一种基于蜥蜴行走姿态的仿生机器人

1.本发明属于机器人领域，具体涉及一种仿生蜥蜴机器人结构。


背景技术：

2.随着新时代科技发展，城市化进程越来越快，仿生机械人在抗震救灾、军事行动、海洋环保、未来教育等领域应用越来越广泛。
3.实现仿生机械人结构简单、行走顺畅、降低仿生机械人高度，利于在狭小空间实现行走、克服行走阻力及是救援过程中对仿生机械人的提出的特殊技术要求。


技术实现要素：

4.为解决仿生机械人结构简单、行走顺畅、降低仿生机械人高度，利于在狭小空间实现行走、克服行走阻力本实用新型公开一种基于蜥蜴行走姿态的仿生机器人。
5.本实用新型以蜥蜴为原型，高度还原其身体结构，在身体运动过程中相对于现有的众多机器人运动姿态生硬机械化严重来比较，这款仿生蜥蜴极大程度上改善了这一问题。为了确保其运动的灵活性，必须严格考虑身体结构与四足的配合，仿生蜥蜴机器人结合了运用轻量化设计、机械原理、运动学、摩檫学、材料力学等多学科的相关理论，通过机械结构实现蜥蜴的各种运动。本实用新型所要解决的技术问题是提供一种仿生蜥蜴机器人身体与四足灵活性的设计方案，因此本实用新型采取的攻坚技术为：一种高度还原的仿生蜥蜴机器人，包括作为仿生蜥蜴机器人的柔性身体框架和仿生蜥蜴机器人的四肢，仿生蜥蜴机器人柔性身体框架采用线性索驱动结构，运动准确，可控性好、结构简单，将其运用到仿生蜥蜴机器人柔性身体框架上十分合适，身体脊椎部分理论上可以看作是一条线，选取一个端点作为基准点，线条可以发生任意形态的扭动，就像自然界的蜥蜴一般，仿生蜥蜴机器人的四肢结构相对于仿生蜥蜴柔性身体框架中垂面呈镜像对称，其身体部分在运动时也会发生随四肢运动时左右呈s形态的扭动，完全解决了仿生蜥蜴的身体扭动问题，仿生效果极佳。
6.本实用新型实现发明目的采用的技术方案是：
7.一种基于蜥蜴行走姿态的仿生机器人，包括：机身部分、行走腿和用于安装视频和抓取结构的机头部分。
8.所述的机身部分包括：一组分隔盘、中心钢索、左钢索、右钢索、抬腿舵机和摆腿舵机；
9.所述的一组分隔盘套装并位置固定在中心钢索、左钢索和右钢索上，一组分隔盘与中心钢索、左钢索和右钢索构成柔性机身部分；
10.所述的中心钢索、左钢索和右钢索两端分别与摆腿舵机固定连接；
11.所述的机头部分与摆腿舵机连接；
12.所述的行走腿设置四个，四个行走腿分别经抬腿舵机与摆腿舵机连接。
13.本实用新型的有益效果是：仿生机械人结构简单、行走顺畅、降低仿生机械人高
度，利于在狭小空间实现行走和克服行走阻力小。可广泛用于抗震救灾、军事行动、海洋环保、科研教育领域。
14.下面结合附图对本实用新型进行详细描述。
附图说明
15.附图1为本实用新型柔性身体框架理论图。
16.附图2为本实用新型脚端轨迹动作图。
17.附图3为本实用新型结构俯视结构示意图。
18.附图4为附图3的a处局部放大结构示意图。
19.附图中，1-1.分隔盘、1-2.中心钢索、1-3.左钢索、1-4.右钢索、1-5. 抬腿舵机、1-51.抬腿固定支架、1-52.抬腿转动支架、1-53.抬腿电机、1-6. 摆腿舵机、1-61.摆腿舵机座、1-62.电动摆杆、2.机头部分、3.行走腿、4.尾部机身部分。
具体实施方式
20.参看附图，一种基于蜥蜴行走姿态的仿生机器人，包括：机身部分、行走腿和用于安装视频和抓取结构的机头部分。
21.所述的机身部分包括：一组分隔盘1-1、中心钢索1-2、左钢索1-3、右钢索1-4、抬腿舵机1-5和摆腿舵机1-6。
22.所述的一组分隔盘1-1套装并位置固定在中心钢索1-2、左钢索1-3和右钢索1-4上，一组分隔盘1-1与中心钢索1-2、左钢索1-3和右钢索1-4 构成柔性机身部分。
23.所述的中心钢索1-2、左钢索1-3和右钢索1-4两端分别与摆腿舵机 1-6固定连接。
24.所述的机头部分2与摆腿舵机1-6连接。
25.所述的行走腿3设置四个，四个行走腿分别经抬腿舵机1-5与摆腿舵机1-6连接。
26.使用时，抬腿舵机1-5分别控制四个行走腿3的抬起或落下，摆腿舵机1-6分别控制四个行走腿3的摆动，实现仿生机器人左右呈s形态的扭动行走。
