一种仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人

1.本发明属于工业机器人技术领域，涉及一种仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人。


背景技术：

2.目前的机器人发展按照机械足分类，可分为足式、轮式、履带式三类移动机器人；足式机器人相较于轮式机器人和履带式机器人对复杂工作地形具有更强的适应性且由于其多足的特性使得灵活性和稳定性也更强，在遭遇单腿损坏的情况下有足够的支撑足和驱动足来保证继续移动。但由于其多足的特性所以操控难度要高于轮式与履带式机器人，轮式和履带式机器人相较于轮式机器人越障能力强，地形适应性强、可负载重量大等优点，而且能够实现原地转弯。但履带式机器人移动速度相对较慢，工作效率低且噪音较大，无法适应于复杂路况下的快速救援要求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决现有技术中机器人操控难度大，工作效率慢，无法适用于复杂路况的问题，提供一种仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人。
4.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
5.一种仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，包括：控制模块、机器人支撑模块、阿基米德旋线模块、机器人电源仓、机器人臂部模块和机器人腿部模块；
6.控制模块设置在机器人支撑模块的中间位置；阿基米德旋线模块设置在机器人支撑模块的下端，机器人腿部模块与阿基米德旋线模块进行相连，机器人臂部模块与机器人支撑模块连接；控制模块通过控制阿基米德旋线模块上的主舵机和机器人腿部模块的上各分舵机，进而控制机器人腿部模块的张开与闭合；控制模块通过控制机器人臂部模块上的各分舵机控制机器人臂部模块的张开与闭合；机器人电源仓设置在阿基米德旋线模块的下部，机器人电源仓向控制模块、阿基米德旋线模块、机器人臂部模块和机器人腿部模块进行供电。
7.本发明的进一步改进在于：
8.进一步的，机器人臂部模块包括臂部基节、臂部2号舵机、臂部胫节、臂部3号舵机、机器人操作手和臂部1号舵机；
9.臂部2号舵机和臂部3号舵机分别设置在臂部胫节两端；机器人操作手设置在臂部胫节上，且与臂部3号舵机位于同一端，臂部3号舵机与机器人操作手进行相连；臂部2号舵机与臂部基节进行连接，臂部1号舵机设置在机器人支撑模块上，臂部1号舵机与臂部基节进行连接；臂部3号舵机控制机器人操作手进行张开与闭合；臂部2号舵机控制臂部胫节进行张开与闭合；臂部1号舵机控制臂部基节进行左右移动；臂部1号舵机、臂部2号舵机和臂部3号舵机电连接控制模块，机器人电源仓向臂部1号舵机、臂部2号舵机和臂部3号舵机进行供电。
10.进一步的，机器人支撑模块包括第一面板和第二面板；第一面板和第二面板相对
设置；臂部1号舵机设置在第一面板和第二面板的边缘处。
11.进一步的，机器人臂部模块还包括臂部外壳；臂部外壳为弧形结构，臂部胫节设置在臂部外壳的内弧面。
12.进一步的，阿基米德旋线模块包括第三面板、第四面板、阿基米德旋线传动舵机、阿基米德旋线传动齿轮装置和旋转架；
13.第三面板和第四面板相对设置，阿基米德旋线传动舵机和设置在第三面板和第四面板之间，旋转架的一端设置在第三面板和第四面板之间，旋转架的一端与机器人腿部模块相连接，阿基米德旋线传动齿轮装置设置在第三面板上，且阿基米德旋线传动齿轮装置分别与阿基米德旋线传动舵机和旋转架相连；阿基米德旋线传动舵机连接控制模块，机器人电源仓为阿基米德旋线传动舵机供电。
14.进一步的，第三面板和第二面板之间通过固定连杆进行支撑，固定连杆为若干个。
15.进一步的，阿基米德旋线传动齿轮装置包括中间齿轮和外部齿轮，外部齿轮设置在中间齿轮的周围，且外部齿轮和中间齿轮相互啮合；中间齿轮与阿基米德旋线传动舵机相连接，外部齿轮与旋转架进行连接；阿基米德旋线传动舵机带动中间齿轮进行转动，进而带动旋转架收缩或伸出至第三面板和第四面板之间。
16.进一步的，机器人腿部模块包括腿部1号舵机、腿部2号舵机、腿部3号舵机、腿部胫节和腿部跗节；
