一种新型仿生六足机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术，具体为一种新型仿生六足机器人。

背景技术：

机器人技术的迅猛发展大大推动了机器人在各个领域的应用，尤其在一些特殊环境下，机器人已成为不可或缺的设备。移动平台作为移动机器人最基本单元，用于搭载控制系统、检测系统和机械手等部件抵达作业现场执行具体的作业任务，其性能优劣直接影响着机器人的整体性能。

六足机器人作为仿生移动机器人的典型代表，具有丰富的步态和冗余的肢体结构，运动灵活，可靠性高。相比传统的轮式、履式移动机器人，六足机器人虽然移动速度较低，但却可以利用离散的地面支撑实现非接触式障碍规避、障碍跨越、上下台阶以及不平整地面运动，对复杂地形和不可预知环境变化具有极强的适应性。为此，国内外学者针对六足机器人结构设计开展了大量深入研究，设计了多款典型样机，如《六足机器人hitcr-ⅰ的研制及步行实验》(赵杰等，华南理工大学学报，第十二期2012年)针对复杂环境与任务下六足机器人具备灵活运动与自主适应能力需求，基于复合四连杆机构，设计了六足机器人机械足结构，并构建了一种满足非结构化地形步行需要且具备良好运动性能的新型六足机器人，但其结构相对复杂，结构参数在仿生角度缺乏深入研究以致仿生程度较为初级；《仿生甲虫六足机器人结构设计与步态分析》(姜树海等，南京林业大学学报，第六期2012年)以甲虫为原型，借鉴甲虫结构参数，采用中心对称的八边形机体布置形式，基于伺服驱动关节，设计了一种运动相对灵活的六足机器人，但其成本相对较高，缺乏必要的传感系统，以致难以实现对地形环境的感知；专利文献“仿生正六边形六足机器人(cn105905187a)”所涉及六足机器人采用舵机驱动，结构控制相对简单，但受舵机机械控制性能影响，导致其承载能力较差，关节定位精度欠佳；专利文献“一种由并行连杆驱动的六足机器人(cn1061844558a)”为提高机器人负载能力，所涉及的机器人采用并行连杆驱动，在降低关节驱动电机负载的同时在一定程度上提升了腿部结构的承载能力，但其结构、控制过于复杂，成本相对较高，运动灵活性欠佳，且缺乏必要的传感系统，难以实现对地形环境的感知。

综上所述，现有六足机器人主要存在以下不足：机器人整体上虽基于仿生学原理设计，但设计过程中所涉及具体仿生结构参数缺乏深入研究，以致目前机器人仿生程度初级，难以充分发挥六足机器人的机构优势；机器人机械足结构虽丰富多样，却不乏不足，或结构控制过于复杂、成本高昂，或关节定位精度不足，缺乏一种结构控制简单且兼顾定位精度的低成本机械足结构；目前机器人虽能初步实现机器人的行走，但其运动模式单一，仅能模仿某一生物步态(爬行、步行、横行)，难以融合多种步态实现机器人复杂环境中的全方位行走；机器人缺乏必要的传感系统，难以实现对地形环境的动态感知。因此，亟需深入模仿六足生物生理结构，研发一种成本低廉、结构简单、控制方便、关节定位精度高、具备足端传感系统与多种运动模式的新型仿生六足机器人，实现机器人复杂环境中的全方位行走与地形环境的动态感知，根源上解决六足机器人结构仿生瓶颈问题，推动六足机器人的发展与应用。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种成本低廉、结构简单、控制方便、关节定位精度高、具备足端传感系统与多种运动模式的新型仿生六足机器人，实现机器人复杂环境中的全方位行走与地形环境的动态感知。

本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：设计一种新型仿生六足机器人，包括机体平台和六个相同结构的模块化机械足，所述机体平台为连接六个机械足的机架，其特征在于该机械平台包括机架上板、机架下板和连接板，机架上板与机架下板的形状尺寸相同，机架上板与机架下板通过连接板连接，在机架上板沿长度方向两侧的机架上板和机架下板之间通过法兰对称布置有六个机械足，任意相邻的两个机械足之间的距离均相等；

所述机械足包括基节单元、股节单元和胫节单元，基节单元和胫节单元分别固定在股节单元的两端，基节单元的上部与机体平台连接；

所述基节单元包括“躯干-基节”关节轴、基节蜗轮蜗杆减速器、基节步进电机、基节绝对式编码器、基节编码器支架、基节左支架、基节右支架和基节轴端螺母；

所述基节蜗轮蜗杆减速器的上下端面分别通过法兰配合与机架上板的下表面和机架下板的上表面固定连接，基节步进电机的输出轴与基节蜗轮蜗杆减速器的输入端连接；所述“躯干-基节”关节轴穿过机架下板和机架上板，“躯干-基节”关节轴的下部为基节法兰结构，通过螺钉与基节左支架刚性连接，“躯干-基节”关节轴中部开设一基节键槽，该键槽与基节蜗轮蜗杆减速器的输出轴相配合连接，“躯干-基节”关节轴的上部外表面开设一段基节外螺纹，通过外螺纹与基节轴端螺母配合，实现“躯干-基节”关节轴与基节蜗轮蜗杆减速器输出轴的轴向定位与锁紧，“躯干-基节”关节轴上端面上沿轴线中心处设置有基节沉孔，并沿“躯干-基节”关节轴的径向开设有与沉孔相贯通的基节螺纹孔；所述基节绝对式编码器通过基节编码器支架固定在机架上板上，并通过沉孔和螺纹孔与“躯干-基节”关节轴连接固定，实现“躯干-基节”关节轴与基节绝对式编码器输入轴的刚性连接；所述基节左支架和基节右支架构成“n”型结构，上部与“躯干-基节”关节轴的法兰结构连接固定，下端连接股节单元；

