基于3d打印技术的微型仿生六足机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机电一体化控制系统技术与智能机器人领域，具体地，涉及一种基于3D打印技术的微型仿生六足机器人。
【背景技术】
[0002]随着现代加工技术的快速发展，3D打印技术利用光固化、纸层叠等加法加工技术构造物体，相比传统的机械加工方法，该技术能够实现快速复杂机构成型，目前已广泛应用于生物医疗、工业设计以及国防工业领域。3D打印技术的发明，方便了使用者对复杂构件的加工使用，使用者可根据兴趣和用途实现构件加工的快速成型，从而极大地简化了工业设计的复杂性，缩短样机研制周期。
[0003]六足机器人，是多足混联机器人构型，也是娱乐、教学机器人中较为经典的机器人构型之一，集成位姿运动传感器的多足机器人，能够灵活地适用复杂地形环境运动。六足机器人构型可分为两类，一类类似于昆虫结构，六个足机构分两组平行分布在机身两侧;另一类类似于海星结构的辐射型六足机器人，六个足机构均匀等距的分布在正六边形机身的六个顶角处。两类构型的机器人相比较，辐射型六足机器人运动控制更灵活，机动性能好。采用传统机械加工方法制作的机器人本体，由于加工技术和工具的局限，无法实现六足机器人的微型化，并且还具有加工成本高、本体结构强度低、装配精度差等缺点。与串联机器人机构不同，混联机器人其质量分布越集中，控制稳定性也就越高，而传统的六足机器人往往忽略了这一特性。
[0004]公开号为CN104960591A专利中所涉及的六足机器人，采用简化的爬行动物构型，每个足机构具有两个自由度驱动电机，六个足机构采用一个电机通过链条或皮条驱动，该机器人体积较大，环境适应能力较差;公开号为CN104859747A专利中所涉及的六足机器人，采用舵机驱动6支足机构，每支足机构具有3个自由度，因为舵机驱动力性能的局限性限制了机器人的运动速度和控制精度，但该方案控制成本和电源供电方法十分便利；公开号CN104443105A专利所涉及的低能耗六足机器人，采用绳驱动方式驱动18个关节，由于绳具有明显的弹性形变，因此其控制精度也较差，且易磨损，机器人寿命较差。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于3D打印技术的微型仿生六足机器人，采用3D打印技术，整个机器人体积小、质量轻、控制精度高、适应能力强、外观漂
[0006]为实现以上目的，本发明提供一种基于3D打印技术的微型仿生六足机器人，包括:
[0007]机身承载构件，由两层中心镂空的正六边形腹板组成，两层腹板的顶点处设有六个支撑柱，两层腹板通过六个支撑柱连接成一体，六个支撑柱的几何中心装配有驱动电机，机身承载构件通过六个所述驱动电机分别与六只三自由度足机构连接；
[0008]三自由度足机构，为三自由度串联机械臂，包括连接机身承载构件的髋骨构件、大腿构件、小腿构件及联动小腿构件的双连杆机构，其中:髋骨构件的一端通过驱动电机与机身承载构件连接、另一端与大腿构件连接，大腿构件的末端串联小腿构件并与双连杆机构组成闭合的四连杆机构，从而将机器人整机质量向机身几何中心即所述机身承载构件的中心集中；大腿构件、双连杆机构上分别装配有驱动电机；
[0009]机载控制电路板，用于接收运动控制指令并驱动各驱动电机转动，实现六只三自由度足机构协调运动；
[0010]所述机器人机身承载构件、髋骨构件、大腿构件、小腿构件及双连杆机构组成的机器人本体，均采用3D打印技术制作。
