[0284] 5)設(shè)定六肢昆蟲(chóng)肢體大臂與本體、中臂與大臂、小臂與中臂連接處隨時(shí)間的變化 關(guān)系，并結(jié)合上述步驟中得到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證確定六肢昆蟲(chóng)運(yùn) 動(dòng)方式：
[0285]步驟4)中的仿真都設(shè)定了各肢體大臂、中臂、小臂之間在0°~90°范圍內(nèi)變化，但 在六肢昆蟲(chóng)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中每組腿是協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的，不可能每組腿的關(guān)節(jié)腳的變化一致， 所W下面的仿真中假定各肢體大臂、中臂、小臂之間的變化隨時(shí)間的變化關(guān)系如下：
[0286]前肢本體與大臂之間、大臂與中臂之間、中臂與小臂之間的活動(dòng)范圍隨時(shí)間t的變 化關(guān)系分別是：
[0巧7] 011 = 0,目i2= 3t/巧sin2(t)，目13 = V巧sin2(t);
[028引其中011為前肢本體與大臂之間的夾角，012為前肢大臂與中臂之間的夾角，013為前 肢中臂與小臂之間的夾角；
[0289]中肢本體與大臂之間、大臂與中臂之間、中臂與小臂之間的活動(dòng)范圍隨時(shí)間t的變 化關(guān)系分別是：
[0巧0] 021= 0,目22= V巧sin2(t+3l/6)，目23 = V巧sin2(t+3l/6);
[0291] 其中02功中肢本體與大臂之間的夾角，022為中肢大臂與中臂之間的夾角，023為中 肢中臂與小臂之間的夾角；
[0292]后肢本體與大臂之間、大臂與中臂之間、中臂與小臂之間的活動(dòng)范圍隨時(shí)間t的變 化關(guān)系分別是：
[0巧3] 031 = 0,目32 = V巧sin2(t+3i/3)，目33 = V巧sin2(t+3i/3);
[0294]其中031為后肢本體與大臂之間的夾角，032為后肢大臂與中臂之間的夾角，033為后 肢中臂與小臂之間的夾角；
[0295]各肢體大臂、中臂、小臂連接處對(duì)應(yīng)的角速度和角加速度分別如下：
[0巧6] 前肢：
[0307]將W上數(shù)據(jù)帶入MATLAB軟件進(jìn)行仿真，設(shè)置時(shí)間t從0秒到20秒，得到S組肢體速 度、加速度綜合仿真圖形，如圖6、圖7所示。
[0308]確定六肢昆蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)方式：
[0309] 六肢昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)時(shí)由前肢、中肢、后肢協(xié)作完成，但前肢、中肢、后肢不是均勻分布 的；前肢向頭部上方凸出且長(zhǎng)度最短，主要用于爬越障礙物W及支持前面頭部體重，在一個(gè) 運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)反應(yīng)相對(duì)較慢，因此前肢的運(yùn)動(dòng)加速度、速度曲線相應(yīng)滯后于中肢和后 肢；中肢主要用于直線行走，但由于負(fù)責(zé)絕大部分體重，相對(duì)于后肢而言，其加速度、速度曲 線相對(duì)滯后，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)運(yùn)行時(shí)存在時(shí)間滯后;后肢除了保持與前肢中肢的節(jié)奏外， 還起到轉(zhuǎn)向作用，并承擔(dān)后半部身體體重，且長(zhǎng)度最長(zhǎng)，因此相應(yīng)的加速度、速度曲線在曲 線圖上反應(yīng)最快、峰值最大；由于本文選擇參考點(diǎn)為六肢昆蟲(chóng)質(zhì)屯、，因此即使六肢昆蟲(chóng)運(yùn)行 時(shí)腳尖著地，但其身體仍是向前運(yùn)行的，所W，仿真曲線中并未出現(xiàn)相應(yīng)的零點(diǎn)現(xiàn)象。從W 上分析及各肢在給定關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍內(nèi)的仿真曲線可知，=條肢的加速度、速度仿真曲線 與六肢昆蟲(chóng)的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律基本是一致的，從而確定了仿生六肢昆蟲(chóng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式的正 確性和可行性，為仿生六肢昆蟲(chóng)機(jī)器人的制造和應(yīng)用等奠定了基礎(chǔ)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種仿生六肢昆蟲(chóng)機(jī)器人，包括本體和肢體，所述的肢體包括一對(duì)前肢、一對(duì)中肢和 一對(duì)后肢，所述的一對(duì)前肢分別對(duì)稱設(shè)置在本體前端的兩側(cè)，所述的一對(duì)中肢分別對(duì)稱設(shè) 