[发明专利]一种仿生爬行机器人及其自主控制方法

说明书

本发明公开一种以尺蠖运动为蓝本的仿生爬行机器人及其控制方法，主要包括头部结构、中间连接单元和尾部结构，头部结构与尾部结构由中间连杆和形状记忆合金弹簧实现连接。通过三根形状记忆合金弹簧不同时序的伸缩提供动力，依靠机器人头部、尾部结构所产生摩擦力不同，以确保机器人运动的实现，连杆两端的球状关节及短轴可实现运动方向的转动同时又避免非运动方向的转动。本发明结构较为简单，易于控制，可搭载相应的传感器或辅助设备可实现对复杂地形或环境的探测、救援、集群运动等功能。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种仿生爬行机器人及其自主控制方法。

背景技术

尺蠖运动具有灵活性高、控制简单的特点，可以满足复杂多变的场景需求，对环境的适应性高。仿生爬行机器人以尺蠖运动模式为仿生典型，其构型与控制较为简单，成本较低，同时具有较出色的平稳性，可用于复杂环境的探测、搜索、集群编队运动等场合，因此研制出一种仿生爬行机器人及其自主控制方法是亟需必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种稳定性好、结构与控制简单的仿生爬行机器人并构建集群控制方式。为了达到上述目的，本发明从仿生运动功能的角度出发，以尺蠖爬行特性为基础，设计了一种仿生爬行机器人及其自主控制方法，并通过机器人之间信息交互实现指令信息传递。本发明的具体技术方案如下：

一种仿生爬行机器人，包括头部结构、中间连接单元、尾部结构，其特征在于，还包括形状记忆合金弹簧，形状记忆合金弹簧设置为三根，并形状记忆合金弹簧与中间连接单元设置在头部结构与尾部结构之间，所述中间连接单元包括中间连杆和左右两端的球状关节，所述球状关节上分别设置有短轴，并中间连接单元内部贯穿设有连杆内孔；

所述头部结构包括密封盖、头部结构半球壳体和控制单元，头部结构半球壳体包括两个半球体，并两个半球体通过连接轴配合成一体，头部结构半球壳体顶部设有球形凹槽，且球形凹槽顶端存在圆柱形的布线孔，头部结构半球壳体上设有弹簧安装孔，以及头部结构半球壳体上设有对称设置的导向槽以确保中间连接单元上的球状关节转动；

所述尾部结构包括密封盖、尾部结构半球壳体和动力源，尾部结构半球壳体包括两个半球体，并两个半球体通过连接轴配合成一体，尾部结构半球壳体顶部设有球形凹槽，球形凹槽顶端存在圆柱形的布线孔，尾部结构半球壳体上设有弹簧安装孔，以及尾部结构半球壳体上设有对称设置的导向槽，动力源为控制单元及形状记忆合金弹簧提供能源。

进一步改改进在于，两侧的球状关节分别安装在头部结构半球壳体、尾部结构半球壳体的球形凹槽内，从而实现球状关节转动。

进一步改改进在于，控制单元与动力源之间的连线通过布线孔、连杆内孔实现电路连接，形状记忆合金弹簧通过弹簧安装孔实现机器人头部结构、尾部结构连接，形状记忆合金弹簧均按120度均布安装在头部结构、尾部结构之间。

进一步改改进在于，控制单元对形状记忆合金弹簧进行控制，动力源提供所需电能，由于头部结构、尾部结构的弹簧安装孔距离大于形状记忆合金弹簧的原始长度，故三根所述形状记忆合金弹簧处于拉伸状态，运动初始阶段，靠近运动表面的两根所述形状记忆合金弹簧通电产生收缩运动，然后断电且剩余的第三根的形状记忆合金弹簧再进行通电，其将产生收缩运动，周而复始，且由于头、尾部摩擦力不同，机器人产生类似于尺蠖的步态运动。

一种仿生爬行机器人的自主控制方法，多个机器人群体运动时，机器人进行编号处理并按照梯队设置“领头羊”控制模式，并将机器人从1开始编号，其中1号的优先级大于2号，2号大于3号，以此类推，控制单元中搭载物联通信模块，可实现多个机器人之间信息交互，开始阶段，1号机器人处于“领头羊”位置，对剩余其他机器人发号施令，遥控其他剩余机器人的动作，剩余机器人周期对1号机器人发送反馈信息，确保与领头机器人信息畅通，当多个机器人发送消息未收到1号机器人回复时，可默认1号机器人失效，将由2号机器人替补1号机器人的控制中心位置，以此类推。

进一步改改进在于，所述中间连杆内部为中空设置。