专利名称：多足行走仿生机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种多足行走仿生机器人，属于机器人技术领域。
背景技术：
动物的身体是一种非常精巧的结构，它们常见的运动形式为具有时空对称性的节律运动，例如行走、跑动等。这种节律运动是通过动物体内复杂的神经系统控制着特定的骨骼、关节、肌肉等基本结构来完成的，具有高度的稳定性和适应性。
从仿生学和工程学的角度，对于多足机器人的运动机构研究一直是各国科学家关注的焦点之一。多足仿生机器人发展到21世纪，国内外学者已研究了许多多足机器人试验模型，如美国的ASV(六足)和MECANT(六足)、日本的TITIAN(大力神系列)(四足)和TLR(六足)、德国的BISAM(四足)等；国内清华大学的五足机器人和双三足机器人、上海交通大学的四足机器人JTUWM、华中科技大学的多足机器人及其控制装置研究模型。
这些多足机器人大都采取用一个马达或多个马达控制单足的方式来实现动物的行走、跑动、转弯等运动方式，而多足就需要更多的马达来协调动作；这直接导致其控制系统复杂。受其控制系统结构和所采用的控制方法的制约，现有的这种多足机器人与动物的具有高稳定性和适应性的节律运动尚有差距。
上海交通大学于2002年提出的微型六足机器人，虽然实现了通过结构简化控制的目标，但是这种无法实现转弯功能且稳定性不强。
设计内容本发明的目的在于提出一种多足行走仿生机器人来实现仿生节律运动，并能克服以上的缺陷。
通过研究多足动物的运动特点，发现多足动物如蜈蚣等进行高速运动时，足与足之间具有高度的协调关联性。基于如上发现并根据欠驱动学等原理，本发明设计出了一种全新的原创性的驱动方法-即通过整体的机械结构优化设计，实现了由一个驱动装置控制多足的前进状态，一个驱动装置控制多足的转弯状态，使其实现高速的仿生节律运动时仍具有高度的稳定性和适应性。驱动装置可以由马达和减速箱构成。这种整体机械结构的优化设计能大大减少了马达的数量，且结构更合理，控制方法更加方便可靠，为多足仿生机器人的研制提供了一个全新的原创性驱动结构和方式。
本发明的技术方案如下一种实现节律性行走的多足仿生机器人，主要包括驱动结构、转弯结构、壳体和多足构成。其具体特征如下驱动结构构成；前进驱动装置固定在壳体上，当它旋转时，带动偏心结构组旋转，偏心结构组带动各个拉杆进行往复运动，由各个拉杆的往复运动带动各个足前后摆动。由于足的端部加入了有向后的倾角弹性结构，足的摆动分为两种状态一是当足被带动向前摆动时，产生了向后的摩擦力且摩擦力分力向上，从而抵消掉了足对地面的压力，而压力的减小又相应的减小了摩擦力，这就实现了摩擦力的负反馈过程，使向前运动更为顺畅；二是当足被带动向后摆动时，产生的摩擦力分力向下，从而增加了足对地面的压力，而压力的增大又相应的增大了摩擦力，这就实现了摩擦力的正反馈过程，形成了一个较强的“后蹬”效果，从而实现前进的功能。
转弯结构构成转弯驱动装置固定在壳体上，通过拨叉控制离合装置与两个偏心轮组的离合。在转弯驱动装置转动的同时，离合装置所处的位置决定了机器人的前进和转弯状态。当离合装置处于中心位置时，即离合装置与两边偏心轮组均出于啮合状态时，机器人的运动状态为前进；当离合装置偏向任一边，即此边的偏心轮组状态为啮合而与另一边为分离的状态时，即实现与离合装置偏向的相反方向的转弯。
本发明通过机械结构的优化设计，实现了单个驱动装置控制多足的目的。该多足运动轨迹状态由于是通过机械的方式实现了固定的相对角度，故可以实现整体动作更加协调且成本低。
本发明结构简单且减少了大量的控制环节，所以其可靠性与动作的稳定性都比多马达的多足机器人高。
所以，与现有技术相比，本发明在能实现前进和转弯的功能同时，具有动作更具节律性且成本低、可靠性高、稳定性强的特点。
本发明还有很强的延展性这一显著的特点，即通过增加和减少驱动部分的拉杆，足和偏心结构组的偏心结构即可使该结构适用于双足以上的各种偶数足的多足机器。
由于以上所述的特点，本发明也可以用于航天探测、军事、工业、考古、勘探领域，以及玩具开发等领域或作为收藏装饰品，具有很强的实用价值。
附图为多足行走仿生机器人的运动原理示意图。
图中1为壳体；2为转弯驱动装置；3为拨叉；4、6、8、21、23、25为足；5、7、9、20、22、24为弹性装置；10、11、12、17、18、19为拉杆；13、16为偏心结构组；14为前进驱动装置；15为离合装置。
