一種基于細胞機器人單體的四足機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于智能機器人技術領域，具體涉及一種基于細胞機器人單體的四足機器人。
【背景技術】
[0002]20世紀60年代，四足步行機器人的研究工作開始起步。隨著計算機技術和機器人控制技術的研究和應用，到了 20世紀80年代，現(xiàn)代四足步行機器人的研制工作進入了廣泛開展的階段。世界上第一臺真正意義的四足步行機器人是由Frank和McGhee于1977年制作的。該機器人具有較好的步態(tài)運動穩(wěn)定性，但其缺點是，該機器人的關節(jié)是由邏輯電路組成的狀態(tài)機控制的，因此機器人的行為受到限制，只能呈現(xiàn)固定的運動形式。20世紀80,90年代最具代表性的四足步行機器人是日本Shigeo Hirose實驗室研制的TITAN系列。1981?1983年Hirose教授研制成功腳部裝有傳感和信號處理系統(tǒng)的TITAN-1II。它的腳底部由形狀記憶合金組成，可自動檢測與地面接觸的狀態(tài)。目前最具代表的四足步行機器人是美國Boston dynamics實驗室研制的Big Dog。它能以不同步態(tài)在惡劣的地形上攀爬，可以負載高達52KG的重量，爬升斜坡可達35度。其腿關節(jié)類似動物腿關節(jié)，安裝有吸收震動部件和能量循環(huán)部件。同時，腿部連有很多傳感器，其運動通過伺服電機來控制。該機器人機動性和反應能力都很強，平衡能力極佳。但由于汽油發(fā)電機需攜帶油箱，故工作時受環(huán)境影響大，可靠性差。另外，當機器人行走時引擎會發(fā)出怪異的噪音。
[0003]國內四足機器人研制工作從20世紀80年代起步，取得一定成果的研究機構有上海交通大學、清華大學、哈爾濱工業(yè)大學等。上海交通大學機器人研究所于1991年開展了JTUffM系列四足步行機器人的研究。1996年該研究所研制成功了 JTUffM—III。該機器人采用開式鏈腿機構，每條腿有3個自由度，具有結構簡單、外形靈巧、體積小、重量輕等特點。它采用力和位置混合控制，腳底裝有PVDF測力傳感器，利用人工神經網絡和模糊算法相結合，實現(xiàn)了對角線動態(tài)行走。但其步行速度較慢，極限步速僅為1.7km/h ;另外，其負重能力有限，故在實際作業(yè)時實用性較差。清華大學所研制的一款四足步行機器人。它采用開環(huán)關節(jié)連桿機構作為步行機構，通過模擬物的運動機理，實現(xiàn)比較穩(wěn)定的節(jié)律運動，可以自主應付復雜的地形條件，完成上下坡行走、越障等功能。不足之處是腿運動時的協(xié)調控制比較復雜，而且承載能力較小。
[0004]盡管四足步行機器人技術有了很大的發(fā)展，足式機器人的研究平臺有很多。但目前的四足機器人大多構成比較復雜，各個組成部分互不相同，維修保障起來比較困難。而基于模塊化的四足機器人技術研究卻比較少。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提出一種基于細胞機器人單體的四足機器人，整體采用模塊化設計思想，在結構上前后左右完全對稱，可實現(xiàn)前進、后退、左移、右移等多種行走模式，且各模塊間便于拆卸、更換、組成。
[0006]本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人，包括身部與四條機械足。四條機械足均由等數量細胞機器人單體兩兩相連構成。
[0007]所述細胞機器人單體為由左半部外殼與右半部外殼構成，左半部外殼與右半部外殼間具有一個旋轉自由度。左半部外殼與右半部外殼壁面周向均布4個連接位置，兩個細胞機器人單體間在連接位置固連。
[0008]上述結構四條機械足周向均布，位于始端的細胞機器人單體安裝在身部上。
[0009]根據需要對每條機械足中多個細胞機器人單體進行組裝，可形成具有多自由度、多余度的機械足。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0011]1、本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人，整體采用模塊化設計思想，每一個細胞單體一樣，便于拆卸、更換、組成。
[0012]2、本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人，區(qū)別于現(xiàn)有常見的腿式或者輪式四足機器人，在結構上如后左右完全對稱，可實現(xiàn)如進、后退、左移、右移等多種tx走I旲式。
[0013]3、本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人，每一條足上的相鄰兩個細胞機器人單體均采用“基準軸相交”的連接方式，每條腿都可實現(xiàn)多自由度運動。
[0014]4、本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人，可利用細胞機器人單體進行重構組成形態(tài)多種多樣的四足式機器人，以應用到不同的場合。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人結構示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人中細胞機器人單體結構示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人中機械連接裝置結構示意圖；
