一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構,包括支撐板、長支撐桿、第一短支撐桿、第二短支撐桿、運動桿、驅動機構、T形軸，長、短支撐桿均插接在支撐板上，運動桿與T形軸配合連接，驅動機構包括第一、第二、第三及第四SMA彈簧，第一SMA彈簧和第二SMA彈簧的兩端通過連線分別與運動桿及長支撐桿相連，第三SMA彈簧與第一短支撐桿和T形軸相連，第四SMA彈簧與第二短支撐桿和T形軸相連。本實用新型結構簡單、設計合理，簡化了機器人腿部結構及主體結構的連接關系，SMA彈簧驅動運動桿動作，性能穩定、造價低、動作柔軟、驅動電壓低，無污染和噪音，提高了機器人對環境的適應性，符合仿生的概念。
【專利說明】一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于仿生學【技術領域】，具體涉及一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構。
【背景技術】
[0002]機器人技術是一門交叉學科，涉及力學、機械學、電子學、生物學、計算機、人工智能、系統工程學等學科知識，仿生機器人是國內外機器人研究熱點，近年來，相關研究取得了長足進步，比如2012年春晚就表演了栩栩如生的機器人舞蹈，日本、法國等國科學家和工程師更是推出了具有一定智能的機器人，我國學者也對復輔助機器人、救援機器人、仿生昆蟲等展開研究。但這些機器人腿部運動大都基于電機驅動，結構設計較為復雜、笨重、制作成本高、較難控制，并且在人機界面、柔順性等方面，與人體、生物具有較大差距。
[0003]隨著技術的發展，各種移動式機器人的運動方式也各不相同，其中足式機器人主要是靠仿生肢節來運動，現有出現的仿生肢節存在結構復雜、重量較重、安裝繁瑣的缺陷，另外，靠電機驅動仿生肢節動作，還存在噪音大、不易控制等問題。
實用新型內容
[0004]針對現有技術中存在的問題，本實用新型的目的在于在提供一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構。
[0005]本實用新型通過以下技術方案加以實現:
[0006]所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，包括支撐板、長支撐桿、第一短支撐桿、第二短支撐桿、運動桿、驅動機構、T形軸，所述長支撐桿、第一短支撐桿及第二短支撐桿及均插接設置在支撐板上，運動桿與T形軸配合連接，其特征在于所述驅動機構包括第一 SMA彈簧、第二 SMA彈簧、第三SMA彈簧及第四SMA彈簧，各SMA彈簧的兩端均設置有連線，所述第一 SMA彈簧和第二 SMA彈簧的兩端通過連線分別與運動桿及長支撐桿相連，第三SMA彈簧的兩端通過連線分別與第一短支撐桿和T形軸相連，第四SMA彈簧的兩端通過連線分別與第二短支撐桿和T形軸相連。
[0007]所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述第一 SMA彈簧配合設置在運動桿和長支撐桿的下端，第二 SMA彈簧配合設置在運動桿和長支撐桿的上端。
[0008]所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述長支撐桿、第一短支撐桿、第二短支撐桿及運動桿上均設置有連接孔。
[0009]所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述T形軸包括水平軸及豎直軸，豎直軸的一端通過三通管連接設置在水平軸的中部，豎直軸通過其上設置的第一軸承插接設置在支撐板上，豎直軸遠離水平軸的一端通過第二軸承與運動桿的一端相連。
[0010]所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述第一短支撐桿及第二短支撐桿插接設置在支撐板的中部，T形軸插接設置在支撐板的一側且位于長支撐桿的外側。
[0011]所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述運動桿與T形軸相連的一端設置有連接件，所述連接件呈U形且其上設置有與第二軸承配合使用的軸承孔。
[0012]所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述連線為尼龍繩。
