專利名稱：一種六足螞蟻機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種六足螞蟻機(jī)器人，屬于足式機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
嫦娥登月計(jì)劃已經(jīng)啟動(dòng)了，但是我們的月球機(jī)器人在何處呢？對(duì)月球更多的研究我們不得不讓登月機(jī)器人來(lái)面對(duì)在月球或太空中搬運(yùn)、組裝、維修、檢查、處理有害對(duì)象、 補(bǔ)充燃料等，因此急需許多先進(jìn)登月機(jī)器人完成各種特殊任務(wù)。因此它的機(jī)械系統(tǒng)也非常特殊。傳統(tǒng)的登月機(jī)器人是輪式機(jī)器人，這種機(jī)器人在低重力的環(huán)境下，完成前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡、取物、采樣，翻轉(zhuǎn)、爬越、繞過(guò)障礙物或上階梯等基本功能都有很大的局限性?，F(xiàn)行的解決方法是在輪上裝上履帶，但是這類機(jī)器人仍然有很大的局限性。 本發(fā)明仿效螞蟻步行姿態(tài)，其步態(tài)說(shuō)明如下，見(jiàn)圖1 1)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，2、4、6號(hào)腿抬起準(zhǔn)備向前擺動(dòng)，1、3、5處于支撐狀態(tài)2)前進(jìn)時(shí)，2、4、6向前跨步，1、3、5 —面支撐機(jī)器人本體，一面驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體，向前運(yùn)動(dòng)一個(gè)半步長(zhǎng)s3)機(jī)體移動(dòng)到位時(shí)，2、4、6立即放下，呈支撐態(tài)，使機(jī)器人的重心位置處于2、4、6 三條支撐腿所構(gòu)成的三角形穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，1、3、5已抬起并準(zhǔn)備向前跨步4)繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，1、3、5向前跨步，2、4、6 —面支撐機(jī)器人本體，一面驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體，向前運(yùn)動(dòng)一個(gè)半步長(zhǎng)s5)周而復(fù)始，不斷從步態(tài)(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(a)循環(huán)往復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn) 用單一電機(jī)實(shí)現(xiàn)仿螞蟻的六足穩(wěn)健行進(jìn)。巧妙的利用四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)三足互換交替行進(jìn)。 在螞蟻的穩(wěn)健行走的基礎(chǔ)上，我們將賦予其更多的功能。我們計(jì)劃通過(guò)單片機(jī)的運(yùn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)螞蟻觸角判別方向的功能，以及通過(guò)聲控和光控裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)螞蟻機(jī)器人對(duì)聲音與光的感應(yīng)。粗略的說(shuō)就是設(shè)計(jì)一個(gè)棘輪機(jī)構(gòu)使得電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)六足同時(shí)向前行進(jìn)，反轉(zhuǎn)時(shí)某一個(gè)單側(cè)三腿行進(jìn)。當(dāng)沒(méi)碰上障礙時(shí)，螞蟻正常的向前六足行進(jìn)。我們還希望能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能當(dāng)觸角碰上障礙時(shí)，觸動(dòng)開(kāi)關(guān)，通過(guò)單片機(jī)的控制使其只有某個(gè)單側(cè)運(yùn)動(dòng)， 這樣螞蟻就改變了其行進(jìn)方向，成功的實(shí)現(xiàn)了避障的功能。裝上聲控及光控元件后，通過(guò)單片機(jī)的控制，螞蟻就能對(duì)聲音和光做出一系列的反應(yīng)了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種六足螞蟻機(jī)器人，它是由六足機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、頭部機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)四個(gè)部分組成，它們之間的位置連接關(guān)系、信號(hào)走向是其頭部機(jī)構(gòu)位于機(jī)器人前端，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相當(dāng)于機(jī)器人的“身體驅(qū)干”，處于中間位置；六足機(jī)構(gòu)位于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩側(cè)，控制結(jié)構(gòu)位于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部，由控制機(jī)構(gòu)給信號(hào)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)力的輸出，頭部機(jī)構(gòu)和六足機(jī)構(gòu)來(lái)輸出機(jī)器人的動(dòng)作。
