新型多足仿生机器蟹制造技术

本发明专利技术公开了一种新型多足仿生机器蟹，其特征在于：关节采用模块化的压簧限位式弹性驱动关节，机械腿采用单步行足结构，腿的布置方式为双排并行布置，有效解决了行走效率低、直线行走困难以及传动关节间隙过大等缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人仿生领域，是结合机械、电子、计算机、控制技术和仿生学为一体的机电一体化设备。
技术介绍
随着国际政治格局、战争形式的变化，在军事侦察、战场攻击、反恐防爆等领域需要大量的无人作战武器；随着人类探索太空，建设航天站、抢险救灾等不适合由人来承担的任务的增加，越来越需要相应的可以代替人类执行任务的机器人，同时新的需求和任务也对机器人的性能提出了更高要求。通过对这些作业环境特点进行研究我们可以发现，不规则和不平坦的非结构环境成为这些作业任务的共同特点，这样就使轮式机器人和履带式机器人的应用受到极大的限制。在这种背景下，腿式机器人的研究成为了各国机器人专家研究的共同目标，而仿生腿式机器人的出现更加显示出腿式机器人的优势。通过分析国内外现状来看，针对双腿、四腿和六腿机器人的研究比较多，但对单腿和八腿机器人的研究相对较少，由于八腿机器人腿数较多，步态的种类也更多，其对地形的适应能力会得到大幅度的提升，但是其协调和控制的复杂程度也大大增加。目前的仿生机器蟹存在行走效率低、直线行走困难以及传动关节间隙过大等缺点。针对这些问题本专利技术提出了一种新型设计方案，设计的新型模块化驱动关节的传动效率得到了很大提高，机器人的承载能力更强，同时新的单步行足结构设计方案以及各腿的分布方式使其在仿生学上更接近仿生对象，达到了仿生的目的。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种多足仿生机器蟹。新型多足仿生机器蟹完全采用模块化结构，包括八条模块化步行足，底板、控制器等部分，每条腿都由三个模块化驱动关节组成。其驱动关节模块具有互换性，降低了机器人的维修成本，机器人的零件在保证足够强度条件下尽量减轻了重量，其腿节的关节比例通过虚拟样机仿真确定了其最佳结构尺寸。与现有技术相比，新型多足仿生机器蟹在结构设计方案上有以下几个特色：1．新型模块化驱动关节：本文针对在进行第五型仿生机器蟹的行走实验存在的驱动关节传动效率低、传动间隙大等缺点，设计了新型减速箱结构，该结构不但解决了蜗轮蜗杆的轴向力过大，导致将电机轴拔出等现象，还使减速箱的装配和拆卸更加容易，在最大程度上减小了在维修拆卸时对电机及蜗轮蜗杆造成的破环。2．单步行足的结构方案更加符合仿生学原理：在前人对步行足腿节关节比例对机器人轻动性、灵活性的性能影响的研究基础上，确定了最佳设计参数，确定的腿节比例与生物原型的比例相类似，新型关节连接板的设计为实现腿节比例提供了条件。新型的单步行足达到了仿生学的目的，而且具备了与整机质量相适应的刚性和承载能力。3．各腿的布置方式使其更适合横向行走：为了使机器人在横向行走时各步行足的有效分力实现最大化的目的，我们提出了星型分部和双排并行布置两种安装方式，并针对其在运动中的受力进行了分析，分析表明采用双排并行布置的安装方式能够使机器人有效的利用各步行足的驱动力，同时兼顾了机器人的灵活性。4.压簧限位式弹性驱动关节。目前大多数机器人采用刚性腿结构，关节之间没有很好的弹性，这样当机器人在非结构环境中高速动态行走时，摆动腿在落地时会对地面产生瞬间的冲击力，造成各关节的剧烈振动，所产生的能量通过机器人的刚性结构传递到机器人的驱动器中，会对其产生严重破环。针对以上问题，在原有的模块化驱动关节的基础上我们设计了一个压簧限位式弹性驱动关节。附图说明图1是压簧限位式弹性驱动关节模块的立体图；图2是新型多足仿生机器蟹的仿生布局图。具体实施方式新型多足仿生机器蟹，其承载能力和运动性能更高，步行足腿节关节比例的设置使其更接近仿生对象。设计的弹性驱动关节有效地减小了在非结构环境中动态行走时关节受到的冲击力，实现了结构仿生。1.模块化驱动关节的具体实施方式。针对机器蟹驱动关节传动效率低、传动间隙大等缺点，设计了模块化驱动关节。每一个模块化传动关节都是由一个直流伺服电机经蜗轮蜗杆减速机构输出扭矩，传动机构采用蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆的自锁特性使机器人即使在断电情况下也能保持固定姿态，蜗轮蜗杆减速箱前端的可调端盖结构解决了蜗轮蜗杆对电机轴的轴向力过大的问题，有效的保护了电机。2.单步行足结构的具体实施方式。在对海蟹长期的观测分析基础上，将彼此相对运动比较小的关节简化，最后将仿生机器蟹的腿部结构简化为四个关节：根节、股节、胫节和指节，其中胫节和指节之间没有相对运动。最终通过腿部关节比例的确定，腿部关节连接板的设计和弹性足尖的设计，设计出完整的单步行足结构。新型的单步行足达到了仿生学的目的，而且具备了与整机质量相适应的刚性和承载能力。3. 各腿布置方式的具体实施。仿生机器蟹的运动是依靠腿部末端和地面之间的摩擦力来产生的，由于仿生机器蟹的运动是横向运动，地面对足尖的反作用力只有横向分力才是有效作用力。为了使其有效分力最大化，新型仿生机器蟹的各腿呈平行对称布置。理想情况下，腿部产生的力可以完全转换为机器人在行走方向上的有效作用力，提高了机器人的效率，降低了能耗。4. 压簧限位式弹性驱动关节的具体实施方式。针对刚性腿结构的缺点，在原有的模块化驱动关节的基础上我们设计了一个压簧限位式弹性驱动关节。每一个模块化传动结构都由一个伺服电机经减速器减速驱动，传动机构采用蜗轮蜗杆机构，使输入、输出轴线正交，并具有自锁和可调特性，蜗轮输出块将蜗轮的运动通过四个压簧传递到关节输出件上。这种驱动关节是一种新的高效率、小型化、模块化、具有仿生特征的弹性驱动传动方式，为设计一种性能可靠、体积小巧、在高速行走时具有小范围关节缓冲能力的多足机器人提供技术基础。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型多足仿生机器蟹，其特征在于：关节采用模块化的压簧限位式弹性驱动关节，机械腿采用单步行足结构，腿的布置方式为双排并行布置。

【技术特征摘要】
1.一种新型多足仿生机器蟹，其特征在于：关节采用模块化的压簧限位式弹性驱动关节，机械腿采用单步行足结构，腿的布置方式为双排并行布置。
2.根据权利要求1所述新型多足仿生机器蟹，其特征在于，通过模块化的压簧限位式弹性驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝恒，
申请(专利权)人：孙宝恒，
类型：发明
国别省市：辽宁;21