1、 萬方數(shù)據(jù) 萬方數(shù)據(jù)第6期羅成,等:六足機(jī)器人模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19機(jī)身單元模塊是六足機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)最關(guān)鍵的組成部分,它包括足節(jié)模塊和機(jī)架模塊。足節(jié)模塊設(shè)計(jì)如圖5所示,步進(jìn)電機(jī)(1與絲杠副(3之間用聯(lián)軸器(2連接,步進(jìn)電機(jī)上帶有一對徑向圓柱銷,與腿關(guān)節(jié)(6相連。絲桿副上的螺母也帶有一對徑向圓柱銷,與腿節(jié)相連。腿關(guān)節(jié)與脛節(jié)采用帶彈簧的壓桿(5連接,以修正機(jī)器人行走軌跡,減少腿尖與地面的有害摩擦。腳節(jié)(4為球鉸結(jié)構(gòu),以改善機(jī)器人足尖在不平整地面上的受力情況。腿關(guān)節(jié)上帶一滑槽結(jié)構(gòu)(7,用來與機(jī)架上絲桿副所帶的圓柱銷連接。圖5足節(jié)模塊組裝圖l一步進(jìn)電機(jī);2一聯(lián)軸器;3一絲桿剮;4一腳節(jié);5一壓桿;6一腿關(guān)

2、節(jié);7一滑槽圖6機(jī)架模塊組裝圈8一正旋絲桿副;9一反旋絲桿副;10一機(jī)架; ll一軸套機(jī)架模塊設(shè)計(jì)如圖6所示,正旋絲桿副(8與反旋絲桿副(9對稱安裝在機(jī)架(10上。機(jī)架兩側(cè)對稱位置設(shè)兩軸套(11,與腿關(guān)節(jié)相連。六足機(jī)器人主驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)型如圖7所示。田7主驅(qū)動(dòng)模塊組裝圖圖8六足機(jī)器人模塊化構(gòu)型12一步進(jìn)電機(jī):13一機(jī)架以上為六足機(jī)器人各機(jī)械模塊三維組裝圖。它們是機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)組成部分,可以形象地解釋成機(jī)器人積木”引。六足和八足步行機(jī)器人均可由它們拼接而來。六足機(jī)器人構(gòu)型可看作在主驅(qū)動(dòng)模塊后串聯(lián)3個(gè)機(jī)身單元模塊來實(shí)現(xiàn),如圖8所示。八足機(jī)器人在多足機(jī)器人中較常見,由于也具有結(jié)構(gòu)的一致性以及運(yùn)動(dòng)的

3、協(xié)調(diào)性,故六足機(jī)器人模塊也適合于八足機(jī)器人的構(gòu)型,在主驅(qū)動(dòng)模塊后串聯(lián)4個(gè)機(jī)身單元模塊即可實(shí)現(xiàn)。八足機(jī)器人行走也可使用占空系數(shù)“為l/2的步態(tài),故其控制系統(tǒng)可與六足機(jī)器人一致。4模塊化六足機(jī)器人特征分析相對于其它傳動(dòng)結(jié)構(gòu),絲杠副有許多優(yōu)點(diǎn):直線位移輸出、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)精度高、輸入/輸出力矩比值大、輸入與輸出轉(zhuǎn)速比值大、性能可靠等等¨J。因此,本研究采用了大量絲杠副,該六足機(jī)器人具有以下功能及特性:(1機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊,同時(shí)具有較高可靠性。腿部機(jī)構(gòu)的融合設(shè)計(jì)以及大量采用絲杠副傳動(dòng),簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu),提高了系統(tǒng)強(qiáng)度和剛度。(2優(yōu)越的路面通過性。六足垂直面運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)使機(jī)器人具有以下特點(diǎn):機(jī)器

4、人六足“獨(dú)立懸掛”,主動(dòng)隔振,允許機(jī)身運(yùn)動(dòng)軌跡與足運(yùn)動(dòng)軌跡解耦,從而保證所搭載工作臺的平穩(wěn);機(jī)器人機(jī)體位姿可自主調(diào)整,以保證工作狀態(tài)下機(jī)身在各種地形上的水平狀態(tài)一1。(3優(yōu)秀的承載能力。六足機(jī)器人每條腿均具有自鎖功能,機(jī)器人負(fù)重不會直接作用在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上。機(jī)器人靜止時(shí),負(fù)重不會對電機(jī)產(chǎn)生力學(xué)作用,電機(jī)無需力矩輸出。(4易于控制。絲杠副的直線位移輸出適合閉環(huán)控制;絲杠副的高傳動(dòng)比和高傳動(dòng)精度將會在結(jié)構(gòu)上提升機(jī)器人的控制精度。(5機(jī)器人左右兩組腿水平運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立驅(qū)動(dòng),使機(jī)器人能夠方便實(shí)現(xiàn)原地以及行走過程中的任意角度轉(zhuǎn)彎.同時(shí)也可更方便地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的無極變速。這兩個(gè)優(yōu)勢將大幅度提升機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力。

5、(6機(jī)器人足節(jié)部分壓簧機(jī)構(gòu)可以修正機(jī)器人足尖運(yùn)動(dòng)軌跡,消除步行過程中足尖與地面間的橫向位移,緩解有害摩擦,保證機(jī)器人行走軌跡的精確度。(7由于采用了模塊化構(gòu)型,六足機(jī)器人設(shè)計(jì)能夠降低研發(fā)費(fèi)用,減少后續(xù)維護(hù)費(fèi)用,便于機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和功能的拓展。5結(jié)束語本研究以自行設(shè)計(jì)的六足機(jī)器人為研究對象,根據(jù)其運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)上高度的相似性和對稱性,對其進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì),并利用Solidworks完成了機(jī)器人模塊的i維設(shè)計(jì)和整機(jī)構(gòu)形。研究結(jié)果表明:采用模塊化設(shè)計(jì)的六足機(jī)器人具有功能強(qiáng)大、易于控制、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、拓展功能強(qiáng)等特征?？纱蠓嵘銠C(jī)器人的應(yīng)用范圍,為日后研發(fā)適宜大規(guī)模推廣的六足運(yùn)載平臺提供了設(shè)計(jì)參考。 (

6、下轉(zhuǎn)第23頁萬方數(shù)據(jù) 萬方數(shù)據(jù) 六足機(jī)器人模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作者:羅成, 秦紅玲, LUO Cheng, QIN Hong-ling作者單位:羅成,LUO Cheng(長沙湘計(jì)海盾科技有限公司,湖南,長沙,410007, 秦紅玲,QIN Hong-ling(三峽大學(xué),機(jī)械與材料學(xué)院,湖北,宜昌,443002刊名:機(jī)電工程英文刊名:MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING MAGAZINE年,卷(期:2009,26(6被引用次數(shù):1次參考文獻(xiàn)(9條1.ZHANG Y;FROMHERZ M;CRAWFORD L A General Constraint-based

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