所述六足機(jī)構(gòu)是為了解決機(jī)器人的步態(tài)問(wèn)題，使機(jī)器人通過(guò)一個(gè)電機(jī)的帶動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)仿效螞蟻的六足步態(tài)，其結(jié)構(gòu)圖如圖2，其整體結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)模式如圖3，它由六足(圖 4)、偏心輪、連桿和橫梁(圖幻組成。其間位置連接關(guān)系是橫梁與六足的前、后足的中孔連接，連桿的一頭與六足的前、后足的頂孔連接，另一頭與六足的中足的中孔連接；偏心輪固接在橫梁上；偏心輪上有一沉孔用于裝配軸承；該六足是圓弧形板式結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖4，其上設(shè)置有3個(gè)連接用孔；該偏心輪是圓弧形板料結(jié)構(gòu)；該連桿是頭部呈半圓形的矩形板料，其半圓形頭部設(shè)置有連接用孔；該橫梁是頭部呈半圓形的矩形板料，見(jiàn)圖5，其上設(shè)置有圓孔和溝槽，便于橫梁與其它件的連接和固定。其配合的運(yùn)動(dòng)的方案為左右兩側(cè)的中足時(shí)刻保持在360°的角度，這樣就能使螞蟻的行走協(xié)調(diào)。為了實(shí)現(xiàn)兩側(cè)中足的角度差，我們采用了偏心輪的方案。這樣就變成了左右兩側(cè)偏心輪的輪軸保持在360°的角度差。在向某一側(cè)轉(zhuǎn)向時(shí)，必須使一側(cè)停轉(zhuǎn)，一側(cè)運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)向之后，兩側(cè)偏心輪必須又處于相對(duì)位置。同一側(cè)的前足和后足與中足總是保持相反的行進(jìn)方向。所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是為了解決六足螞蟻機(jī)器人的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等步行方式而設(shè)計(jì)的，通過(guò)它，能使一個(gè)電機(jī)的輸出的力驅(qū)動(dòng)六條足的運(yùn)動(dòng)，加之六足機(jī)構(gòu)的配合使之變成仿效螞蟻的步行方式。見(jiàn)圖8，它由減速電機(jī)、電磁離合器、棘輪機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)桿、傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)軸和固定環(huán)幾部分組成，其間位置連接關(guān)系是減速電機(jī)與傳動(dòng)齒輪連接；傳動(dòng)齒輪固定在傳動(dòng)桿上，傳動(dòng)桿上裝配有三個(gè)電磁離合器；每個(gè)電磁離合器與一個(gè)傳動(dòng)齒輪配合；每個(gè)傳動(dòng)齒輪固定在一段傳動(dòng)軸上；三段傳動(dòng)軸之間用棘輪機(jī)構(gòu)配合；三段傳動(dòng)軸用四個(gè)固定環(huán)固定在一致的水平位置。該減速電機(jī)的規(guī)格為DC-MV，rpm-50。該電磁離合器的結(jié)構(gòu)如圖6所示，它主要由激磁線圈、鐵芯、銜鐵、摩擦片及連接件組成，一般采用直流24V作為供電電源。主動(dòng)軸1的花鍵軸端，裝有主動(dòng)摩擦片2，它可以沿軸向自由移動(dòng)，因系花鍵連接，將隨主動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。從動(dòng)摩擦片3與主動(dòng)摩擦片2交替裝疊，其外緣凸起部分卡在與從動(dòng)齒輪4固定在一起的套筒5內(nèi)，因而從動(dòng)摩擦片可以隨同從動(dòng)齒輪，在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)它可以不轉(zhuǎn)。當(dāng)激磁線圈6通電后，將摩擦片吸向鐵芯7，銜鐵8 也被吸住，緊緊壓住各摩擦片。依靠主、從動(dòng)摩擦片之間的摩擦力，使從動(dòng)齒輪隨主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈斷電時(shí)，裝在內(nèi)外摩擦片之間的圈狀彈簧使銜鐵和摩擦片復(fù)原，離合器即失去傳遞力矩的作用。線圈一端通過(guò)電刷和滑環(huán)9輸入直流電，另一端可接地。電磁離合器是一種自動(dòng)化執(zhí)行元件，它利用電磁力的作用來(lái)傳遞或中止機(jī)械傳動(dòng)中的扭矩。