专利名称：机械螃蟹的制作方法
技术领域：
一种机械螃蟹，属于机器人领域，可以充当侦察设备、武器系统、通讯系统的载体，代替人进入某些特殊环境，完成军事、民用等方面的任务。
背景技术：
自二十世纪六七十年代起，各国在军用机器人的研制和开发中都投入了大量的人力、物力；微型仿生机器人以其隐蔽性强、功耗小、行动灵活、成本低廉、便于大量部署等优点而得到人们的普遍关注。其中一项关键的技术是它们的行走机构。目前开发的驱动源大致包括电机、气压、液压、压电陶瓷、超导材料、形状记忆合金、可伸缩聚合体等等；而传动方式包括直接传动、齿轮副、绳轮副、链轮副、蜗轮副等或是它们的组合；驱动和传动方式的多样性使仿生机械的结构设计千变万化、各有千秋。例如，德国FZI(ForchungszentrumInformatic)研制的Lauron系列六足仿生机械是由24伏直流伺服电机经带轮减速后驱动各关节和肢体；德国Munich Technical University研制的TUM六足仿生机械的抬腿关节是由直流电机经谐波齿轮减速后驱动；DARPA资助的高机动性六足机械蟑螂是由微型气缸驱动24个关节，使之具有行走和跳跃的能力；美国海军研制的八足机器龙虾的每条腿有3个基本关节，采用肌肉型驱动器(即用形状记忆合金镍钛诺制做的力可恢复型人造肌肉)；德国AIS在DARPA的资助下研制了一种以蝎子为生物原型的八足仿生机械，每足3个自由度，每个关节由直流电机经大传动比齿轮副驱动。
但目前尚未见到有关可以横向行走的机械螃蟹结构设计的报道。
发明内容
本实用新型的目的是公开一种机械螃蟹的结构设计，在单片机的控制下可前行、横行和避障，而横向行走是机械螃蟹的运动特色。
机械螃蟹是具有结构相同的8条腿，每条腿上又有结构相同的3个关节的微型仿生机械。驱动源为直流伺服电机并经减速器减速，传动机构采用螺旋伞齿轮副，满足了输入、输出轴线正交、传动简洁、可靠的要求。
机械螃蟹包括躯干、8条腿和胶质护套3大部分，其中8条腿各自单独与平板式躯干相连；躯干上装有作为机械螃蟹控制中心的控制器(对于遥控机械螃蟹，尚需装有无线接收装置)；每条腿由基关节、上肢体、下肢体三部分组成，每一部分都接收相应的控制单元发来的指令并实现指定动作；整个装置用胶质护套包裹起来，以确保机械螃蟹可在两栖环境中正常运行。
基关节由带减速器的可控微型直流电机、支架、曲柄组成。其中直流电机借助端部法兰铅垂固定在作为躯体的平板的上表面，直流电机的轴头穿过平板式躯干和固定在其下表面的槽钢形支架侧边上的透孔与插入支架内的曲柄的端部透孔键连接，而曲柄的另一端借助伞齿轮副与上肢体的端部相连。于是，当直流电机往复转动时，带动曲柄和上肢体绕与躯体平板垂直的轴往复摆动，以实现整体的前行或后退。
上肢体是一根带有U型头的筒形杆件，并借助筒壁上延伸出的短杆固装一个弯曲的叉形件；驱动它的直流电机沿其轴线固定在筒形杆件一端，而电机轴头穿过U型头顶部的透孔，并借助其上固装的伞齿轮与曲柄端部的伞齿轮组成一对啮合副，而后一个伞齿轮又借助一短轴与曲柄键连接成一体。U型头内的伞齿轮副在功能上起到髋关节的作用。伞齿轮副用于改变传动方向。于是，当上肢体上的驱动电机转动时，借助轴头上的伞齿轮迫使自身绕U型头内曲柄端孔内的轴和伞齿轮做行星轮运动，即实现上肢体相对于驱干在铅垂平面内的转动(即上肢体的抬落)。
