專(zhuān)利名稱(chēng)：機(jī)械螃蟹的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種機(jī)械螃蟹，屬于機(jī)器人領(lǐng)域，可以充當(dāng)偵察設(shè)備、武器系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)的載體，代替人進(jìn)入某些特殊環(huán)境，完成軍事、民用等方面的任務(wù)。
背景技術(shù)：
自二十世紀(jì)六七十年代起，各國(guó)在軍用機(jī)器人的研制和開(kāi)發(fā)中都投入了大量的人力、物力；微型仿生機(jī)器人以其隱蔽性強(qiáng)、功耗小、行動(dòng)靈活、成本低廉、便于大量部署等優(yōu)點(diǎn)而得到人們的普遍關(guān)注。其中一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)是它們的行走機(jī)構(gòu)。目前開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)源大致包括電機(jī)、氣壓、液壓、壓電陶瓷、超導(dǎo)材料、形狀記憶合金、可伸縮聚合體等等；而傳動(dòng)方式包括直接傳動(dòng)、齒輪副、繩輪副、鏈輪副、蝸輪副等或是它們的組合；驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)方式的多樣性使仿生機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)千變?nèi)f化、各有千秋。例如，德國(guó)FZI(ForchungszentrumInformatic)研制的Lauron系列六足仿生機(jī)械是由24伏直流伺服電機(jī)經(jīng)帶輪減速后驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)和肢體；德國(guó)Munich Technical University研制的TUM六足仿生機(jī)械的抬腿關(guān)節(jié)是由直流電機(jī)經(jīng)諧波齒輪減速后驅(qū)動(dòng)；DARPA資助的高機(jī)動(dòng)性六足機(jī)械蟑螂是由微型氣缸驅(qū)動(dòng)24個(gè)關(guān)節(jié)，使之具有行走和跳躍的能力；美國(guó)海軍研制的八足機(jī)器龍蝦的每條腿有3個(gè)基本關(guān)節(jié)，采用肌肉型驅(qū)動(dòng)器(即用形狀記憶合金鎳鈦諾制做的力可恢復(fù)型人造肌肉)；德國(guó)AIS在DARPA的資助下研制了一種以蝎子為生物原型的八足仿生機(jī)械，每足3個(gè)自由度，每個(gè)關(guān)節(jié)由直流電機(jī)經(jīng)大傳動(dòng)比齒輪副驅(qū)動(dòng)。
但目前尚未見(jiàn)到有關(guān)可以橫向行走的機(jī)械螃蟹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是公開(kāi)一種機(jī)械螃蟹的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在單片機(jī)的控制下可前行、橫行和避障，而橫向行走是機(jī)械螃蟹的運(yùn)動(dòng)特色。
機(jī)械螃蟹是具有結(jié)構(gòu)相同的8條腿，每條腿上又有結(jié)構(gòu)相同的3個(gè)關(guān)節(jié)的微型仿生機(jī)械。驅(qū)動(dòng)源為直流伺服電機(jī)并經(jīng)減速器減速，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用螺旋傘齒輪副，滿(mǎn)足了輸入、輸出軸線(xiàn)正交、傳動(dòng)簡(jiǎn)潔、可靠的要求。
機(jī)械螃蟹包括軀干、8條腿和膠質(zhì)護(hù)套3大部分，其中8條腿各自單獨(dú)與平板式軀干相連；軀干上裝有作為機(jī)械螃蟹控制中心的控制器(對(duì)于遙控機(jī)械螃蟹，尚需裝有無(wú)線(xiàn)接收裝置)；每條腿由基關(guān)節(jié)、上肢體、下肢體三部分組成，每一部分都接收相應(yīng)的控制單元發(fā)來(lái)的指令并實(shí)現(xiàn)指定動(dòng)作；整個(gè)裝置用膠質(zhì)護(hù)套包裹起來(lái)，以確保機(jī)械螃蟹可在兩棲環(huán)境中正常運(yùn)行。
基關(guān)節(jié)由帶減速器的可控微型直流電機(jī)、支架、曲柄組成。其中直流電機(jī)借助端部法蘭鉛垂固定在作為軀體的平板的上表面，直流電機(jī)的軸頭穿過(guò)平板式軀干和固定在其下表面的槽鋼形支架側(cè)邊上的透孔與插入支架內(nèi)的曲柄的端部透孔鍵連接，而曲柄的另一端借助傘齒輪副與上肢體的端部相連。于是，當(dāng)直流電機(jī)往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)曲柄和上肢體繞與軀體平板垂直的軸往復(fù)擺動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)整體的前行或后退。
