专利名称：蜈蚣型仿生多足机器人的制作方法
技术领域：
蜈蚣型仿生多足机器人
技术领域：
本实用新型涉及一种昆虫型仿生机器人，具体的说是一种蜈蚣型仿生多足机器人。
背景技术：
千奇百怪的昆虫世界，奥妙无穷，无论是昆虫的身体结构还是生活习性都给予了人类很多启示，它们有各自的生存绝技，有些技能连人类也自叹不如。人类根据昆虫的特点，已在工程和技术方面取得很大成就，许多重要的发明都是源于昆虫的启发。仿生昆虫机器人是具有某种昆虫或动物动作功能的仿生机器人系统，可代替人类完成所需要的工作和任务，在工农业和局势等领域有着广泛应用需求。当代机器人研究的领域，已经从结构环境下的定点作业扩展到航空航天探索、军事侦察攻击、水下地下管道检测、疾病检查治疗、抢险救灾等非结构环境下的自主作业，未来的机器人将在人类不能或难以到达的已知或未知环境里为人类工作。人们要求机器人不仅适应原来结构化、已知的环境更要适应未来发展中的非结构化的、未知的环境，这就要机器人具有很强的自主运动能力及生存能力。在步行机器人中，多足机器人是最容易实现稳定行走的。轮式机器人在平地运输中有不可替代的作用，履带机器人被广泛应用于沙地和泥泞，然而人们没能找到合适的机器人用于山地和多障碍地面，足式步行机器人就解决了这些问题。步行机器人能跨越沟、坎等障碍，并且足部落脚点的离散性和面积小的特点，使其对坑洼山地的机动性和适应性更强，机器人能够在足尖点可达范围内灵活调整行走姿态，并选择合理的支撑点，使得机器人具有更高的避障和越障能力；同时其运行足部也较轮式车辆和履带车辆更加轻便。因此多足步行机器人的开发及应用，已越来越受到学术界和工业界的关注。 在众多步行机器人中，模仿昆虫以及其他节肢动物门动物的肢体结构和运动控制策略而创造出的多足机器人是极具代表性的一种，与两足和四足步行机器人相比，多足机器人具有控制结构相对简单、行走平稳、肢体冗余等特点，这些特点使多足机器人更能胜任野外侦查、水下搜寻以及太空探测等对独立性、可靠性要求比较高的工作。因此多足步行机器人有广阔的应用前景，如军事侦察、矿山开采、核能工业、星球探测、消防及营救、建筑业等领域。九十年代初，麻省理工学院的移动式遥控机械装置实验室研制成功Attila机器人，其是该实验室最早用于自主行星探测的机器人。Attila在设计上强调模块化子系统结构，各个部分(如头部、腿部和身体)被当作独立的模块来处理。它的设计重量和尺寸受系统复杂程度的制约，为了保证其在太空运行的可靠性，采用了冗余设计:从机械角度看，六条腿行走时，一旦有某条腿失效，余下的腿仍然可以行走；从传感器的角度看，这种冗余可以让来自不同位置的传感器将信号传给主控制器，以更有效地分析地形:当有传感器失效时，剩下传感器仍可以让机器正常运行。[0007]以蜈蚣为代表的多足昆虫，以其独特的多足行走方式而标新立异于昆虫界，蜈蚣的身体是由许多体节组成的，每一节上有一对足，每一只足承受的压力很小，因此爬行的稳定性很强。当蜈蚣遇到障碍时，但并不像其他动物一样急速避开，而是不断的转动很小的角度，做一个类似弧线的转向运动。蜈蚣的每个体节，可以看作是一个独立的运动模块，因此，相对于六足机器人来说，蜈蚣型仿生多足机器人的设计可以大为简化，重量和尺寸也不受系统复杂程度的制约，可适应各种复杂地形，但至今为止，还没有出现蜈蚣型仿生多足机器人。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型提供一种结构简单合理的蜈蚣型仿生多足机器人，以弥补现有技术的不足。本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是:蜈蚣型仿生多足机器人，包括头部和躯干，所述头部内设有微型计算机控制单元，所述头部前端设有一对触角，所述触角中装有用于探测障碍物的超声波传感器，所述超声波传感器的信号输出端通过导线与所述微型计算机控制单元的输入端连接；所述躯干由多个相互铰接的可变形体节构成，每个所述可变形体节具有一柔软外壳，所述柔软外壳中间设有中心骨架，该中心骨架上下两端分别自所述柔软外壳穿出并形成铰接头；所述中心骨架中段装有蓄电池和微型双向泵，该微型双向泵的控制端通过导线与所述微型计算机控制单元的输入端连接；所述柔软外壳沿所述中心骨架两侧分别对称设有一个可径向伸缩的空心柱体，所述空心柱体内充有气体或液体，并通过管路分别与所述微型双向泵连通；所述柔软外壳两侧装有独立的缩放式行走机构。