下肢体的结构与上肢体类似，也是一根带有U型头的筒形杆件，其中的U型头端与上肢体端部的弯曲叉形件相连，而另一端插装一根足杆。驱动它运动的直流电机沿其轴线固定在筒形杆件内，而电机轴头穿过U型头顶部的透孔，并借助其上固装的伞齿轮与弯曲叉形件上的伞齿轮组成一对啮合副，而后一个伞齿轮又借助一短轴与弯曲叉形件端部键连接成一体。U型头内的伞齿轮副在功能上起到膝关节的作用。于是，当下肢体上的驱动电机转动时，借助轴头上的伞齿轮迫使自身绕U型头内曲柄端孔内的轴和伞齿轮做行星轮运动，即下肢体相对于上肢体在铅垂平面内转动(即下肢体的抬落)。下肢体的下部固装一根足杆。
机器螃蟹的8条步行腿均布在平板式躯干的两侧，由单片机组成的控制中心装在躯干平板上。
在机械螃蟹中心控制器中存储了针对不同步态行走的指令，其中包括前行、横行和避障指令。当让机器人按照某一步态行走时，通过遥控装置将与不同行走方式对应的指令序号发给中心控制器，并经中心控制器转换成相应指令串分别控制8条腿上24个电机协调动作。而实现各种行走的关键在于左右两侧、相间肢体上的驱动电机协调转动，实现一侧两足抬起、另侧两足蹬地并有序轮换地进行。为了感知行进中遇到的障碍物，每条腿上需安装传感器，并将信号发给中心控制器，中心控制器会调用相应的指令，改变预设定的肢体摆角，使腿跨过障碍。
整个机器人具有体积小、动作灵敏、环境适应性强等优点。
图1机械螃蟹单个肢体结构示意图图2机械螃蟹整体结构示意图具体实施方式
下面给出本实用新型的优选实施方式，并结合附图加以说明。
如图2所示，机械螃蟹包括躯干00、8条腿(1，2，3，4，5，6，7，8)和胶质护套(图中未画出)3大部分，躯干00上装有作为机械螃蟹控制中心的控制器9(对于遥控机械螃蟹，尚需装有无线接收装置)；每条腿由基关节、上肢体、下肢体三部分组成，每一部分都接收相应的控制单元发来的指令并实现指定动作；整个装置用胶质护套包裹起来，以确保机械螃蟹可在两栖环境中正常运行。
如图1所示，以腿1为例，基关节由带减速器的可控微型直流电机11、支架12、曲柄13组成。其中直流电机11借助端部法兰铅垂固定在平板式躯干00的上表面。直流电机11的轴头穿过平板式躯干00和固定在其下表面的槽钢形支架12侧边上的透孔与插入支架12内的曲柄13的端部透孔键连接。而曲柄13的另一端借助伞齿轮副22与上肢体相连。于是，当直流电机11往复转动时，带动曲柄13和上肢体绕与平板式躯干00垂直的轴线往复摆动，以实现整体的前行或后退。
上肢体是一根带有U型头的筒形杆件23，并借助筒壁上延伸出的短杆固装一个弯曲的叉形件；驱动它的直流电机沿其轴线固定在杆件23上，而电机21轴头穿过U型头底部的透孔，并借助其上固装的伞齿轮与曲柄13端部的伞齿轮组成一对啮合副22，而后一个伞齿轮是借助一短轴与曲柄13键连接成一体。U型头内的伞齿轮副22在功能上起到髋关节的作用。伞齿轮副22用于改变传动方向。于是，当上肢体上的驱动电机21转动时，借助轴头上的伞齿轮迫使自身绕U型头内曲柄端部的轴和伞齿轮做行星轮运动，即实现上肢体相对于驱干00在铅垂平面内的转动(即上肢体的抬落)。
下肢体的结构与上肢体类似，也是一根带有U型头的筒形杆件31，其中的U型头端与上肢体端部的弯曲叉形件相连，而另一端插装一根足杆34。驱动它运动的直流电机32沿其轴线固定在筒形杆件31内，而电机32的轴头穿过U型头底部的透孔，并借助其上固装的伞齿轮与上肢体端部的伞齿轮组成一对啮合副33，而后一个伞齿轮是借助一短轴与弯曲叉形件端部键连接成一体。U型头内的伞齿轮副33在功能上起到膝关节的作用。于是，当下肢体上的驱动电机32转动时，借助轴头上的伞齿轮迫使自身绕U型头内上肢体端部和伞齿轮做行星轮运动，即下肢体相对于上肢体在铅垂平面内转动(即下肢体的抬落)。
