[发明专利]一种非结构化环境下的仿生蟑螂特种机器人

说明书

本发明公开了一种非结构化环境下的仿生蟑螂特种机器人，该机器人分为四个部分：外壳、控制装置、机械机构以及摄像头模块。外壳、控制装置、机械机构以及摄像头模块相互协同配合，实现机器人在特种环境下的作业功能。控制装置作为整个机器人的核心，通过控制电机进而控制机器人的行走步态及速度，机器人的行走步态一方面决定与电机转动的角速度，另一方面还决定于其独特的腿部机械结构，在电机转轴的带动下，六足结构相互配合，完成不同速度的行走，转向及翻越障碍的功能，从而完成特种作业。本发明利用自身快速性、灵活性、小巧的特点在非结构化地形中进行特种作业，可通过配置摄像头回传所观察的图像。

技术领域

本发明涉及多足机器人，尤其涉及一种仿生蟑螂机器人，属于仿生机械设计技术领域。

背景技术

灾后的灾区环境极其不稳定，很有可能因为余震而导致二次坍塌，威胁到救援人员的生命安全，因此，为了保证救援人员的生命安全，我们需要开发能够替代救援人员进入到废墟进行搜索的机器人。

目前已经应用的救援机器人往往体型较大，十分笨重，无法穿越狭小缝隙，进入到废墟内部，解救深埋人员。并且其中一些履带式的机器行动速度和敏捷程度受到不同程度的限制，延长了搜救的工作时间，不利于在“黄金72”小时内尽可能地搜救被困人员。

仿生蟑螂机器人往往具有奔跑速度快、运动灵活、生存能力强、能穿越狭窄缝隙的特点。据此设计出的仿生蟑螂六足机器人可以在离散的非连续性崎岖的地面环境中作业。仿生蟑螂机器人的足式结构可以使得其拥有灵活的运动能力；较小的体积有利于其穿越狭窄的缝隙；六足的设计使得机器人在恶劣环境中能够更好地生存，且行走时的稳定性更高。具有这些优点使得该机器人不仅仅可以应用于灾区救援，还可以应用于辅助探查路况、狭窄区域寻找目标物等等。

目前已经发明的蟑螂机器人往往侧重于研究从结构上更好地模仿六足昆虫，而并非针对特定的场景及应用进行设计，如“一种基于双四连杆机构的仿生蟑螂机器人”，针对于仿生蟑螂的腿部运动设计了双四连杆的运动方式，但没有对机器人的整体进行设计，不具有具体的实际功能，并且该机器人的腿部运动方式使得机器人无法像蟑螂一样快速移动。

基于此，本发明制作了一种仿生蟑螂的机器人。在机械结构方面，其腿部应用的四连杆结构使得该机器人拥有了腿部急回特性，且运动轨迹保持在同一个平面内，使得该机器人拥有更快的奔跑速度，并且可以自行选择从动杆的长度，以此来适应不同低矮缝隙的需求。机身采用分离式设计以满足不同足数的需要。为了缩小机器人体积，在电器气控制方面，采用了控制器、驱动、电源模块一体化的集成设计。安装可以实时回传图像的摄像头，并在摄像头中加入可以进行人像检测、物体检测的算法。并且为了更精准地控制每条腿的步态，使用了六个带编码器和齿轮箱的电机进行分别控制。

发明内容

本发明仿生了蟑螂制作了一种可以应用于非结构环境下的特种作业，尤其是灾区救援的机器人，其拥有替代人类进入狭小空间并进行快速搜索的能力。

本发明所采用的技术方案可参照图1，一种非结构化环境下的仿生蟑螂特种机器人，该机器人分为四个部分：外壳、控制装置、机械机构以及摄像头模块。

外壳、控制装置、机械机构以及摄像头模块相互协同配合，实现机器人在特种环境下的作业功能。第一外壳(1)及第二外壳(6)作为搭载其余模块的载体，起到支撑、保护内部模块的作用。控制装置(2)作为整个机器人的核心，通过控制电机(3)进而控制机器人的行走步态及速度，机器人的行走步态一方面决定与电机(3)转动的角速度，另一方面还决定于其独特的腿部机械结构(5)，在电机转轴的带动下，六足结构相互配合，完成不同速度的行走，转向及翻越障碍的功能，从而完成特种作业，并且实时回传至PC端，保证机器人有条不紊工作。同时，控制系统(2)也为摄像头模块(7)供电，保证其独立工作。