[发明专利]单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置。

背景技术

多足机器人是移动机器人和履带式机器人的一个重要分支。它主要用在多障碍环境和非规则地形。它比移动机器人和履带式机器人有更高的机动性和灵活性。多足机器人大多是根据仿生学进行设计的，因此它能够具有很多仿生的生物具有的特点。

对于多足机器人运动机构的研究一直是各国科学家关注的焦点之一。近年来，国外研究比较突出的有iSprawl族多足机器人，它是使用气动活塞作为主要的动力来源；还有RHex族多足机器人，RHex每足仅具有单一旋转自由度，配合使用半圆形且具被动弹性脚的设计使得RHex是一个可以完成非常多不同表现的自主机器人。我国多足机器人的研制成果主要有1989年北京航空航天大学开发的四足步行机，试制成功一台四足步行机，并进行了步行实验。2002年，上海交通大学对微型多足仿生机器人的研究，该步行机器人外形尺寸为：长30mm、宽40mm、高20mm，质量仅为6.3g，步行速度为3mm/s。此外还有清华大学开发的DTWN框架式双三足机器人；华中科技大学研制了“4+2”多足步行机器人和MiniQuad多足步行机器人，同时对多足步行机器人的运动规划与控制，以及机器人的腿、臂功能融合和模块化实现的控制体系及其设计进行了研究。

现有多足机器人驱动形式大多数由多个电机独立控制每条腿的抬腿和迈腿动作，因而多足机器人需要很多电机来协调动作，重量大、能量利用率低和控制系统复杂，不利于微小型机器人的发展，为改善以上缺点，目前微小型多足机器人正朝着欠驱动的方向发展，欠驱动分为两个或两个以上驱动和单一驱动两种类型，如六足仿生微型机器人ROACH，它的重量只有2.4克，整个机体采用了弹性复合物材料从而减轻了整个机体的重量，整个操作只有两个电机驱动。由美国加州大学伯克利分校研制的DASH六足机器人，只采用一个电机驱动，同时可以达到每秒15个身体长度的运行。但是上述采用欠驱动方式实现机器人存在结构复杂、运动特性难以控制的缺点，从而影响机器人运动学和动力学的数学精确描述。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、足端轨迹可优化、运动的可靠性和稳定性高的单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

单一驱动的多足机器人机身模块化联动装置，该装置包括主架、双平行四边形联动机构、髋部机构、抓爪、连架、曲柄、动力传动杆及马达，所述的双平行四边形联动机构均布设在主架的两侧，所述的髋部机构通过抓爪与双平行四边形联动机构连接，所述的双平行四边形联动机构之间通过连架或曲柄互相连接，所述的马达通过动力传动杆连接曲柄；

马达带动动力传动杆转动，动力传动杆带动曲柄旋转，曲柄带动双平行四边形联动机构进行往复运动，双平行四边形联动机构的往复运动通过抓爪带动各个髋部机构前后交替运动；通过增加或减少双平行四边形联动机构、髋部机构及连架的数量就可使该装置适合双足以上的各种偶数足的多足机器人。

所述的双平行四边形联动机构、髋部机构与抓爪均设有六个，所述的双平行四边形联动机构均布设在主架的两侧，所述的髋部机构通过抓爪与双平行四边形联动机构连接，同侧前面的双平行四边形联动机构与后面的双平行四边形联动机构通过连架连接，同侧前面的双平行四边形联动机构与中间的双平行四边形联动机构通过曲柄连接，两个曲柄的初始相位相差180°，两个曲柄均与动力传动杆连接，所述的动力传动杆连接马达，所述的马达固定在主架上。

同侧前后两个双平行四边形联动机构与对侧中间的双平行四边形联动机构组成三角联动机构，且组成一个三角联动机构的三个双平行四边形联动机构具有相同的相位。

该装置共有两个三角联动机构，这两个三角联动机构的相位相差180°。

所述的双平行四边形联动机构由两个平行的四杆机构通过中间公共杆并联组成。同侧前面和中间的双平行四边形联动机构由改进的契贝谢夫四杆机构将动力传动杆的运动经轨迹优化后传到双平行四边形联动机构上，通过改进的契贝谢夫四杆的尺度拟合改变足端步态轨迹曲线。

所述的髋部机构包括三个连接活页、一个握杆、两个连接横杆及一个腿，所述的腿的一侧分别与两个连接横杆连接，两个连接横杆的端部分别通过两个连接活页连接主架，上面的连接横杆通过第三个连接活页与握杆的一端连接，握杆的另一端连接抓爪。

所述的动力传动杆的两端为正六边形结构，所述的曲柄的轴孔为正六边形结构，动力传动杆连接在曲柄的轴孔内。