一種基于線齒輪傳動(dòng)的六足仿生機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及可在微小空間內(nèi)行走的仿生機(jī)器人，尤其涉及一種基于線齒輪傳動(dòng)的 六足仿生機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 人們對(duì)機(jī)器人的幻想與追求已有3000多年的歷史，人類希望制造一種像人一樣的 機(jī)器，以便代替人類完成各種工作。1959年，第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在美國(guó)誕生，近幾十年，各種 用途的機(jī)器人相繼問(wèn)世，使人類的許多夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。隨著機(jī)器人工作環(huán)境和工作任務(wù) 的復(fù)雜化，機(jī)器人具有在微小空間內(nèi)和復(fù)雜環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)工作的要求越來(lái)越迫切。而傳 統(tǒng)機(jī)器人簡(jiǎn)單的輪子和履帶的移動(dòng)機(jī)構(gòu)已不能適應(yīng)多變復(fù)雜的環(huán)境要求。
[0003] 傳統(tǒng)機(jī)器人： (1)輪式機(jī)器人 輪式機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)屬于機(jī)械領(lǐng)域，在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要考慮自身重量的影響，還 要考慮到工作環(huán)境的影響，而且不能對(duì)數(shù)據(jù)的采集和分析產(chǎn)生干擾。在輪式機(jī)器人的機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)中，最為重要的是轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如今，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主要分為如下幾種:艾克曼轉(zhuǎn)向（前 輪轉(zhuǎn)向前輪驅(qū)動(dòng)或者前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)）；滑動(dòng)轉(zhuǎn)向（兩側(cè)車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)）;全向轉(zhuǎn)動(dòng)(基于 全方位移動(dòng)輪構(gòu)建，如麥克納姆輪）；軸一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)向（車輪轉(zhuǎn)動(dòng)幅度較大）；車體一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)向 (轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)向靈活，但是軌跡難以控制），在輪式機(jī)器人的設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)具體需要來(lái)選 擇轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
[0004] (2)履帶式機(jī)器人 履帶式移動(dòng)機(jī)器人的主要特點(diǎn)是兩個(gè)履帶獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)有，運(yùn)動(dòng)越障性好，可以原 地轉(zhuǎn)動(dòng)，在不平的路面上運(yùn)動(dòng)性能良好，可以通過(guò)松軟路面。缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)速度緩慢，速度和 方向不能單獨(dú)控制，摩擦力很大，能量損失大，需要保持履帶的張緊。
[0005] 目前機(jī)器人體積大、成本高、控制算法復(fù)雜、較難實(shí)現(xiàn)大負(fù)載的運(yùn)動(dòng)，而且無(wú)法滿 足在微小空間內(nèi)和復(fù)雜環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)工作的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于線齒輪傳動(dòng)的六足仿生機(jī)器人，其體 積小，且能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜環(huán)境的工作要求。