所述股节单元包括股节支架、板筋和以板筋为中心呈两端对称的结构，所述股节支架由左板和右板构成，股节支架的中心通过板筋连接左板和右板，两端对称的结构分别安装在板筋两侧的股节支架上，每个对称的结构均包括一个股节关节轴、股节蜗轮蜗杆减速器、股节步进电机、股节绝对式编码器、股节轴端螺母和股节编码器支架，所述股节蜗轮蜗杆减速器通过股节蜗轮蜗杆减速器外壳两端的法兰分别与左板和右板连接固定，股节步进电机与股节蜗轮蜗杆减速器的输入端连接固定，同时股节步进电机与股节支架固定；所述股节关节轴一端依次穿过股节支架上直径大于股节关节轴法兰的通孔和股节蜗轮蜗杆减速器输出轴上的通孔，通过股节轴端螺母将股节关节轴固定在股节蜗轮蜗杆减速器的输出轴上，实现股节关节轴与股节蜗轮蜗杆减速器输出轴的轴向定位与锁紧，股节关节轴此端外表面开设一段股节外螺纹；股节关节轴的中部开设一股节键槽，通过键与股节蜗轮蜗杆减速器连接；股节关节轴的另一端设有股节法兰结构，同时具有股节法兰结构的股节关节轴的端面上设有与股节绝对式编码器的输出轴相配合的股节沉孔，并沿股节关节轴的径向开有与股节沉孔相贯通的股节螺纹孔，通过股节沉孔和股节螺纹孔将股节绝对式编码器与股节关节轴固定，同时股节绝对式编码器通过股节编码器支架固定在股节支架上；

其中一个股节关节轴在位于股节支架外部的两端上固连由基节左支架和基节右支架构成的“n”型结构的下端，定义为“基节-股节”关节轴；另一个股节关节轴与胫节单元连接，定义为“股节-胫节”关节轴；

所述胫节单元包括胫节左支架、胫节右支架、弹性单元盖、弹性单元滑块、弹性单元架、压力传感器、胫节连接杆、胫节端盖和足端；

所述胫节左支架和胫节右支架的上部与“股节-胫节”关节轴上位于股节支架外部的两端连接，胫节左支架和胫节右支架与该股节关节轴同步转动，在胫节左支架和胫节右支架的中部之间安装弹性单元盖，弹性单元盖的下端连接空心无盖的弹性单元架，弹性单元架的内部安装弹性单元滑块，弹性单元滑块与弹性单元盖之间安装压力传感器，弹性单元滑块的外表面与弹性单元架的内壁相配合，构成移动副，弹性单元滑块下部为空心圆柱，空心圆柱的外表面与所述胫节连接杆的上端通过螺纹连接；所述胫节连接杆为空心圆柱体，下端通过螺纹与所述胫节端盖刚性连接；所述胫节端盖为一圆柱体块，且位于胫节连接杆的空腔内，胫节端盖的下端通过螺钉与足端实现刚性连接；

股节单元的两个股节关节轴的轴心距与与胫节单元连接的股节关节轴的轴心至足端最低点的距离之比为0.42:0.58-0.48:0.52。

与现有技术相比，本发明新型仿生六足机器人的有益效果是：

(1)本发明前期针对日本弓背蚁、双叉犀金龟等典型六足生物开展了广泛深入的六足生物结构共性观测实验研究，经构型分析，考虑整体运动性能，依据生物观测实验数据得到的机体平台与机械足的具体布置方式，以及机械足各关节轴间长度的比例关系，选取机体平台结构为矩形布置，六个“躯干-基节”关节轴分两列沿与矩形机体长边平行的方向等距布置，相邻两机械足上“躯干-基节”关节轴的布置距离(l)相等，机械足股节单元的两股节关节轴间距离与胫节单元关节轴至足端的长度之比优选为0.46:0.54，符合六足生物观测实验结果，从运动灵活性、能耗等角度保证了机械足的运动性能，实现深度仿生，充分发挥六足机器人的结构优势。

(2)本发明机器人基节单元和股节单元均采用蜗轮蜗杆减速器传动，在承受相同负载的情况下相对于谐波减速机等传动方式成本低廉，结构简单，且具有自锁特性，使机器人在断电或驱动电机不工作的情况下也能保持固有姿态，鉴于机器人运动过程中各关节处于间歇运动状态，可大幅降低了机器人整体能耗。

