六足移动式微型仿生机器人的研究

本文描述了一种微型六足仿生机器人的结构与控制,分析了这种微型六足仿生机器人 的移动原理. 该机器人基于仿生学原理,结构独特、简单、新颖,能方便地实现前进和后退 ,其样机外形尺寸为：长30mm,宽40mm,高20mm,重6.3g.并对该样机进行了实验,实验 结果表明该机器人具有

第 卷第 期 年 月

文章编号 2 2 2

机器人 ΡΟΒΟΤ

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六足移动式微型仿生机器人的研究

上海交通大学信息检测技术及仪器系 上海

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徐小云 颜国正 丁国清 刘 华 付 轩 吴 岩

摘 要 本文描述了一种微型六足仿生机器人的结构与控制 分析了这种微型六足仿生机器人的移动原理

该机器人基于仿生学原理 结构独特!简单!新颖 能方便地实现前进和后退 其样机外形尺寸为 长 宽 高 重 并对该样机进行了实验 实验结果表明该机器人具有较好的机动性

关键词 六足机器人 仿生机器人 连杆曲线图谱 步态中图分类号 ×° 文献标识码

ΡΕΣΕΑΡΧΗΟΝΜΙΝΙΑΤΥΡΧΗΕΞΑΠΟΔΒΙΟ ΡΟΒΟΤ

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ΔεπαρτμεντοφΙνφορματιονΔετεχτινγΤεχηνολογψανδΙνστρυμεντ Σηανγηαι ιαοτονγΥνι ερσιτψ Σηανγηαι

Αβσ τραχτ × ∏ ∏ ∏ ¬ 2 2

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1 引言 Ιντροδυχτιον

近年来 为实现生产过程自动化 已有不少操作机器人广泛应用于工厂的各个生产过程 尤其是那些人力所限和人所不及的外部环境或危险场所 将是机器人进一步发展的应用领域

移动机器人中轮式或履带式移动方式已获得广泛的应用 但是足式移动方式具有轮式和履带式移动方式所没有的优点 足式移动方式的机器人可以相对较易地跨过比较大的障碍 如沟!坎等 并且机器人的足所具有的大量的自由度可以使机器人的运动更加灵活 对凹凸不平的地形的适应能力更强 足式移动机器人的立足点是离散的 跟地面的接触面积较小 可以在可达到的地面上选择最优支撑点 即使在表面极度不规则的情况下 通过严格选择足的支撑点 也能够行走自如 因此 足式步行机器人的研究已成为机器人学中一个引人注目的研究领域 特别是微型机器人 现已成为国际科技界的一个热点))微电子机械系统 ∞ ≥ 研究开发的重要分

Ξ

支 它在军事国防!生物医学!航空航天!工业农业等

领域都有广泛的应用前景

基于仿生学原理!本文利用六套并联平面四连杆机构!微型直流电动机及相应的减速增扭机构研制了体积微小!具有良好的机动性!灵活性及对环境适应能力强的/微型六足仿生机器人0 该机器人长为 宽为 高为 重约 这种足式移动微型机器人配备相应的传感器和作业装置 可用于工农业生产的许多方面 核工业中的管道裂缝检测!工农业设备的探测和检修等等

2 微型六足仿生机器人的原理及构造 Πριν

χιπλεανδστρυχτυρεοφμινιατυρχηεξαποδβιο ροβοτ

2 1 微型六足仿生机器人的运动原理

/六足纲0昆虫 蟑螂 蚂蚁等 在步行时把六条

足分为两组 以一边的前足 后足与另一边的中足为一组 形成一个三角架支撑虫体 因此在同一时间只

基金项目 上海市曙光计划资助项目 收稿日期

本文描述了一种微型六足仿生机器人的结构与控制,分析了这种微型六足仿生机器人 的移动原理. 该机器人基于仿生学原理,结构独特、简单、新颖,能方便地实现前进和后退 ,其样机外形尺寸为：长30mm,宽40mm,高20mm,重6.3g.并对该样机进行了实验,实验 结果表明该机器人具有

机 器 人 年 月

有一组的三条足起行走作用 前足用爪固定物体后拉动虫体前进 中足用以支撑并举起所属一边的身体 后足则推动虫体前进 同时使虫体转向 行走时虫体向前并稍向外转 三条足同时行动 然后再与另一组三条足交替进行 这样行走的轨迹线是一条锯齿状曲线

本文所设计的机器人的步态≈ 如图 所示

图 微型六足仿生机器人步态示意图

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机器人开始运动时 左侧的 号腿和右侧的 ! 号腿抬起准备向前摆动 另外三条腿 ! ! 处于支撑状态 支撑机器人本体确保机器人的原有重心位置处于三条支撑腿所构成的三角形内 使机器人处于稳定状态不至于摔倒 见图 摆动腿 ! ! 向前跨步 见图 支撑腿 ! ! 一面支撑机器人本体 一面在小型直流驱动电机和皮带传动机构的作用下驱动机器人本体 使机器人机体向前运动一个半步长≥ 见图

在机器人机体移动到位时 摆动腿 ! ! 立即放下 呈支撑态 使机器人的重心位置处于 ! ! 三条支撑腿所构成的三角形稳定区内 原来的支撑腿

! ! 已抬起并准备向前跨步 见图 摆动腿 ! ! 向前跨步 见图 支撑腿 ! ! 此时一面

支撑机器人本体 一面驱动机器人本体 使机器人机体向前运动一个步长≥ 见图 如此不断从步态

! ! ! ! ! ! 循环往复 周而复始

实现机器人不断向前运动

2 2 微型六足仿生机器人的结构

图 所示为本文所设计和制作的微型六足仿生机器人的结构简图 由图 可知 该微型仿生机器人

由小型直流驱动电机 其规格为Υ 蜗轮蜗杆减速机构 皮带传动机构 六套平面四连杆机构等组成

图 微型六足仿生机器人的结构简图

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