[发明专利]一种在腰部使用变胞机构的多足仿生机器人

说明书

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，涉及一种在腰部使用变胞机构的多足仿生机器人。

背景技术

多足仿生机器人机构简单且灵活，承载能力强、稳定性好，不仅能在复杂的非结构路面上行走，轻易地跨过较大的障碍(如壕沟、岩石等)，而且能以动态步态实现快速移动。多足仿生机器人可以代替人完成许多危险作业，在军事、矿山开采、核能工业、星球探测、消防营救、建筑业、农林采伐、示教娱乐等领域有着广阔的应用前景。

然而，传统多足仿生机器人在模仿动物时，关注点大多集中在腿部结构，而对于腰部结构常常没有给予太多关注。传统多足仿生机器人腰部普遍采用刚性结构。其缺点在于：1)腰部不可动，仅起支撑和载物平台的作用，对机器人的运动和姿势不起任何作用。2)多足仿生机器人刚性结构的腰部，无法改变其形状，机器人各条腿的相对位置保持不变，机器人只能通过改变腿部姿态来实现行走、奔跑、避障和转弯等动作，腰部对仿生机器人的运动和适应性调节不起任何作用，而且刚性的腰部结构极大地限制了机器人整体工作空间和灵活度。3)多足仿生机器人刚性腰部极大限制了机器人对自身重心的调节性能，使得机器人行走的稳定裕度很小，步态中存在临界稳定状态，行走过程不稳定。4)步态规划方面，刚性腰的仿生机器人步态有限，无法实现类似于动物的上下弓腰、仰腰、扭腰的动作。5)刚性腰部无法起到缓冲减震的作用，同时也限制了行走速度。6)传统仿生机器人只能模仿特定的一种动物，不能同时模仿多种动物的形态。

发明内容

针对传统多足爬行机器人的局限性，创造一种可变形，灵活，自适应能力更强的多足变胞仿生机器人，本发明提供一种在腰部使用变胞机构的多足仿生机器人。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种在腰部使用变胞机构的多足仿生机器人，包括一个闭链和多条开链，所述闭链是由第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆和第六杆构成的一个变胞六杆机构；第一杆的两端分别通过第一转动铰链和第二转动铰链与第二杆的一端和第六杆的一端相连，第一转动铰链和第二转动铰链的轴线相互平行；第四杆的两端分别通过第三转动铰链和第四转动铰链与第三杆的一端和第五杆的一端相连，第三转动铰链和第四转动铰链的轴线相互平形；所述第二杆和所述第六杆长度相同，所述第三杆与所述第五杆的长度相同。第二杆和第三杆通过第一虎克铰链相连，第一虎克较链的两条轴线中，其中一条轴线与第一转动铰链的轴线垂直，另一条轴线与第三转动铰链的轴线平行；第六杆和第五杆通过第二虎克铰链相连，第二虎克铰链的两条轴线中，其中一条轴线与第二转动铰链的轴线垂直，另一条轴线与第四转动铰链的轴线平行；每条开链的结构相同，均分别包括第七杆、第八杆和第九杆，所述第七杆、第八杆和第九杆位于同一平面内；当开链数目为四条时，每条开链中的第七杆均分别通过第七转动铰链与第二杆、第三杆、第五杆和第六杆转动铰接，四条开链与第二杆、第三杆、第五杆和第六杆之间的四个第七转动铰链的轴线与第一转动铰链的轴线平行、且落在第七杆、第八杆和第九杆所在平面内；开链数目为六条时，每条开链中的第七杆均分别通过第七转动铰链与第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆和第六杆转动铰接，六条开链与第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆和第六杆之间的六个第七转动铰链的轴线与第一转动铰链的轴线平行，且落在第七杆、第八杆和第九杆所在平面内。

进一步讲，每条开链均为一2R串联机构。

第一虎克铰链中与第一转动铰链轴线垂直的转动铰链为转动铰链A，另一个转动铰链为转动铰链B；第二虎克铰链中与第二转动铰链轴线垂直的转动铰链为转动铰链A，另一个转动铰链为转动铰链B。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中将变胞机构应用到多足仿生机器人的腰部，通过变胞机构在运动过程中改变机构构态，自由度，实现了腰部构型的改变。从而更好地模仿各类动物的腰部结构，实现对多类动物仿生，集多类动物优点于一身，包括哺乳类动物的速度、爬行类动物的灵活性以及昆虫类动物的稳定性，进而提高多足仿生机器人的灵活性和对不同地形环境的适应能力，实现更多的应用。

附图说明

图1是本发明变胞多足仿生机器人的结构示意图；

图2是图1中闭链结构示意图；

图3是图1中一个开链的结构示意图；

图4是本发明变胞多足仿生机器人模仿哺乳类动物的结构示意图；

图5是本发明变胞多足仿生机器人模仿节肢类动物的结构示意图；

图6是本发明变胞多足仿生机器人模仿昆虫类动物的结构示意图；