[0013]所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述運動桿包括一體成型設置的豎直桿及傾斜桿，豎直桿和傾斜桿之間的角度為40-50度，連接件配合設置在傾斜桿的下端。
[0014]SMA彈簧即形狀記憶合金彈簧,形狀記憶合金(Shape Memory Alloy, SMA)是近幾十年來發現的一種新型功能材料，具有形狀記憶效應。形狀記憶合金作為集傳感、驅動和執行功能于一體的新型材料，具有重量輕便、結構簡單、無噪音、易于控制等特點。常見的形狀記憶合金執行器包含SMA絲、SMA彈簧等，其中SMA彈簧相比SMA絲具有變形小，響應速度快等優點。
[0015]本實用新型結構簡單、設計合理，簡化了機器人腿部結構與機器人主體結構的連接關系，通過用SMA彈簧來驅動運動桿動作，性能穩定、輕便、造價低、動作柔軟，同時在驅動運動桿運動的過程中驅動電壓低，無污染和噪音，提高了機器人對環境的適應性，符合仿生的概念；通過用四個SMA彈簧來共同驅動一個運動桿的動作，保證了運動桿前后左右動作的自由度，同時更易于步態規劃，容易實現仿生昆蟲機器人的步行平穩、協調、可靠運行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型仿生昆蟲機器人的腿部連接結構示意圖；
[0017]圖2為本實用新型運動桿結構示意圖；
[0018]圖中:1-支撐板，2-長支撐桿，3-第一短支撐桿，31-第二短支撐桿，4-運動桿，41-豎直桿，42-傾斜桿，5-T形軸，51-水平軸，52-豎直軸，53-三通管，54-第一軸承，55-第二軸承，6-第一 SMA彈簧，7-第二 SMA彈簧，8-第三SMA彈簧，9-第四SMA彈簧，10-連線，11-連接孔，12-連接件，13-軸承孔。
【具體實施方式】
[0019]以下結合說明書附圖對本實用新型作進一步詳細說明，并給出【具體實施方式】。
[0020]如圖1-2所示，本實用新型一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，包括支撐板1、長支撐桿2、第一短支撐桿3、第二短支撐桿31、運動桿4、驅動機構、T形軸5。第一短支撐桿3及第二短支撐桿31插接設置在支撐板I的中部，T形軸5插接設置在支撐板I的一側且位于長支撐桿2的外側；運動桿4與T形軸5配合連接，驅動機構用于驅動機器人前進，包括第一 SMA彈簧6、第二 SMA彈簧7、第三SMA彈簧8及第四SMA彈簧9，各SMA彈簧的兩端均設置有連線10，通過連線10與桿件進行連接，具體連接關系為第一 SM彈簧6配合設置在運動桿4和長支撐桿2的下端，第二 SMA彈簧7配合設置在運動桿4和長支撐桿2的上端，第三SMA彈簧8的兩端通過連線10分別與第一短支撐桿3和T形軸5相連，第四SMA彈簧9的兩端通過連線10分別與第二短支撐桿31和T形軸5相連，連線10為尼龍繩，可采用彈性較好的釣魚線，為了便于各連線和桿件的連接，在長支撐桿2、第一短支撐桿
3、第二短支撐桿31及運動桿4上均設置有連接孔11。
[0021]T形軸5包括水平軸51及豎直軸52，豎直軸52的一端通過三通管53連接設置在水平軸51的中部，豎直軸52通過其上設置的第一軸承54垂直插接設置在支撐板I上，豎直軸52遠離水平軸51的一端通過第二軸承55與運動桿4的一端相連。其工作過程為，水平面中，以豎直軸52為中心轉動，帶動運動桿4即腿部機構水平轉動；豎直平面中，以第二軸承55為中心，帶動運動桿4即腿部機構轉動，采用該結構設置的連接機構，可保證各仿生肢節前后左右靈活轉動。運動桿4包括一體成型設置的豎直桿41及傾斜桿42，豎直桿41和傾斜桿42之間的角度為40-50度，在傾斜桿42的下端配合設置有U形連接件12，U形連接件12上配合設置有與第二軸承55配合使用的軸承孔13。
[0022]具體裝配過程中，在每根SMA彈簧的兩端還分別連接有導線，每根導線的另一端與機器人的控制系統連接，該仿生昆蟲機器人腿部結構為模塊化設計，每根運動桿的結構形式及參數相同，可用于搭建四足、六足及八足等仿生昆蟲機器人，每根運動桿通過四根SMA彈簧控制，彈簧兩端需要物理連接和電路連接，物理連接是為了彈簧收縮受力需要，從而產生位移；電路連接是為了方便給彈簧兩端通電加熱，故彈簧兩端的連接為接線插頭，物理連接采用強度好的釣魚線。具有該腿部結構的仿生昆蟲機器人，能夠滿足步行平臺實現全方位步態和調整昆蟲體姿勢的要求。
