖機(jī)構(gòu)22發(fā)送指令，執(zhí)行斷肢動(dòng)作，同時(shí)中央處理器CPU控制整機(jī)進(jìn)入斷肢行走狀態(tài)。整機(jī)控制系統(tǒng)采用分散式控制模式，為每個(gè)電機(jī)配置単獨(dú)的伺服驅(qū)動(dòng)器，提高了運(yùn)動(dòng)控制的定位精度，降低了中央處理器CPU的負(fù)擔(dān)，中央處理器CPU只負(fù)責(zé)路徑和步態(tài)的規(guī)劃，將每個(gè)關(guān)節(jié)需要的狀態(tài)通過總線發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器即可。在傳感器方面，配置CMOS攝像頭，通過專用的視覺處理器MCU進(jìn)行視覺處理運(yùn)算，將適時(shí)的路況信息傳送給中央處理器CPU。同時(shí)機(jī)載由陀螺儀和加速度傳感器組成的慣性測(cè)量単元IMU，實(shí)時(shí)反饋整機(jī)的姿態(tài)信息，中央處理器CPU根據(jù)此信息做出步態(tài)調(diào)整。本發(fā)明的有益效果在于越障能力更強(qiáng)，可以翻越高于身高的障礙；中腿采用欠驅(qū)動(dòng)方式，減少了驅(qū)動(dòng)單元數(shù)量，系統(tǒng)復(fù)雜度和控制難度降低，提高了穩(wěn)定性和實(shí)用性；能識(shí)別足部是否被困，采取相應(yīng)措施從困境中解脫，繼續(xù)行走，提高了裝置的生存能力。


圖I為本發(fā)明的整機(jī)結(jié)構(gòu)圖；圖2為腰部結(jié)構(gòu)局部放大圖；圖3為中足結(jié)構(gòu)局部放大圖；圖4為前足結(jié)構(gòu)局部放大圖；圖5為解鎖機(jī)構(gòu)局部放大圖；圖6為本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖。圖中I :整機(jī)支架;2、3 :如足;4、5 :中足;6、7 :后足；8 :如腰部；9 :后腰部；10 :攝像頭；11 :前支架；12 :后支架;13 :蝸桿；14 :蝸輪；15 :軸；16 :電機(jī)；18 :軸承架；19 :連接法蘭；20 :升降電機(jī)；21 :同步帶；22 :解鎖機(jī)構(gòu)；23 :連接件；24 :中足支撐架；25 :同步輪；26 :轉(zhuǎn)向電機(jī)；27 :轉(zhuǎn)向支架；28 :驅(qū)動(dòng)電機(jī)；29 :上肢；30 :下肢；31 :膝關(guān)節(jié)；32 :前足連接件；34 :彈簧；35 :螺紋連接；36 :前端蓋；37 :軌道；38 :活塞；39 :殼體；40 :燃料腔體；41 :制退桿；42 :固定螺絲；43 :滾珠；44 :頂桿；45 :后端蓋；46 :制退彈簧
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹。圖I為本發(fā)明的整機(jī)結(jié)構(gòu)圖，可見本發(fā)明的ー種具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人，包括有整機(jī)支架1，兩只帶有扭轉(zhuǎn)彈簧的能單向彎曲的前足2、3，兩只由同步帶驅(qū)動(dòng)的中足4、5，兩只帶有扭轉(zhuǎn)彈簧的能單向彎曲的后足6、7和能轉(zhuǎn)動(dòng)的前腰部8和后腰部9 ；其中，兩只前足2、3通過前支架11和前腰部8連接在整機(jī)支架I前部，兩只中足4、5安裝在整機(jī)支架I兩側(cè)，兩只后足6、7通過后支架12和后腰部9連接在整機(jī)支架I后部;
所述的前、中、后足的中部均安裝有熱敏感液體驅(qū)動(dòng)的解鎖機(jī)構(gòu)22 ;當(dāng)解鎖機(jī)構(gòu)22接收到中央處理器發(fā)送的斷肢指令時(shí)，執(zhí)行斷肢動(dòng)作，整機(jī)進(jìn)入斷肢行走狀態(tài)；圖5為解鎖機(jī)構(gòu)局部放大圖，可見所述的解鎖機(jī)構(gòu)22包括有與上肢體固連的殼體39，通過制退桿41固定在殼體39內(nèi)腔中的活塞38，活塞38端面與殼體39內(nèi)腔密封形成的燃料腔體40，通過滾珠43與殼體39左側(cè)端面固連的內(nèi)壁加工有軌道37的前端蓋36，以及左側(cè)通過被壓縮的彈簧34頂在后端蓋45上、右側(cè)頂在活塞38上、右側(cè)外端面將滾珠43壓緊在軌道37內(nèi)的頂桿44，
