六足仿生搜救机器人的研制

方案

机器人总长为670mm，两足的横向跨度为702mm，底板距离地面的高度为302mm。主要由机械臂、六足联动机构、导航系统、雷达系统、电路控制系统五大部分组成，如图1所示。

1.1 机械臂

机械臂总体长度为430mm，机械前臂采用对称的平行四边形连杆机构，以液压缸为动力源，将液压杆的收缩运动转化为双钳的张合动作。前臂与后臂之间采用回转副连接，可以实现前臂的竖直摆动，摆动范围是0～45°；后臂与身体前端也采用回转副连接，可以实现整个机械臂的水平移动，水平移动范围是0～30°，增大了覆盖范围。机械臂采用平行四边形结构，四边形边长为60mm和30mm，自由杆的长度为41mm，平行曲杆的张角为140°，当液压杆伸长时，自由杆推动平行曲杆绕端轴旋转，实现钳子抓取的功能。当液压杆伸长23mm时，钳口刚好闭合，当液压杆处于初始状态时，钳口处于最大张开状态，距离为77mm。

1.2 腿部结构

腿部的结构形式是多足步行机器人机构的重要组成部分，根据仿生学原理，采用三角步态模拟蝎子的爬行，通过电机驱动齿轮，带动主轴旋转，进而使曲柄连杆做连续的回转运动带动中间和后足的转动，通过平行连杆机构及回转机构，带动前腿的转动，大腿与小腿之间的转动动力来源于液压缸，可实现往复收腿，这种结构的优点在于：1）六足驱动，提供强大的动力以适应较大坡度的越障；2）液压缸能保证腿部在行走时候的稳定；3）足与小腿之间装有减震器以实现抬腿与落地的平稳；4）结构紧凑，足端可达运动空间很大，且活动灵活，能实现三足的转向、转角、转速一致，达到交替行走的效果。

为了不使足间发生相互干涉，每条腿的摆动范围在40°以内，并以此设计计算出各传动零件的尺寸。在腿部连杆结构的设计中，采用了图谱法。即先编就连杆曲线图谱，然后从图谱中找出所需的运动轨迹曲线，最后查出该连杆机构的各尺寸参数。通过绘制简单的图谱，发现以大腿和小腿的比例接近1：2的情况为可取，长度各为300mm，600mm。若小腿过长，虽然步长变大运动加快，但对电机的扭矩要求大。身体的平稳度也降低；若小腿过短，虽然重心变低，稳定性增加。但行走效率低，机构不协调。所以，本机器人腿部与身躯之间的角度变化范围为：以水平面为位基准为-10～20°，大腿与小腿之间的角度范围为60～120°，最大抬腿高度为360mm，以确保较强的越障能力。

1.3 导航系统

导航系统采用多组摄像头，白天用中间的主摄像头，夜间用周围小型的红外摄像头，可使机器人昼夜工作。通过导线与控制电路板相联接，采集的图像传输到尾部雷达系统进行再处理。底部通过两个回转副与身体下盖连接，由小型电机驱动，通过锥齿轮配合，实现电机的转动传递给支撑杆（即液压装置）的转动，从而实现摄像头的360°旋转。摄像头的升降由液压缸实现，最大可升至70mm的高度，不工作时可以隐藏在“体内”。

1.4 雷达系统

通过电路接收导航系统传输的图像，经过A/D（模数）转换，生成数字信号，经由发射装置，以电磁波的形式，上传到后台“指挥中心”，指挥中心获取数字信号，通过D/A（数模）转换，转换成为模拟信号，并输出到屏幕供指挥人员随时了解前方信息。如出现故障或者其他突发状况，指挥人员可以及时做出反应，发出简单指令。（如：暂停、继续、停止，该指令优先级高于机器人内部指令）；如无特殊情况，机器人按照自己的程序完成各项活动。尾巴分三节，每节均为“8”字形，三节杆与雷达联接处采用转动副实现雷达两方向摆动，每两个零件的联接处均为转动副，实现雷达的大范围摆动，从而扩展了接收信号的范围。信号发射器通过发射电磁波与指挥中心进行通讯。此外，该装置摆放于尾部，可以避免干扰机械臂的“前线”工作，使整个设计更为

紧凑。

2 结束语

蝎型仿生机器人身体狭长，两侧腿的间距跨度范围大，收缩后可以穿过狭窄地段，如隧道，山间较大裂缝等。抬腿高度大，可以轻易越过障碍物，机械臂可辅助排障，越障能力强。腿部采用双弹簧减震，行走平稳。