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，分為摩擦片式電磁離合器、牙嵌式電磁器、磁粉式電磁器和渦流式電磁離合器等。該棘輪機(jī)構(gòu)如圖7示，它是圓筒對(duì)應(yīng)相切結(jié)構(gòu)，當(dāng)上側(cè)軸順時(shí)針?lè)较?從上往下看)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)下側(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)上側(cè)軸逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，下側(cè)軸不隨上側(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖8所示，零件名稱及功能詳述如下序號(hào)10 —個(gè)24V減速電機(jī)，通過(guò)電信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)。序號(hào)11 三個(gè)上、中、下電磁離合器，加上MV電壓，齒輪與主動(dòng)部分吸合，此時(shí)齒輪隨著1軸轉(zhuǎn)。序號(hào)12 三根分開(kāi)的傳動(dòng)軸，這三根傳動(dòng)軸分別和三個(gè)齒輪配合，三根傳動(dòng)軸之間由兩個(gè)棘輪機(jī)構(gòu)13相配合。結(jié)合起來(lái)說(shuō)就是假如要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，中間11號(hào)電磁離合器吸合，
5中間12號(hào)傳動(dòng)軸前轉(zhuǎn)，通過(guò)棘輪機(jī)構(gòu)卡死左右兩側(cè)傳動(dòng)軸使得左右兩側(cè)的偏心輪16恰恰好在相差360°的位置一起轉(zhuǎn)動(dòng)。假如需要機(jī)器人左前轉(zhuǎn)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，下側(cè)11號(hào)電磁離合器吸合，下傳動(dòng)軸正轉(zhuǎn)，此時(shí)由于棘機(jī)構(gòu)處于落扣狀態(tài)，中間及上傳動(dòng)軸不隨下傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)，所以此時(shí)只有上側(cè)三條腿運(yùn)動(dòng)，各種狀態(tài)依次類推。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)表
下離合器吸合中離合器吸合上離合器吸合電機(jī)正轉(zhuǎn)左前轉(zhuǎn)前進(jìn)右前轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)左后轉(zhuǎn)后退右后轉(zhuǎn)該中間部分的傳動(dòng)桿是直徑為6mm，長(zhǎng)度為84mm的圓桿，左右兩側(cè)傳動(dòng)桿的長(zhǎng)度為11mm，直徑為4mm的圓桿用于配合軸承，利于桿的轉(zhuǎn)動(dòng)。該傳動(dòng)齒輪是普通圓柱直齒輪，其厚度為5mm，外齒直徑為26. 85mm，中間通孔為 6mm的齒輪，齒輪外側(cè)有一凸臺(tái)，凸臺(tái)徑向有一螺紋孔，用于緊固齒輪和傳動(dòng)桿，使之牢固配
I=I ο該傳動(dòng)軸是普通圓軸，軸的外側(cè)有長(zhǎng)度為15mm直徑為4mm的圓桿，用于配合軸承和偏心輪，軸的內(nèi)側(cè)有一正方形方桿，用于配合棘輪，使之與棘輪處于卡死狀態(tài)。該固定環(huán)是用于固定三段軸的位置，它的形狀是連接機(jī)器人機(jī)架部分的凹槽型， 可以直接裝配在機(jī)架上，其固定傳動(dòng)軸的部分是圓環(huán)形狀，圓環(huán)上裝配軸承，軸承與傳動(dòng)軸裝配。所述頭部機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的“頭部”，它由減速電機(jī)、彈力繩、遙控模塊和夾持裝置組成，其間位置連接關(guān)系是遙控模塊給減速電機(jī)發(fā)送信號(hào)，遙控減速電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，減速電機(jī)與彈力繩連接，彈力繩與夾持裝置連接；遙控模塊還與另外兩個(gè)減速電機(jī)連接，減速電機(jī)固定在機(jī)器人機(jī)架上，控制機(jī)器人頭部的俯仰和水平移動(dòng)；該減速電機(jī)的數(shù)量是3臺(tái)，其技術(shù)指標(biāo)是DC-6V，rpm-2 ；該彈力繩是普通彈力繩，有很小的彈性；該遙控模塊是PCMlOM八通道遙控模塊；該夾持裝置是硬鋁材質(zhì)的，其形狀為圓弧形，每個(gè)夾持桿上都有兩個(gè)孔，一個(gè)用于固定夾持桿和頭部，一個(gè)用于與彈力繩連接。它能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人頭部的俯仰和左右移動(dòng)，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的夾持，使機(jī)器人在指定位置進(jìn)行物品采集。