[0018]圖4為機械連接裝置中內殼連接件結構示意圖；
[0019]圖5為機械連接裝置中內殼上視結構示意圖；
[0020]圖6為機械連接裝置中內殼下視結構示意圖；
[0021]圖7為機械連接裝置中可伸縮對接機構結構示意圖；
[0022]圖8為機械連接裝置中彈性連接器安裝位置示意圖；
[0023]圖9為機械連接裝置進行連接后結構示意圖；
[0024]圖10為本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人中細胞機器人單體間連接方式一示意圖；
[0025]圖11為本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人中細胞機器人單體間連接方式一示意圖；
[0026]圖12為本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人中細胞機器人單體的優(yōu)選連接方式示意圖；
[0027]圖13為采用一個細胞機器人單體作為身部時四足機器人結構示意圖；
[0028]圖14為本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人中細胞機器人單體重構的防蜘蛛形式示意圖。
[0029]圖中:
[0030]1-身部2-四條機械足3-細胞機器人單體
[0031]301-半球體外殼302-機械連接裝置302a_外殼
[0032]302b-內殼連接臺302c-內殼302d_對接臺座
[0033]302e-彈簧302f-彈性連接器302g-對接定位面
[0034]302h_卡榫302i_榫頭302 j-定位孔
[0035]302k-連接頭3021-定位卡頭302m_內緣
[0036]302η-外緣302ο_ 缺口302ρ-定位凹進
[0037]302q_導通孔302r_凹槽302s_限位臺肩
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0039]本發(fā)明基于細胞機器人單體的四足機器人，包括身部I與四條機械足2。其中，令四條機械足分別為足A、足B、足C與足D，均由等數量細胞機器人單體3兩兩相連構成，周向均布，固定安裝于機身I上。機身I內部用來安裝供電電源。
[0040]所述細胞機器人單體3為由兩個半球體外殼301構成的整體球形結構，如圖2所示，兩個半球體外殼301間具有一個旋轉自由度，由驅動電機驅動旋轉。每個半球體外殼301壁面周向均布3個安裝孔，每個安裝孔內安裝有一個機械連接裝置302，用來實現(xiàn)各個細胞機器人單體3間的連接。
[0041]所述機械連接裝置302包括外殼302a、內殼連接臺302b、內殼302c、對接臺座302d、彈簧302e與彈性連接器(彈針)302f,如圖3、圖6所示。
[0042]其中，外殼302a為筒狀結構一端面為內陷球面，作為對接定位面302g。在對接定位面302g外緣周向上相對位置設計有卡榫302h?？ㄩ?02h的外表面為圓弧面，榫頭302i朝向對接定位面302g ;且使卡榫302h的外表面所對應球體與對接定位面302g所對應的球體半徑相等，進而實現(xiàn)兩個機械連接裝置302在對接時，卡榫302h外表面與對接定位面302g間的配合相貼，作為兩個機械連接裝置302對接時的相對對接位置的基準。
[0043]所述內殼連接臺302b同軸嵌入固定于對接定位面302g上，如圖3所示，也可與對接定位面302g設計為一體結構。內殼連接臺302b周向上均勻設計有定位口，用來安裝固定內殼302c。
[0044]所述內殼302c為筒狀結構，用于可伸縮連接機構伸縮運動的導向，以及兩個機械連接裝置302的對接。內殼302c —端作為安裝端，周向上均勻設計有連接頭302k，如圖5所示，連接頭302k端部設計有定位卡頭3021。通過各個連接頭302k分別穿過內殼連接臺302b上的定位口，使定位卡頭3021與內殼連接臺302b端面間配合卡緊，實現(xiàn)內殼302c的固定。內殼302c另一端作為對接端，端部周向上設計有內緣302m與外緣302η，且外緣302η周向相對位置開設有兩個缺口 302ο，兩個缺口 302ο開設位置分別與外殼302al上兩個卡榫302h所在位置呈90度設計。上述外緣302η的內側面還設計有兩個定位凹進302ρ，定位凹進302ρ的凹進面與卡榫302h的榫頭302i內表面匹配，兩個定位凹進302p分別位于兩個缺口 302ο同側，如圖6所示。
[0045]如圖7所示，所述對接臺座302d同軸設置在內殼302c內部，內部中空，一端作為對接平面，其上開有個導通孔302q ;三個導通孔302q中心共線，且中間的導通孔302q中心位于對接臺座302d軸線上，三個導通孔302q用于通過彈性連接器302f。對接臺座302d另一端作為限位端，周向上設計有凹槽302r，用來設置彈簧302e，且使彈簧302e與對接臺座302d同軸。上述對接臺座302d的限位端外壁周向上設計有限位臺肩302s，與內殼302c對接端周向上的內緣302m配合搭接，實現(xiàn)對接臺座302d與內殼302c間的限位，使對接臺座302d不會再彈簧302e的回彈作用力下脫出內殼302c。
[0046]所述彈性連接器302f為三個，位于對接臺座302d內部，如圖8所示，三個彈性連接器