[0023]形狀記憶合金彈簧相當于哺乳動物的肌肉，只能收縮而不能舒張，所以形狀記憶合金彈簧只有單向驅動力。根據昆蟲一只腿的運動規律:抬起腿部一腿部前移一放下腿部，腳與地面接觸一腿部后移(實際是腿部不動，蟲身前移，由腳和地面摩擦力驅動蟲身前進)。本實用新型一根運動桿由四個形狀記憶合金彈簧驅動，分別驅動仿生肢節的抬起、前移、下放、后移。運動桿與T形軸相連接的一端采用軸承連接，以實現運動桿與蟲身的驅動連接。
[0024]本實用新型工作時，依次控制SMA彈簧的電路通斷，SMA彈簧主動收縮，與之對抗布置的SMA彈簧被動拉長，實現仿生關節即運動桿運動。第一 SMA彈簧6、第二 SMA彈簧7組成對抗的頡頏機構，可令運動桿4繞第二軸承55上下運動，實現仿生昆蟲機器人的抬腿、抓地動作;第三SMA彈簧8、第四SMA彈簧9組成另一組對抗的頡頏機構，可令運動桿4繞第一軸承54前后運動，實現仿生昆蟲機器人的前進、后退動作。
【權利要求】
1.一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，包括支撐板(I)、長支撐桿(2)、第一短支撐桿(3)、第二短支撐桿(31)、運動桿(4)、驅動機構、T形軸(5)，所述長支撐桿(2)、第一短支撐桿(3 )及第二短支撐桿(31)均插接設置在支撐板(I)上，運動桿(4 )與T形軸(5 )配合連接，其特征在于所述驅動機構包括第一 SMA彈簧(6)、第二 SMA彈簧(7)、第三SMA彈簧(8 )及第四SMA彈簧(9 )，各SMA彈簧的兩端均設置有連線(10 )，所述第一 SMA彈簧(6 )和第二 SMA彈簧(7)的兩端通過連線(10)分別與運動桿(4)及長支撐桿(2)相連，第三SMA彈簧(8)的兩端通過連線(10)分別與第一短支撐桿(3)和T形軸(5)的一端相連，第四SMA彈簧(9)的兩端通過連線(10)分別與第二短支撐桿(31)和T形軸(5)的另一端相連。
2.根據權利要求1所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述第一 SMA彈簧(6 )配合設置在運動桿(4)和長支撐桿(2 )的下端，第二 SMA彈簧(7 )配合設置在運動桿(4)和長支撐桿(2)的上端。
3.根據權利要求1所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述長支撐桿(2)、第一短支撐桿(3)、第二短支撐桿(31)及運動桿(4)上均設置有連接孔(11)。
4.根據權利要求1所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述T形軸(5 )包括水平軸(51)及豎直軸(52 )，豎直軸(52 )的一端通過三通管(53 )連接設置在水平軸(51)的中部，豎直軸(52)通過其上設置的第一軸承(54)插接設置在支撐板(I)上，豎直軸(52)遠離水平軸(52)的一端通過第二軸承(55)與運動桿(4)的一端相連。
5.根據權利要求1所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述第一短支撐桿(3)及第二短支撐桿(31)插接設置在支撐板(I)的中部，T形軸(5)插接設置在支撐板(I)的一側且位于長支撐桿(2)的外側。
6.根據權利要求1所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述運動桿(4)與T形軸(5)相連的一端設置有連接件(12)，所述連接件(12)呈U形且其上設置有與第二軸承(55 )配合使用的軸承孔(13 )。
7.根據權利要求1所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述連線(10)為尼龍繩。
8.根據權利要求1或6所述的一種用于仿生昆蟲機器人的腿部連接結構，其特征在于所述運動桿(4 )包括一體成型設置的豎直桿(41)及傾斜桿(42 )，豎直桿(41)和傾斜桿(42 )之間的角度為40-50度，連接件(12)配合設置在傾斜桿(42)的下端。
【文檔編號】B62D57/032GK203558141SQ201320458767
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年7月30日 優先權日:2013年7月30日
【發明者】應申舜, 蔡東海, 秦現生, 劉儉峰, 計時鳴 申請人:浙江工業大學