其中，前端蓋36與后端蓋45通過螺紋連接35固定在一起,后端蓋45與下肢體固連，燃料腔體40內(nèi)安裝有加熱裝置和熱敏性液體,制退桿41通過固定螺絲42和制退彈簧46滑動(dòng)連接在殼體39的側(cè)壁徑向孔內(nèi)；正常狀態(tài)下，彈簧34壓緊頂桿44，迫使?jié)L珠43進(jìn)入前端蓋36的軌道37中，使上肢體和下肢體無法分離；當(dāng)接到觸發(fā)信號(hào)后，燃料腔體40內(nèi)的加熱裝置迅速加熱熱敏性液體，使其汽化，體積迅速膨脹，推動(dòng)活塞38向左運(yùn)動(dòng)，活塞推動(dòng)頂桿44后退，滾珠43失去約束，從軌道37中脫落，當(dāng)頂桿44把彈簧34壓縮到極限時(shí)，后端蓋45開始帶動(dòng)前端蓋36向左移動(dòng)，當(dāng)活塞38運(yùn)動(dòng)到最左側(cè)時(shí)，前端蓋36脫離殼體39，完成脫離動(dòng)作；此時(shí)活塞38的端面已經(jīng)超過制退桿41，制退桿41在制退彈簧46作用下落入腔體，阻止活塞倒退，防止由于意外而引起機(jī)構(gòu)脫離后再次鎖緊。采用了上述解鎖機(jī)構(gòu)22后，大大提高了本發(fā)明在惡劣環(huán)境中的生存能力。圖4為前足結(jié)構(gòu)局部放大圖，可見所述的前足由驅(qū)動(dòng)電機(jī)28，上肢29，下肢30，和開放自由度的膝關(guān)節(jié)31組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)28固定在前支架11前端部，并通過前足連接件32和上肢29相連。膝關(guān)節(jié)31安裝有扭轉(zhuǎn)彈簧和限位裝置，使膝關(guān)節(jié)31只可單方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)遇到障礙物吋，驅(qū)動(dòng)電機(jī)28帶動(dòng)上肢29向上轉(zhuǎn)動(dòng)，下肢30碰到障礙物，膝關(guān)節(jié)31發(fā)生彎曲，當(dāng)越過障礙物后，壓縮的膝關(guān)節(jié)31扭轉(zhuǎn)彈簧釋放，使下肢30伸直，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)28帶動(dòng)上肢29、下肢30向下轉(zhuǎn)動(dòng)，膝關(guān)節(jié)31伸直后由于限位裝置而保持伸直狀態(tài)，腿此時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，前支架11由腰肢驅(qū)動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)，完成越障。所述的后足與前足結(jié)構(gòu)相同；前、后足的結(jié)構(gòu)，使其可以完成其他六足機(jī)器人無法完成的動(dòng)作——跨越高于身高的障礙物，同時(shí)零件易于加工，便于生產(chǎn)。圖2為腰部結(jié)構(gòu)局部放大圖，可見所述的前腰部8包括有固定在電機(jī)支架17上的電機(jī)16，由電機(jī)16驅(qū)動(dòng)的蝸桿13，固定在軸15上的蝸輪14，其中軸15通過軸承架18旋轉(zhuǎn)連接在整機(jī)支架I上，軸15通過連接法蘭19帶動(dòng)前支架11上下擺動(dòng)；所述的后腰部9的結(jié)構(gòu)與前腰部8相同；圖3為中足結(jié)構(gòu)局部放大圖，可見所述的中足包括有安裝于整機(jī)支架I上的轉(zhuǎn)向電機(jī)26，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向支架27轉(zhuǎn)動(dòng)，同步輪25旋轉(zhuǎn)連接在轉(zhuǎn)向支架27上，升降電機(jī)20法蘭和中足支撐架24連接，升降電機(jī)20輸出軸和同步輪25連接，兩同步輪25通過同步帶21連接，連接件23上端固定在第二個(gè)同步輪25的端面上，下端固定有解鎖機(jī)構(gòu)22以及下肢體；工作吋，轉(zhuǎn)向電機(jī)26通過