27.当摆腿舵机1-6向左侧摆动时，左钢索1-3被压缩变短变短，右钢索 1-4被拉伸变长，机身部分向左凹呈的s形，当摆腿舵机1-6向右侧摆动时，左钢索1-3被拉伸变长，右钢索1-4被压缩变短，机身部分向右凹呈的s 形，循环往复上述动作，仿生机器人机身部分会与自然界中的蜥蜴身体一样扭动。
28.本实用新型实施例中，所述的摆腿舵机1-6包括：摆腿舵机座1-61和电动摆杆1-62，电动摆杆1-62安装在摆腿舵机座1-61上。
29.所述的抬腿舵机1-5包括：抬腿固定支架1-51、抬腿转动支架1-52和抬腿电机1-53，所述的抬腿电机1-53安装在抬腿固定支架1-51上，抬腿电机1-53输出轴与抬腿转动支架1-52固定连接，抬腿固定支架1-51与抬腿转动支架1-52转动连接，所述的抬腿固定支架1-51与摆腿舵机1-6中的电动摆杆1-62一端连接，所述的行走腿3与抬腿转动支架1-52连接。
30.使用时，电动摆杆1-62向后摆动实现本实用新型向前行走一步，前行走一步完成后，抬腿电机1-53旋转带动行走腿3抬起，电动摆杆1-62向前摆动后，抬腿电机1-53旋转带动行走腿3落下，循环上述动作和分别控制摆腿舵机1-6和抬腿舵机1-5的动作过程，实现本
实用新型的前进或后退或转弯。
31.在抬腿舵机1-5控制下，行走腿3做出向前迈进动作，结合摆腿舵机 1-6控制的仿生机器人机身部分的扭动，行走腿3做出“抬腿-摆腿-落下”的动作。以此循环往复，实现仿生机器人与自然界蜥蜴一样的行走步态。仿生机器人机身部分的设计理论是：
32.机身部分理论上可以看作是一条线，选取一个端点作为基准点，线条可以发生任意形态的扭动，就像自然界的蜥蜴一般，其身体部分在运动时也会发生不同形态的扭动，如图1全局现状图1全局现状索长参数：l1，l2，
···
，ln；控制点坐标：pi(x,y,z)；构型参数：p(s)。设计身体结构最重要的原则，解决仿生机器人机身部分框架的刚度问题，末端操纵体的力其实很重要，首要目的是把操纵体送到指定位置，最终目的是让操纵体工作，因此连续体机器人机体的刚度十分重要，必须保证一定的刚性才能正常传动。
33.仿生机器人行走腿3坐标系进行变换，该变换中涉及到坐标系之间的转换,如图3所示，当起始坐标系为an，坐标轴为xn、yn、zn，变换后的坐标系为a
n+l
,坐标轴为x
n+1
、y
n+1
、z
n+1
，由于y轴不发生变换，因此yn与 y
n+1
重合。坐标系变换可分解为4个步骤：坐标系初始位于坐标系an，绕zn轴旋转θ
n+1
，使xn与x
n+1
轴平行；坐标系沿zn轴平移d
n+1
，使xn与x
n+1
轴共线；坐标系绕xn轴(同时也是x
n+1
轴)旋转a
n+1
，使zn与z
n+1
轴平行；坐标系沿xn轴(同时也是x
n+1
轴)平移b
n+1
，使zn与z
n+1
轴共线。坐标系由an变换到 a
n+1
，其变换矩阵为:式中，rot 为旋转矩阵，rot(x,θ)表示绕x轴旋转角度θ；trans为平移矩阵， trans(x,y,z)表示沿x、y、z方向运动距离为x,y,z。
34.其中旋转矩阵、平移矩阵为：
[0035][0036][0037][0038]
根据公式(1)～(4)，可以推导出起始坐标系an变换到坐标系an+1的矩阵
[0039]
由设定的各关节尺寸及坐标变换公式,可以得出标准型d-h模型下的参数，如表1所示。
[0040][0041]
表1d-h参数坐标
[0042]
其中h为第一关节坐标系a1到固定坐标系a0的距离。l1、l2和l3分别为第一、第二和第三连杆的长度。将表中参数带入到公式(5),得到三自由度机械腿从固定坐标系a0到末端坐标系a3的转换矩阵为(坐标系a0到 a1的转换矩阵)、(坐标系a1到a2的转换矩阵)、(坐标系a2到a3的转换矩阵)相乘，具体转换矩阵为：
[0043][0044]
本实用新型实施例中，还包括尾部机身部分，所述的尾部机身部分由一组分隔盘1-1经中心钢索1-2、左钢索1-3和右钢索1-4构成柔性尾部机身部分。柔性尾部机身部分用于控制仿生机器人行走和人工移动。