17.腿部基节和腿部3号舵机设置在腿部胫节的两端；腿部3号舵机与腿部跗节进行连接，腿部1号舵机与旋转架的另一端相连接；腿部1号舵机与腿部基节连接，腿部2号舵机设置在腿部基节上；腿部3号舵机带动腿部跗节进行收缩与张开，腿部2号舵机带动腿部胫节进行收缩与张开，旋转架带动腿部1号舵机进行转动，同时腿部1号舵机带动机器人腿部模块进行收缩与张开。
18.进一步的，机器人腿部模块还包括腿部外壳，腿部外壳为弧形结构，腿部跗节设置在腿部外壳的内弧面。
19.进一步的，臂部外壳和腿部外壳为sla光固化成型3d打印材料。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21.本发明控制模块通过控制阿基米德旋线模块进而控制机器人腿部模块的张开与闭合，控制模块通过控制机器人臂部模块控制机械臂部模块的张开与闭合；本发明通过控制模块、阿基米德旋线模块、机器人臂部模块和机器人腿部模块等模块的相互配合，实现机器人行动模式的自由切换，进而能够适应不同路况，为各种救援场合和各种勘探任务提供有力的保障。仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人的机械臂工作更加灵活，能够完成不同的动作，降低复杂环境的作业难度，能够有效的提高救援的成功率。
附图说明
22.为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
23.图1是本发明的仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人整体结构示意图；
24.图2是本发明的机器人臂部模块结构示意图；
25.图3是本发明的机器人臂部模块、机器人支撑模块和控制模块连接示意图；
26.图4是本发明的机器人臂部模块和机器人支撑模块的俯视图；
27.图5是本发明的阿基米德旋线模块结构示意图；
28.图6是本发明的机器人腿部模块结构示意图；
29.图7是本发明的阿基米德旋线模块与机器人腿部模块的结构示意图；
30.图8是本发明的阿基米德旋线模块与机器人腿部模块的俯视图。
31.其中，1-控制模块；2-机器人支撑模块；3-固定连杆；4-阿基米德旋线模块；5-机器人电源仓；6-机器人臂部模块；7-机器人腿部模块；8-臂部基节；9-臂部2号舵机；10-臂部胫节；11-臂部3号舵机；12-机器人操作手；13-臂部外壳；14-臂部1号舵机；15-腿部1号舵机；16-腿部2号舵机；17-腿部3号舵机；18-腿部胫节；19-腿部跗节；20-腿部外壳；21-阿基米德旋线传动舵机；22-阿基米德旋线传动齿轮装置；23-旋转架；24-腿部基节；25-第一面板；26-第二面板；27-第三面板；28-第四面板。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
37.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。
38.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
39.参见图1，本发明公布了一种仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，包括：控制模块1、机器人支撑模块2、阿基米德旋线模块4、机器人电源仓5、机器人臂部模块6和机器人腿部模块7；控制模块1设置在机器人支撑模块2的中间位置；阿基米德旋线模块4设置在机器人支撑模块2的下端，机器人腿部模块7与阿基米德旋线模块4进行相连，机器人臂部模块6与机器人支撑模块2连接；控制模块1通过控制阿基米德旋线模块4进而控制机器人腿部模块7的张开与闭合；控制模块1通过控制机器人臂部模块6控制机器人臂部模块6的张开与闭合；机器人电源仓5设置在阿基米德旋线模块4的下部，机器人电源仓5向控制模块1、阿基米德旋线模块4、机器人臂部模块6和机器人腿部模块7进行供电。
