雙曲軸驅(qū)動的八足趴臥式步行機(jī)器人設(shè)計(jì)分析

張久雷，劉 靜

（廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東佛山 528041）

1 引言

大多數(shù)行走機(jī)器人的步行機(jī)構(gòu)都是基于自然界的動物或昆蟲仿生設(shè)計(jì)出來的[1?2]，且控制系統(tǒng)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、主要應(yīng)用科研，難以教學(xué)應(yīng)用或培訓(xùn)、科普教育應(yīng)用；也難以在玩具、物流、搬運(yùn)、娛樂等領(lǐng)域拓展應(yīng)用。

這里設(shè)計(jì)研究的八足步行機(jī)器人是采用類似昆蟲類爬行動物的外展趴臥式腿部結(jié)構(gòu)；把爬行腿安裝在機(jī)體側(cè)面，可使機(jī)體在相對不大且重心相對偏低的情況下，可使爬行腿設(shè)計(jì)的較長，使其落腳點(diǎn)可以達(dá)到很大、很廣的活動范圍，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的地形情況，且穩(wěn)定性更好。

要求步行機(jī)器人具有良好的靈活性和地面適應(yīng)性，就需要配備較多的驅(qū)動電機(jī)或傳動系統(tǒng)，但可控自由度和控制難度將大幅增加。

因此，在滿足運(yùn)動條件下，驅(qū)動電機(jī)越少越好[3]。這里以2個電機(jī)分別獨(dú)立驅(qū)動2條曲軸、進(jìn)而分別帶動與2條曲軸鉸接的步行腿機(jī)構(gòu)的技術(shù)，研發(fā)了一種八足趴臥式步行機(jī)器人。

該機(jī)器人每條步行腿機(jī)構(gòu)均是由曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成的大腿、小腿及胯關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)；且每條步行腿均是由2 個曲柄控制，以實(shí)現(xiàn)其前后和上下擺動，能模擬昆蟲類步行腿三維空間的爬行步態(tài)。

該機(jī)具有16個自由度，但只需2個電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)控制整機(jī)的爬行運(yùn)動要求，驅(qū)動電機(jī)少、價(jià)格低、組裝簡單；大幅度降低了制造裝配中驅(qū)動電機(jī)的數(shù)量和原材料成本，利于批量制作和拓展應(yīng)用；……