轉(zhuǎn)向支架27帶動(dòng)中足前后揮動(dòng)，升降電機(jī)20帶動(dòng)中足上下擺動(dòng)；中足由于采用了欠驅(qū)動(dòng)方式，將抬腿的電機(jī)由兩個(gè)減少為ー個(gè)，降低了控制難度，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖6為本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖，可見本發(fā)明的ー種具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括有整機(jī)控制器CPU、收集前方路況的攝像頭10、視覺處理器MCU、檢測(cè)整機(jī)姿態(tài)的慣性測(cè)量單元IMU以及各電機(jī)配置的伺服驅(qū)動(dòng)器；攝像頭10采集視頻信息，視覺處理器MCU負(fù)責(zé)視頻處理，將路況信息傳輸給中央處理器CPU，中央處理器CPU根據(jù)視覺信息和慣性測(cè)量単 元MU獲得的整機(jī)運(yùn)動(dòng)信息做出歩態(tài)調(diào)整與規(guī)劃，通過總線發(fā)送給各電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器；通過接受中央控制器CPU的指令，伺服驅(qū)動(dòng)器控制各電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各腿的相關(guān)位移。此外，伺服驅(qū)動(dòng)器的電流單元實(shí)時(shí)檢測(cè)通過電機(jī)的電流，如果處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且編碼器的輸出也指示為堵轉(zhuǎn)，會(huì)將堵轉(zhuǎn)信息發(fā)送給中央處理器CPU，中央處理器CPU會(huì)做出調(diào)整，控制其他腿，協(xié)助解脫；如果幾次嘗試無效后，會(huì)向解鎖機(jī)構(gòu)22發(fā)送指令，執(zhí)行斷肢動(dòng)作，同時(shí)中央處理器CPU控制整機(jī)進(jìn)入斷肢行走狀態(tài)。整機(jī)控制系統(tǒng)采用分散式控制模式，為每個(gè)電機(jī)配置単獨(dú)的伺服驅(qū)動(dòng)器，提高了運(yùn)動(dòng)控制的定位精度，降低了中央處理器CPU的負(fù)擔(dān)，中央處理器CPU只負(fù)責(zé)路徑和步態(tài)的規(guī)劃，將每個(gè)關(guān)節(jié)需要的狀態(tài)通過總線發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器即可。在傳感器方面，配置CMOS攝像頭，通過專用的視覺處理器MCU進(jìn)行視覺處理運(yùn)算，將適時(shí)的路況信息傳送給中央處理器CPU。同時(shí)機(jī)載由陀螺儀和加速度傳感器組成的慣性測(cè)量単元IMU，實(shí)時(shí)反饋整機(jī)的姿態(tài)信息，中央處理器CPU根據(jù)此信息做出步態(tài)調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人，包括有整機(jī)支架(I)，兩只帶有扭轉(zhuǎn)彈簧的能單向彎曲的前足(2)、(3)，兩只由同步帶驅(qū)動(dòng)的中足(4)、(5)，兩只帶有扭轉(zhuǎn)彈簧的能單向彎曲的后足(6)、(7)和能轉(zhuǎn)動(dòng)的如腰部(8)和后腰部(9)； 其中，兩只前足(2)、(3)通過前支架(11)和前腰部(8)連接在整機(jī)支架(I)前部，兩只中足(4)、(5)安裝在整機(jī)支架(I)兩側(cè)，兩只后足(6)、(7)通過后支架(12)和后腰部(9)連接在整機(jī)支架(I)后部； 其特征在于 所述的前、中、后足的中部均安裝有熱敏感液體驅(qū)動(dòng)的解鎖機(jī)構(gòu)(22);當(dāng)解鎖機(jī)構(gòu)(22)接收到中央處理器發(fā)送的斷肢指令時(shí)，執(zhí)行斷肢動(dòng)作，整機(jī)進(jìn)入斷肢行走狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人，其特征在于所述的解鎖機(jī)構(gòu)(22)包括有 