通過(guò)用遙控器點(diǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分的動(dòng)作。而夾子的設(shè)計(jì)如附圖9示，可以設(shè)計(jì)讓電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)將線繩卷起，線繩帶動(dòng)兩個(gè)夾子實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的夾持作用，當(dāng)要打開(kāi)夾子時(shí)，則讓電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于線繩不能承受壓力，此時(shí)夾子就會(huì)在橡皮筋的彈力作用下而打開(kāi)。①該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)嘴部的夾放，嘴部?jī)蓚?cè)由彈性繩拉住使得嘴部在自由狀態(tài)時(shí)能穩(wěn)定在某個(gè)位置電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)嘴合上，反轉(zhuǎn)時(shí)，分開(kāi)。 ②由兩個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)前后左右四個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)。 所述控制機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的電路控制部分，其結(jié)構(gòu)包括繼電器、遙控器和接收模塊等，其間位置連接關(guān)系是接收模塊接收遙控器的信號(hào)，接收模塊的六個(gè)通道與繼電器組成的電路相連；該繼電器是單刀雙擲開(kāi)關(guān)繼電器；該遙控器是一般用頻率段的無(wú)線遙控器；
6該接收模塊是八通道接收模塊，其中六個(gè)通道與繼電器組成的電路相連，用于給出六種機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。其設(shè)計(jì)方案如下首先我們采用8通道輸出的接收模塊。用其中的7個(gè)遙控信號(hào)產(chǎn)生以上需要的信號(hào)。電機(jī)與相應(yīng)的離合器并聯(lián)。其中四個(gè)信號(hào)與兩個(gè)雙刀雙擲繼電器的常閉開(kāi)關(guān)相連，然后接到L298N芯片的四個(gè)輸入端，來(lái)控制四個(gè)轉(zhuǎn)彎信號(hào)。一個(gè)信號(hào)與一個(gè)動(dòng)合繼電器開(kāi)關(guān)的線圈相連，控制前進(jìn)。一個(gè)信號(hào)與兩個(gè)雙刀雙擲繼電器的線圈相連，控制后退。其中，該偏心輪上沉孔的直徑為6mm ；直徑偏心范圍為6. 5mm ；其中，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中減速電機(jī)的型號(hào)是ZGB37RDIllli ；其中，該電磁離合器的規(guī)格型號(hào)為DLD-4-8匪；其中，該頭部機(jī)構(gòu)中減速電機(jī)的型號(hào)是ZGA20RU1100i。其中，該中間部分傳動(dòng)桿的直徑為6mm，長(zhǎng)度為84mm;左右兩側(cè)傳動(dòng)桿的直徑為 4mm,長(zhǎng)度為Ilmm0其中，該傳動(dòng)齒輪的厚度為5mm，外齒直徑為26. 85mm，中間通孔為6mm ；其中，該齒輪外側(cè)凸臺(tái)的厚度為5mm，直徑為10mm，中間通孔為6mm ；其中，該傳動(dòng)軸是直徑為8mm，長(zhǎng)度20mm的圓軸。該裝置工作原理及流程如下由遙控器給出信號(hào)，控制模塊將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，電信號(hào)分別給減速電機(jī)、微型電磁離合器，減速電機(jī)和微型電磁離合器根據(jù)信號(hào)，做出相應(yīng)的動(dòng)作，這些動(dòng)作將相應(yīng)的力傳遞到機(jī)器人的足部結(jié)構(gòu)和頭部結(jié)構(gòu)，使得機(jī)器人的足部和頭部做出相應(yīng)的動(dòng)作。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及功效是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了單一電機(jī)驅(qū)動(dòng)六足，并且能使六足做出轉(zhuǎn)向、后退等六種動(dòng)作，比用舵機(jī)來(lái)控制機(jī)器人的足部要更加穩(wěn)定，更加簡(jiǎn)便；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人頭部的遙控取物；如能再加上一些光感、聲控裝置，本發(fā)明可用于信息采集、危地尋人。


