一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人

1.本发明涉及机器人领域，尤其是涉及一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人。


背景技术：

2.仿生机器人是仿生学和机器人领域应用需求的结合产物，从机器人的角度来看，仿生机器人则是机器人发展的高级阶段。生物特性为机器人的设计提供了许多有益的参考，使得机器人可以从生物体上学习到一些对仿生机器人有利的设计。仿生螃蟹作为两栖仿生机器人，在特定环境特别是狭小地形和水下的资源勘探、生态观测、海洋测绘等科学研究中，将有广泛的应用和广阔的发展前景。
3.本发明基于对螃蟹的运动特性分析，运用仿生学与机械的原理设计了一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，行走过程中运动平稳，结构简单成本低，在运动的同时还具备监视、避障并通过程序实现对物体夹持的功能。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，通过结构合理化布置，在不同环境下实现对环境的勘探与资源的收集等任务。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
6.一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，包括机架、用于运动爬行的行走组件、用于夹持采集样本的螯足组件、用于观测与识别的感知组件、用于与计算机连接的控制器，所述行走组件安装在机架左右两侧，所述鳌足组件安装在机架前侧下端的左右两侧，所述感知组件安装在机架的顶端和左侧，所述控制器安装在机架的顶端。
7.进一步地，行走组件包括传动机构和执行机构，传动机构包括第一电机、第二电机、第一二级齿轮传动机构、第二二级齿轮传动机构，执行机构包括第一至第八步足，八条步足分别位于机架左右两侧，任意一侧安装四条，第一步足包括第一曲柄、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆，第一曲柄与第一连杆铰链连接，第二连杆与第一连杆和机架铰链连接，第三连杆与第一连杆和第四连杆铰链连接，第四连杆与第三连杆与机架铰链连接，位于内侧的步足与外侧步足结构对称，位于前侧的步足与后侧的步足结构相对称。
8.进一步的，螯足组件包括第一鳌足和第二鳌足，两只螯足分别通过第一齿轮齿条机构、第二齿轮齿条机构安装于机架前侧下端的左右两侧，第一鳌足包括第三电机、第四电机、第一减速箱、第二减速箱、第一丝杆、第一滑块、第一半爪、第二半爪、第一连接架，其中电机与减速箱分别传动连接并安装在第一连接架上，第一丝杆与第二减速器传动连接，第一半爪与第二半爪与第一滑块、第一连接架通过连杆铰链连接。
9.进一步地，感知组件包括超声波传感器、大齿轮、第七电机、第八电机、第五减速箱、第六减速箱、摄像头、支撑架，超声波传感器安装在机架左侧，第七电机、第八电机分别与第五减速箱、第六减速箱传动连接并安装在支撑架上，摄像头安装在支撑架的上端。
10.进一步的，控制器与所有所述电机、超声波传感器、摄像头保持连接，安装在机架
顶端与机架相固定。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用控制器与鳌足组件可以实现仿生机器人鳌足的伸缩以及对特定物体的夹取的功能，通过感知组件与控制器，可以实现仿生机器人在行走过程中检测障碍并自行避让的功能，通过感知组件中的检测模块可对水平面360
°
、垂直面90
°
的远程观测，在不同环境下实现对环境的勘探与资源的收集等任务。
附图说明
12.图1是本发明的结构示意图。
13.图2是本发明的行走组件的结构示意图。
14.图3是本发明的行走组件中传动机构的结构示意图。
15.图4是本发明的行走组件中执行机构的结构示意图。
16.图5是本发明的执行机构中第一步足的结构示意图。
17.图6是本发明的鳌足组件的结构示意图。
18.图7是本发明的鳌足组件中第一鳌足的结构示意图。
19.图8是本发明的感知组件的结构示意图。
20.图9是本发明的控制系统原理图。
具体实施方式
21.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
22.请参阅图1，一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，包括机架1、行走组件2、鳌足组件3、感知组件5和控制器4，所述行走组件2安装在机架1左右两侧，所述鳌足组件3安装在机架1前侧下端的左右两侧，所述感知组件5安装在机架1的顶端和左侧，所述控制器4安装在机架1的顶端。
23.请参阅图2至图5，行走组件2包括传动机构21、执行机构22；
24.传动机构21包括第一电机214、第二电机211、第一二级齿轮传动机构213、第二二级齿轮传动机构212；