(3)机器人各个单元均采用步进电机驱动，并在关节轴输出端配置绝对式编码器，构成机器人关节全闭环位置伺服系统，相比传统的开环伺服驱动关节，在降低硬件成本控制难度的同时，大幅提高了关节定位精度(传统的伺服驱动关节均为开环系统，即在电机末端布置编码器，但由于减速机存在齿隙等传动误差，致使关节定位精度直接由减速机性能影响，目前采用高成本的减速机定位精度也仅在0.1度左右，且随精度的提高成本指数增加，本申请采用的全闭环位置伺服系统直接检测关节轴输出位置，其精度由绝对式编码器的精度决定，本实施例中采用最低级的编码器即可达到0.08度的定位精度)；采用绝对式编码器能够使机器人在任意时刻能够直接读取机器人各关节轴的关节转角位置，避免传统伺服关节上电后未回零位时不能获取关节转角信息和关节转角需经计算才能获取的弊端，能够实现机器人对各单元位置状态的实时监测与感知。

(4)机器人机械足胫节单元配置足端压力传感系统，具体为弹性单元滑块中心开设一个用于连接压力传感器的连接通孔，四边与弹性单元架内壁配合，构成一个移动副，压力传感器上下两端面各开设一个螺纹孔，通过螺钉分别与弹性单元盖和弹性单元滑块刚性连接，用于检测机器人运动过程中弹性单元滑块和弹性单元架构成的移动副由于微量位移而产生的压力，实现对机器人运动过程中足端压力的动态检测，以便确定机器人足端位置状态与落足点是否合理，进而实现机器人对地形环境的动态感知。

(5)本发明机器人机体平台采用矩形布置形式，且“躯干-基节”关节采用偏置布置形式，有效避免了机械足与机体平台和机械足间的机械干涉，使得“躯干-基节”关节的转角范围达到了360度，机器人“基节-股节”关节轴和“股节-胫节”关节轴通过采用基节左右支架、股节支架和胫节左右支架相互嵌套的安装方式，在结构上最大程度避免机械干涉，使得机器人“基节-股节”关节轴和“股节-胫节”关节轴的关节转角范围接近360°，由于机器人结构合理，各关节轴均具有较大的转角范围，致使机械足运动灵活多样，因此，机器人具备爬行、步行、横行等多种运动模式，能够实现机器人复杂环境中的全方位灵活运动。

附图说明

图1为本发明新型仿生六足机器人一种实施例的总体结构示意图；

图2为本发明新型仿生六足机器人一种实施例的机体平台1的立体结构示意图；

图3为本发明新型仿生六足机器人一种实施例的机械足2的主视结构示意图；

图4为本发明新型仿生六足机器人一种实施例的基节单元21的主视结构示意图；

图5为本发明新型仿生六足机器人一种实施例的“躯干-基节”关节轴211的立体结构示意图；

图6为本发明新型仿生六足机器人一种实施例的股节单元22的俯视结构示意图；

图7为本发明新型仿生六足机器人一种实施例的股节关节轴222的立体结构示意图；

图8为本发明新型仿生六足机器人一种实施例的胫节单元23的立体结构示意图；

图9为本发明新型仿生六足机器人一种实施例的胫节单元23左视剖面结构示意图；

图10为本发明新型仿生六足机器人爬行运动模式过程示意图。

图11为本发明新型仿生六足机器人步行运动模式过程示意图。

图12为本发明新型仿生六足机器人横行运动模式过程示意图。

图中，1机体平台、2机械足、11机架上板、12机架下板、13连接板、21基节单元、211“躯干-基节”关节轴、212基节蜗轮蜗杆减速器、213基节步进电机、214基节绝对式编码器、215基节编码器支架、216基节左支架、217基节右支架、218基节轴端螺母；22股节单元、221股节关节轴、222股节蜗轮蜗杆减速器、223股节步进电机、224股节绝对式编码器、225股节编码器支架、226板筋、227股节轴端螺母、228股节支架；23胫节单元、231胫节左支架、232胫节右支架、233弹性单元盖、234弹性单元滑块、235弹性单元架、236压力传感器、237胫节连接杆、238胫节端盖、239足端；2111基节法兰结构、2112基节键槽、2113基节外螺纹、2114基节沉孔、2115基节螺纹孔、2211股节法兰结构、2212股节键槽、2213股节外螺纹、2214股节沉孔、2215股节螺纹孔。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图详细叙述本发明。实施例是以本发明所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本发明申请的权利要求保护范围不限于下述的实施例描述。

本发明设计的新型仿生六足机器人(简称机器人，参见图1-9)包括机体平台1和六个相同结构的模块化机械足2；所述机体平台1为连接六个机械足2的机架，包括机架上板11、机架下板12和连接板13，机架上板11与机架下板12的形状尺寸相同，机架上板11与机架下板12通过连接板13连接，在机架上板11沿长度方向两侧的机架上板和机架下板之间通过法兰对称布置有六个机械足2，任意相邻的两个机械足2之间的距离均相等，这里的任意相邻指长度方向和宽度方向上相邻的两个机械足；