圖1是本發(fā)明微型六足仿生機(jī)器人步態(tài)示意1 (a)中2、4、6為擺動(dòng)腿，當(dāng)其擺動(dòng)時(shí)，1、3、5腿作為支撐腿示意圖。圖1(b)中為2、4、6擺動(dòng)腿擺動(dòng)到位，身體未前移的情況示意圖。圖1 (c)中為2、4、6擺動(dòng)腿擺動(dòng)到位，身體前移后六條腿和螞蟻身體的位置情況示意圖。圖1(d) (e) (f)為1、3、5腿為擺動(dòng)腿的螞蟻行進(jìn)情況示意圖，與圖1(a) (b) (c)的情況一致，當(dāng)六個(gè)圖完成后，螞蟻完成一次行進(jìn)。圖2是本發(fā)明足部機(jī)構(gòu)示意3是本發(fā)明運(yùn)動(dòng)模式示意4是本發(fā)明足部設(shè)計(jì)示意5 (a)、(b)是本發(fā)明橫梁設(shè)計(jì)示意6是本發(fā)明電磁離合器示意圖
圖7是本發(fā)明棘輪結(jié)構(gòu)示意8是本發(fā)明傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總體示意9是本發(fā)明頭部結(jié)構(gòu)示意10是本發(fā)明控制模塊電路示意中符號(hào)說(shuō)明如下圖1中實(shí)心黑點(diǎn)表示支撐腿，空心點(diǎn)表示擺動(dòng)腿，S表示半步長(zhǎng)。圖6中1是主軸；2是主動(dòng)摩擦片；3是從動(dòng)摩擦片；4是從動(dòng)齒輪；5是套筒；6是激磁線圈；7是鐵芯；8是銜鐵；9是滑環(huán)。圖8中10是減速電機(jī)；11是電磁離合器；12是傳動(dòng)軸；13是棘輪機(jī)構(gòu)；14是傳動(dòng)桿；15是固定環(huán)；16是偏心輪。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明。見(jiàn)圖1，本發(fā)明一種六足螞蟻機(jī)器人，它是由六足機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、頭部機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)四個(gè)部分組成，它們之間的位置連接關(guān)系、信號(hào)走向是其頭部機(jī)構(gòu)位于機(jī)器人前端， 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相當(dāng)于機(jī)器人的“身體驅(qū)干”，處于中間位置；六足機(jī)構(gòu)位于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩側(cè)，控制結(jié)構(gòu)位于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部，由控制機(jī)構(gòu)給信號(hào)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)力的輸出，頭部機(jī)構(gòu)和六足機(jī)構(gòu)來(lái)輸出機(jī)器人的動(dòng)作。所述六足機(jī)構(gòu)是為了解決機(jī)器人的步態(tài)問(wèn)題，使機(jī)器人通過(guò)一個(gè)電機(jī)的帶動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)仿效螞蟻的六足步態(tài)，其結(jié)構(gòu)圖如圖2，其整體結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)模式如圖3，它由六足(圖 4)、偏心輪、連桿和橫梁圖5(a)、(b)組成。其間位置連接關(guān)系是橫梁與前、后足的中孔連接，連桿的一頭與前、后足的頂孔連接，另一頭與中足的中孔連接；偏心輪固接在橫梁上； 偏心輪上有一直徑為6mm的沉孔用于裝配軸承；該六足是圓弧形板式結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖4，其上設(shè)置有3個(gè)連接用孔；該偏心輪是圓弧形板料結(jié)構(gòu)，其直徑偏心范圍是6. 5mm ；該連桿是頭部呈半圓形的矩形板料，其半圓形頭部設(shè)置有連接用孔；該橫梁是頭部呈半圓形的矩形板料， 見(jiàn)圖5(a)、(b)，其上設(shè)置有圓孔和溝槽，便于橫梁與其它件的連接和固定。其配合的運(yùn)動(dòng)的方案為左右兩側(cè)的中足時(shí)刻保持在360°的角度，這樣就能使螞蟻的行走協(xié)調(diào)。為了實(shí)現(xiàn)兩側(cè)中足的角度差，我們采用了偏心輪的方案。這樣就變成了左右兩側(cè)偏心輪的輪軸保持在360°的角度差。在向某一側(cè)轉(zhuǎn)向時(shí)，必須使一側(cè)停轉(zhuǎn)，一側(cè)運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)向之后，兩側(cè)偏心輪必須又處于相對(duì)位置。同一側(cè)的前足和后足與中足總是保持相反的行進(jìn)方向。所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是為了解決六足機(jī)器人的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等步行方式而設(shè)計(jì)的，見(jiàn)圖8，通過(guò)它，能使一個(gè)電機(jī)的輸出的力驅(qū)動(dòng)六條足的運(yùn)動(dòng)，加之六足機(jī)構(gòu)的配合使之變成仿效螞蟻的步行方式。