CN109367642A - 一种头胸腹分离式仿生六足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种头胸腹分离式仿生六足机器人，在行走和穿越复杂地形时可以更好地模仿昆虫的能力，具有更强的穿越非结构化地形的能力，属于仿生机器人领域。由机器人本体、视觉系统、LED灯模块、定位模块、控制模块、综合检测模块、电源模块、存储模块构成，具体包括头部、胸部、腹部、足部、视觉系统、综合检测模块以及定位模块。本发明具备在非结构化地形下行走，转弯等功能，从而达到在各种危险、人类无法到达的地形中穿行的目的。

Description

一种头胸腹分离式仿生六足机器人

技术领域

本发明公开了一种头胸腹分离式仿生六足机器人，在行走和穿越复杂地形时可以更好地模仿昆虫的能力，具有更强的穿越非结构化地形的能力。

背景技术

随着机器人技术的飞速发展，机器人在灾后恢复、农业、家庭等诸多领域发挥着越来越重要的作用，尤其广泛应用于不安全或人类无法触及的环境中。这就要求机器人具备穿越不同地形的能力，尤其是在崎岖和危险地区。现有的许多机器人设计都能够在非结构化地形中行走。轮式机器人移动速度很快，但它们跨越障碍的能力相当有限。跟踪机器人擅长在各种环境中导航，但重量大、速度慢的机器人在大多数情况下并不实用。腿型机器人在跨越大型障碍物时具有优越的性能。分割的车身设计允许更高的自由度，当比较其他类型的对等物。此外，仿生六足机器人，模仿昆虫运动的行为，是最有能力在非结构化的地形中导航，并完成多项任务。仿生六足机器人，作为多足机器人的代表，可在非结构化地形上行走，较常规机器人具有很强的越障能力与环境适应性。本发明的目的在于提供一种头胸腹分离式仿生六足机器人，机器人分为头部、胸部和腹部。这种仿生结构可以有效地提高机器人的灵活性和爬行能力，同时减少了机器人对多自由度足的依赖。实现灵活穿越非结构化地形的功能。

对现有专利检索发现，专利申请公开号：CN108340986A，发明名称：一种具有并联结构的轮腿仿生机器人，该发明通过并联机构在结构紧凑的同时获得较多的运动自由度和较好的运动灵活性及承载能力。其缺点为：结构复杂，不能很好的满足非结构化地形上的工作需要。

检索发现，专利申请公开号：CN108297081A，发明名称：一种可灵活转向的蚯蚓仿生机器人，该发明通过腹部安装的滚动轮蜿蜒前行，从而在地面上进行类似蚯蚓的蠕动，柔软性好，能够在山洞、管道、瓦墟、山石等复杂恶劣的地形环境下顺畅移动。其缺点为：腹部下面的滚动轮时常会出现打滑以及滚动轮发生堵塞的情况，因此无法达到顺畅移动，影响了使用效果。

检索发现，专利申请公开号：CN102267509A，发明名称：对称式仿生六足行走装置，该发明采用两个结构完全一致、中心对称的上、下层套筒结构实现三角支撑机构。其缺点主要有：结构复杂，启动时间长；体积及重量较大。

检索发现，专利申请公开号：CN205469364U，发明名称：一种新型的六足机器人结构及其控制系统，该发明通过十八个舵机控制机器人腿的活动。其缺点为：腿部自由度过高，很难实现精密控制；机器人负载能力差；步态稳定性低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种头胸腹分离式仿生六足机器人，具备在非结构化地形下行走，转弯等功能，从而达到在各种危险、人类无法到达的地形中穿行的目的。

为实现上述目的，发明团队通过观察六足动物的身体结构，发现它们主要由三部分组成:头部、胸部和腹部。头部主要用于感知，胸腔的功能是运动和协调，腹部充当能量储备。因此，本发明设计了头-胸-腹分段结构的仿生六足机器人。机器人分为头部、胸部和腹部。这种仿生结构可以有效地提高机器人的灵活性和爬行能力。同时减少了机器人对多自由度足的依赖。

