[0284] 5)设定六肢昆虫肢体大臂与本体、中臂与大臂、小臂与中臂连接处随时间的变化 关系，并结合上述步骤中得到的运动参数，输入计算机进行仿真分析，验证确定六肢昆虫运 动方式：
[0285]步骤4)中的仿真都设定了各肢体大臂、中臂、小臂之间在0°~90°范围内变化，但 在六肢昆虫的实际运动过程中每组腿是协调运动的，不可能每组腿的关节脚的变化一致， 所W下面的仿真中假定各肢体大臂、中臂、小臂之间的变化随时间的变化关系如下：
[0286]前肢本体与大臂之间、大臂与中臂之间、中臂与小臂之间的活动范围随时间t的变 化关系分别是：
[0巧7] 011 = 0,目i2= 3t/巧sin2(t)，目13 = V巧sin2(t);
[028引其中011为前肢本体与大臂之间的夹角，012为前肢大臂与中臂之间的夹角，013为前 肢中臂与小臂之间的夹角；
[0289]中肢本体与大臂之间、大臂与中臂之间、中臂与小臂之间的活动范围随时间t的变 化关系分别是：
[0巧0] 021= 0,目22= V巧sin2(t+3l/6)，目23 = V巧sin2(t+3l/6);
[0291] 其中02功中肢本体与大臂之间的夹角，022为中肢大臂与中臂之间的夹角，023为中 肢中臂与小臂之间的夹角；
[0292]后肢本体与大臂之间、大臂与中臂之间、中臂与小臂之间的活动范围随时间t的变 化关系分别是：
[0巧3] 031 = 0,目32 = V巧sin2(t+3i/3)，目33 = V巧sin2(t+3i/3);
[0294]其中031为后肢本体与大臂之间的夹角，032为后肢大臂与中臂之间的夹角，033为后 肢中臂与小臂之间的夹角；
[0295]各肢体大臂、中臂、小臂连接处对应的角速度和角加速度分别如下：
[0巧6] 前肢：
[0307]将W上数据带入MATLAB软件进行仿真，设置时间t从0秒到20秒，得到S组肢体速 度、加速度综合仿真图形，如图6、图7所示。
[0308]确定六肢昆虫的运动方式：
[0309] 六肢昆虫运动时由前肢、中肢、后肢协作完成，但前肢、中肢、后肢不是均匀分布 的；前肢向头部上方凸出且长度最短，主要用于爬越障碍物W及支持前面头部体重，在一个 运动周期内运动时反应相对较慢，因此前肢的运动加速度、速度曲线相应滞后于中肢和后 肢；中肢主要用于直线行走，但由于负责绝大部分体重，相对于后肢而言，其加速度、速度曲 线相对滞后，在一个运动周期内运行时存在时间滞后;后肢除了保持与前肢中肢的节奏外， 还起到转向作用，并承担后半部身体体重，且长度最长，因此相应的加速度、速度曲线在曲 线图上反应最快、峰值最大；由于本文选择参考点为六肢昆虫质屯、，因此即使六肢昆虫运行 时脚尖着地，但其身体仍是向前运行的，所W，仿真曲线中并未出现相应的零点现象。从W 上分析及各肢在给定关节的活动范围内的仿真曲线可知，=条肢的加速度、速度仿真曲线 与六肢昆虫的实际运行规律基本是一致的，从而确定了仿生六肢昆虫机器人运动方式的正 确性和可行性，为仿生六肢昆虫机器人的制造和应用等奠定了基础。
【主权项】
1. 一种仿生六肢昆虫机器人，包括本体和肢体，所述的肢体包括一对前肢、一对中肢和 一对后肢，所述的一对前肢分别对称设置在本体前端的两侧，所述的一对中肢分别对称设 置在本体中部的两侧，所述的一对后肢分别对称设置在本体后端的两侧，其特征在于:所述 的前肢、中肢、后肢的长度分别为Li、L2、L3，则各长度之间的关系满足L2 = 1~1.3Li，L3 = 1.1 ~1.35L2;所述的本体上设有控制元件;所述的肢体上设有执行元件;所述的执行元件与控 制元件相连;所述的控制元件包括一个信号接收器。2. 根据权利要求1所述的一种仿生六肢昆虫机器人，其特征在于:所述的前肢、中肢和 后肢均包括大臂、中臂和小臂;所述的大臂与本体连接;所述的中臂与大臂连接;所述的小 臂与中臂连接。3. 根据权利要求2所述的一种仿生六肢昆虫机器人，其特征在于:所述的大臂长度为Si、 中臂长度为S2、小臂长度为&，则各长度满足关系S2 = =4. 根据权利要求2所述的一种仿生六肢昆虫机器人，其特征在于:所述的大臂与本体之 间的连接为活动范围〇~30°的连接;所述的大臂和中臂之间的连接、中臂和小臂之间的连 接均为活动范围〇~90°的连接。