全部带减速器的直流伺服电机均采用瑞士MAXON公司生产的RE-MAX13型直流伺服电机。机器螃蟹的8条步行腿均布在平板式躯干00的两侧，由单片机组成的控制中心9装在躯干平板00上。
现以机械螃蟹特有的横向行走为例说明其动作原理。
中心控制器9接收遥控装置发来的指令序号，经中心控制器转换成相应指令串分别控制8条腿上24个电机协调动作。发布动作指令后，步行腿2，4上的髋关节和膝关节电机正转某一个角度，实现了上肢体相对基关节，下肢体相对上肢体的顺时针转动一个角度；6，7腿上的髋关节和膝关节电机逆转某一个角度，实现了上肢体相对基关节，下肢体相对上肢体的逆时针转动一个角度。继而2，4，6，7腿的足尖抬起。此时1，3腿的膝关节电机逆转，使下肢体相对上肢体逆时针摆动；5，8的膝关节正转，使下肢体相对上肢体顺时针摆动。继而1，3，5，8腿的足杆尖蹬地，处于支撑状态。待2，4，6，7腿上的关节到达指令预设定的位置后，被抬起的腿上的关节电机按与抬腿时相反方向转动，使2，4，6，7腿的足杆尖落地，四个足尖均落地后，其余1，3，5，8腿上相应关节执行如前所述的抬腿动作，继而完成了行走一步的动作。前述动作的循环可实现机械螃蟹的横行。
为了感知行进中遇到的障碍物，每条腿上需安装传感器，并将信号发给中心控制器，中心控制器会调用相应的指令，改变预设定的关节摆角，使腿跨过障碍。
本实用新型可前行、横行和避障，而横向行走是机械螃蟹的运动特色。
整个机器人具有体积小、动作灵敏、环境适应性强等优点。
权利要求1.一种机械螃蟹，其特征在于它包括躯干(00)、8条腿(1，2，3，4，5，6，7，8)和胶质护套3大部分，躯干(00)上装有作为机械螃蟹控制中心的控制器(9)；每条腿由基关节、上肢体、下肢体三部分组成；整个装置用胶质护套包裹起来。
2.如权利要求1所述的机械螃蟹，其特征在于每条腿的基关节由带减速器的可控微型直流电机(11)、支架(12)、曲柄(13)组成；其中直流电机(11)借助端部法兰垂直固定在平板式躯干(00)的上表面；直流电机(11)的轴头穿过平板式躯干(00)和固定在其下表面的槽钢形支架(12)侧边上的透孔与插入支架(12)内的曲柄(13)的端部透孔键连接；而曲柄(13)的另一端借助伞齿轮副(22)与上肢体相连；上肢体和下肢体具有类似的结构，均具有一根带有U型头的筒形杆件(23，31)，驱动它们的直流伺服电机(21，32)沿其轴线固定其内，而电机(21，32)的轴头穿过U型头底部的透孔，并借助其上固装的伞齿轮分别与曲柄(13)端部的伞齿轮以及上肢体端部的伞齿轮组成两对伞齿轮副(22，33)；足杆(34)插装在下肢体的筒形杆件(31)上。
专利摘要一种机械螃蟹，属于机器人领域，在单片机的控制下可前行、横行和避障，而横向行走是机械螃蟹的运动特色。它可以充当侦察设备、武器系统、通讯系统的载体，代替人进入某些特殊环境，完成军事、民用等方面的任务，机械螃蟹包括躯干、8条腿和胶质护套3大部分，每条腿由基关节、上肢体、下肢体三部分组成，每条腿上的3台直流伺服电机借助伞齿轮副并接收相应的控制单元发来的指令实现指定动作。螺旋伞齿轮副满足了输入、输出轴线正交、传动简洁、可靠的要求；整个机器人具有体积小、动作灵敏、环境适应性强等优点。
文档编号B62D57/032GK2827822SQ200520021668
公开日2006年10月18日 申请日期2005年9月23日 优先权日2005年9月23日
发明者王立权, 陈东良, 孟庆鑫, 张玲 申请人:哈尔滨工程大学