上肢體是一根帶有U型頭的筒形桿件，并借助筒壁上延伸出的短桿固裝一個(gè)彎曲的叉形件；驅(qū)動(dòng)它的直流電機(jī)沿其軸線(xiàn)固定在筒形桿件一端，而電機(jī)軸頭穿過(guò)U型頭頂部的透孔，并借助其上固裝的傘齒輪與曲柄端部的傘齒輪組成一對(duì)嚙合副，而后一個(gè)傘齒輪又借助一短軸與曲柄鍵連接成一體。U型頭內(nèi)的傘齒輪副在功能上起到髖關(guān)節(jié)的作用。傘齒輪副用于改變傳動(dòng)方向。于是，當(dāng)上肢體上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，借助軸頭上的傘齒輪迫使自身繞U型頭內(nèi)曲柄端孔內(nèi)的軸和傘齒輪做行星輪運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)上肢體相對(duì)于驅(qū)干在鉛垂平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)(即上肢體的抬落)。
下肢體的結(jié)構(gòu)與上肢體類(lèi)似，也是一根帶有U型頭的筒形桿件，其中的U型頭端與上肢體端部的彎曲叉形件相連，而另一端插裝一根足桿。驅(qū)動(dòng)它運(yùn)動(dòng)的直流電機(jī)沿其軸線(xiàn)固定在筒形桿件內(nèi)，而電機(jī)軸頭穿過(guò)U型頭頂部的透孔，并借助其上固裝的傘齒輪與彎曲叉形件上的傘齒輪組成一對(duì)嚙合副，而后一個(gè)傘齒輪又借助一短軸與彎曲叉形件端部鍵連接成一體。U型頭內(nèi)的傘齒輪副在功能上起到膝關(guān)節(jié)的作用。于是，當(dāng)下肢體上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，借助軸頭上的傘齒輪迫使自身繞U型頭內(nèi)曲柄端孔內(nèi)的軸和傘齒輪做行星輪運(yùn)動(dòng)，即下肢體相對(duì)于上肢體在鉛垂平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)(即下肢體的抬落)。下肢體的下部固裝一根足桿。
機(jī)器螃蟹的8條步行腿均布在平板式軀干的兩側(cè)，由單片機(jī)組成的控制中心裝在軀干平板上。
在機(jī)械螃蟹中心控制器中存儲(chǔ)了針對(duì)不同步態(tài)行走的指令，其中包括前行、橫行和避障指令。當(dāng)讓機(jī)器人按照某一步態(tài)行走時(shí)，通過(guò)遙控裝置將與不同行走方式對(duì)應(yīng)的指令序號(hào)發(fā)給中心控制器，并經(jīng)中心控制器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)指令串分別控制8條腿上24個(gè)電機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)作。而實(shí)現(xiàn)各種行走的關(guān)鍵在于左右兩側(cè)、相間肢體上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一側(cè)兩足抬起、另側(cè)兩足蹬地并有序輪換地進(jìn)行。為了感知行進(jìn)中遇到的障礙物，每條腿上需安裝傳感器，并將信號(hào)發(fā)給中心控制器，中心控制器會(huì)調(diào)用相應(yīng)的指令，改變預(yù)設(shè)定的肢體擺角，使腿跨過(guò)障礙。
整個(gè)機(jī)器人具有體積小、動(dòng)作靈敏、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1機(jī)械螃蟹單個(gè)肢體結(jié)構(gòu)示意圖圖2機(jī)械螃蟹整體結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面給出本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，并結(jié)合附圖加以說(shuō)明。
如圖2所示，機(jī)械螃蟹包括軀干00、8條腿(1，2，3，4，5，6，7，8)和膠質(zhì)護(hù)套(圖中未畫(huà)出)3大部分，軀干00上裝有作為機(jī)械螃蟹控制中心的控制器9(對(duì)于遙控機(jī)械螃蟹，尚需裝有無(wú)線(xiàn)接收裝置)；每條腿由基關(guān)節(jié)、上肢體、下肢體三部分組成，每一部分都接收相應(yīng)的控制單元發(fā)來(lái)的指令并實(shí)現(xiàn)指定動(dòng)作；整個(gè)裝置用膠質(zhì)護(hù)套包裹起來(lái)，以確保機(jī)械螃蟹可在兩棲環(huán)境中正常運(yùn)行。