它由減速電機(jī)10、電磁離合器11、傳動(dòng)軸12、棘輪機(jī)構(gòu)13、傳動(dòng)桿14、 齒輪、固定環(huán)15、偏心輪16等幾部分組成，其間位置連接關(guān)系是減速電機(jī)10與齒輪連接； 齒輪固定在傳動(dòng)桿14上，傳動(dòng)桿14上裝配有三個(gè)電磁離合器11 ；每個(gè)電磁離合器11與一個(gè)齒輪配合；每個(gè)齒輪固定在一段傳動(dòng)軸12上；三段傳動(dòng)軸12之間用棘輪機(jī)構(gòu)13配合；三段傳動(dòng)軸12用四個(gè)固定環(huán)15固定在一致的水平位置。見(jiàn)圖6，該電磁離合器11的結(jié)構(gòu)，主要由激磁線圈6、鐵芯7、銜鐵8、主、從動(dòng)摩擦片2、3及連接件組成，主動(dòng)軸1的花鍵軸端，裝有主動(dòng)摩擦片2，它可以沿軸向自由移動(dòng)，因系花鍵連接，將隨主動(dòng)軸1 一起轉(zhuǎn)動(dòng)。從動(dòng)摩擦片3與主動(dòng)摩擦片2交替裝疊，其外緣凸起部分卡在與從動(dòng)齒輪4固定在一起的套筒5內(nèi)， 因而從動(dòng)摩擦片可以隨同從動(dòng)齒輪4，在主動(dòng)軸1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)它可以不轉(zhuǎn)。它一般采用直流MV 作為供電電源。該棘輪機(jī)構(gòu)13如圖7示，當(dāng)上側(cè)傳動(dòng)軸順時(shí)針?lè)较?從上往下看)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)下側(cè)傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)上側(cè)傳動(dòng)軸逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，下側(cè)傳動(dòng)軸不隨上側(cè)傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，減速電機(jī)的型號(hào)是ZGB37RDIllli ；電磁離合器的規(guī)格型號(hào)為DLD-4-8匪。所述頭部機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的“頭部”，它由減速電機(jī)、彈力繩、遙控模塊、和夾持裝置組成，其間位置連接關(guān)系是遙控模塊給減速電機(jī)發(fā)送信號(hào)，遙控電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，減速電機(jī)與彈力繩連接，彈力繩與夾持裝置連接；遙控模塊還與另外兩個(gè)減速電機(jī)連接，減速電機(jī)固定在機(jī)器人機(jī)架上，控制機(jī)器人頭部的俯仰和水平移動(dòng)；該減速電機(jī)的型號(hào)是 ZGA20RU1 IOOi，其技術(shù)指標(biāo)是DC-6V，rpm-2 ；該彈力繩是普通彈力繩，有很小的彈性；該遙控模塊是PCMlOM八通道遙控模塊；該夾持裝置是硬鋁材質(zhì)的，其形狀為圓弧形，每個(gè)夾持桿上都有兩個(gè)孔，一個(gè)用于固定夾持桿和頭部，一個(gè)用于與彈力繩連接。它能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人頭部的俯仰和左右移動(dòng)，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的夾持，使機(jī)器人在指定位置進(jìn)行物品采集。通過(guò)用遙控器點(diǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分的動(dòng)作。而夾子的設(shè)計(jì)如圖9所示，可以設(shè)計(jì)讓電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)將線繩卷起，線繩帶動(dòng)兩個(gè)夾子實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的夾持作用，當(dāng)要打開(kāi)夾子時(shí)，則讓電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于線繩不能承受壓力，此時(shí)夾子就會(huì)在橡皮筋的彈力作用下而打開(kāi)。①該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)嘴部的夾放，嘴部?jī)蓚?cè)由彈性繩拉住使得嘴部在自由狀態(tài)時(shí)能穩(wěn)定在某個(gè)位置電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)嘴合上，反轉(zhuǎn)時(shí)，分開(kāi)。②由兩個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)前后左右四個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)。所述控制機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的電路控制部分，見(jiàn)圖10，其結(jié)構(gòu)包括繼電器、遙控制模塊和接收模塊等，其間位置連接關(guān)系是遙控模塊是一個(gè)無(wú)線遙控器，接收模塊接收遙控器的信號(hào)，接收模塊的六個(gè)通道與繼電器組成的電路相連；該繼電器是單刀雙擲開(kāi)關(guān)繼電器； 該遙控模塊是一般用頻率段的遙控器；該接收模塊是八通道接收模塊，其中六個(gè)通道與繼電器組成的電路相連，用于給出六種機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。