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案為： 一種基于線齒輪傳動(dòng)的六足仿生機(jī)器人，包括機(jī)體、位于機(jī)體內(nèi)的單片機(jī)及兩個(gè)微電 機(jī)、兩根相互平行的傳動(dòng)軸、六個(gè)主動(dòng)輪、六個(gè)從動(dòng)輪、六個(gè)豎直的柱狀足，主動(dòng)輪包括柱狀 主動(dòng)輪輪體、至少兩個(gè)沿周向均布于主動(dòng)輪輪體端面的空間螺旋線狀主動(dòng)線齒，從動(dòng)輪包 括柱狀從動(dòng)輪輪體、多個(gè)均布于從動(dòng)輪輪體周向的圓弧線狀從動(dòng)線齒，兩根傳動(dòng)軸分別與 兩個(gè)微電機(jī)的輸出端連接，其中三個(gè)主動(dòng)輪的主動(dòng)輪輪體分別同軸固定在一根傳動(dòng)軸上， 另三個(gè)主動(dòng)輪的主動(dòng)輪輪體分別同軸固定在另一根傳動(dòng)軸上，在機(jī)體的兩側(cè)分別設(shè)有三根 相互平行的輸出軸，輸出軸與傳動(dòng)軸之間的夾角為O~180°，其中三個(gè)從動(dòng)輪的從動(dòng)輪輪體 分別同軸固定于機(jī)體一側(cè)的三根輸出軸上，另三個(gè)從動(dòng)輪的從動(dòng)輪輪體分別同軸固定于機(jī) 體另一側(cè)的三根輸出軸上，六個(gè)主動(dòng)輪的主動(dòng)線齒分別與六個(gè)從動(dòng)輪的從動(dòng)線齒相嚙合， 在機(jī)體的兩側(cè)端面上分別設(shè)有水平的T型槽，在兩側(cè)的T型槽內(nèi)分別滑動(dòng)配合三根T型滑桿， 在滑桿的端部設(shè)有軸心為豎直的圓環(huán)，六個(gè)柱狀足分別活動(dòng)穿過(guò)六根滑桿的圓環(huán)，在輸出 軸與柱狀足之間設(shè)有Z型連桿，連桿的一端與輸出軸端部連接，連桿的另一端與柱狀足的頂 端連接，在輸出軸與連桿之間設(shè)有轉(zhuǎn)向離合器。
[0008] 主動(dòng)線齒與從動(dòng)線齒的橫截面直徑分別至少為0.1_。
[0009] 從動(dòng)線齒的個(gè)數(shù)為主動(dòng)線齒的個(gè)數(shù)與主、從動(dòng)輪傳動(dòng)比之積。
[0010] 在機(jī)體的前端、后端分別設(shè)有傳感器。
[0011] 兩個(gè)微電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方向相反。
[0012] 單片機(jī)與兩個(gè)微電機(jī)及轉(zhuǎn)向離合器電連接，六個(gè)柱狀足采用三角步態(tài)方式行走， 二角步態(tài)方式行走的兩組足的二角步態(tài)相位差為〇. 5π。
[0013] 主動(dòng)輪、從動(dòng)輪采用激光快速成型制造。
[0014] 本發(fā)明主動(dòng)輪與從動(dòng)輪兩個(gè)線齒輪為新型齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不是基于傳統(tǒng)齒輪的空 間曲面嚙合原理，而是基于空間曲線嚙合原理，即實(shí)現(xiàn)嚙合傳動(dòng)的是一對(duì)相互嚙合的空間 曲線。主動(dòng)線齒曲線形狀為空間螺旋線，從動(dòng)線齒曲線形狀為與主動(dòng)線齒共輒的空間圓弧 曲線。主動(dòng)線齒均勻布置在主動(dòng)輪的端部的一個(gè)圓周上，從動(dòng)線齒均勻布置在從動(dòng)輪柱面 的圓周上，主動(dòng)線齒與從動(dòng)線齒作用可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的空間嚙合傳動(dòng)。
[0015] 本發(fā)明微電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸與主動(dòng)輪輪體聯(lián)接，多個(gè)主動(dòng)線齒均勻安裝在主動(dòng)輪輪 體的端面上，主動(dòng)線齒縱向截面與主動(dòng)輪體的平面垂直。多個(gè)從動(dòng)線齒單排徑向均勻布置 在從動(dòng)輪輪體的圓周上;主動(dòng)輪軸與從動(dòng)輪軸相互垂直，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組成一對(duì)傳動(dòng)副， 通過(guò)主動(dòng)線齒和從動(dòng)線齒的嚙合運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)；當(dāng)主動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)線齒開始與從動(dòng)線齒接 觸，從動(dòng)線齒阻礙主動(dòng)線齒運(yùn)動(dòng)，其間的相互作用產(chǎn)生阻力，這個(gè)阻力即為傳動(dòng)力，從而實(shí) 現(xiàn)傳動(dòng)。主動(dòng)線齒為螺旋線形狀，從動(dòng)線齒為與主動(dòng)線齒共輒的空間曲線。主動(dòng)線齒至少為 2個(gè)，從動(dòng)輪線齒的個(gè)數(shù)為主動(dòng)輪線齒的個(gè)數(shù)與傳動(dòng)比之積。主動(dòng)線齒與從動(dòng)線齒橫截面直 徑為0.1 mm以上。