[0011]优选地，所述两层腹板，其中一层为上层腹板，该上层腹板中心设有圆形镂空，另一层为底层腹板，该底层腹板中心设有正六边形镂空，正六边形镂空周围设有用于安装机载控制电路板的安装孔，六个支撑柱的几何中心设有用于装配驱动电机的阶梯通孔，机身承载构件通过装配在支撑柱中心阶梯通孔的驱动电机分别与六只三自由度足机构连接。
[0012]优选地，所述机身承载构件采用3D打印技术实现两层中心镂空的正六边形腹板与六个支撑柱的一次成型，增强了结构强度，大大减轻机器人机身重量。
[0013]优选地，所述两层腹板的外边缘均设有安装孔，用于配合安装3D打印技术制作的外壳。
[0014]优选地，所述三自由度足机构与机身承载构件呈辐射对称，且大腿构件、双连杆机构上分别设有安装驱动电机的阶梯通孔;六个支撑柱的几何中心设有用于装配驱动电机的阶梯通孔。
[0015]优选地，所述驱动电机，均设有编码器及减速器，按照在三自由度足机构上的安装位置及转动方向，所述驱动电机分为:电机轴垂直于机身承载构件的髋关节机身驱动电机、电机轴平行于机身承载构件的髋关节大腿驱动电机以及电机轴平行于机身承载构件并通过双连杆机构驱动膝关节转动的膝关节驱动电机，其中:髋关节机身驱动电机安装于支撑柱中心的阶梯通孔中，用于驱动大腿构件实现在所述机身承载构件腹板平行的平面内的摆动;髋关节大腿驱动电机大腿构件上的阶梯通孔内，用于驱动大腿构件绕电机轴转动以实现大腿构件抬起动作;膝关节驱动电机安装于双连杆机构上的阶梯通孔中，并通过双连杆机构驱动小腿构件绕小腿构件上设置的铰接装配孔摆动。
[0016]更优选地，所述支撑柱的侧壁设有安装紧定螺钉的螺纹孔，用于固定髋关节机身驱动电机。
[0017]更优选地，所述髋骨构件上设有配合髋关节机身驱动电机输出轴的第一D型通孔、配合髋关节大腿驱动电机输出轴的第二 D型通孔，并分别设有紧定髋关节机身驱动电机及髋关节大腿驱动电机输出轴的螺纹孔，用以配合安装髋关节机身驱动电机以及髋关节大腿驱动电机。
[0018]更优选地，所述髋骨构件上还分别设有安装髋关节机身驱动电机及髋关节大腿驱动电机的限位通孔，各通孔中心轴分别与所对的D型通孔同轴。
[0019]更优选地，所述大腿构件的一端设有用于配合安装膝关节驱动电机的阶梯通孔、另一端设有用于铰接小腿构件的铰接安装孔;所述大腿构件采用镂空处理，大腿构件镂空处的一侧设有膝关节驱动电机输出轴配合孔、另一侧设有膝关节驱动电机限位通孔，同时还设有紧定安装膝关节驱动电机输出轴的紧定螺纹孔。
[0020]优选地，所述小腿构件呈三角锥形，三角锥形结构设有三角形截面的镂空;小腿构件的一端设有与大腿构件配合铰接的第一装配孔及与双连杆机构配合铰接的第二装配孔、另一端为点接触的锥角足末端，小腿构件通过第一装配孔与大腿构件上的安装孔铰接成被动转动副。
[0021]优选地，所述双连杆机构为双连杆，包括连接膝关节驱动电机连杆、连接小腿构件连杆，其中:膝关节驱动电机与连接膝关节驱动电机连杆、连接小腿构件连杆以及与小腿构件通过铰接方式连接，并与大腿构件形成闭合的四连杆机构。
[0022]更优选地，所述连接膝关节驱动电机连杆的一端中心部镂空形成连杆结构板，连杆结构板上设有铰接装配孔;连接膝关节驱动电机连杆的另一端设有配合装配膝关节驱动电机的阶梯通孔；
[0023]所述连接小腿构件连杆的两端为圆弧并镂空形成结构板，结构板的中心处设有矩形截面连杆镂空，结构板的一端设有第一铰接装配孔、另一端设