l六足昆虫机器人机械原理.doc

一、基本原理本项目的机器人，传动系统还是继续利用“摆动曲柄滑块机构”原理，把减速电机的旋转运动转换为驱动腿迈步的往复摆动运动，再结合简单的连杆结构，协调六条腿按照昆虫的步态规律实现爬行运动。 1、运动方式本项目机器人是模仿拥有六条腿的昆虫的爬行运动。昆虫爬行想必大家都是见过的，但是由于昆虫的六条腿还是多了些，而且一般昆虫的动作都比较迅速，观察起来有点眼花缭乱，所以可能很多人并不是很了解昆虫爬行时这六条腿是如何协调动作的。而要做好六足爬行机器人，就要清晰的了解这六条腿的每个阶段的步伐状态，也就是我们常说的“步态”。实际上，一般六条腿的昆虫，是以三条腿为一组、共两组交叉进行协调运动的。同一时间内，有一组也就是三条腿着地，另外一组的三条腿是离开地面的，然后两组交替切换往前爬行。我们都知道，三点可以确定一个平面，即三条腿可以保证整个身体的平衡，这也许就是很多昆虫都是长了六条腿的主要原因吧。以下是六足昆虫爬行步态的分解，以前进方向为例进行说明：1、静止时六条腿都是同时着地；2、前进时，先迈出第1组三条腿（左前、右中、左后），第2组三条腿着地（右前、左中、右后）；3、第1组三条腿（左前、右中、左后）往前迈出着地后保持不动，然后换第2组三条腿（右前、左中、右后）往前迈出；4、第2组三条腿（右前、左中、右后）往前迈出着地后保持不动，再换第1组如此循环往复，同一时间都保证有一组三条腿着地以保持身体的平衡，并不断往前进。 2、驱动机理本项目机器人是采用六足爬行的方式运动，对于六足的驱动力量也是有一定要求的，所以与前几个仿生类机器人项目一样都是借助减速电机所具有的“低转速、高扭矩”的特性来实现的。与PVC-Robot 11号、PVC-Robot 12号机器人驱动双臂以及与PVC-Robot 13号驱动双足类似，本项目机器人六足中的中间两足是主动足，是由减速电机直接驱动的，而采用的减速电机同样也必须要满足两个条件：1、拥有足够的动力，能够支撑双足行走；2、减速电机左右两侧同轴输出。为此，需要利用“蜗杆传动机构”对现有减速电机进行改造，相关方案在前面的项目中也已经进行了详细的阐述，这里不再重复，具体可以点击这里：PVC-Robot 11号减速机构 本项目机器人实现六足爬行机械结构，其实是和PVC-Robot 12号、PVC-Robot13号类似的“连杆机构”“摆动曲柄滑块机构”，只不过说这个在PVC-Robot 15号中这个连杆机构驱动六足的中间两足，然后再通过连杆带动其他四足联动的。相关资料请参考：PVC-Robot 12号驱动机理、PVC-Robot 13号驱动机理。下面为摆动曲柄滑块机构应用在本项目中的运动过程示意图。 以下为两种一样的摆动曲柄滑块机构连杆，前者采用了离心圆盘作为转动结构，而后者则采用了曲柄作为转动结构，两者本质是一样。为了加工方便，一般多用后面一种”曲柄“结构（可省掉一个圆盘）。而在本项目中我们采用的也是后面的设计。 为了机器人能够让两组三足交替向前迈步行走，则“摆动曲柄滑块机构”的安装也比较巧妙，为了直接驱动两侧的中足，我们用了左右两套相同的连杆机构，且为同轴的方式安装（同一根转动的轴），但两个连杆的铰链结合部分的位置正好相反，即分别位于转盘一条直径线上的两头，也就是曲柄的位置正好相反，使得左右两套连杆机构在同一时间上运动的状态刚好相反，比如：一个位于最左边的位置的时候另一个正好位于最右边的位置，一个位于最高的位置的时候另一个正好位于最低的位置。另外，前足通过一个连杆和中足的曲柄相连，后足也通过一个连杆和中足的曲柄相连。前足和后足也由限位杆控制住摆动的范围。 曲柄滑块机构直接驱动六足的中间两足，对于其他四足则是通过简单的连杆机构进行联动的。以下为六足通过连杆进行联动的示意图，同一列状态下的两个图为同一时间左右两侧各足的状态，可以看到任何时候都有三条腿着地以保持身体平衡。