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技术

本发明专利技术公开了一种腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人，包括一个闭链和四或六条开链，闭链是由第一至第八杆顺次连接构成的一个八杆变胞杆机构；第一、五杆的长度相同，第二、八杆长度相同，第三、七杆的长度相同，第四、六杆的长度相同；每条开链的结构相同，每条开链均为一2R串联机构且均分别通过一转动铰链与闭链中一条杆件铰接，每条开链中的各杆位于同一平面内。本发明专利技术将八杆变胞机构应用到多足仿生机器人的腰部，利用变胞机构变构态、变自由度的特性，实现多足仿生机器人腰部变形，从而更好地模仿各类动物的腰部结构，实现对多类动物仿生，集多类动物优点于一身，提高多足仿生机器人的灵活性和对不同地形环境的适应能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于仿生机器人
，涉及一种腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术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，本专利技术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。进一步讲，当第一杆与第二杆夹角为90度、第一杆与第八杆夹角为90度时，所述第七转动铰链的轴线与第八转动铰链的轴线共线。该腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人，驱动第七转动铰链转动一定角度或第八转动铰链转动一定角度或同时驱动第七转动铰链和第八转动铰链转动相同角度可使得第一杆、第二杆、第八杆所在平面围绕第七转动铰链和第八转动铰链所在轴线相对于第三杆、第四杆、第五杆、第六杆、第七杆所在平面旋转；驱动第三转动铰链、第四转动铰链、第五转动铰链和第六转动铰链中的任意一个；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。进一步讲，当第一杆与第二杆夹角为90度、第一杆与第八杆夹角为90度时，所述第七转动铰链的轴线与第八转动铰链的轴线共线。所述第七转动铰链的轴线与第二杆和第三杆的上表面的交线重合，所述第八转动铰链的轴线与第六杆和第八杆的上表面交线重合。当驱动第七转动铰链转动180度或第八转动铰链转动180度或同时驱动第七转动铰链和第八转动铰链转动180度，可使得第一杆的上表面与第五杆的上表面重合，第二杆的上表面与第三杆的上表面、第四杆的上表面重合，第八杆的上表面与第六杆的上表面、第七杆的上表面重合，第一转动铰链的轴线与第三转动铰链的轴线重合，第二转动铰链的轴线与第四转动铰链的轴线重合，位于第二杆的第十一转动铰链的轴线与位于第四杆的第十一转动铰链的轴线重合、位于第六杆的第十一转动铰链的轴线与位于第八杆的第十一转动铰链的轴线重合；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；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。进一步讲，所述第一转动铰链、第三转动铰链平行。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，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。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：由于变胞机构结构特点带来的好处，本专利技术中将变胞机构应用到多足仿生机器人的腰部，利用变胞机构变构态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人，包括一个闭链及四条或六条开链，其特征在于：所述闭链是由顺次连接的第一杆(1)、第二杆(2)、第三杆(3)、第四杆(4)、第五杆(5)、第六杆(6)、第七杆(7)和第八杆(8)所构成的一个八杆变胞机构；第一杆(1)的两端分别通过第一转动铰链(9)和第二转动铰链(10)与第二杆(2)的一端和第八杆(8)的一端相连，第一转动铰链(9)和第二转动铰链(10)的轴线相互平行；第五杆(5)的两端分别通过第三转动铰链(11)和第四转动铰链(12)与第四杆(4)的一端和第六杆(6)的一端相连，第三转动铰链(11)和第四转动铰链(12)的轴线相互平形；所述第一杆(1)和第五杆(5)长度相同，所述第二杆(2)和所述第八杆(8)长度相同，所述第四杆(4)与所述第六杆(6)的长度相同；第三杆(3)的两端分别通过第五转动铰链(13)和第七转动铰链(15)与第四杆(4)的另一端和第二杆(2)的另一端相连，第五转动铰链(13)与第七转动铰链(15)的轴线相互垂直；第七杆(7)的两端分别通过第六转动铰链(14)和第八转动铰链(16)与第六杆(6)的另一端和第八杆(8)的另一端相连，第六转动铰链(14)与第八转动铰链(16)的轴线相互垂直；所述第三杆(3)和第七杆(7)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(17)、第十杆(18)和第十一杆(19)，所述第十杆(18)的两端分别通过第九转动铰链(20)和第十转动铰链(21)与第九杆(17)和第十一杆(19)相连，所述第九转动铰链(20)和第十转动铰链(21)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(17)均分别通过一第十一转动铰链(22)与第二杆(2)、第四杆(4)、第六杆(6)和第八杆(8)转动铰接，四个第十一转动铰链(22)的轴线与第一转动铰链(9)的轴线平行、且落在第九杆(17)、第十杆(18)和第十一杆(19)所在的平面内；开链数目为六条时，六条开链中的第九杆(17)均分别通过一第十一转动铰链(22)与第一杆(1)、第二杆(2)、第四杆(4)、第五杆(5)、第六杆(6)和第八杆(8)转动铰接，六个第十一转动铰链(22)的轴线与第一转动铰链(9)的轴线平行、且落在第九杆(17)、第十杆(18)和第十一杆(19)所在的平面内。...

