一种仿生六足爬虫装置

技术领域

本发明涉及仿生机械领域，具体涉及一种仿生六足爬虫装置。

背景技术

昆虫最迟在约4亿年前演化出现，截至2022年，全球记录所记录的昆虫种类10万多种，是生命演化历史上种类数量最多的一个类群。它们遍布各个大陆，总重量甚至超过了其它所有动物的总和，它们具有改变地球面貌的力量，是陆地生息繁衍的霸主。如此兴盛的生物类群，值得我们学习，而我们也正在追随昆虫演化的脚步，一点一点完善科技和发明。

仿生六足爬虫装置在很多国家都受到了重视，也是装置领域的研究热点之一。它的研究涉及到了生物科学，仿生学，机构学，传感技术及信息处理等多门学科。经过近年来的研究发展，世界各国在仿生领域有着飞速的发展，同时研制出了多款功能不同的仿生六足爬虫装置。

现有技术1CN114516374A公开了一种基于同步带传动的六足机器人，其工作方式为，当对开启一级腿驱动舵机1时，使一级腿驱动舵机1带动腿根十字连接件11在水平方向左右移动，从而使三级腿34在左右方向移动，从而对三级腿34在水平方向上位置的调节，当启动二级腿驱动舵机2时，使二级腿驱动舵机2带动二级腿左侧板21和二级腿右侧板22在竖直方向移动，从而对三级腿34在竖直方向上位置的调节，从而对三级腿34的角度进行调节，当启动三级腿驱动舵机3时，使三级腿驱动舵机3通过传动组件带动转轴进行转动，从而继续对三级腿34的角度进行调节，且一级腿驱动舵机1、二级腿驱动舵机2以及三级腿驱动舵机3可以同时气筒对三级腿4进行调节。

现有技术2CN115303381A公开了基于死点支撑效应的高速低能耗六足机器人，其包括六个腿部单体，每个腿部单体末端均转动安装在机体上，并能在120°的工作空间内摆动不干涉，六个腿部单体呈椭圆式布置在机体的两侧。

上述两个现有技术是目前技术中较具代表性的，现有技术1每个腿部都是独立驱动的，缺少联动的效果，会影响到行进的速度和敏捷性，这也是这类六足机器人普遍存在的缺陷，为了提高速度只能选择更好的电机。现有技术2是两侧腿部对称设置的代表，有独立控制每个腿的，与上述一样存在单个分开控制会影响速度的问题；也有对称同类型的腿同时运动的，会造成速度交底且转向困难的问题。

因此，需要分析和研究六足仿生爬虫装置，为实现运动快速性、敏捷性、稳定性的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种对爬虫的运动进行模拟的仿生装置，解决现有技术中独立控制和对称控制所带来的降低了速度、敏捷性、稳定性和转向难的问题。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

一种仿生六足爬虫装置，所述仿生六足爬虫装置具有主体和行走腿机构，所述主体包括相互平行间隔设置的左基板1和右基板2，在左基板1与右基板2的外侧均设置有行走腿机构，两个行走腿机构相对于主体呈中心对称设置，在左基板1与右基板2之间设置有控制箱6，所述控制箱6连接左基板1和右基板2，在所述主体的前侧设置有摄像头7，左基板1外侧的行走腿机构包括由前向后依次设置为第一侧腿3、中腿4和第二侧腿5，第一侧腿3、中腿4和第二侧腿5的结构不相同。

进一步地，第一侧腿1呈“Γ”型结构，具有第一垂直腿3.1和第一水平腿3.2，在所述第一水平腿3.2的端部和中部分别设置有轴承座一3.3和轴承座二3.4，在所述轴承座二3.4的两侧设置有轴套一3.5和轴套二3.6。

进一步地，中腿4具有中垂直腿4.1和n型腿4.2，所述中垂直腿4.1的上端与n型腿4.2一侧的端部通过轴承座三4.3连接。

进一步地，第二侧腿5呈“Γ”型结构，具有第二垂直腿5.1和第二水平腿5.2，在所述第二水平腿5.2端部设置有轴套三5.3，在所述第二水平腿5.2上设置有轴套四5.4。

进一步地，在所述左基板1的上侧面上由前向后依次设置有第一固定轴20、铰接座21、第二固定轴22，

第一侧腿1通过轴套一3.5与第一固定轴20铰接，

所述铰接座21上铰接有ㄇ型杆9，所述ㄇ型杆9具有与铰接座21铰接的套管段9.1、垂直于套管段9.1的短连杆9.2和长连杆9.4，在所述短连杆9.2的端部上设置有轴套五9.3，在所述长连杆9.4的端部上设置有轴承座四9.5，中腿4上的n型腿4.2的端部与轴套五9.3铰接，