權(quán)利要求
1.一種六足螞蟻機(jī)器人，其特征在于它是由六足機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、頭部機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)四個(gè)部分組成，其頭部機(jī)構(gòu)位于機(jī)器人前端，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)處于機(jī)器人的中間位置；六足機(jī)構(gòu)位于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩側(cè)，控制結(jié)構(gòu)位于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部，由控制機(jī)構(gòu)給信號(hào)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)力的輸出，頭部機(jī)構(gòu)和六足機(jī)構(gòu)來(lái)輸出機(jī)器人的動(dòng)作；所述六足機(jī)構(gòu)是為了解決機(jī)器人的步態(tài)問(wèn)題，使機(jī)器人通過(guò)一個(gè)電機(jī)的帶動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)仿效螞蟻的六足步態(tài)，它由六足、偏心輪、連桿和橫梁組成，橫梁與六足的前、后足的中孔連接，連桿的一頭與六足的前、后足的頂孔連接，另一頭與六足的中足的中孔連接；偏心輪固接在橫梁上；該六足是圓弧形板式結(jié)構(gòu)，其上設(shè)置有3個(gè)連接用孔；該偏心輪是圓弧形板料結(jié)構(gòu)，其上有一沉孔用于裝配軸承；該連桿是頭部呈半圓形的矩形板料，其半圓形頭部設(shè)置有連接用孔；該橫梁是頭部呈半圓形的矩形板料，其上設(shè)置有圓孔和溝槽，便于橫梁與其它件的連接和固定；左右兩側(cè)的中足時(shí)刻保持在360°的角度，左右兩側(cè)偏心輪的輪軸保持在360°的角度差，同一側(cè)的前足和后足與中足總是保持相反的行進(jìn)方向，這樣使螞蟻的行走協(xié)調(diào)；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由減速電機(jī)、電磁離合器、棘輪機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)桿、傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)軸和固定環(huán)幾部分組成，減速電機(jī)與傳動(dòng)齒輪連接；傳動(dòng)齒輪固定在傳動(dòng)桿上，傳動(dòng)桿上裝配有三個(gè)電磁離合器；每個(gè)電磁離合器與一個(gè)傳動(dòng)齒輪配合；每個(gè)傳動(dòng)齒輪固定在一段傳動(dòng)軸上； 三段傳動(dòng)軸之間用棘輪機(jī)構(gòu)配合；三段傳動(dòng)軸用四個(gè)固定環(huán)固定在一致的水平位置；該減速電機(jī)的規(guī)格為DC-MV，rpm-50 ；該電磁離合器的型號(hào)為DLD-4-8匪，采用直流24V作為供電電源；該棘輪機(jī)構(gòu)是圓筒對(duì)應(yīng)相切結(jié)構(gòu)；當(dāng)上側(cè)軸順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)下側(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)上側(cè)軸逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，下側(cè)軸不隨上側(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；該中間部分的傳動(dòng)桿是普通圓桿，左右兩側(cè)的傳動(dòng)桿用于配合軸承，利于桿的轉(zhuǎn)動(dòng)；該傳動(dòng)齒輪是普通圓柱直齒輪，齒輪外側(cè)有一凸臺(tái)，凸臺(tái)徑向有一螺紋孔，用于緊固齒輪和傳動(dòng)桿，使之牢固配合；該傳動(dòng)軸是普通圓軸，軸的外側(cè)有長(zhǎng)度為15mm、直徑為4mm的圓桿，用于配合軸承和偏心輪，軸的內(nèi)側(cè)有一正方形方桿，用于配合棘輪，使之與棘輪處于卡死狀態(tài)；該固定環(huán)是用于固定三段軸的位置，它的形狀是連接機(jī)器人機(jī)架部分的凹槽型，直接裝配在機(jī)架上，其固定傳動(dòng)軸的部分是圓環(huán)形狀，圓環(huán)上裝配軸承，軸承與傳動(dòng)軸裝配；所述頭部機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的“頭部”，它由減速電機(jī)、彈力繩、遙控模塊和夾持裝置組成， 