如圖1所示，以腿1為例，基關(guān)節(jié)由帶減速器的可控微型直流電機(jī)11、支架12、曲柄13組成。其中直流電機(jī)11借助端部法蘭鉛垂固定在平板式軀干00的上表面。直流電機(jī)11的軸頭穿過(guò)平板式軀干00和固定在其下表面的槽鋼形支架12側(cè)邊上的透孔與插入支架12內(nèi)的曲柄13的端部透孔鍵連接。而曲柄13的另一端借助傘齒輪副22與上肢體相連。于是，當(dāng)直流電機(jī)11往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)曲柄13和上肢體繞與平板式軀干00垂直的軸線(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)整體的前行或后退。
上肢體是一根帶有U型頭的筒形桿件23，并借助筒壁上延伸出的短桿固裝一個(gè)彎曲的叉形件；驅(qū)動(dòng)它的直流電機(jī)沿其軸線(xiàn)固定在桿件23上，而電機(jī)21軸頭穿過(guò)U型頭底部的透孔，并借助其上固裝的傘齒輪與曲柄13端部的傘齒輪組成一對(duì)嚙合副22，而后一個(gè)傘齒輪是借助一短軸與曲柄13鍵連接成一體。U型頭內(nèi)的傘齒輪副22在功能上起到髖關(guān)節(jié)的作用。傘齒輪副22用于改變傳動(dòng)方向。于是，當(dāng)上肢體上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)21轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，借助軸頭上的傘齒輪迫使自身繞U型頭內(nèi)曲柄端部的軸和傘齒輪做行星輪運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)上肢體相對(duì)于驅(qū)干00在鉛垂平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)(即上肢體的抬落)。
下肢體的結(jié)構(gòu)與上肢體類(lèi)似，也是一根帶有U型頭的筒形桿件31，其中的U型頭端與上肢體端部的彎曲叉形件相連，而另一端插裝一根足桿34。驅(qū)動(dòng)它運(yùn)動(dòng)的直流電機(jī)32沿其軸線(xiàn)固定在筒形桿件31內(nèi)，而電機(jī)32的軸頭穿過(guò)U型頭底部的透孔，并借助其上固裝的傘齒輪與上肢體端部的傘齒輪組成一對(duì)嚙合副33，而后一個(gè)傘齒輪是借助一短軸與彎曲叉形件端部鍵連接成一體。U型頭內(nèi)的傘齒輪副33在功能上起到膝關(guān)節(jié)的作用。于是，當(dāng)下肢體上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)32轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，借助軸頭上的傘齒輪迫使自身繞U型頭內(nèi)上肢體端部和傘齒輪做行星輪運(yùn)動(dòng)，即下肢體相對(duì)于上肢體在鉛垂平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)(即下肢體的抬落)。
全部帶減速器的直流伺服電機(jī)均采用瑞士MAXON公司生產(chǎn)的RE-MAX13型直流伺服電機(jī)。機(jī)器螃蟹的8條步行腿均布在平板式軀干00的兩側(cè)，由單片機(jī)組成的控制中心9裝在軀干平板00上。
現(xiàn)以機(jī)械螃蟹特有的橫向行走為例說(shuō)明其動(dòng)作原理。
中心控制器9接收遙控裝置發(fā)來(lái)的指令序號(hào)，經(jīng)中心控制器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)指令串分別控制8條腿上24個(gè)電機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)作。發(fā)布動(dòng)作指令后，步行腿2，4上的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)電機(jī)正轉(zhuǎn)某一個(gè)角度，實(shí)現(xiàn)了上肢體相對(duì)基關(guān)節(jié)，下肢體相對(duì)上肢體的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度；6，7腿上的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)電機(jī)逆轉(zhuǎn)某一個(gè)角度，實(shí)現(xiàn)了上肢體相對(duì)基關(guān)節(jié)，下肢體相對(duì)上肢體的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。