一种基于细胞机器人单体的四足机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及一种基于细胞机器人单体的四足机器人。
【背景技术】
[0002]20世纪60年代，四足步行机器人的研究工作开始起步。随着计算机技术和机器人控制技术的研究和应用，到了 20世纪80年代，现代四足步行机器人的研制工作进入了广泛开展的阶段。世界上第一台真正意义的四足步行机器人是由Frank和McGhee于1977年制作的。该机器人具有较好的步态运动稳定性，但其缺点是，该机器人的关节是由逻辑电路组成的状态机控制的，因此机器人的行为受到限制，只能呈现固定的运动形式。20世纪80,90年代最具代表性的四足步行机器人是日本Shigeo Hirose实验室研制的TITAN系列。1981?1983年Hirose教授研制成功脚部装有传感和信号处理系统的TITAN-1II。它的脚底部由形状记忆合金组成，可自动检测与地面接触的状态。目前最具代表的四足步行机器人是美国Boston dynamics实验室研制的Big Dog。它能以不同步态在恶劣的地形上攀爬，可以负载高达52KG的重量，爬升斜坡可达35度。其腿关节类似动物腿关节，安装有吸收震动部件和能量循环部件。同时，腿部连有很多传感器，其运动通过伺服电机来控制。该机器人机动性和反应能力都很强，平衡能力极佳。但由于汽油发电机需携带油箱，故工作时受环境影响大，可靠性差。另外，当机器人行走时引擎会发出怪异的噪音。
[0003]国内四足机器人研制工作从20世纪80年代起步，取得一定成果的研究机构有上海交通大学、清华大学、哈尔滨工业大学等。上海交通大学机器人研究所于1991年开展了JTUffM系列四足步行机器人的研究。1996年该研究所研制成功了 JTUffM—III。该机器人采用开式链腿机构，每条腿有3个自由度，具有结构简单、外形灵巧、体积小、重量轻等特点。它采用力和位置混合控制，脚底装有PVDF测力传感器，利用人工神经网络和模糊算法相结合，实现了对角线动态行走。但其步行速度较慢，极限步速仅为1.7km/h ;另外，其负重能力有限，故在实际作业时实用性较差。清华大学所研制的一款四足步行机器人。它采用开环关节连杆机构作为步行机构，通过模拟物的运动机理，实现比较稳定的节律运动，可以自主应付复杂的地形条件，完成上下坡行走、越障等功能。不足之处是腿运动时的协调控制比较复杂，而且承载能力较小。
[0004]尽管四足步行机器人技术有了很大的发展，足式机器人的研究平台有很多。但目前的四足机器人大多构成比较复杂，各个组成部分互不相同，维修保障起来比较困难。而基于模块化的四足机器人技术研究却比较少。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明提出一种基于细胞机器人单体的四足机器人，整体采用模块化设计思想，在结构上前后左右完全对称，可实现前进、后退、左移、右移等多种行走模式，且各模块间便于拆卸、更换、组成。
[0006]本发明基于细胞机器人单体的四足机器人，包括身部与四条机械足。四条机械足均由等数量细胞机器人单体两两相连构成。
[0007]所述细胞机器人单体为由左半部外壳与右半部外壳构成，左半部外壳与右半部外壳间具有一个旋转自由度。左半部外壳与右半部外壳壁面周向均布4个连接位置，两个细胞机器人单体间在连接位置固连。
[0008]上述结构四条机械足周向均布，位于始端的细胞机器人单体安装在身部上。
[0009]根据需要对每条机械足中多个细胞机器人单体进行组装，可形成具有多自由度、多余度的机械足。
[0010]本发明的优点在于:
[0011]1、本发明基于细胞机器人单体的四足机器人，整体采用模块化设计思想，每一个细胞单体一样，便于拆卸、更换、组成。
[0012]2、本发明基于细胞机器人单体的四足机器人，区别于现有常见的腿式或者轮式四足机器人，在结构上如后左右完全对称，可实现如进、后退、左移、右移等多种tx走I旲式。
[0013]3、本发明基于细胞机器人单体的四足机器人，每一条足上的相邻两个细胞机器人单体均采用“基准轴相交”的连接方式，每条腿都可实现多自由度运动。
[0014]4、本发明基于细胞机器人单体的四足机器人，可利用细胞机器人单体进行重构组成形态多种多样的四足式机器人，以应用到不同的场合。
【附图说明】
[0015]图1为本发明基于细胞机器人单体的四足机器人结构示意图；
[0016]图2为本发明基于细胞机器人单体的四足机器人中细胞机器人单体结构示意图；
[0017]图3为本发明基于细胞机器人单体的四足机器人中机械连接装置结构示意图；
[0018]图4为机械连接装置中内壳连接件结构示意图；
[0019]图5为机械连接装置中内壳上视结构示意图；