置在本體中部的兩側(cè)，所述的一對(duì)后肢分別對(duì)稱設(shè)置在本體后端的兩側(cè)，其特征在于:所述 的前肢、中肢、后肢的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)i、L2、L3，則各長(zhǎng)度之間的關(guān)系滿足L2 = 1~1.3Li，L3 = 1.1 ~1.35L2;所述的本體上設(shè)有控制元件;所述的肢體上設(shè)有執(zhí)行元件;所述的執(zhí)行元件與控 制元件相連;所述的控制元件包括一個(gè)信號(hào)接收器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生六肢昆蟲(chóng)機(jī)器人，其特征在于:所述的前肢、中肢和 后肢均包括大臂、中臂和小臂;所述的大臂與本體連接;所述的中臂與大臂連接;所述的小 臂與中臂連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種仿生六肢昆蟲(chóng)機(jī)器人，其特征在于:所述的大臂長(zhǎng)度為Si、 中臂長(zhǎng)度為S2、小臂長(zhǎng)度為&，則各長(zhǎng)度滿足關(guān)系S2 = =4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種仿生六肢昆蟲(chóng)機(jī)器人，其特征在于:所述的大臂與本體之 間的連接為活動(dòng)范圍〇~30°的連接;所述的大臂和中臂之間的連接、中臂和小臂之間的連 接均為活動(dòng)范圍〇~90°的連接。5. -種仿生六肢昆蟲(chóng)機(jī)器人的使用方法，其步驟為： 1) 使用前準(zhǔn)備，啟動(dòng)機(jī)器人控制電源，將控制元件初始化，啟動(dòng)信號(hào)接收器； 2) 運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備，輸入信號(hào)，限定各肢體大臂、中臂、小臂之間活動(dòng)范圍與時(shí)間的變化關(guān)系： 前肢本體與大臂之間、大臂與中臂之間、中臂與小臂之間的活動(dòng)范圍隨時(shí)間t的變化關(guān) 系分別是： θπ = 0,9i2 = ：n/2*sin2(t)，0i3 = Ji/2*sin2(t); 其中θιι為前肢本體與大臂之間的夾角，Θ12為前肢大臂與中臂之間的夾角，θ13為前肢中 臂與小臂之間的夾角； 中肢本體與大臂之間、大臂與中臂之間、中臂與小臂之間的活動(dòng)范圍隨時(shí)間t的變化關(guān) 系分別是： 021 = 0,022 = 3t/2*sin2(?+π/6), 023 = 3T/2*sin2(t+3T/6)； 其中Θ21為中肢本體與大臂之間的夾角，θ22為中肢大臂與中臂之間的夾角，θ23為中肢中 臂與小臂之間的夾角； 后肢本體與大臂之間、大臂與中臂之間、中臂與小臂之間的活動(dòng)范圍隨時(shí)間t的變化關(guān) 系分別是： θ3? = 0,932 = V2*sin2(t+Jr/3)，033 = V2*sin2(t+3T/3); 其中Θ31為后肢本體與大臂之間的夾角，θ32為后肢大臂與中臂之間的夾角，θ33為后肢中 臂與小臂之間的夾角； 3) 輸入信號(hào)，控制各肢體大臂、中臂、小臂連接處按如下運(yùn)動(dòng)速度執(zhí)行： 前肢：本體與大臂連接處的角速度為 角加速度為 大臂與中臂連接處的角速度為 角加速度為中臂與小臂連接處的角速度為 角加速度為 中肢：本體與大臂連接處的角速度為 角加速度為 大臂與中臂連接處的角速度為 角加速度為中臂與小臂連接處的角速度為 角加速度為 后肢：本體與大臂連接處的角速度為 角加速度為大臂與中臂連接處的角速度為 角加速度為中臂與小臂連接處的角速度為 角加速度為其中t的初始值為0; 4)斷開(kāi)機(jī)器人控制電源，運(yùn)動(dòng)停止。6. -種六肢昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)方式確定方法，其步驟為： 1) 數(shù)據(jù)采集，采集六肢昆蟲(chóng)肢體靜態(tài)數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并依照該靜態(tài)數(shù) 據(jù)和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)制作六肢昆蟲(chóng)模型； 2) 根據(jù)步驟1)中所采集的靜態(tài)數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算模型中大臂與本體、中臂與大臂、 小臂與中臂之間的位置關(guān)系，并最終得到小臂端點(diǎn)相對(duì)于本體的動(dòng)態(tài)位置，用第一坐標(biāo)公 式表示； 3) 將步驟2)中根據(jù)靜態(tài)數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)得到的第一坐標(biāo)公式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，并結(jié)合雅可 比矩陣求解和變換得到六肢昆蟲(chóng)肢體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的線速度、角速度矢量公式和加速度公 