繼而2，4，6，7腿的足尖抬起。此時(shí)1，3腿的膝關(guān)節(jié)電機(jī)逆轉(zhuǎn)，使下肢體相對(duì)上肢體逆時(shí)針擺動(dòng)；5，8的膝關(guān)節(jié)正轉(zhuǎn)，使下肢體相對(duì)上肢體順時(shí)針擺動(dòng)。繼而1，3，5，8腿的足桿尖蹬地，處于支撐狀態(tài)。待2，4，6，7腿上的關(guān)節(jié)到達(dá)指令預(yù)設(shè)定的位置后，被抬起的腿上的關(guān)節(jié)電機(jī)按與抬腿時(shí)相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使2，4，6，7腿的足桿尖落地，四個(gè)足尖均落地后，其余1，3，5，8腿上相應(yīng)關(guān)節(jié)執(zhí)行如前所述的抬腿動(dòng)作，繼而完成了行走一步的動(dòng)作。前述動(dòng)作的循環(huán)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械螃蟹的橫行。
為了感知行進(jìn)中遇到的障礙物，每條腿上需安裝傳感器，并將信號(hào)發(fā)給中心控制器，中心控制器會(huì)調(diào)用相應(yīng)的指令，改變預(yù)設(shè)定的關(guān)節(jié)擺角，使腿跨過(guò)障礙。
本實(shí)用新型可前行、橫行和避障，而橫向行走是機(jī)械螃蟹的運(yùn)動(dòng)特色。
整個(gè)機(jī)器人具有體積小、動(dòng)作靈敏、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種機(jī)械螃蟹，其特征在于它包括軀干(00)、8條腿(1，2，3，4，5，6，7，8)和膠質(zhì)護(hù)套3大部分，軀干(00)上裝有作為機(jī)械螃蟹控制中心的控制器(9)；每條腿由基關(guān)節(jié)、上肢體、下肢體三部分組成；整個(gè)裝置用膠質(zhì)護(hù)套包裹起來(lái)。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械螃蟹，其特征在于每條腿的基關(guān)節(jié)由帶減速器的可控微型直流電機(jī)(11)、支架(12)、曲柄(13)組成；其中直流電機(jī)(11)借助端部法蘭垂直固定在平板式軀干(00)的上表面；直流電機(jī)(11)的軸頭穿過(guò)平板式軀干(00)和固定在其下表面的槽鋼形支架(12)側(cè)邊上的透孔與插入支架(12)內(nèi)的曲柄(13)的端部透孔鍵連接；而曲柄(13)的另一端借助傘齒輪副(22)與上肢體相連；上肢體和下肢體具有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，均具有一根帶有U型頭的筒形桿件(23，31)，驅(qū)動(dòng)它們的直流伺服電機(jī)(21，32)沿其軸線(xiàn)固定其內(nèi)，而電機(jī)(21，32)的軸頭穿過(guò)U型頭底部的透孔，并借助其上固裝的傘齒輪分別與曲柄(13)端部的傘齒輪以及上肢體端部的傘齒輪組成兩對(duì)傘齒輪副(22，33)；足桿(34)插裝在下肢體的筒形桿件(31)上。
專(zhuān)利摘要一種機(jī)械螃蟹，屬于機(jī)器人領(lǐng)域，在單片機(jī)的控制下可前行、橫行和避障，而橫向行走是機(jī)械螃蟹的運(yùn)動(dòng)特色。它可以充當(dāng)偵察設(shè)備、武器系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)的載體，代替人進(jìn)入某些特殊環(huán)境，完成軍事、民用等方面的任務(wù)，機(jī)械螃蟹包括軀干、8條腿和膠質(zhì)護(hù)套3大部分，每條腿由基關(guān)節(jié)、上肢體、下肢體三部分組成，每條腿上的3臺(tái)直流伺服電機(jī)借助傘齒輪副并接收相應(yīng)的控制單元發(fā)來(lái)的指令實(shí)現(xiàn)指定動(dòng)作。螺旋傘齒輪副滿(mǎn)足了輸入、輸出軸線(xiàn)正交、傳動(dòng)簡(jiǎn)潔、可靠的要求；整個(gè)機(jī)器人具有體積小、動(dòng)作靈敏、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B62D57/032GK2827822SQ200520021668
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者王立權(quán), 陳東良, 孟慶鑫, 張玲 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)