25.第一二级齿轮传动机构213设置在执行机构22的中间且设置在机架1的前端，第一电机214与第一二级齿轮传动机构21传动连接，第一电机214驱动齿轮运动，从而实现第一二级齿轮传动机构213的整体传动，第二二级齿轮传动机构212设置在执行机构22的中间且设置在机架1的后端，第二电机211与第二二级齿轮传动机构21传动连接，第二电机211驱动齿轮运动，从而实现第二二级齿轮传动机构212的整体传动；
26.执行机构22包括第一至第八步足，八条步足分别位于机架1左右两侧，任意一侧安装四条；
27.第一步足221包括第一曲柄2211、第一连杆2213、第二连杆2214、第三连杆2215、第四连杆2212，第一曲柄2211与第一连杆2213铰链连接，第二连杆2214与第一连杆2213和机架1铰链连接，第三连杆2215与第一连杆2213和第四连杆2212铰链连接，第四连杆2212与第三连杆2215与机架1铰链连接，位于内侧的步足与外侧步足结构对称，位于前侧的步足与后侧的步足结构相对称；
28.具体的，通过同时启动第一电机214和第二电机211带动第一二级齿轮传动机构213和第二二级齿轮传动机构212运动，执行机构22与传动机构21铰链连接，第一曲柄2211与第二曲柄2231初始位置对称放置，当第一二级齿轮传动机构213、第二二级齿轮传动机构212输出轴带动第一曲柄2211和第二曲柄2231同步转动时，将带动第一连杆2213进行摆动，通过第二连杆2214和第四连杆2212的限制，带动第三连杆2215进行特定轨迹的运动，从而实现仿生步足向左或向右行走。
29.进一步地，机架1的左右两边看，第一步足221和第二步足228对称放置，曲柄向同侧转动，则两条步足同时向左或向右运动，且当第一步足221抬起时，第二步足228刚好放下，步足222和227、223和226、224和225同样如此。从机架1的前后方向看，将分为两种步态。一步态：两双内侧步足222、227和223、226运动规律一致，两双外侧步足221、228和224、225运动规律一致，且当外侧步足抬起时，内侧步足刚好放下；二步态：外侧步足221、228和内侧步足223、226运动规律一致，外侧步足224、225和内侧步足222、227运动规律一致，且当步足221、228和223、226抬起时，步足222、227和224、225刚好放下。在仿生螃蟹行走过程中，根据实际情况，仿生螃蟹会自行调整至两种中任意一种步态。
30.请参阅图6至图7，鳌足组件3包括第一鳌足32和第二鳌足33，两只螯足分别通过第一齿轮齿条机构33、第二齿轮齿条机构34安装于机架1前侧下端的左右两侧；
31.进一步地，第一鳌足32包括第三电机311、第四电机314、第一减速箱312、第二减速箱313、第一丝杆315、第一滑块316、第一半爪319、第二半爪318、第一连接架317，第三电机311与第一减速箱312传动连接并安装在第一连接架317上，第四电机314与第二减速箱313传动连接并安装在第一连接架317上，第一丝杆315与第二减速箱313传动连接，第一半爪319、第二半爪318与第一滑块316、第一连接架317通过连杆铰链连接。
32.具体的，当启动第三电机311时，通过传动连接将带动第一减速箱312转动，第一减速箱312与齿条进行啮合，以实现鳌足伸缩的功能。
33.进一步地，当启动第四电机314时，通过传动连接将带动第二减速箱313转动，第二减速箱313的转动通过传动连接带动第一丝杆315进行转动，第一丝杆315由于进行了限位，当第一丝杆315开始转动时，通过传动连接带动第一滑块316移动，同时带动第一半爪319和第二半爪318进行相互靠拢或背离运动，以实现鳌足夹合的功能。
34.请参阅图8，感知组件5包括超声波传感器41、大齿轮42、第七电机44、第八电机46、第五减速箱42、第六减速箱47、摄像头48、支撑架45，超声波传感器41安装在机架1左侧，大齿轮42固定在机架1顶端，第七电机44、第八电机46分别与第五减速箱42、第六减速箱47传动连接并安装在支撑架上，摄像头48安装在支撑架的上端。
35.具体的，当启动第七电机44时，通过传动连接将带动第五减速箱42转动，大齿轮42与机架1固定，将带动支撑架45乃至整个摄像头48转动，以实现摄像头48水平方向的转动功能。
36.进一步地，当启动第八电机46时，通过传动连接将带动第六减速箱47转动，通过传动连接带动摄像头48转动，对转动角度进行了限位，以实现摄像头48垂直方向的转动功能。
37.请参阅图1至图9，控制器4与所有所述电机、超声波传感器41、摄像头48保持连接，安装在机架1顶端与机架1相固定。
38.具体的，当超声波传感器41检测到仿生螃蟹机器人与障碍之间的距离达到特定数
值时，将通过控制器4控制第一电机214和第二电机211的正转和反转，以实现仿生螃蟹机器人转向的功能，当摄像头48检测到抓取物时，将通过控制器4控制第三电机311、第四电机314，以实现仿生螃蟹机器人的夹取物体功能。
39.以上所述仅为本发明的优选实施例，本发明保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的范围内可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