[0016] 線齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)只有一個(gè)傳動(dòng)副，使得傳動(dòng)系零件數(shù)減至最少，且能實(shí)現(xiàn)在較高 轉(zhuǎn)速下的連續(xù)傳動(dòng)；與傳統(tǒng)微小型變速機(jī)構(gòu)（如微小行星齒輪機(jī)構(gòu))相比，該傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)十 分簡(jiǎn)單，傳動(dòng)比大，占用體積比相同傳動(dòng)比的類似機(jī)構(gòu)小很多；而此類傳動(dòng)技術(shù)（如SMA傳 動(dòng)、熱膨脹傳動(dòng)、壓電傳動(dòng)和電磁傳動(dòng)），只能實(shí)現(xiàn)瞬間步進(jìn)直線傳動(dòng)，很難實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的連續(xù) 旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)。線齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要用于微小機(jī)電領(lǐng)域，如:微膠囊機(jī)器人、管道微小機(jī)器人等。 [00 17]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)： (1)在相同空間內(nèi)，本設(shè)計(jì)的線齒輪與傳統(tǒng)齒輪相比，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速比更大，可 達(dá)20:1，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)減速器，同時(shí)減小機(jī)器人體積，且傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。線齒輪采用的是 基于空間曲線嚙合原理的技術(shù)。
[0018] (2)線齒輪主、從動(dòng)線齒直徑最小可達(dá)0.1mm，并且主動(dòng)輪與從動(dòng)輪可以實(shí)現(xiàn)任意 角度的交錯(cuò)軸傳動(dòng)，更有利于縮小機(jī)器人體積，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在微小空間內(nèi)和復(fù)雜環(huán)境 下工作的要求。
[0019] (3)制造成本低，線齒輪等零件采用激光快速成型制造方法。同時(shí)把傳統(tǒng)六足機(jī)器 人的18個(gè)舵機(jī)改為2個(gè)電動(dòng)機(jī)加電磁離合器，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走，大大降低了成本與操作 難度。
[0020] (4)控制簡(jiǎn)單快捷，節(jié)省成本，可實(shí)現(xiàn)較大負(fù)載運(yùn)動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為主動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3為從動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為空間曲線嚙合齒輪機(jī)構(gòu)空間嚙合原理示意圖。
[0025]圖中：機(jī)體1、T型槽1-1、單片機(jī)2、微電機(jī)3、傳動(dòng)軸4、主動(dòng)輪5、主動(dòng)輪輪體5-1、主 動(dòng)線齒5-2、從動(dòng)輪6、從動(dòng)輪輪體6-1、從動(dòng)線齒6-2、左足一 7、左足二8、左足三9、右足一 10、 右足二11、右足三12、輸出軸13、滑桿14、圓環(huán)14-1、連桿15、轉(zhuǎn)向離合器16、傳感器17。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027] 實(shí)施例1:參見(jiàn)圖1~圖4, 一種基于線齒輪傳動(dòng)的六足仿生機(jī)器人，包括機(jī)體1、位 于機(jī)體1內(nèi)的單片機(jī)2及兩個(gè)微電機(jī)3、兩根相互平行的傳動(dòng)軸4、六個(gè)主動(dòng)輪5、六個(gè)從動(dòng)輪 6、六個(gè)豎直的柱狀足，六個(gè)柱狀足分別為左足一 7、左足二8、左足三9、右足一 10、右足二11、 右足三12。
[0028] 主動(dòng)輪5包括柱狀主動(dòng)輪輪體5-1、六個(gè)沿周向均布于主動(dòng)輪輪體5-1端面