式； 4) 將步驟1)中采集的六肢昆蟲(chóng)肢體靜態(tài)數(shù)據(jù)和步驟3)中得到的六肢昆蟲(chóng)肢體運(yùn)動(dòng)過(guò) 程中線速度、角速度矢量和加速度同時(shí)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真分析，與六肢昆蟲(chóng)實(shí)際運(yùn)動(dòng)方 式相比較，初步驗(yàn)證仿生六肢昆蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)方式； 5) 設(shè)定六肢昆蟲(chóng)肢體大臂與本體、中臂與大臂、小臂與中臂連接處隨時(shí)間的變化關(guān)系， 并結(jié)合上述步驟中得到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證確定六肢昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)方 式。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種六肢昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)方式確定方法，其特征在于:步驟1)中所述 的靜態(tài)數(shù)據(jù)為六肢昆蟲(chóng)肢體與本體的位置關(guān)系以及大臂、中臂、小臂之間的長(zhǎng)度比例關(guān)系。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種六肢昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)方式確定方法，其特征在于:步驟2)中所述 的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)為大臂相對(duì)于本體、中臂相對(duì)于大臂、小臂相對(duì)于中臂的活動(dòng)范圍和角度。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種六肢昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)方式確定方法，其特征在于:步驟2)中所述 的大臂與本體、中臂與大臂、小臂與中臂之間的位置關(guān)系通過(guò)在本體質(zhì)心、大臂與中臂連接 點(diǎn)、中臂與小臂連接點(diǎn)、小臂端點(diǎn)四點(diǎn)建立三維坐標(biāo)系，再用各點(diǎn)的坐標(biāo)值表示;求解各坐 標(biāo)值的關(guān)系，得到小臂端點(diǎn)相對(duì)于本體的動(dòng)態(tài)位置。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種六肢昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)方式確定方法，其特征在于：步驟4)中仿 真分析采用的工具為MATLAB軟件。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種六肢昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)方式確定方法、仿生六肢昆蟲(chóng)機(jī)器人及其使用方法，屬于仿生機(jī)器人領(lǐng)域，其解決了現(xiàn)有六肢昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)方式不明確，依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)不能制造出適應(yīng)路況差等惡劣環(huán)境的高仿生六肢昆蟲(chóng)機(jī)器人的問(wèn)題。本發(fā)明的機(jī)器人包括本體和肢體，所述的肢體包括一對(duì)前肢、一對(duì)中肢和一對(duì)后肢，所述的一對(duì)前肢分別對(duì)稱設(shè)置在本體前端的兩側(cè)，所述的一對(duì)中肢分別對(duì)稱設(shè)置在本體中部的兩側(cè)，所述的一對(duì)后肢分別對(duì)稱設(shè)置在本體后端的兩側(cè)；所述的本體上設(shè)有控制元件；所述的肢體上設(shè)有執(zhí)行元件；所述的執(zhí)行元件與控制元件相連。本發(fā)明能精確地確定六肢昆蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)方式，制造出能夠適應(yīng)抗震救災(zāi)等惡劣環(huán)境的仿生六肢昆蟲(chóng)機(jī)器人。
【IPC分類】B62D57/032
【公開(kāi)號(hào)】CN105438305
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510784401
【發(fā)明人】宋崇智
【申請(qǐng)人】安徽工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年11月13日