技术特征：
1.一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，其特征在于：包括机架、用于运动爬行的行走组件、用于夹持采集样本的螯足组件、用于观测与识别的感知组件、用于与计算机连接的控制器，所述行走组件安装在机架左右两侧，所述鳌足组件安装在机架前侧下端的左右两侧，所述感知组件安装在机架的顶端和左侧，所述控制器安装在机架的顶端。2.根据权利要求1所述的一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，其特征在于：所述行走组件包括传动机构和执行机构，传动机构包括第一电机、第二电机、第一二级齿轮传动机构、第二二级齿轮传动机构，执行机构包第一至第八步足，八条步足分别位于机架左右两侧，任意一侧安装四条。3.根据权利要求2所述的一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，其特征在于：第一步足包括第一曲柄、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆，第一曲柄与第一连杆铰链连接，第二连杆与第一连杆和机架铰链连接，第三连杆与第一连杆和第四连杆铰链连接，第四连杆与第三连杆和机架铰链连接，位于内侧的步足与外侧步足结构对称，位于前侧的步足与后侧的步足结构相对称。4.根据权利要求1所述的一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，其特征在于：所述螯足组件包括第一鳌足和第二鳌足，两只螯足分别通过第一齿轮齿条机构、第二齿轮齿条机构安装于机架前侧下端的左右两侧。5.根据权利要求4所述的一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，其特征在于：第一鳌足包括第三电机、第四电机、第一减速箱、第二减速箱、第一丝杆、第一滑块、第一半爪、第二半爪、第一连接架，其中电机与减速箱分别传动连接并安装在第一连接架上，第一丝杆与第二减速器传动连接，第一半爪与第二半爪与第一滑块、第一连接架通过连杆铰链连接。6.根据权利要求1所述的一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，其特征在于：所述感知组件包括超声波传感器、大齿轮、第七电机、第八电机、第五减速箱、第六减速箱、摄像头、支撑架，超声波传感器安装在机架左侧，第七电机、第八电机分别与第五减速箱、第六减速箱传动连接并安装在支撑架上，摄像头安装在支撑架的上端。7.根据权利要求1所述的一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，其特征在于：所述控制器与所有所述电机、超声波传感器、摄像头保持连接，安装在机架顶端与机架相固定。

技术总结
一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，包括机架、用于运动爬行的行走组件、用于夹持采集样本的螯足组件、用于观测与识别的感知组件、用于与计算机连接的控制器，所述行走组件安装在机架左右两侧，所述鳌足组件安装在机架前侧下端的左右两侧，所述感知组件安装在机架的顶端和左侧，所述控制器安装在机架的顶端且与行走组件、鳌足组件、感知组件连接。本发明提供一种基于慧鱼模型的八足仿生螃蟹机器人，能够控制仿生螃蟹的行走、转向、避障、螯足的伸缩和夹取等动作，通过软硬件合理搭配，以实现在不同环境下对环境的勘探与资源的收集等任务。不同环境下对环境的勘探与资源的收集等任务。不同环境下对环境的勘探与资源的收集等任务。


技术研发人员：陈红兵 郭骐豪 付建国 唐彧琛 项靖阳 何潇
受保护的技术使用者：西南大学
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/7/25