本发明采用的技术方案为一种头胸腹分离式仿生六足机器人，由机器人本体、视觉系统5、LED灯模块、定位模块7、控制模块、综合检测模块6、电源模块、存储模块构成，机器人本体包括头部1、胸部2、腹部3和足部4。头部1、胸部2和腹部3通过销轴顺次连接组成昆虫胸腔结构，头部1、胸部2和腹部3分别用来模仿昆虫胸腔结构中的三个躯体，机器人本体能够实现抬起、低下头部或腹部等动作。头部1用于感知环境信息，胸腔的功能是运动和协调，腹部充当能量储备。

头部1、胸部2、腹部3的两侧均设有足部4，视觉系统5由摄像头、夜视仪、LED灯模块、存储模块、图像处理模块以及无线通讯模块构成，摄像头和夜视仪并列布设并与存储模块连接，存储模块、图像处理模块和无线通讯模块顺次连接；摄像头以及夜视仪组成双摄固定在机器人头部1上，LED灯模块围绕在双摄周围用以补光，存储模块、图像处理模块以及无线通讯模块内嵌在机器人胸部2内。综合检测模块6内嵌于头部1内，综合检测模块6由温度传感器、声音传感器、烟雾传感器、碰撞传感器和超声波传感器等组成，综合检测模块6用以存储以及实时向上位机传送各个传感器所检测到的信息。定位模块7内嵌于腹部3中，当客户端有额外的功能时，客户端可以设计特定的功能模块安装到胸部2内。腹部3由控制器、电机驱动器、电机、电源模块构成，控制器与电机驱动器连接，电机驱动器与电机连接，电源模块均与控制器、电机驱动器、电机连接并为其提供动力，电机控制头部1、胸部2两部分的抬起或者低下。

视觉系统5、综合检测模块6、定位模块7分别与控制器相连。

利用仿生六足机器人达到穿越非结构化地形上的目的，所述的足部4是半圆形(C型)或圆环且与所述的六足机器人本体连接部位位于半圆形一端或圆环上任意一点，由此实现足部4的驱动及支撑作用，进而实现机器人在行走和穿越复杂地形时可以更好地模仿昆虫，具有更强的穿越非结构化地形的能力。

所述的视觉系统5中，LED灯模块能够在夜间为摄像头、夜视仪进行补光，夜视仪能够在夜间进行图像的采集，摄像头除采集图像外，还具备录像功能和进行数据备份外，还能够通过无线通讯模块向上位机实时传输数据。

头部1、胸部2和腹部3均采用碳纤维材料制成。

本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：

1、和常规轮式机器人相比，具备非结构化地形下穿越能力，可以攀爬台阶、跨越小型障碍、沟壑等特殊地形。

2、相比履带式机器人，具备自重轻、构造简便、运动灵活等优势。

3、分割的车身设计允许更高的自由度。

4、机器人的结构底座采用碳纤维材料制成，轻巧牢固，与其他材料相比具有很好的强度重量比。

附图说明

图1头胸腹分离式仿生六足机器人系统框图。

图2头胸腹分离式仿生六足机器人系统示意图。

图中：1头部，2胸部，3腹部，4足部，5视觉系统，6综合检测模块，7定位模块

具体实施方式

参阅图2，一种头胸腹分离式仿生六足机器人，其特征在于由机器人本体、视觉系统、LED灯模块、定位模块、控制模块、综合检测模块、电源模块、存储模块构成，具体包括头部1、胸部2、腹部3、足部4、视觉系统5、综合检测模块6以及定位模块7。

其中六足机器人的头部1、胸部2、腹部3各与两个足部4轴向固定连接，用来模仿昆虫胸腔中的三个躯体。一种特殊的机构用于连接每两个部分。这种机制可以提供两个额外的自由度，允许机器人执行诸如抬起和低下头部或腹部等动作。视觉系统5由摄像头、夜视仪、LED灯模块、存储模块、图像处理模块以及无线通讯模块构成，摄像头以及夜视仪组成双摄固定在机器人头部1上，LED灯模块围绕在双摄周围在夜晚时进行补光，存储模块、图像处理模块以及无线通讯模块内嵌在机器人胸部2内。综合检测模块6内嵌于机器人头部1内，包括温度传感器、声音传感器、烟雾传感器、碰撞传感器、超声波传感器等，可以存储以及实时向上位机传送所检测到的信息。定位模块7内嵌于腹部2中，当客户端有额外的功能时，客户端可以设计特定的功能模块安装到胸部2内。腹部3由控制器、电机驱动器、电机、电源模块构成，控制其他两个部分并为其提供能量。