装置
具体实施例方式
；以下结合附图对本发明的技术实施方案作进一步的描述，附图中的多足行走仿生机器人。
本发明的多足行走仿生机器人的运动原理图如图所示。整个装置的工作状态分为前进和转弯两种。
离合装置15所处的位置决定了前进和转弯两种状态。
当离合装置15处于中心位置时，即离合装置15与两边偏心结构组16、13均出于啮合状态时，机器人的运动状态才能为前进。
当离合装置15由于拨叉3的控制偏向任一边偏心结构组，即此边的偏心结构组状态为啮合而与另一边的偏心结构组为分离的状态时，即实现向此边转弯。
以下作进一步的说明前进驱动装置14固定在壳体1上，当前进驱动装置14旋转时，带动偏心结构组16和偏心结构组13旋转，偏心结构组16带动拉杆17、拉杆18、拉杆19进行往复运动；而偏心结构组13带动拉杆12、拉杆11、拉杆10进行往复运动。两偏心结构组带动的各自一边的拉杆进行相同状态的往复运动；由各个拉杆的往复运动带动各个足前后摆动两种状态，其对应关系为拉杆17带动足21、拉杆18带动足23、拉杆19带动足25、拉杆12带动足8、拉杆11带动足6、拉杆10带动足4。
由于每个足的端部加入了有向后的倾角弹性装置，由图可以看出，相应的对应关系为足4对应弹性装置5、足6对应弹性装置7、足8对应弹性装置9、足21对应弹性装置20、足23对应弹性装置22、足25对应弹性装置24。
这些弹性装置对机器人的前进状态起到了如下作用一是当足被带动向前摆动时，产生了向后的摩擦力且摩擦力分力向上，弹性装置向上变形，从而抵消掉了足对地面的压力，而压力的减小又相应的减小了摩擦力，这就实现了摩擦力的负反馈过程，使向前摆动更为顺畅；二是当足被带动向后摆动时，产生的摩擦力分力向下，弹性装置向下变形，从而增加了足对地面的压力，而压力的增大又相应的增大了摩擦力，这就实现了摩擦力的正反馈过程，形成了一个较强的“后蹬”效果，从而实现前进的功能。
转弯驱动装置2固定在壳体1上，通过拨叉3控制离合装置15与偏心轮组16和偏心轮组13的离合。在转弯驱动装置2转动时，拨叉3变通过摆动使当离合装置15偏向任一边，离合装置偏向的这边，偏心轮组状态为啮合；而与另一边为分离的状态。这样，导致了一边保持前进的运动状态而另一边保持不动即实现和离合装置偏向的相反方向转弯的目的。
权利要求
1，一种实现步态行走的多足行走仿生机器人，主要包括壳体(1)、驱动结构、转弯结构和足，其中驱动结构包括偏心结构组(17)、偏心结构组(20)、和拉杆，其中转弯结构包括转弯驱动装置(2)、拨叉(3)、离合装置(15)；其特征在于连接方法为驱动结构前进驱动装置(14)固定在壳体(1)上，并输出到离合装置(15)上，离合装置(15)分别可以与偏心结构组(13)偏心结构组(16)离合，偏心结构组(13)分别通过拉杆(10)(11)(12)与足(4)(6)(8)连接，偏心结构组(16)分别通过拉杆(17)(18)(19)与足(21)(23)(25)连接；转弯结构转弯驱动装置(2)固定在壳体(1)上，通过拨叉(3)输出到离合装置(15)上。
2，根据权利要求1所述的多足行走仿生机器人，其特征是每只足都有向后的倾角，且足(4)(6)(8)(21(23)(25)上安有弹性装置(5)(7)(9)(20)(22)(24)。
3，根据权利要求1所述的多足行走仿生机器人，其特征是的驱动部分的偏心结构组(13)和偏心结构组(16)，可按所要实现的步态，将各偏心结构间加工成相应的角度。
4，根据权利要求1所述的多足行走仿生机器人，其特征是通过增加和减少驱动部分的拉杆，足和偏心结构组的偏心结构即可使该结构适用于双足以上的各种偶数足的多足机器。
全文摘要
多足行走仿生机器人，属于机器人技术领域。基于仿生学和欠驱动学原理进行机械结构的优化设计，本发明为多足机器人的研制提供了一个全新的原创性的驱动结构和方式，仅采用两个马达就可实现多足机器人的前进和转弯运动并让运动状态更具有节律性，大大的降低了同类型多足机器人的成本，实现了整个系统的简单控制。本发明还具有较强的延展性，适用于双足以上的各种偶数足的多足机器人。本发明在航天探测、军事、工业、考古、勘探以及玩具开发等领域都具有很强的实用价值。
文档编号B25J5/00GK1709655SQ20051009026
公开日2005年12月21日 申请日期2005年8月12日 优先权日2005年8月12日
发明者郑世杰, 乔万里, 邓铁军 申请人:郑世杰, 邓铁军