[发明专利]四足仿生昆虫机器人

说明书

技术领域

本发明属于仿生学技术领域，具体涉及一种由形状记忆合金弹簧驱动的四足仿生昆虫机器人。

背景技术

机器人技术是一门交叉学科，涉及力学、机械学、电子学、生物学、计算机、人工智能、系统工程学等学科知识，仿生机器人是国内外机器人研究热点，近年来，相关研究取得了长足进步，比如2012年春晚就表演了栩栩如生的机器人舞蹈，日本、法国等国科学家和工程师更是推出了具有一定智能的机器人，我国学者也对复辅助机器人、救援机器人、仿生昆虫等展开研究。但这些机器人大都基于电机驱动，结构设计较为复杂、笨重、制作成本高、较难控制，并且在人机界面、柔顺性等方面，与人体、生物具有较大差距。形状记忆合金（Shape Memory Alloy, SMA）是近几十年来发现的一种新型功能材料，具有形状记忆效应。形状记忆合金作为集传感、驱动和执行功能于一体的新型材料，具有重量轻便、结构简单、无噪音、易于控制等特点。常见的形状记忆合金执行器包含SMA丝、SMA弹簧等，其中SMA弹簧相比SMA丝具有变形小，响应速度快等优点。

自世界上第一台机器人诞生以来，机器人经历了示教再现、具备一定感知功能和智能化三个阶段。目前，机器人在工业生产中已经得到广泛地应用，这些机器人大多属于位置固定机器人，如焊接、喷漆机器人，这类机器人位置移动范围有限，只能在结构化环境中开展活动。随时技术的发展，各种应用的需要，出现了移动机器人，如自动导向车、足球机器人及各种类足式机器人等。目前，地面移动机器人的运动方式有轮式、履带式、足式、蠕动式等，其中应用较多的有轮式、履带式、足式机器人。轮式机器人在平坦的硬质地面上运动具有履带式和足式机器人无法比拟的优点，在目前的移动机器人中应用最多。履带式机器人最大的优点是野外作业能力强，它能够在崎岖不平的地形表面上行走，可以在建筑物里执行搜救任务、投掷手榴弹等。轮式、履带式机器人都存在运动方式单一，无法实现对机器人姿态控制的缺陷。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于在提供一种四足仿生昆虫机器人。

本发明通过以下技术方案加以实现：

所述的四足仿生昆虫机器人,包括躯干骨架、仿生肢节、驱动机构、控制系统，其特征在于所述驱动机构包括四组用于驱动仿生肢节的形状记忆合金弹簧，每组形状记忆合金弹簧由第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧及第四弹簧组成，每根形状记忆合金弹簧的两端分别连接设置导线，每根导线的另一端与控制系统连接。

所述的四足仿生昆虫机器人，其特征在于所述躯干骨架包括虫身、连接机构及弹簧固定机构，所述连接机构及弹簧固定机构插接设置在虫身上。

所述的四足仿生昆虫机器人，其特征在于所述连接机构有四个，且对称穿插设置在虫身的两侧。

所述的四足仿生昆虫机器人，其特征在于所述连接机构呈T型，包括水平轴、竖直轴及短轴，所述竖直轴的一端通过三通管A连接设置在水平轴的中部，在水平轴的两端分别设置有三通管B，在竖直轴的另一端通过三通管C连接短轴，所述短轴与仿生肢节的一端配合连接。

所述的一种四足仿生昆虫机器人，其特征在于所述仿生肢节与连接机构相连的一端设置有中空连接件，所述连接件上对称设置与三通管C配合使用的插接孔。

所述的四足仿生昆虫机器人，其特征在于所述弹簧固定机构包括四根长支架及四根短支架，所述长支架和短支架对称分布在虫身上，长支架对称插接设置在虫身的两侧，短支架插接设置在虫身的中部，每根长支架和短支架上均设置有小孔。

所述的四足仿生昆虫机器人，其特征在于所述仿生肢节有四个，虫身前面两个仿生肢节为前足，向前弯，虫身后面两个仿生肢节为后足，向后弯，每个仿生肢节的上端和下端分别设置有连接孔。

所述的四足仿生昆虫机器人，其特征在于所述控制系统为16路继电器控制板，所述16路继电器控制板通过串口与电脑相连。

所述的四足仿生昆虫机器人，其特征在于每组形状记忆合金弹簧的各个弹簧的两端分别通过钓鱼绳与仿生肢节及躯干骨架相连。

本发明模拟昆虫的结构和关节驱动方式，提出采用SMA弹簧驱动的四足仿生昆虫机器人。设计了四足仿生昆虫机械结构，提出控制方法。足式机器人最大的优点是对路况要求不高，在不连续的地形条件下具有很大优势，运动灵活，适应复杂地形的能力强， 四足机器人与双足机器人相比具有更好的稳定性和承载能力，与六足、八足机器人相比机构更简单。