作为上述方案的进一步改进，所述行走机构包括微型电机、腿杆驱动器总成和关节式腿机构，所述腿杆驱动器总成内设有X轴、Y轴和Z轴驱动器，Z轴驱动器用于承担机体的重量或升降机体，而X和Y轴驱动器用于推动机体前进；所述微型电机通过绝缘导线与所述蓄电池连接。作为上述方案的进一步改进，所述可变形体节的背部和腹部分别装有至少一只热释电传感器，所述热释电传感器的信号输出端通过导线与所述微型计算机控制单元第输入端连接。此热释电传感器是作为接受人体及恒温动物的体温信号传感器，此传感器利用体温信号作为触发源。当人或恒温动物接触到热释电传感器时，该传感器发出信号给微型计算机控制单元，微型计算机控制单元立即使微型电机急速转动，使蜈蚣型仿生多足机器人立即逃跑，以此来模仿蜈蚣的警觉性。本实用新型通过模仿蜈蚣的多足行走，当其脚落地时能够接触地面，以六节蜈蚣为例，共十二条腿，行走时六条腿着地作为支撑，另外六条腿抬起，向前运动，当抬起运动的六条腿伸到前面最远时着地，此时抓地的六条腿抬起向前运动。以此循环往复，从而实现了蜈蚣的行走。[0013]当超声波传感器探测到障碍物，向微型计算机控制单元发出报警信号，微型计算机控制单元控制微型双向泵，依次抽送相应体节一侧空心柱体的气体或液体到另一侧的空心柱体中，失去气体或液体支撑的空心柱体相应收缩，接收气体或液体的空心柱体相应膨胀延伸，使体节变形，从而使机器人身体弯曲起来，避开障碍物。[0014]本实用新型技术特点为:本实用新型结构简单合理，易于实现，成本低廉，应用前景广阔，军事方面可以用于战场情报收集，可以作为间谍设备；民用方面，可以作为中学生、大学生科普制作模型；在商业方面，可以开发出仿生蜈蚣，作为小孩子的玩具，激发其潜能。
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述。图1为本实用新型体节的结构示意图，图2为本实用新型的整体状态图。
具体实施方式参见图2，蜈蚣型仿生多足机器人，包括头部I和躯干2，头部I内设有微型计算机控制单元(单片机)，头部I前端设有一对触角3，触角3中装有用于探测障碍物的超声波传感器，超声波传感器的信号输出端通过导线与微型计算机控制单元的输入端连接。躯干2由多个相互铰接的可变形体节构成，如图1所示，每个可变形体节具有柔软外壳4，柔软外壳4中间设有中心骨架5，中心骨架5上下两端分别自柔软外壳4穿出并形成绞接用的公接头和母接头。中心骨架5中段装有蓄电池7和微型双向泵6，微型双向泵6的控制端通过导线与微型计算机控制单元的输入端连接。柔软外壳4沿中心骨架5两侧分别对称设有一个可径向伸缩的空心柱体8，空心柱体8内充有气体或液体，并通过管路分别与微型双向泵6连通，微型双向泵6采用的是高压双向微型电动气泵。柔软外壳4两侧装有独立的缩放式行走机构，行走机构包括微型电机9、腿杆驱动器总成10和关节式腿机构11 ，微型电机9通过绝缘导线与蓄电池7连接。可变形体节的背部和腹部分别装有至少一只热释电传感器12，热释电传感器12的信号输出端通过导线与微型计算机控制单元第输入端连接。此热释电传感器是作为接受人体及恒温动物的体温信号传感器，此传感器利用体温信号作为触发源。当人或恒温动物接触到热释电传感器时，该传感器发出信号给微型计算机控制单元，微型计算机控制单元立即使微型电机9急速转动，使蜈蚣型仿生多足机器人立即逃跑，以此来模仿蜈蚣的警觉性。本实用新型通过模仿蜈蚣的多足行走，当其脚落地时能够接触地面，以六节蜈蚣为例，共十二条腿，行走时六条腿着地作为支撑，另外六条腿抬起，向前运动，当抬起运动的六条腿伸到前面最远时着地，此时抓地的六条腿抬起向前运动。以此循环往复，从而实现了蜈蚣的行走。