一种基于仿生学的稳定运动装置的制作方法

本实用新型涉及机器人运动装置领域，尤其涉及一种基于仿生学的机器人运动装置。

背景技术：

水下机器人的研究已经取得了较大进步，应用范围已日趋广泛，总体控制、智能化传感器、综合定位与导航及水下通讯等关键技术都日益成熟，但是在实际应用中,由于海况的复杂性,离真正实现快速、有效援潜救生的理想目标尚有一段距离。

水下机器人也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人，其分为有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种。有缆遥控潜水器的工作方式是由水面母船上的工作人员，通过连接潜水器的脐带电缆提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电视、声呐等专用设备进行观察，还能通过机械手，进行水下作业。

在运动稳定性方面，大重量的机器人多靠履带式带动。有缆遥控的机器人在发生意外时还可以通过相应的硬性措施进行施救，无缆遥控的机器人发生意外时只能望洋兴叹了，因此运动的稳定性是一个亟待解决的问题，在这样的大环境下，运动稳定性的提高从另一个侧面减少了事故的发生，提高了器件的使用寿命，节约材料减少成本，并且在重复性研究中可以提供更有效有保障的机器。在一般水域，轻型水下机器人迫切需要一种简单而稳定的装置，仿生型螃蟹腿装置便是符合需求的。

本装置材料采用3D打印材料，质量轻便，结构更能适用复杂多变的水下环境，在稳定性方面，通过弹簧的连接，弹力吸收的性能提高了装置的稳定性，更加安全可靠，值得投入实际使用。

技术实现要素：

本实用新型为实现简单而稳定的行走，提供了一种一种基于仿生学的稳定运动装置。机构包括凸轮，长连杆，短连杆，腿和弹簧及各个铰接件。动力从凸轮中心处的发动机传递出，带动凸轮做旋转运动，凸轮与长连杆通过高副链接，使长连杆完成上下运动；同时凸轮带动短连杆运动，短连杆使得腿部分完成左右摆动。这样就形成了螃蟹的爬行运动，弹簧可以保证运动的可持续性。

本实用新型为实现上述目的采用如下技术方案：

本实用新型一种基于仿生学的稳定运动装置，其特点在于：所述装置包括凸轮、长连杆、短连杆、腿、弹簧、步进电机(舵机)及各个铰接件，所述凸轮的动力通过所述步进电机驱动做旋转运动，并与所述长连杆通过高副连接。所述长连杆与所述腿通过低副铰接，可以进行一定范围内的上下转动。所述步进电机安装在所述凸轮的圆心处，在所述凸轮正侧与所述腿之间，用一根所述短连杆连接，使得所述腿可以进行一定范围内的左右摆动。所述弹簧两头分别连接在所述凸轮的圆心背侧与所述长连杆、所述腿的铰接处。保证了上述运动的稳定性，同时所述弹簧与所述短连杆分别在所述凸轮的正背两侧，不会发生运动干涉。

本实用新型一种基于仿生学的稳定运动装置，其特点也在于：所述弹簧连接在所述凸轮的圆心与所述长连杆、所述腿的铰接处，在步进电机施加旋转力矩后，所述凸轮转过一个角度后，所述长连杆与所述凸轮会产生一定的间隙，此时利用所述弹簧的弹力，使得所述长连杆与所述凸轮可以紧密连接，两者形成的高副不会被所述凸轮运动产生的惯性破坏掉。保证了运动的平稳发生，增强运动的稳定性和连续性。

本实用新型一种基于仿生学的稳定运动装置，其特点还在于：所述凸轮在受到步进电机的扭矩后，会产生旋转运动，通过所述短连杆带动所述腿完成一定范围的转动。为保证运动的协调性，所述腿在与地面接触时只能摆动30°～40°，此时所述凸轮由步进电机驱动转过30°～45°；所述腿在空中悬停时，可以摆动40°～45°，此时所述凸轮由步进电机驱动转过45°～50°，两个运动交替而富有规律地接连发生，使得机构可以达到预期的行走的目的。

与已有的行走装置相比，本实用新型有益效果体现在：

1、添加弹簧来控制运动的稳定性。凸轮受到电动机的扭矩作用后，会发生相应的旋转运动，可能会导致连杆与凸轮之间形成的高副链接被破坏，从而影响运动的平稳发生，此时加上一个弹簧，利用弹簧的弹力作用，保证了运动的持续发生，不会影响到装置的稳定性以及运动的可持续性。

2、采用凸轮来解决上下与左右两个运动的分步骤进行。凸轮在受到电动机的扭矩后，会产生旋转运动，通过短连杆带动腿完成一定范围的转动。为保证运动的协调性，腿在与地面接触时只能摆动30°～40°，此时凸轮由电动机驱动转过30°～45°；腿在空中悬停时，可以摆动40°～45°，此时凸轮由电动机驱动转过45°～50°，两个运动交替而富有规律地接连发生，使得机构可以达到预期的行走的目的。

3、结构简单容易实现，占空间小，质量轻等优点。在水下运动时，复杂机构的安全性不高，某一零件的损坏可能会导致整体结构的失效，因此需要一种简单而有效的机构来适应水下复杂的环境。腿部结构所占空间小，不会影响机器人中其他的模块部件的添加，保证了机器人完整有效的功能性，质量轻便，不会给上浮系统添加额外的负担，因此更贴合实际运用。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的安装整体效果图。

图中：1长连杆，2凸轮，3短连杆，4腿，5弹簧。

具体实施方式

具体实施中，参见图1结构，步进电机(舵机)驱动凸轮2转动，凸轮2作为连接件可以带动长连杆1和短连杆3。凸轮2带动长连杆1时，两者高副连接，所述长连杆1做上下一定幅度的摆动，可以带动腿4做上下一定幅度的摆动。凸轮2带动长连杆1时，两者铰接，短连杆3可以带动腿4做一定范围内的左右摆动。两个运动交替进行，形成了腿的行走。长连杆1向上摆时，腿4也跟着向上提升，此时短连杆3带动腿4向右摆动，长连杆1向下摆时，腿4接触地面，此时短连杆3带动腿4向左摆动，完成一次抬腿行走运动。这样交替进行，可以完成连续的行走运动。

同时利用安装在两个铰接处之间的弹簧5来保证高副在运动过程中不会被破坏，同时吸收一定的震动，保持运动的稳定性。参见图2结构，四只腿在一定的节奏下完成横向行走，并且两侧的腿分别同步进行行走运动。

凸轮在受到步进电机的扭矩后，会产生旋转运动，通过短连杆带动腿完成一定范围的转动。为保证运动的协调性，腿在与地面接触时只能摆动30°～40°，此时凸轮由步进电机驱动转过30°～45°；腿在空中悬停时，可以摆动40°～45°，此时凸轮由步进电机驱动转过45°～50°，两个运动交替而富有规律地接连发生，参见图2结构，四只腿在一定节奏下行走。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型精神的前提下，本领域技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。