第二侧腿5通过轴套三5.3与第二固定轴22铰接。

进一步地，所述行走腿机构还包括第一球副杆10、第二球副杆11、摆杆12、第三球副杆13、连腿杆14、转轴套16和连杆17，

第一球副杆10呈直杆状，所述第一球副杆10的两端通过向心关节轴承连接轴承座一3.3和轴承座三4.3，

第二球副杆11呈

摆杆12呈

第三球副杆13呈

连腿杆14具有横杆段14.1、过渡段14.2、垂直段14.3，垂直段14.3与横杆段14.1呈空间垂直状态，且通过与横杆段14.1垂直的过渡段14.2连接于横杆段14.1的两端，

转轴套16具有轴套主体16.1和固定在轴套主体16.1外侧的轴套连接端16.2，所述轴套连接端16.2与轴套七17.1铰接，所述轴套主体16.1与控制箱6上的左电机18的输出轴15连接。

进一步地，所述控制箱6内部设置有电源和控制模块。

本发明具有以下技术效果：

本发明两个行走腿机构相对于主体呈中心对称设置，既能够灵活的向前运动，也能够灵活的转向。设置有第一侧腿、中腿和第二侧腿，且支腿之间通过连杆和向心关节轴承连接，为满足相连接的需求，合理的设置第一侧腿、中腿和第二侧腿以及相互之间连接杆的形状，使支腿能够紧凑的布局在主体的两侧，紧凑的布局使得能够进一步提高六足爬虫的速度和转向的灵活度。本发明的六足爬虫装置符合六足爬虫运动规律且爬行快速、敏捷、稳定。同时本装置具有操作简单，成本低等特点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图一；

图2是本发明的整体结构示意图二；

图3是本发明的整体结构的俯视图；

图4是本发明的主体的结构示意图一；

图5是本发明的主体的结构示意图二；

图6是本发明第一侧腿的结构示意图；

图7是本发明中腿的结构示意图；

图8是本发明第二侧腿的结构示意图；

图9是本发明的第一球副杆的结构示意图；

图10是本发明的第二球副杆的结构示意图；

图11是本发明的第三球副杆的结构示意图；

图12是本发明摆杆的结构示意图；

图13是本发明的连杆和转轴套连接示意图；

图14是本发明的连腿杆结构示意图；

图15是本发明ㄇ型杆结构示意图；

图16是本发明的遥控器示意图；

附图标记：左基板1、右基板2、

第一侧腿3、第一垂直腿3.1、第一水平腿3.2、轴承座一3.3、轴承座二3.4、轴套一3.5、轴套二3.6、

中腿4、中垂直腿4.1、n型腿4.2、轴承座三4.3、

第二侧腿5、第二垂直腿5.1、第二水平腿5.2、轴套三5.3、轴套四5.4、控制箱6、摄像头7、机架轴8、

ㄇ型杆9、套管段9.1、短连杆9.2、轴套五9.3、长连杆9.4、轴承座四9.5、

第一球副杆10、第二球副杆11、

摆杆12、轴套六12.1、轴承座五12.2、

第三球副杆13、

连腿杆14、横杆段14.1、过渡段14.2、垂直段14.3、

输出轴15、

转轴套16、轴套主体16.1、轴套连接端16.2、

连杆17、轴套七17.1、

左电机18、右电机19、第一固定轴20、铰接座21、第二固定轴22、轴承座六23。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

以下结合附图对分发明进一步详细说明。

参照图1-3，为本发明公开的一种仿生六足爬虫装置，基板(左基板1和右基板2)上设置有行走腿机构，两基板及其之间设置有驱动模块、机身模块、遥控模块(无线收发模块)、视觉模块，本发明的六足爬虫装置可用于观察、测绘、救援等领域。通过其两侧的腿和腿之间的连接杆，可实现爬行装置的适应不同速度的要求，包括移动和转向的速度。并且通过对腿和连接杆形状(行走腿机构)的设置，使得爬虫装置主体或基板外侧的腿部结构紧凑，更进一步的在速度、敏捷性和稳定性上得到的提高。