所述机械足2包括基节单元21、股节单元22和胫节单元23，基节单元21和胫节单元23分别固定在股节单元22的两端，基节单元21的上部与机体平台1连接；

所述基节单元21(参见图4)包括“躯干-基节”关节轴211、基节蜗轮蜗杆减速器212、基节步进电机213、基节绝对式编码器214、基节编码器支架215、基节左支架216、基节右支架217和基节轴端螺母218；

所述基节蜗轮蜗杆减速器212的上下端面分别通过法兰配合与机架上板11的下表面和机架下板12的上表面固定连接，并通过螺钉固定，实现机体平台与机械足2的刚性连接，基节步进电机213的输出轴与基节蜗轮蜗杆减速器212的输入端连接，用于通过基节蜗轮蜗杆减速器212、“躯干-基节”关节轴211驱动股节单元22、胫节单元23水平方向转动，进而实现机械足2的前进后退；所述“躯干-基节”关节轴211(参见图5)穿过机架下板和机架上板，“躯干-基节”关节轴211的下部为基节法兰结构2111，通过螺钉与基节左支架216刚性连接，“躯干-基节”关节轴211中部开设一基节键槽2112，该键槽与基节蜗轮蜗杆减速器212的输出轴相配合连接，通过键连接实现“躯干-基节”关节轴211与基节蜗轮蜗杆减速器212输出轴的刚性连接，“躯干-基节”关节轴211的上部外表面开设一段基节外螺纹2113，通过外螺纹与基节轴端螺母218配合，实现“躯干-基节”关节轴211与基节蜗轮蜗杆减速器212输出轴的轴向定位与锁紧，“躯干-基节”关节轴211上端面上沿轴线中心处设置有基节沉孔2114，并沿“躯干-基节”关节轴211的径向开设有与沉孔相贯通的基节螺纹孔2115；所述基节绝对式编码器214通过基节编码器支架215固定在机架上板11上，并通过沉孔和螺纹孔与“躯干-基节”关节轴211连接固定，实现“躯干-基节”关节轴与基节绝对式编码器214输入轴的刚性连接，基节绝对式编码器214的输入轴与“躯干-基节”关节轴211刚性连接，用于实时检测关节转角，与基节步进电机213配合构成全闭环位置伺服系统，大幅提高关节定位精度；所述基节左支架216和基节右支架217构成“n”型结构，上部与“躯干-基节”关节轴211的法兰结构连接固定，下端连接股节单元22；

所述基节编码器支架215为一l形连接板，在其一直角边底部开设若干连接通孔，通过螺钉与机架上板11刚性连接，另一直角边端面与基节绝对式编码器214刚性连接；所述基节左支架216为一l形连接板，包括直角端面和直角侧面，直角端面与“躯干-基节”关节轴211的法兰结构通过法兰配合连接，直角侧面设有“基节-股节”关节轴法兰安装孔；所述基节右支架217为一直板，其下端外形呈半圆形，圆心位置设有“基节-股节”关节轴安装方孔，通过形联接(也称型面联接，是指非圆异形截面的孔轴配合的联接方式)与“基节-股节”关节轴221刚性连接，基节右支架217的上部与基节左支架216的直角端面的侧面刚性连接；

所述股节单元22(参见图6)包括股节支架228、板筋226和以板筋为中心呈两端对称的结构，所述股节支架228由左板和右板构成，股节支架228的中心通过板筋连接左板和右板，两端对称的结构分别安装在板筋两侧的股节支架上，每个对称的结构均包括一个股节关节轴221、股节蜗轮蜗杆减速器222、股节步进电机223、股节绝对式编码器224、股节轴端螺母227和股节编码器支架225，所述股节蜗轮蜗杆减速器222通过股节蜗轮蜗杆减速器外壳两端的法兰分别与左板和右板连接固定，股节步进电机与股节蜗轮蜗杆减速器的输入端连接固定，同时股节步进电机223与股节支架228固定；所述股节关节轴221(参见图7)一端依次穿过股节支架上直径大于股节关节轴法兰的通孔和股节蜗轮蜗杆减速器输出轴上的通孔，通过股节轴端螺母227将股节关节轴固定在股节蜗轮蜗杆减速器的输出轴上，实现股节关节轴221与股节蜗轮蜗杆减速器222输出轴的轴向定位与锁紧，此端外表面开设一段股节外螺纹2213；股节关节轴221的中部开设一股节键槽2212，通过键与股节蜗轮蜗杆减速器222连接；股节关节轴221的另一端设有股节法兰结构2211，同时具有股节法兰结构的股节关节轴的端面上设有与股节绝对式编码器224的输出轴相配合的股节沉孔2214，并沿股节关节轴的径向开有与股节沉孔相贯通的股节螺纹孔2215，通过股节沉孔2214和股节螺纹孔2215将股节绝对式编码器224与股节关节轴固定，同时股节绝对式编码器224通过股节编码器支架225固定在股节支架上；

其中一个股节关节轴在位于股节支架外部的两端上固连由基节左支架216和基节右支架217构成的“n”型结构的下端，定义为“基节-股节”关节轴；另一个股节关节轴与胫节单元23连接，定义为“股节-胫节”关节轴；