與上肢體固連的殼體(39)， 通過制退桿(41)固定在殼體(39)內(nèi)腔中的活塞(38)， 活塞(38)端面與殼體(39)內(nèi)腔密封形成的燃料腔體(40)， 通過滾珠(43)與殼體(39)左側(cè)端面固連的內(nèi)壁加工有軌道(37)的前端蓋(36)，以及左側(cè)通過被壓縮的彈簧(34)頂在后端蓋(45)上、右側(cè)頂在活塞(38)上、右側(cè)外端面將滾珠(43)壓緊在軌道(37)內(nèi)的頂桿(44)， 其中，前端蓋(36)與后端蓋(45)通過螺紋連接(35)固定在一起,后端蓋(45)與下肢體固連，燃料腔體(40)內(nèi)安裝有加熱裝置和熱敏性液體，制退桿(41)通過固定螺絲(42)和制退彈簧(46)滑動(dòng)連接在殼體(39)的側(cè)壁徑向孔內(nèi)； 正常狀態(tài)下，彈簧(34 )壓緊頂桿(44 )，迫使?jié)L珠(43 )進(jìn)入前端蓋(36 )的軌道(37 )中，使上肢體和下肢體無法分離； 當(dāng)接到觸發(fā)信號(hào)后，燃料腔體(40)內(nèi)的加熱裝置迅速加熱熱敏性液體，使其汽化，體積迅速膨脹，推動(dòng)活塞(38)向左運(yùn)動(dòng)，活塞推動(dòng)頂桿(44)后退，滾珠(43)失去約束，從軌道(37)中脫落，當(dāng)頂桿(44)把彈簧(34)壓縮到極限時(shí)，后端蓋(45)開始帶動(dòng)前端蓋(36)向左移動(dòng)，當(dāng)活塞(38 )運(yùn)動(dòng)到最左側(cè)時(shí)，前端蓋(36 )脫離殼體(39 )，完成脫離動(dòng)作； 此時(shí)活塞(38 )的端面已經(jīng)超過制退桿(41)，制退桿(41)在制退彈簧(46 )作用下落入腔體，阻止活塞倒退，防止由于意外而引起機(jī)構(gòu)脫離后再次鎖緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人，其特征在于所述的前足由驅(qū)動(dòng)電機(jī)(28)，上肢(29)，下肢(30)和開放自由度的膝關(guān)節(jié)(31)組成；驅(qū)動(dòng)電機(jī)(28 )固定在前支架(11)前端部，并通過前足連接件(32 )和上肢(29 )相連，膝關(guān)節(jié)(31)安裝有扭轉(zhuǎn)彈簧和限位裝置，使膝關(guān)節(jié)(31)只可單方向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)遇到障礙物時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(28)帶動(dòng)上肢(29)向上轉(zhuǎn)動(dòng)，下肢(30)碰到障礙物，膝關(guān)節(jié)(31)發(fā)生彎曲，當(dāng)越過障礙物后，壓縮的膝關(guān)節(jié)(31)扭轉(zhuǎn)彈簧釋放，使下肢(30)伸直，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(28)帶動(dòng)上肢(29)、下肢(30)向下轉(zhuǎn)動(dòng)，膝關(guān)節(jié)(31)伸直后由于限位裝置而保持伸直狀態(tài)，腿此時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，前支架(11)由腰肢驅(qū)動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)，完成越障； 所述的后足與前足結(jié)構(gòu)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人，其特征在于所述的前腰部(8 )包括有固定在電機(jī)支架(17 )上的電機(jī)(16 )，由電機(jī)(16 )驅(qū)動(dòng)的蝸桿(13 )以及固定在軸(15 )上的蝸輪(14 )，其中軸(15 )通過軸承架(18 )旋轉(zhuǎn)連接在整機(jī)支架(I)上，軸(15 )通過連接法蘭(19 )帶動(dòng)前支架(11)上下擺動(dòng)； 