为了提高六足爬虫装置的速度和转向灵活度，如图3所示，两个行走腿机构相对于主体呈中心对称设置，在左基板1与右基板2之间设置有控制箱6，所述控制箱6连接左基板1和右基板2，在所述主体的前侧设置有摄像头7，左基板1外侧的行走腿机构包括由前向后依次设置为第一侧腿3、中腿4和第二侧腿5，第一侧腿3、中腿4和第二侧腿5的结构不相同。

参照图4、5，在所述左基板1的上侧面上由前向后依次设置有第一固定轴20、铰接座21、第二固定轴22，用于与行走腿机构连接。

为了使爬虫装置主体或基板外侧的腿部结构紧凑，进一步提高速度、敏捷性和稳定性。如图1、2所示，行走腿机构还包括第一侧腿1、中腿4、第二侧腿5、第一球副杆10、第二球副杆11、摆杆12、第三球副杆13、连腿杆14、转轴套16和连杆17。

如图6所示，第一侧腿1呈“Γ”型结构，具有第一垂直腿3.1和第一水平腿3.2，在所述第一水平腿3.2的端部和中部分别设置有轴承座一3.3和轴承座二3.4，在所述轴承座二3.4的两侧设置有轴套一3.5和轴套二3.6，第一侧腿1通过轴套一3.5与第一固定轴20铰接。

如图7所示，中腿4具有中垂直腿4.1和n型腿4.2，所述中垂直腿4.1的上端与n型腿4.2一侧的端部通过轴承座三4.3连接。所述铰接座21上铰接有ㄇ型杆9，如图15所示，所述ㄇ型杆9具有与铰接座21铰接的套管段9.1、垂直于套管段9.1的短连杆9.2和长连杆9.4，在所述短连杆9.2的端部上设置有轴套五9.3，在所述长连杆9.4的端部上设置有轴承座四9.5，中腿4上的n型腿4.2的端部与轴套五9.3铰接。

如图8所示，第二侧腿5呈“Γ”型结构，具有第二垂直腿5.1和第二水平腿5.2，在所述第二水平腿5.2端部设置有轴套三5.3，在所述第二水平腿5.2上设置有轴套四5.4，第二侧腿5通过轴套三5.3与第二固定轴22铰接。

如图9所示，第一球副杆10呈直杆状，所述第一球副杆10的两端通过向心关节轴承连接轴承座一3.3和轴承座三4.3，

如图10所示，第二球副杆11呈

如图12、13所示，摆杆12呈

如图11所示，第三球副杆13呈

如图14所示，连腿杆14具有横杆段14.1、过渡段14.2、垂直段14.3，垂直段14.3与横杆段14.1呈空间垂直状态，且通过与横杆段14.1垂直的过渡段14.2连接于横杆段14.1的两端，

转轴套16具有轴套主体16.1和固定在轴套主体16.1外侧的轴套连接端16.2，所述轴套连接端16.2与轴套七17.1铰接，所述轴套主体16.1与控制箱6上的左电机18的输出轴15连接。

所述控制箱6内部设置有电源和控制模块。

参照图1、图16，遥控器①按钮按下，实现同一侧前后腿同步运动。

遥控器①⑧按钮同时按下完成向前爬向的运动周期完成，遥控器②⑤按钮同时按下，装置可完成后退运动，遥控器②⑥按钮同时按下，装置可完成左转运动，遥控器①⑤按钮同时按下，装置可完成右转运动，等等。上述遥控器的控制方式仅是作为一种控制例，通过更改按钮的功能，可以更换不同的控制方式，比如遥控器①⑧按钮同时按下是完成右转运动。

为实现仿生六足爬虫装置对环境的观察，在爬虫的设计上添加视觉模块以完成对图像的捕捉。最终选取FPV(5.8G)图传发射600MW图传摄像头套装，特点是其具有：信号稳定、轻便小巧、方便安装、功率小，外观精美结实，更合适本发明的需求。

本发明具有以下技术效果：

本发明两个行走腿机构相对于主体呈中心对称设置，既能够灵活的向前运动，也能够灵活的转向。设置有第一侧腿、中腿和第二侧腿，且支腿之间通过连杆和向心关节轴承连接，为满足相连接的需求，合理的设置第一侧腿、中腿和第二侧腿以及相互之间连接杆的形状，使支腿能够紧凑的布局在主体的两侧，紧凑的布局使得能够进一步提高六足爬虫的速度和转向的灵活度。本发明的六足爬虫装置符合六足爬虫运动规律且爬行快速、敏捷、稳定。同时本装置具有操作简单，成本低等特点。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。