所述胫节单元23(参见图8-9)包括胫节左支架231、胫节右支架232、弹性单元盖233、弹性单元滑块234、弹性单元架235、压力传感器236、胫节连接杆237、胫节端盖238和足端239；

所述胫节左支架231和胫节右支架232的上部(股节左支架通过法兰与“股节-胫节”关节轴连接，股节右支架通过方孔与“股节-胫节”关节轴连接)与“股节-胫节”关节轴上位于股节支架外部的两端连接，胫节左支架231和胫节右支架232与该股节关节轴同步转动，在胫节左支架231和胫节右支架232的中部之间安装弹性单元盖233，弹性单元盖233的下端连接空心无盖的弹性单元架235，弹性单元架235的内部安装弹性单元滑块234，弹性单元滑块234与弹性单元盖233之间安装压力传感器236，弹性单元滑块的外表面与弹性单元架235的内壁相配合，构成移动副，弹性单元滑块下部为空心圆柱，空心圆柱的外表面与所述胫节连接杆237的上端通过螺纹连接；所述胫节连接杆237为空心圆柱体，下端通过螺纹与所述胫节端盖238刚性连接；所述胫节端盖238为一圆柱体块，且位于胫节连接杆237的空腔内，胫节端盖238的下端通过螺钉与足端239实现刚性连接；所述足端239为由橡胶或聚氨酯材料制备的部件，用于减小与地面接触产生的刚性冲击、提高与地面间的摩擦力，足端239上端为一个空腔，下端为半球体，半球体内表面通过螺钉实现与胫节端盖238的刚性连接；

股节单元22的两个股节关节轴的轴心距与与胫节单元23连接的股节关节轴的轴心至足端最低点的距离之比为0.42:0.58-0.48:0.52，该比例的设置符合六足生物观测实验结果，从运动灵活性、能耗等角度有效保证了机械足的运动性能。

本发明的进一步特征在于所述力传感器236为s形的金属块，其上下两端面各开设一个螺纹孔，通过螺钉分别与弹性单元盖233和弹性单元滑块234刚性连接，用于检测机器人运动过程中弹性单元滑块234和弹性单元架235构成的移动副的微量位移所产生的压力，实现机器人运动过程中足端239压力的动态检测，以便确定机器人足端239位置状态与落足点是否合理，进而实现机器人对地形环境的动态感知。

本发明的进一步特征在于股节单元22的两个股节关节轴的轴心距与与胫节单元23连接的股节关节轴的轴心至足端最低点的距离之比为0.46:0.54。

本发明的进一步特征在于所述机架上板11为圆角矩形平板，长宽比为2:1，在机架上板上布置6个法兰，6个法兰的中心分别位于一个机架上板的矩形的四个顶点以及矩形长边的中点的位置，上述法兰布置形式使得6个机械足中任意两相邻机械足的“躯干-基节”关节轴间距离相等，相邻两个机械足的“躯干-基节”关节轴211之间的距离为l，符合生物体构型，避免了机械足间的相互干涉，能提升机器人整体运动性能。

本发明机器人的工作原理和过程是：为便于阐述机器人的工作原理和过程，定义连接机体平台与基节单元的“躯干-基节”关节轴为“躯干-基节”关节，同理，定义连接基节单元与股节单元的“基节-股节”关节轴为“基节-股节”关节，定义连接股节单元与胫节单元的“股节-胫节”关节轴为“股节-胫节”关节，因此机器人每个机械足具有3个关节，六个机械足共18个关节。机器人根据当前工况与具体任务进行步态规划、机体运动规划、足端轨迹规划以及正、逆运动学运算，实时生成机器人各关节运动的转角数据，机器人依据各关节运动的期望转角数据，实时控制机器人各关节电机，经相应的蜗轮蜗杆减速器驱动各关节运动，并利用各关节绝对式编码器实现各关节的高精度位置伺服，进而驱动机器人各关节协调运动，实现复杂环境下机器人的全方位运动。机器人根据不同地形、任务可切换爬行、步行和横行等多种运动模式，以下仅以爬行、步行和横行三种模式为例，简要介绍机器人运动过程。为便于阐述机器人运动过程，如图10-12将六足机器人的六个模块化机械足以逆时针方向(从机器人机体平台上方往下看，人为规定图10中上为前，下为后，在人为规定的前后方向上的左前足为起点逆时针方向)顺序编号为01-06，其中01、03、05划分为a组足，02、04、06划分为b组足。