当超声波传感器3探测到障碍物，向微型计算机控制单元发出报警信号，微型计算机控制单元控制微型双向泵6,依次抽送相应体节一侧空心柱体的气体或液体到另一侧的空心柱体中，失去气体或液体支撑的空心柱体相应收缩,接收气体或液体的空心柱体相应膨胀延伸，使体节变形，从而使机器人身体弯曲起来，避开障碍物(如图1所示)。1.体节外壳材料的选择:选用ABS工程塑料作为主要的材料。ABS工程塑料重量轻、硬度高，而且易于加工，且成本低廉。[0027]2、单片机的选择:选用的是AT89S52。由于此单片机应用广泛性，故其主要特点在此不再详述。3、传感器的选择:超声波传感器:采用的两个超声波传感器(工作范围是3cm 3m)，分别装在仿生机器蜈蚣的两侧触角上。蜈蚣仿生机器人在行走时，超声波传感器一直是在工作的，给它一个设定值(此值大于仿生机器蜈蚣的转弯半径)，当障碍物进入此值范围内，传感器给单片机发出转向信号。4、电机驱动芯片的选用:选用是电机专用控制芯片LG9110。LG9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CM0S兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750 800mA的持续电流，峰值电流能力可达1.5 2.0A ;同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。LG9110被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求1.蜈蚣型仿生多足机器人，包括头部和躯干，其特征在于:所述头部内设有微型计算机控制单元，所述头部前端设有一对触角，所述触角中装有用于探测障碍物的超声波传感器，所述超声波传感器的信号输出端通过导线与所述微型计算机控制单元的输入端连接；所述躯干由多个相互铰接的可变形体节构成，每个所述可变形体节具有一柔软外壳，所述柔软外壳中间设有中心骨架，该中心骨架上下两端分别自所述柔软外壳穿出并形成铰接头；所述中心骨架中段装有蓄电池和微型双向泵，该微型双向泵的控制端通过导线与所述微型计算机控制单元的输入端连接；所述柔软外壳沿所述中心骨架两侧分别对称设有一个可径向伸缩的空心柱体，所述空心柱体内充有气体或液体,并通过管路分别与所述微型双向泵连通；所述柔软外壳两侧装有独立的缩放式行走机构。
2.根据权利要求1所述蜈蚣型仿生多足机器人，其特征在于:所述行走机构包括微型电机、腿杆驱动器总成和关节式腿机构，所述腿杆驱动器总成内设有X轴、Y轴和Z轴驱动器，Z轴驱动器用于承担机体的重量或升降机体，而X和Y轴驱动器用于推动机体前进；所述微型电机通过绝缘导线与所述蓄电池连接。
3.根据权利要求1所述蜈蚣型仿生多足机器人，其特征在于:所述可变形体节的背部和腹部分别装有至少一只热释电传感器，所述热释电传感器的信号输出端通过导线与所述微型计算机控制单元第输入端连接。
4.根据权利要求1所述蜈蚣型仿生多足机器人，其特征在于:所述微型双向泵采用高压双向微型电动气泵。
专利摘要本实用新型涉及一种昆虫型仿生机器人，尤其是一种蜈蚣型仿生多足机器人，包括头部和躯干，所述头部内设有微型计算机控制单元，所述头部前端设有一对触角，所述触角中装有用于探测障碍物的超声波传感器；所述躯干由多个相互铰接的可变形体节构成，每个可变形体节具有一柔软外壳，所述柔软外壳中间设有中心骨架，所述中心骨架中段装有蓄电池和微型双向泵，该微型双向泵的控制端通过导线与所述微型计算机控制单元的输入端连接；所述柔软外壳沿所述中心骨架两侧分别对称设有一个可径向伸缩的空心柱体，所述空心柱体内充有气体或液体，并通过管路分别与所述微型双向泵连通；所述柔软外壳两侧装有独立的缩放式行走机构。本实用新型结构简单合理，易于实现，成本低廉。
文档编号B62D57/032GK202935468SQ20122075436
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者段雄波 申请人:段雄波