5. -种仿生六肢昆虫机器人的使用方法，其步骤为： 1) 使用前准备，启动机器人控制电源，将控制元件初始化，启动信号接收器； 2) 运动准备，输入信号，限定各肢体大臂、中臂、小臂之间活动范围与时间的变化关系： 前肢本体与大臂之间、大臂与中臂之间、中臂与小臂之间的活动范围随时间t的变化关 系分别是： θπ = 0,9i2 = ：n/2*sin2(t)，0i3 = Ji/2*sin2(t); 其中θιι为前肢本体与大臂之间的夹角，Θ12为前肢大臂与中臂之间的夹角，θ13为前肢中 臂与小臂之间的夹角； 中肢本体与大臂之间、大臂与中臂之间、中臂与小臂之间的活动范围随时间t的变化关 系分别是： 021 = 0,022 = 3t/2*sin2(?+π/6), 023 = 3T/2*sin2(t+3T/6)； 其中Θ21为中肢本体与大臂之间的夹角，θ22为中肢大臂与中臂之间的夹角，θ23为中肢中 臂与小臂之间的夹角； 后肢本体与大臂之间、大臂与中臂之间、中臂与小臂之间的活动范围随时间t的变化关 系分别是： θ3? = 0,932 = V2*sin2(t+Jr/3)，033 = V2*sin2(t+3T/3); 其中Θ31为后肢本体与大臂之间的夹角，θ32为后肢大臂与中臂之间的夹角，θ33为后肢中 臂与小臂之间的夹角； 3) 输入信号，控制各肢体大臂、中臂、小臂连接处按如下运动速度执行： 前肢：本体与大臂连接处的角速度为 角加速度为 大臂与中臂连接处的角速度为 角加速度为中臂与小臂连接处的角速度为 角加速度为 中肢：本体与大臂连接处的角速度为 角加速度为 大臂与中臂连接处的角速度为 角加速度为中臂与小臂连接处的角速度为 角加速度为 后肢：本体与大臂连接处的角速度为 角加速度为大臂与中臂连接处的角速度为 角加速度为中臂与小臂连接处的角速度为 角加速度为其中t的初始值为0; 4)断开机器人控制电源，运动停止。6. -种六肢昆虫运动方式确定方法，其步骤为： 1) 数据采集，采集六肢昆虫肢体静态数据和运动过程中的运动数据，并依照该静态数 据和运动数据制作六肢昆虫模型； 2) 根据步骤1)中所采集的静态数据和运动数据计算模型中大臂与本体、中臂与大臂、 小臂与中臂之间的位置关系，并最终得到小臂端点相对于本体的动态位置，用第一坐标公 式表示； 3) 将步骤2)中根据静态数据和运动数据得到的第一坐标公式对时间求导，并结合雅可 比矩阵求解和变换得到六肢昆虫肢体运动过程中的线速度、角速度矢量公式和加速度公 式； 4) 将步骤1)中采集的六肢昆虫肢体静态数据和步骤3)中得到的六肢昆虫肢体运动过 程中线速度、角速度矢量和加速度同时输入计算机进行仿真分析，与六肢昆虫实际运动方 式相比较，初步验证仿生六肢昆虫的运动方式； 5) 设定六肢昆虫肢体大臂与本体、中臂与大臂、小臂与中臂连接处随时间的变化关系， 并结合上述步骤中得到的运动参数，输入计算机进行仿真分析，验证确定六肢昆虫运动方 式。7. 根据权利要求6所述的一种六肢昆虫运动方式确定方法，其特征在于:步骤1)中所述 的静态数据为六肢昆虫肢体与本体的位置关系以及大臂、中臂、小臂之间的长度比例关系。8. 根据权利要求6所述的一种六肢昆虫运动方式确定方法，其特征在于:步骤2)中所述 的运动数据为大臂相对于本体、中臂相对于大臂、小臂相对于中臂的活动范围和角度。9. 根据权利要求6所述的一种六肢昆虫运动方式确定方法，其特征在于:步骤2)中所述 的大臂与本体、中臂与大臂、小臂与中臂之间的位置关系通过在本体质心、大臂与中臂连接 点、中臂与小臂连接点、小臂端点四点建立三维坐标系，再用各点的坐标值表示;求解各坐 标值的关系，得到小臂端点相对于本体的动态位置。10. 根据权利要求6所述的一种六肢昆虫运动方式确定方法，其特征在于：步骤4)中仿 真分析采用的工具为MATLAB软件。
【专利摘要】本发明公开了一种六肢昆虫运动方式确定方法、仿生六肢昆虫机器人及其使用方法，属于仿生机器人领域，其解决了现有六肢昆虫运动方式不明确，依据现有技术不能制造出适应路况差等恶劣环境的高仿生六肢昆虫机器人的问题。本发明的机器人包括本体和肢体，所述的肢体包括一对前肢、一对中肢和一对后肢，所述的一对前肢分别对称设置在本体前端的两侧，所述的一对中肢分别对称设置在本体中部的两侧，所述的一对后肢分别对称设置在本体后端的两侧；所述的本体上设有控制元件；所述的肢体上设有执行元件；所述的执行元件与控制元件相连。本发明能精确地确定六肢昆虫的运动方式，制造出能够适应抗震救灾等恶劣环境的仿生六肢昆虫机器人。
【IPC分类】B62D57/032
【公开号】CN105438305
【申请号】CN201510784401
【发明人】宋崇智
【申请人】安徽工业大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月13日