爬行运动模式时，机器人主要通过“躯干-基节”关节的前后摆动，并配合“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节配合运动产生的足端抬起落下运动，实现机器人的运动，如图10所示，图10中a、b、c、d连起来表示了爬行运动模式的一个过程。机器人六个机械足分布在机体平台两侧，a组足处于摆动相，在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下使机器人足端抬离地面，b组足处于支撑相，与地面接触支撑机体平台(参见图10a)；a组足在“躯干-基节”关节的同步驱动下实现机械足向前(后)迈步，同时，b组足在“躯干-基节”关节、“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下使机体平台向前(后)移动，直至六足均到达极限位置(参见图10b)；当六足均到达极限位置时，a组足接触地面，转换为支撑相，b组足在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下使机器人足端抬离地面，转化为摆动相(参见图10c)；b组足在“躯干-基节”关节的同步驱动下实现机械足向前(后)迈步，同时a组足在“躯干-基节”关节、“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下使机体平台向前(后)移动，直至到达极限位置(参见图10d)；重复上述过程，进而实现机器人的爬行运动。鉴于机器人爬行运动模式时，六足均位于机体平台两侧，由支撑相足端构建的支撑区域较大，因而机器人运动具有较强的稳定性。

步行运动模式时，机器人主要通过“基节-股节”关节的前后摆动，并配合“股节-胫节”关节配合运动产生的足端抬起落下运动，实现机器人的运动，如图11所示，图11中a、b、c、d连起来表示了步行运动模式的一个过程。如图11所示，机器人的六个机械足在“躯干-基节”关节驱动下运动至机体平台下方，并使各机械足基节单元、股节单元和胫节单元所处的平面与机体平台轴线平行，a组足处于摆动相，在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下使机器人足端抬离地面，b组足处于支撑相，与地面接触支撑机体平台(参见图11a)；a组足在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下实现机械足向前(后)迈步，同时，b组足在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下使机体平台向前(后)移动，直至六足均到达极限位置(参见图11b)；当六足均到达极限位置时，a组足接触地面，转换为支撑相，b组足在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下使机器人足端抬离地面，转化为摆动相(参见图11c)；b组足在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下实现机械足向前(后)迈步，同时a组足在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下使机体平台向前(后)移动，直至到达极限位置(参见图11d)；重复上述过程，进而实现机器人的步行运动。鉴于机器人步行运动模式时，六足均位于机体平台下方且各机械足基节单元、股节单元和胫节单元所处的运动平面均与机体平台轴线平行，因此机器人运动过程中所占用空间宽度较小，便于通过过道等狭长区域。

横行运动模式时，机器人主要通过“基节-股节”关节的左右摆动，并配合“股节-胫节”关节配合运动产生的足端抬起落下运动，实现机器人的运动，如图12所示，图12中a、b、c、d连起来表示了横行运动模式的一个过程。机器人六个机械足分布在机体平台两侧，在“躯干-基节”关节驱动下使各机械足基节单元、股节单元和胫节单元所处的平面与机体平台轴线垂直，a组足处于摆动相，在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下使机器人足端抬离地面，b组足处于支撑相，与地面接触支撑机体平台(参见图12a)；a组足在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下实现机械足向左(右)迈步，同时，b组足在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下使机体平台向左(右)移动，直至六足均到达极限位置(参见图12b)；当六足均到达极限位置时，a组足接触地面，转换为支撑相，b组足在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下使机器人足端抬离地面，转化为摆动相(参见图12c)；b组足在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下实现机械足向左(右)迈步，同时a组足在“基节-股节”关节和“股节-胫节”关节的同步驱动下使机体平台向左(右)移动，直至到达极限位置(参见图12d)；重复上述过程，进而实现机器人的横行运动。鉴于机器人横行运动模式时，六足均位于机体平台两侧，由支撑相足端构建的支撑区域较大，因而机器人运动具有较强的稳定性，并且能够实现机器人的左右移动，尤其适合躲避机器人前方障碍。

实施例1

本实施例新型仿生六足机器人包括机体平台1和六个相同结构的模块化机械足2；所述机体平台1为连接六个机械足2的机架，包括机架上板11、机架下板12和连接板13，机架上板11与机架下板12的形状尺寸相同，机架上板11与机架下板12通过连接板13连接，在机架上板11沿长度方向两侧的机架上板和机架下板之间通过法兰对称布置有六个机械足2，任意相邻的两个机械足2之间的距离均相等，即长度方向和宽度方向相邻的两个机械足之间的距离l都相等；

所述机械足2包括基节单元21、股节单元22和胫节单元23，基节单元21和胫节单元23分别固定在股节单元22的两端，基节单元21的上部与机体平台1连接；

所述基节单元21包括“躯干-基节”关节轴211、基节蜗轮蜗杆减速器212、基节步进电机213、基节绝对式编码器214、基节编码器支架215、基节左支架216、基节右支架217和基节轴端螺母218；