遙控模塊給減速電機(jī)發(fā)送信號(hào)，遙控減速電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，減速電機(jī)與彈力繩連接，彈力繩與夾持裝置連接；遙控模塊還與另外兩個(gè)減速電機(jī)連接，減速電機(jī)固定在機(jī)器人機(jī)架上，控制機(jī)器人頭部的俯仰和水平移動(dòng)；該減速電機(jī)的數(shù)量是3臺(tái)，其技術(shù)指標(biāo)是DC-6V，rpm-2 ；該彈力繩是普通彈力繩；該遙控模塊是PCMlOM八通道遙控模塊；該夾持裝置是硬鋁材質(zhì)的， 其形狀為圓弧形，每個(gè)夾持桿上都有兩個(gè)孔，一個(gè)用于固定夾持桿和頭部，一個(gè)用于與彈力繩連接；它能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人頭部的俯仰和左右移動(dòng)，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的夾持，使機(jī)器人在指定位置進(jìn)行物品采集；所述控制機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的電路控制部分，其結(jié)構(gòu)包括繼電器、遙控器和接收模塊，，接收模塊接收遙控器的信號(hào)，接收模塊的六個(gè)通道與繼電器組成的電路相連；該繼電器是單刀雙擲開(kāi)關(guān)繼電器；該遙控器是一般用頻率段的無(wú)線遙控器；該接收模塊是八通道接收模塊，其中六個(gè)通道與繼電器組成的電路相連，用于給出六種機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六足螞蟻機(jī)器人，其特征在于該偏心輪上沉孔的直徑為6mm ；直徑偏心范圍為6. 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六足螞蟻機(jī)器人，其特征在于該中間部分傳動(dòng)桿的直徑為6mm，長(zhǎng)度為84mm ；左右兩側(cè)傳動(dòng)桿的直徑為4mm，長(zhǎng)度為11mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六足螞蟻機(jī)器人，其特征在于該傳動(dòng)齒輪的厚度為 5mm，外齒直徑為26. 85mm，中間通孔為6mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六足螞蟻機(jī)器人，其特征在于該齒輪外側(cè)凸臺(tái)的厚度為5mm、直徑為10mm、中間通孔為6mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六足螞蟻機(jī)器人，其特征在于該傳動(dòng)軸是直徑為8mm， 長(zhǎng)度20mm的圓軸。
全文摘要
本發(fā)明一種六足螞蟻機(jī)器人，它是由六足機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、頭部機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)四個(gè)部分組成，它們之間的位置連接關(guān)系、信號(hào)走向是其頭部機(jī)構(gòu)位于機(jī)器人前端，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相當(dāng)于機(jī)器人的“身體驅(qū)干”，處于中間位置；六足機(jī)構(gòu)位于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩側(cè)，控制結(jié)構(gòu)位于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部，由控制機(jī)構(gòu)給信號(hào)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)力的輸出，頭部機(jī)構(gòu)和六足機(jī)構(gòu)來(lái)輸出機(jī)器人的動(dòng)作。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了單一電機(jī)驅(qū)動(dòng)六足，并且能使六足做出轉(zhuǎn)向、后退等六種動(dòng)作，比用舵機(jī)來(lái)控制機(jī)器人的足部要更加穩(wěn)定，更加簡(jiǎn)便；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人頭部的遙控取物；它在足式機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域里具有實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B62D57/032GK102416986SQ20111033974
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者姚軍, 王歡 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)