所述的后腰部(9)的結(jié)構(gòu)與前腰部(8)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人，其特征在于所述的中足包括有安裝于整機(jī)支架(I)上的轉(zhuǎn)向電機(jī)(26)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向支架(27)轉(zhuǎn)動(dòng)，同步輪(25)旋轉(zhuǎn)連接在轉(zhuǎn)向支架(27)上，升降電機(jī)(20)法蘭和中足支撐架(24)連接，升降電機(jī)(20)輸出軸和同步輪(25)連接，兩同步輪(25)通過同步帶(21)連接，連接件(23)上端固定在第二個(gè)同步輪(25)的端面上，下端固定有解鎖機(jī)構(gòu)(22)以及下肢體；工作時(shí)，轉(zhuǎn)向電機(jī)(26)通過轉(zhuǎn)向支架(27)帶動(dòng)中足前后揮動(dòng),升降電機(jī)(20)帶動(dòng)中足上下擺動(dòng)。
6.一種具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括有整機(jī)控制器CPU和各電機(jī)配置的伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于還包括有收集前方路況的攝像頭(10)、視覺處理器MCU和檢測(cè)整機(jī)姿態(tài)的慣性測(cè)量單元IMU ； 所述的攝像頭(10)采集視頻信息，視覺處理器MCU負(fù)責(zé)視頻處理，將路況信息傳輸給中央處理器CPU，中央處理器CPU根據(jù)視覺信息和慣性測(cè)量單元MU獲得的整機(jī)運(yùn)動(dòng)信息做出步態(tài)調(diào)整與規(guī)劃，通過總線發(fā)送給各電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器；通過接受中央控制器CPU的指令，伺服驅(qū)動(dòng)器控制各電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各腿的相關(guān)位移。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的伺服驅(qū)動(dòng)器的電流單元實(shí)時(shí)檢測(cè)通過電機(jī)的電流，如果處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且編碼器的輸出也指示為堵轉(zhuǎn)，會(huì)將堵轉(zhuǎn)信息發(fā)送給中央處理器CPU，中央處理器CPU會(huì)做出調(diào)整，控制其他腿，協(xié)助解脫；如果幾次嘗試無效后，會(huì)向解鎖機(jī)構(gòu)(22)發(fā)送指令，執(zhí)行斷肢動(dòng)作，同時(shí)中央處理器CPU控制整機(jī)進(jìn)入斷肢行走狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有自斷肢功能的六足越障機(jī)器人，包括整機(jī)支架，兩只帶有扭轉(zhuǎn)彈簧的能單向彎曲的前足，兩只由同步帶驅(qū)動(dòng)的中足，兩只帶有扭轉(zhuǎn)彈簧的能單向彎曲的后足和能轉(zhuǎn)動(dòng)的前腰部和后腰部；兩只前足通過前支架和前腰部連接在整機(jī)支架前部，兩只中足安裝在整機(jī)支架兩側(cè)，兩只后足通過后支架和后腰部連接在整機(jī)支架后部；前、中、后足的中部均安裝有熱敏感液體驅(qū)動(dòng)的解鎖機(jī)構(gòu)；當(dāng)解鎖機(jī)構(gòu)接收到中央處理器發(fā)送的斷肢指令時(shí)，執(zhí)行斷肢動(dòng)作，整機(jī)進(jìn)入斷肢行走狀態(tài)。本發(fā)明的越障能力更強(qiáng)，系統(tǒng)復(fù)雜度和控制難度降低，提高了穩(wěn)定性和實(shí)用性；能識(shí)別足部是否被困，自行斷肢后可繼續(xù)行走，提高了生存能力。
文檔編號(hào)B62D57/032GK102837752SQ201210352090
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者張海龍, 張先彪, 周威, 尹婷婷, 劉春杰, 張永成 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)