所述基节蜗轮蜗杆减速器212的上下端面分别通过法兰配合与机架上板11的下表面和机架下板12的上表面固定连接，并通过螺钉固定，实现机体平台与机械足2的刚性连接，基节步进电机213的输出轴与基节蜗轮蜗杆减速器212的输入端连接，用于通过基节蜗轮蜗杆减速器212、“躯干-基节”关节轴211驱动股节单元22、胫节单元23水平方向转动，进而实现机械足2的前进后退；所述“躯干-基节”关节轴211穿过机架下板和机架上板，“躯干-基节”关节轴211的下部为基节法兰结构2111，通过螺钉与基节左支架216刚性连接，“躯干-基节”关节轴211中部开设一基节键槽2112，该键槽与基节蜗轮蜗杆减速器212的输出轴相配合连接，通过键连接实现“躯干-基节”关节轴211与基节蜗轮蜗杆减速器212输出轴的刚性连接，“躯干-基节”关节轴211的上部外表面开设一段基节外螺纹2113，通过外螺纹与基节轴端螺母218配合，实现“躯干-基节”关节轴211与基节蜗轮蜗杆减速器212输出轴的轴向定位与锁紧，“躯干-基节”关节轴211上端面上沿轴线中心处设置有基节沉孔2114，并沿“躯干-基节”关节轴211的径向开设有与沉孔相贯通的基节螺纹孔2115；所述基节绝对式编码器214通过基节编码器支架215固定在机架上板11上，并通过沉孔和螺纹孔与“躯干-基节”关节轴211连接固定，实现“躯干-基节”关节轴与基节绝对式编码器214输入轴的刚性连接，基节绝对式编码器214的输入轴与“躯干-基节”关节轴211刚性连接，用于实时检测关节转角，与基节步进电机213配合构成全闭环位置伺服系统，大幅提高关节定位精度；所述基节左支架216和基节右支架217构成“n”型结构，上部与“躯干-基节”关节轴211的法兰结构连接固定，下端连接股节单元22；

所述基节编码器支架215为一l形连接板，在其一直角边底部开设若干连接通孔，通过螺钉与机架上板11刚性连接，另一直角边端面与基节绝对式编码器214刚性连接；所述基节左支架216为一l形连接板，包括直角端面和直角侧面，直角端面与“躯干-基节”关节轴211的法兰结构通过法兰配合连接，直角侧面设有“基节-股节”关节轴法兰安装孔；所述基节右支架217为一直板，其下端外形呈半圆形，圆心位置设有“基节-股节”关节轴安装方孔，通过形联接(也称型面联接，是指非圆异形截面的孔轴配合的联接方式)与“基节-股节”关节轴221刚性连接，基节右支架217的上部与基节左支架216的直角端面的侧面刚性连接；

所述股节单元22包括股节支架228、板筋226和以板筋为中心呈两端对称的结构，所述股节支架228由左板和右板构成，股节支架228的中心通过板筋连接左板和右板，两端对称的结构分别安装在板筋两侧的股节支架上，每个对称的结构均包括一个股节关节轴211、股节蜗轮蜗杆减速器222、股节步进电机223、股节绝对式编码器224、股节轴端螺母227和股节编码器支架225，所述股节蜗轮蜗杆减速器222通过股节蜗轮蜗杆减速器外壳两端的法兰分别与左板和右板连接固定，股节步进电机与股节蜗轮蜗杆减速器的输入端连接固定，同时股节步进电机223与股节支架228固定；所述股节关节轴221一端依次穿过股节支架上直径大于股节关节轴法兰的通孔和股节蜗轮蜗杆减速器输出轴上的通孔，通过股节轴端螺母227将股节关节轴固定在股节蜗轮蜗杆减速器的输出轴上，实现股节关节轴221与股节蜗轮蜗杆减速器222输出轴的轴向定位与锁紧，此端外表面开设一段股节外螺纹2213；股节关节轴221的中部开设一股节键槽2212，通过键与股节蜗轮蜗杆减速器222连接；股节关节轴221的另一端设有股节法兰结构2211，同时具有股节法兰结构的股节关节轴的端面上设有与股节绝对式编码器224的输出轴相配合的股节沉孔2214，并沿股节关节轴的径向开有与股节沉孔相贯通的股节螺纹孔2215，通过股节沉孔2214和股节螺纹孔2215将股节绝对式编码器224与股节关节轴固定，同时股节绝对式编码器224通过股节编码器支架225固定在股节支架上；

其中一个股节关节轴在位于股节支架外部的两端上固连由基节左支架216和基节右支架217构成的“n”型结构的下端，定义为“基节-股节”关节轴；另一个股节关节轴与胫节单元23连接，定义为“股节-胫节”关节轴；

所述股节涡轮蜗杆减速器222为长方体，其输端轴两侧均配置连接法兰，与股节支架228相配合，通过螺钉连接实现与股节支架228的刚性连接，股节涡轮蜗杆减速器222的输入端与输出端轴线垂直相交，输入端配置连接法兰，与股节步进电机223连接法兰配合，通过螺钉连接，实现股节涡轮蜗杆减速器222与股节步进电机223的刚性连接；所述股节步进电机223与股节涡轮蜗杆减速器222相连接，用于通过股节涡轮蜗杆减速器222、股节关节轴221驱动股节单元22竖直方向转动，进而实现机械足2的抬起落下；所述股节绝对式编码器224用于实时检测关节转角，与股节步进电机配合构成全闭环位置伺服系统，大幅提高关节定位精度；所述股节编码器支架225为一l形连接板，在其一直角边侧面开设若干连接通孔，通过螺钉与股节支架228刚性连接，另一直角边端面开设与股节编码器机架连接法兰相配合的法兰，通过螺钉连接，实现与股节绝对式编码器224刚性连接；

