[发明专利]一种腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人及驱动方法

说明书

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，涉及一种腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人。

背景技术

多足仿生机器人结构简单且灵活，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、教育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 人行走的稳定裕度较小，步态中存在临界稳定状态，行走过程稳定性控制难度高。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。另外，现有技术中有报道 一种多足仿生机器人，该机器人中涉及空间六杆变胞机构，该空间六杆变胞机构使用了两 个虎克铰，但实现过程中，虎克铰难以直接驱动，需使用皮带、齿条等传动装置方能驱动， 因此，该多足仿生机器人在机械运动效率方面存有不足。

发明内容

针对传统多足爬行机器人的局限性及在空间六杆变胞机构中虎克铰难以直接驱动的问 题，本发明提供一种腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人，不但能够实现前后弯腰和 前后对折，而且具有多种不同的直接驱动形式，更具变形灵活，自适应能力更强的特点。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人， 其基本结构是：包括一个闭链及四条或六条开链，所述闭链是由顺次连接的第一杆、第二 杆、第三杆、第四杆、第五杆、第六杆、第七杆和第八杆所构成的一个八杆变胞机构；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八杆的一端相连， 第一转动铰链的轴线和第二转动铰链的轴线相互平行；第五杆的两端分别通过第三转动铰 链和第四转动铰链与第四杆的一端和第六杆的一端相连，第三转动铰链的轴线和第四转动 铰链的轴线相互平形；所述第一杆和第五杆长度相同，所述第二杆和所述第八杆长度相同， 所述第四杆与所述第六杆的长度相同；第三杆的两端分别通过第五转动铰链和第七转动铰 链与第四杆的另一端和第二杆的另一端相连，第五转动铰链的轴线与第七转动铰链的轴线 相互垂直；第七杆的两端分别通过第六转动铰链和第八转动铰链与第六杆的另一端和第八 杆的另一端相连，第六转动铰链的轴线与第八转动铰链的轴线相互垂直；所述第三杆和第 七杆长度相同；每条开链的结构相同，其结构是：包括同一平面内的第九杆、第十杆和第 十一杆，所述第十杆的两端分别通过第九转动铰链和第十转动铰链与第九杆和第十一杆相 连，所述第九转动铰链的轴线和第十转动铰链的轴线相互平行；根据开链数目是四条或是 六条有下述两种情形之一：开链数目为四条时，四条开链中的第九杆均分别通过一第十一 转动铰链与第二杆、第四杆、第六杆和第八杆转动铰接，四个第十一转动铰链的轴线与第 一转动铰链的轴线平行、且落在第九杆、第十杆和第十一杆所在的平面内；开链数目为六 条时，六条开链中的第九杆均分别通过一第十一转动铰链与第一杆、第二杆、第四杆、第 五杆、第六杆和第八杆转动铰接，六个第十一转动铰链的轴线与第一转动铰链的轴线平行、 且落在第九杆、第十杆和第十一杆所在的平面内。

上述腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人，选择第一转动铰链、第二转动铰链、 第三转动铰链、第四转动铰链、第五转动铰链、第六转动铰链中的任意三个作为驱动再加 上第七转动铰链和第八转动铰链的任意一个或两个即可驱动该闭链结构，同时，驱动每条 开链中的所述第九转动铰链、第十转动铰链和连接闭链和开链的第十一转动铰链。