40.机器人臂部模块6包括臂部基节8、臂部2号舵机9、臂部胫节10、臂部3号舵机11、机器人操作手12和臂部1号舵机14；臂部2号舵机9和臂部3号舵机11分别设置在臂部胫节10两端；机器人操作手12设置在臂部胫节10上，且与臂部3号舵机11位于同一端，臂部3号舵机11与机器人操作手12进行相连；臂部2号舵机9与臂部基节8进行连接，臂部1号舵机14设置在机器人支撑模块2上，臂部1号舵机14与臂部基节8进行连接；臂部3号舵机11控制机器人操作手12进行张开与闭合；臂部2号舵机9控制臂部胫节10进行张开与闭合；臂部1号舵机14控制臂部基节8进行左右移动；臂部1号舵机14、臂部2号舵机9和臂部3号舵机11电连接控制模块1，机器人电源仓5向臂部1号舵机14、臂部2号舵机9和臂部3号舵机11进行供电。机器人支撑模块2包括第一面板25和第二面板26；第一面板25和第二面板26相对设置；臂部1号舵机14设置在第一面板25和第二面板26的边缘处。机器人臂部模块6还包括臂部外壳13；臂部外壳13为弧形结构，臂部胫节10设置在臂部外壳13的内弧面。
41.阿基米德旋线模块4包括第三面板27、第四面板28、阿基米德旋线传动舵机21、阿基米德旋线传动齿轮装置22和旋转架23；第三面板27和第四面板28相对设置，阿基米德旋线传动舵机21和设置在第三面板27和第四面板28之间，旋转架23的一端设置在第三面板27和第四面板28之间，旋转架23的一端与机器人腿部模块7相连接，阿基米德旋线传动齿轮装置22设置在第三面板27上，且阿基米德旋线传动齿轮装置22分别与阿基米德旋线传动舵机21和旋转架23相连；阿基米德旋线传动舵机21连接控制模块1，机器人电源仓5为阿基米德旋线传动舵机21供电。阿基米德旋线传动齿轮装置22包括中间齿轮和外部齿轮，外部齿轮设置在中间齿轮的周围，且外部齿轮和中间齿轮相互啮合；中间齿轮与阿基米德旋线传动舵机21相连接，外部齿轮与旋转架23进行连接；阿基米德旋线传动舵机21带动中间齿轮进行转动，进而带动旋转架23收缩或伸出至第三面板27和第四面板28之间。第三面板27和第二面板26之间通过固定连杆3进行支撑，固定连杆3为若干个。机器人腿部模块7包括腿部1号舵机15、腿部2号舵机16、腿部3号舵机17、腿部胫节18和腿部跗节19；腿部基节24和腿部3号舵机17设置在腿部胫节18的两端；腿部3号舵机17与腿部跗节19进行连接，腿部1号舵机15与旋转架23的另一端相连接；腿部1号舵机15与腿部基节24连接，腿部2号舵机16设置在腿部基节24上；腿部3号舵机17带动腿部跗节19进行收缩与张开，腿部2号舵机16带动腿部胫节18进行收缩与张开，旋转架23带动腿部1号舵机15进行转动，同时腿部1号舵机15带动机器人腿部模块7进行收缩与张开。机器人腿部模块7还包括腿部外壳20，腿部外壳20为弧形结构，腿部跗节19设置在腿部外壳20的内弧面。臂部外壳13和腿部外壳20为sla光固化成型3d打印材料。
42.机器人腿部模块7均分分布在阿基米德旋线模块4周围，机器人臂部模块6均匀分
布在机器人支撑模块2周围；机器人腿部模块7与机器人臂部模块6的个数相同；外部齿轮和旋转架23的个数相同。臂部基节8、臂部胫节10、腿部胫节18、腿部跗节19需要承受较高的载荷，为提高使用寿命，均选用铝合金材料。阿基米德旋线模块4在机器人腿部模块7的收缩中需承受较高的扭矩，为提高使用寿命，阿基米德旋线机构各个部件均选用铝合金材料。
43.仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人的工作原理：当需要仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人进行收缩时，控制模块1同时下发指令至机器人臂部模块6、阿基米德旋线模块4和机器人腿部模块7；当臂部1号舵机14、臂部2号舵机9和臂部3号舵机11接收到控制模块1的收缩指令时，臂部2号舵机9带动臂部胫节10进行收缩，臂部3号舵机11带动机器人操作手12进行收缩，臂部1号舵机14带动臂部基节8向进行收缩；同时，阿基米德旋线模块4接收到收缩指令时，阿基米德旋线传动舵机21带动中间齿轮进行转动，进而带动旋转架23收缩至第三面板27和第四面板28之间，且腿部3号舵机17带动腿部跗节19进行收缩，腿部2号舵机16带动腿部胫节18进行收缩，腿部1号舵机15带动机器人腿部模块7进行收缩，待所有部件进行收缩完毕后，仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人以球式滚动的方式进行活动。