参阅图1，视觉系统5、综合检测模块6、定位模块7分别与控制器相连，电源模块向控制器、电机驱动器、电机供电。

一种头胸腹分离式仿生六足机器人，其特征还在于，利用仿生六足机器人达到穿越非结构化地形上的目的，所述的机器人足部4可以是半圆形(C型)或完整圆环型且与所述的六足机器人本体1连接部位位于半圆形一端或完整圆环上任意一点，以区别与普通的轮式机器人的轮胎圆心轴向固定连接方式。

一种头胸腹分离式仿生六足机器人，其特征还在于，所述的视觉系统5中，LED灯模块可以在夜间为视觉系统进行补光，夜视仪可以更好的在夜间进行图像的采集，摄像头除采集图像外，不仅具备录像功能，可以进行数据备份外，还可以通过无线通讯模块向上位机实时传输数据。

实施例：头胸腹分离式仿生六足机器人可以被安置在地震现场执行搜索任务。由于其小而灵活的结构，可以在复杂而狭窄的地形中工作。在搜索过程中，机器人的摄像头、超声波传感器、陀螺仪等传感器使机器人能够很好地完成任务。此外，该机器人出色的承重能力使其能够发挥运输的作用。当机器人损坏时，其模块化结构允许工作人员拆除损坏的模块并安装新的模块。这个过程非常简单和快速，这样搜救人员就不会花太多时间在修复上面。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种头胸腹分离式仿生六足机器人，其特征在于：由机器人本体、视觉系统(5)、LED灯模块、定位模块(7)、控制模块、综合检测模块(6)、电源模块、存储模块构成，机器人本体包括头部(1)、胸部(2)、腹部(3)和足部(4)；头部(1)、胸部(2)和腹部(3)通过销轴顺次连接组成昆虫胸腔结构，头部(1)、胸部(2)和腹部(3)分别用来模仿昆虫胸腔结构中的三个躯体，机器人本体能够实现抬起、低下头部或腹部动作；头部(1)用于感知环境信息，胸腔的功能是运动和协调，腹部充当能量储备；

头部(1)、胸部(2)、腹部(3)的两侧均设有足部(4)，视觉系统(5)由摄像头、夜视仪、LED灯模块、存储模块、图像处理模块以及无线通讯模块构成，摄像头和夜视仪并列布设并与存储模块连接，存储模块、图像处理模块和无线通讯模块顺次连接；摄像头以及夜视仪组成双摄固定在机器人头部(1)上，LED灯模块围绕在双摄周围用以补光，存储模块、图像处理模块以及无线通讯模块内嵌在机器人胸部(2)内；综合检测模块(6)内嵌于头部(1)内，综合检测模块(6)由温度传感器、声音传感器、烟雾传感器、碰撞传感器和超声波传感器等组成，综合检测模块(6)用以存储以及实时向上位机传送各个传感器所检测到的信息；定位模块(7)内嵌于腹部(3)中；腹部(3)由控制器、电机驱动器、电机、电源模块构成，控制器与电机驱动器连接，电机驱动器与电机连接，电源模块均与控制器、电机驱动器、电机连接并为其提供动力，电机控制头部(1)、胸部(2)两部分的抬起或者低下；

视觉系统(5)、综合检测模块(6)、定位模块(7)分别与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的一种头胸腹分离式仿生六足机器人，其特征在于：所述的足部(4)是半圆形或圆环且与所述的六足机器人本体连接部位位于半圆形一端或圆环上任意一点，由此实现足部(4)的驱动及支撑作用，进而实现机器人在行走和穿越复杂地形时模仿昆虫，具有穿越非结构化地形的能力。

3.根据权利要求1所述的一种头胸腹分离式仿生六足机器人，其特征在于：所述的视觉系统(5)中，LED灯模块能够在夜间为摄像头、夜视仪进行补光，夜视仪能够在夜间进行图像的采集，摄像头除采集图像外，还具备录像功能和进行数据备份外，还能够通过无线通讯模块向上位机实时传输数据。

4.根据权利要求1所述的一种头胸腹分离式仿生六足机器人，其特征在于：头部(1)、胸部(2)和腹部(3)均采用碳纤维材料制成。