【技术特征摘要】
1.一种腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人，包括一个闭链及四条或六条开链，其
特征在于：
所述闭链是由顺次连接的第一杆(1)、第二杆(2)、第三杆(3)、第四杆(4)、第五
杆(5)、第六杆(6)、第七杆(7)和第八杆(8)所构成的一个八杆变胞机构；
第一杆(1)的两端分别通过第一转动铰链(9)和第二转动铰链(10)与第二杆(2)
的一端和第八杆(8)的一端相连，第一转动铰链(9)和第二转动铰链(10)的轴线相互
平行；
第五杆(5)的两端分别通过第三转动铰链(11)和第四转动铰链(12)与第四杆(4)
的一端和第六杆(6)的一端相连，第三转动铰链(11)和第四转动铰链(12)的轴线相互
平形；
所述第一杆(1)和第五杆(5)长度相同，所述第二杆(2)和所述第八杆(8)长度
相同，所述第四杆(4)与所述第六杆(6)的长度相同；
第三杆(3)的两端分别通过第五转动铰链(13)和第七转动铰链(15)与第四杆(4)
的另一端和第二杆(2)的另一端相连，第五转动铰链(13)与第七转动铰链(15)的轴线
相互垂直；
第七杆(7)的两端分别通过第六转动铰链(14)和第八转动铰链(16)与第六杆(6)
的另一端和第八杆(8)的另一端相连，第六转动铰链(14)与第八转动铰链(16)的轴线
相互垂直；
所述第三杆(3)和第七杆(7)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(17)、第十杆(18)和第
十一杆(19)，所述第十杆(18)的两端分别通过第九转动铰链(20)和第十转动铰链(21)
与第九杆(17)和第十一杆(19)相连，所述第九转动铰链(20)和第十转动铰链(21)
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(17)均分别通过一第十一转动铰链(22)
与第二杆(2)、第四杆(4)、第六杆(6)和第八杆(8)转动铰接，四个第十一转动铰链
(22)的轴线与第一转动铰链(9)的轴线平行、且落在第九杆(17)、第十杆(18)和第
十一杆(19)所在的平面内；
开链数目为六条时，六条开链中的第九杆(17)均分别通过一第十一转动铰链(22)
与第一杆(1)、第二杆(2)、第四杆(4)、第五杆(5)、第六杆(6)和第八杆(8)转动
铰接，六个第十一转动铰链(22)的轴线与第一转动铰链(9)的轴线平行、且落在第九杆
(17)、第十杆(18)和第十一杆(19)所在的平面内。
2.根据权利要求1所述腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人，其特征在于，当第

\t一杆(1)与第二杆(2)夹角为90度、第一杆(1)与第八杆(8)夹角为90度时，所述
第七转动铰链(15)与第八转动铰链(16)的轴线共线。
3.根据权利要求2所述腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人，其特征在于，所述
第七转动铰链(15)的轴线与第二杆(2)和第三杆(3)的上表面的交线重合，所述第八
转动铰链(16)的轴线与第六杆(6)和第八杆(8)的上表面交线重合；所述第二杆(2)
的长度等于第三杆(3)与第四杆(4)的长度之和；所述第八杆(8)的长度等于第六杆(...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴建生，唐昭，张春松，王清峰，
申请(专利权)人：天津市银河飞跃科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12