44.当需要仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人进行展开时，控制模块1同时下发指令至机器人臂部模块6、阿基米德旋线模块4和机器人腿部模块7；当臂部1号舵机14、臂部2号舵机9和臂部3号舵机11接收到控制模块1的展开指令时，臂部2号舵机9带动臂部胫节10进行展开，臂部3号舵机11带动机器人操作手12进行展开，臂部1号舵机14带动臂部基节8向进行展开；同时，阿基米德旋线模块4接收到展开指令时，阿基米德旋线传动舵机21带动中间齿轮进行转动，进而带动旋转架23从第三面板27和第四面板28之间展开，且腿部3号舵机17带动腿部跗节19进行展开，腿部2号舵机16带动腿部胫节18进行展开，腿部1号舵机15带动机器人腿部模块7进行展开，待所有部件进行展开完毕后，仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人以足式爬行的方式进行活动。
45.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

技术特征：
1.一种仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，其特征在于，包括：控制模块(1)、机器人支撑模块(2)、阿基米德旋线模块(4)、机器人电源仓(5)、机器人臂部模块(6)和机器人腿部模块(7)；所述控制模块(1)设置在机器人支撑模块(2)的中间位置；所述阿基米德旋线模块(4)设置在机器人支撑模块(2)的下端，所述机器人腿部模块(7)与阿基米德旋线模块(4)进行相连，所述机器人臂部模块(6)与机器人支撑模块(2)连接；所述控制模块(1)通过控制阿基米德旋线模块(4)上的主舵机和机器人腿部模块(7)的上各分舵机，进而控制机器人腿部模块(7)的张开与闭合；所述控制模块(1)通过控制机器人臂部模块(6)上的各分舵机控制机器人臂部模块(6)的张开与闭合；所述机器人电源仓(5)设置在阿基米德旋线模块(4)的下部，所述机器人电源仓(5)向控制模块(1)、阿基米德旋线模块(4)、机器人臂部模块(6)和机器人腿部模块(7)进行供电。2.根据权利要求1所述的仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，其特征在于，所述机器人臂部模块(6)包括臂部基节(8)、臂部2号舵机(9)、臂部胫节(10)、臂部3号舵机(11)、机器人操作手(12)和臂部1号舵机(14)；所述臂部2号舵机(9)和臂部3号舵机(11)分别设置在臂部胫节(10)两端；所述机器人操作手(12)设置在臂部胫节(10)上，且与臂部3号舵机(11)位于同一端，所述臂部3号舵机(11)与机器人操作手(12)进行相连；所述臂部2号舵机(9)与臂部基节(8)进行连接，所述臂部1号舵机(14)设置在机器人支撑模块(2)上，所述臂部1号舵机(14)与臂部基节(8)进行连接；所述臂部3号舵机(11)控制机器人操作手(12)进行张开与闭合；所述臂部2号舵机(9)控制臂部胫节(10)进行张开与闭合；所述臂部1号舵机(14)控制臂部基节(8)进行左右移动；所述臂部1号舵机(14)、臂部2号舵机(9)和臂部3号舵机(11)电连接控制模块(1)，所述机器人电源仓(5)向臂部1号舵机(14)、臂部2号舵机(9)和臂部3号舵机(11)进行供电。3.根据权利要求2所述的仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，其特征在于，所述机器人支撑模块(2)包括第一面板(25)和第二面板(26)；所述第一面板(25)和第二面板(26)相对设置；所述臂部1号舵机(14)设置在第一面板(25)和第二面板(26)的边缘处。4.根据权利要求3所的仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，其特征在于，所述机器人臂部模块(6)还包括臂部外壳(13)；所述臂部外壳(13)为弧形结构，所述臂部胫节(10)设置在臂部外壳(13)的内弧面。5.