[0020]图6为机械连接装置中内壳下视结构示意图；
[0021]图7为机械连接装置中可伸缩对接机构结构示意图；
[0022]图8为机械连接装置中弹性连接器安装位置示意图；
[0023]图9为机械连接装置进行连接后结构示意图；
[0024]图10为本发明基于细胞机器人单体的四足机器人中细胞机器人单体间连接方式一示意图；
[0025]图11为本发明基于细胞机器人单体的四足机器人中细胞机器人单体间连接方式一示意图；
[0026]图12为本发明基于细胞机器人单体的四足机器人中细胞机器人单体的优选连接方式示意图；
[0027]图13为采用一个细胞机器人单体作为身部时四足机器人结构示意图；
[0028]图14为本发明基于细胞机器人单体的四足机器人中细胞机器人单体重构的防蜘蛛形式示意图。
[0029]图中:
[0030]1-身部2-四条机械足3-细胞机器人单体
[0031]301-半球体外壳302-机械连接装置302a_外壳
[0032]302b-内壳连接台302c-内壳302d_对接台座
[0033]302e-弹簧302f-弹性连接器302g-对接定位面
[0034]302h_卡榫302i_榫头302 j-定位孔
[0035]302k-连接头3021-定位卡头302m_内缘
[0036]302η-外缘302ο_ 缺口302ρ-定位凹进
[0037]302q_导通孔302r_凹槽302s_限位台肩
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0039]本发明基于细胞机器人单体的四足机器人，包括身部I与四条机械足2。其中，令四条机械足分别为足A、足B、足C与足D，均由等数量细胞机器人单体3两两相连构成，周向均布，固定安装于机身I上。机身I内部用来安装供电电源。
[0040]所述细胞机器人单体3为由两个半球体外壳301构成的整体球形结构，如图2所示，两个半球体外壳301间具有一个旋转自由度，由驱动电机驱动旋转。每个半球体外壳301壁面周向均布3个安装孔，每个安装孔内安装有一个机械连接装置302，用来实现各个细胞机器人单体3间的连接。
[0041]所述机械连接装置302包括外壳302a、内壳连接台302b、内壳302c、对接台座302d、弹簧302e与弹性连接器(弹针)302f,如图3、图6所示。
[0042]其中，外壳302a为筒状结构一端面为内陷球面，作为对接定位面302g。在对接定位面302g外缘周向上相对位置设计有卡榫302h。卡榫302h的外表面为圆弧面，榫头302i朝向对接定位面302g ;且使卡榫302h的外表面所对应球体与对接定位面302g所对应的球体半径相等，进而实现两个机械连接装置302在对接时，卡榫302h外表面与对接定位面302g间的配合相贴，作为两个机械连接装置302对接时的相对对接位置的基准。
[0043]所述内壳连接台302b同轴嵌入固定于对接定位面302g上，如图3所示，也可与对接定位面302g设计为一体结构。内壳连接台302b周向上均匀设计有定位口，用来安装固定内壳302c。
[0044]所述内壳302c为筒状结构，用于可伸缩连接机构伸缩运动的导向，以及两个机械连接装置302的对接。内壳302c —端作为安装端，周向上均匀设计有连接头302k，如图5所示，连接头302k端部设计有定位卡头3021。通过各个连接头302k分别穿过内壳连接台302b上的定位口，使定位卡头3021与内壳连接台302b端面间配合卡紧，实现内壳302c的固定。内壳302c另一端作为对接端，端部周向上设计有内缘302m与外缘302η，且外缘302η周向相对位置开设有两个缺口 302ο，两个缺口 302ο开设位置分别与外壳302al上两个卡榫302h所在位置呈90度设计。上述外缘302η的内侧面还设计有两个定位凹进302ρ，定位凹进302ρ的凹进面与卡榫302h的榫头302i内表面匹配，两个定位凹进302p分别位于两个缺口 302ο同侧，如图6所示。
[0045]如图7所示，所述对接台座302d同轴设置在内壳302c内部，内部中空，一端作为对接平面，其上开有个导通孔302q ;三个导通孔302q中心共线，且中间的导通孔302q中心位于对接台座302d轴线上，三个导通孔302q用于通过弹性连接器302f。对接台座302d另一端作为限位端，周向上设计有凹槽302r，用来设置弹簧302e，且使弹簧302e与对接台座302d同轴。上述对接台座302d的限位端外壁周向上设计有限位台肩302s，与内壳302c对接端周向上的内缘302m配合搭接，实现对接台座302d与内壳302c间的限位，使对接台座302d不会再弹簧302e的回弹作用力下脱出内壳302c。
[0046]所述弹性连接器302f为三个，位于对接台座302d内部，如图8所示，三个弹性连接器