所述股节支架228为矩形平板，中部开设用于减重的矩形孔、若干用于连接板筋226的通孔和两个对称的法兰，并在两个法兰内侧开设有与股节编码器支架225相连接的螺纹安装孔，通过螺钉与股节编码器支架225刚性连接；所述板筋226为矩形平板，板筋226的左右两端开设螺纹孔，通过螺钉与股节支架228刚性连接，用于增强股节支架228强度刚性。

所述胫节单元23包括胫节左支架231、胫节右支架232、弹性单元盖233、弹性单元滑块234、弹性单元架235、压力传感器236、胫节连接杆237、胫节端盖238和足端239；

所述胫节左支架231和胫节右支架232的上部与“股节-胫节”关节轴上位于股节支架外部的两端连接，胫节左支架231和胫节右支架232与该股节关节轴(“股节-胫节”关节轴)同步转动，在胫节左支架231和胫节右支架232的中部之间安装弹性单元盖233，弹性单元盖233的下端连接空心无盖的弹性单元架235，弹性单元架235的内部安装弹性单元滑块234，弹性单元滑块234与弹性单元盖233之间安装压力传感器236，弹性单元滑块的外表面与弹性单元架235的内壁相配合，构成移动副，弹性单元滑块下部为空心圆柱，空心圆柱的外表面与所述胫节连接杆237的上端通过螺纹连接；所述胫节连接杆237为空心圆柱体，下端通过螺纹与所述胫节端盖238刚性连接；所述胫节端盖238为一圆柱体块，且位于胫节连接杆237的空腔内，胫节端盖238的下端通过螺钉与足端239实现刚性连接；所述足端239为由橡胶或聚氨酯材料制备的部件，用于减小与地面接触产生的刚性冲击、提高与地面间的摩擦力，足端239上端为一个空腔，下端为半球体，半球体内表面通过螺钉实现与胫节端盖238的刚性连接；

股节单元22的两个股节关节轴的轴心距与与胫节单元23连接的股节关节轴的轴心至足端最低点的距离之比为0.46:0.54。

所述胫节左支架231为矩形的平板，胫节左支架231中部开设用于减重的矩形孔，胫节左支架231下端开设若干用于连接弹性单元架235的连接通孔和一个用于布置压力传感器236线缆与弹性单元架235侧面通孔相配合的走线通孔；所述胫节右支架232为一与胫节左支架231外形相同的矩形平板，胫节右支架232上端配置与“股节-胫节”关节轴的方形轴段相配合的方孔，通过形联接与“股节-胫节”关节轴226刚性连接，实现胫节支架与关节轴同步转动，其胫节右支架232中部开设用于减重的矩形孔，胫节右支架232下端开设若干用于连接弹性单元架235的连接通孔；所述弹性单元盖233为一矩形平板，其中心位置开设一个用于连接压力传感器236的连接通孔，四角对称布置四个用于连接弹性单元架235的连接通孔；

所述弹性单元滑块234的上端为一矩形平板，其中心开设一个用于连接压力传感器236的连接通孔，四边与弹性单元架235内壁配合，构成一个移动副，下端为一空心圆柱，圆柱外表面开设外螺纹，通过螺纹连接，实现与胫节连接杆237刚性连接；所述弹性单元架235为空心无盖长方体框架，弹性单元架上端开设与弹性单元盖233连接通孔相配合的螺纹孔，通过螺钉连接，实现与弹性单元盖233的刚性连接，其底端有一圆形通孔，与弹性单元滑块234圆柱面配合构成一个移动副，此外，弹性单元架左右两侧面开设与胫节支架连接通孔相配合的螺纹孔，通过螺钉连接，实现与胫节支架的刚性连接；所述力传感器为s形的金属块，其上下两端面各开设一个螺纹孔，通过螺钉分别与弹性单元盖233和弹性单元滑块234刚性连接，用于检测机器人运动过程中弹性单元滑块234和弹性单元架235构成移动副微量位移产生的压力，实现机器人运动过程中足端239压力的动态检测，以便确定机器人足端239位置状态与落足点是否合理，进而实现机器人对地形环境的动态感知。

本实施例中机体采用矩形布置方式，六足均匀分布在长和宽分别为1000mm、500mm的矩形平板之上，机器人股节单元和胫节单元的长度分别为290mm和340mm。本实施例所涉及的所有步进电机的型号均为57bygh7601，两相四线制，额定电流3a，输出扭矩1.8mn，步距角1.8°，控制“躯干-基节”关节轴的股节蜗轮蜗杆减速器选用的减速比为50:1，“基节-股节”和“股节-胫节”股节蜗轮蜗杆减速器选用的减速比为90:1。所涉及的所有绝对式编码器的型号均为欧姆龙e6c3-ag5c，输入电压为12v-24v，npn开路集电极输出，响应频率20khz，分辨率为1024，输出码为格雷码。压力传感器型号为dyly-103，量程为500n，精度为0.05％。

需要补充说明的是，本发明所述的“前、后；左、右；上、下”等方位词是为了描述清楚，只具有相对意义。一般情况下，以机器人向前行进的方向为前，并作为其他方位词的基准。

本发明未述及之处适用于现有技术。