根据权利要求4所述的仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，其特征在于，所述阿基米德旋线模块(4)包括第三面板(27)、第四面板(28)、阿基米德旋线传动舵机(21)、阿基米德旋线传动齿轮装置(22)和旋转架(23)；所述第三面板(27)和第四面板(28)相对设置，所述阿基米德旋线传动舵机(21)和设置在第三面板(27)和第四面板(28)之间，所述旋转架(23)的一端设置在第三面板(27)和第四面板(28)之间，所述旋转架(23)的一端与机器人腿部模块(7)相连接，所述阿基米德旋线传动齿轮装置(22)设置在第三面板(27)上，且阿基米德旋线传动齿轮装置(22)分别与阿基米德旋线传动舵机(21)和旋转架(23)相连；所述阿基米德旋线传动舵机(21)连接控制模块(1)，所述机器人电源仓(5)为阿基米德旋线传动舵机(21)供电。6.根据权利要求5所述的仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，其特征在于，所述第三面板(27)和第二面板(26)之间通过固定连杆(3)进行支撑，所述固定连杆(3)为若干个。
7.根据权利要求6所述的仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，其特征在于，所述阿基米德旋线传动齿轮装置(22)包括中间齿轮和外部齿轮，所述外部齿轮设置在中间齿轮的周围，且外部齿轮和中间齿轮相互啮合；所述中间齿轮与阿基米德旋线传动舵机(21)相连接，所述外部齿轮与旋转架(23)进行连接；所述阿基米德旋线传动舵机(21)带动中间齿轮进行转动，进而带动旋转架(23)收缩或伸出至第三面板(27)和第四面板(28)之间。8.根据权利要求7所述的仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，其特征在于，所述机器人腿部模块(7)包括腿部1号舵机(15)、腿部2号舵机(16)、腿部3号舵机(17)、腿部胫节(18)和腿部跗节(19)；所述腿部基节(24)和腿部3号舵机(17)设置在腿部胫节(18)的两端；所述腿部3号舵机(17)与腿部跗节(19)进行连接，所述腿部1号舵机(15)与旋转架(23)的另一端相连接；所述腿部1号舵机(15)与腿部基节(24)连接，所述腿部2号舵机(16)设置在腿部基节(24)上；所述腿部3号舵机(17)带动腿部跗节(19)进行收缩与张开，所述腿部2号舵机(16)带动腿部胫节(18)进行收缩与张开，所述旋转架(23)带动腿部1号舵机(15)进行转动，同时腿部1号舵机(15)带动机器人腿部模块(7)进行收缩与张开。9.根据权利要求8所述的仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，其特征在于，所述机器人腿部模块(7)还包括腿部外壳(20)，所述腿部外壳(20)为弧形结构，所述腿部跗节(19)设置在腿部外壳(20)的内弧面。10.根据权利要求9所述的仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，其特征在于，所述臂部外壳(13)和腿部外壳(20)为sla光固化成型3d打印材料。

技术总结
本发明公开了一种仿生六足四臂蟹形灾害作业机器人，包括：控制模块设置在机器人支撑模块的中间位置；阿基米德旋线模块设置在机器人支撑模块下端，机器人腿部模块与阿基米德旋线模块进行相连，机械臂部模块与机器人支撑模块连接；控制模块通过控制阿基米德旋线模块主舵机和机器人腿部模块上各分舵机，进而控制机器人腿部模块的张开与闭合；控制模块通过控制机器人臂部模块上各舵机控制机械臂部模块的张开与闭合；机器人电源仓设置在阿基米德旋线模块的下部。本发明通过控制模块、阿基米德旋线模块、机器人臂部模块和机器人腿部模块等模块之间的共同配合进而实现机器人行动模式的自由切换，能够适应不同路况，为各种救援场合和各种勘探任务提供有力的保障。和各种勘探任务提供有力的保障。和各种勘探任务提供有力的保障。


技术研发人员：赵闻 王颖琦 徐扬 刘贞报 付怡祺 黎栗谯 詹涵文 宋云飞
受保护的技术使用者：西北工业大学太仓长三角研究院
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/8/14