本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，具體涉及一種基于3D打印技術(shù)的微型仿生六足機(jī)器人，屬于機(jī)電一體化控制系統(tǒng)與智能機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代加工技術(shù)的快速發(fā)展，3D打印技術(shù)利用光固化、紙層疊等加法加工技術(shù)構(gòu)造物體，相比傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速?gòu)?fù)雜機(jī)構(gòu)成型，目前已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)療、工業(yè)設(shè)計(jì)以及國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域。3D打印技術(shù)的發(fā)明方便了使用者對(duì)復(fù)雜構(gòu)件的加工使用，使用者可根據(jù)興趣和用途實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的快速加工成型，從而極大地簡(jiǎn)化了工業(yè)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，縮短了樣機(jī)研制周期。

六足機(jī)器人，是多足混聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型，也是娛樂(lè)、教學(xué)機(jī)器人中較為經(jīng)典的機(jī)器人構(gòu)型之一，集成位姿運(yùn)動(dòng)傳感器的多足機(jī)器人，能夠靈活地適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境的運(yùn)動(dòng)。六足機(jī)器人構(gòu)型可分為兩類(lèi)：一類(lèi)類(lèi)似于昆蟲(chóng)結(jié)構(gòu)，六個(gè)足機(jī)構(gòu)分兩組平行地分布在機(jī)身兩側(cè)；另一類(lèi)類(lèi)似于海星結(jié)構(gòu)的輻射型六足機(jī)器人，六個(gè)足機(jī)構(gòu)均勻等距的分布在正六邊形機(jī)身的六個(gè)頂角處。兩類(lèi)構(gòu)型的機(jī)器人相比較，輻射型六足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制更靈活，機(jī)動(dòng)性能更好。采用傳統(tǒng)機(jī)械加工方法制作的機(jī)器人本體，由于加工技術(shù)和工具的局限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)六足機(jī)器人的微型化，并且還具有加工成本高、本體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、裝配精度差等缺點(diǎn)。與串聯(lián)機(jī)器人不同，混聯(lián)機(jī)器人其質(zhì)量分布越集中，控制穩(wěn)定性也就越高，而傳統(tǒng)的六足機(jī)器人往往忽略了這一特性。

公開(kāi)號(hào)為CN104960591A的中國(guó)專(zhuān)利所涉及的六足機(jī)器人，采用簡(jiǎn)化的爬行動(dòng)物構(gòu)型，每個(gè)足機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)電機(jī)，六個(gè)足機(jī)構(gòu)采用一個(gè)電機(jī)通過(guò)鏈條或皮條驅(qū)動(dòng)，該機(jī)器人體積較大，環(huán)境適應(yīng)能力較差。公開(kāi)號(hào)為CN104859747A的中國(guó)專(zhuān)利所涉及的六足機(jī)器人，采用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)6支足機(jī)構(gòu)，每支足機(jī)構(gòu)具有3個(gè)自由度，因?yàn)槎鏅C(jī)驅(qū)動(dòng)力性能的局限性限制了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度和控制精度，但該方案控制成本和電源供電方法十分便利。公開(kāi)號(hào)為CN104443105A的中國(guó)專(zhuān)利所涉及的低能耗六足機(jī)器人，采用繩驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)18個(gè)關(guān)節(jié)，由于繩具有明顯的彈性形變，因此其控制精度也較差，且易磨損，機(jī)器人壽命較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于3D打印技術(shù)的微型仿生六足機(jī)器人，采用3D打印技術(shù)制成，整個(gè)機(jī)器人具有體積小、質(zhì)量輕、控制精度高、適應(yīng)能力強(qiáng)和外觀漂亮的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)以上目的的：

一種基于3D打印技術(shù)的微型仿生六足機(jī)器人，其特征在于，包括：

機(jī)身承載構(gòu)件，由兩層正六邊形的腹板組成，該兩層腹板通過(guò)頂點(diǎn)處的六個(gè)支撐柱連接成一體，該六個(gè)支撐柱的幾何中心設(shè)有用于裝配的階梯通孔且各裝配有一驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述機(jī)身承載構(gòu)件通過(guò)該六個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別與六只三自由度足機(jī)構(gòu)連接；

六只三自由度足機(jī)構(gòu)，與所述機(jī)身承載構(gòu)件呈輻射對(duì)稱(chēng)，每一三自由度足機(jī)構(gòu)為三自由度串聯(lián)機(jī)械臂，包括依次連接的髖骨構(gòu)件、大腿構(gòu)件、小腿構(gòu)件以及聯(lián)動(dòng)該小腿構(gòu)件的雙連桿機(jī)構(gòu)，其中：髖骨構(gòu)件的一端通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)與機(jī)身承載構(gòu)件連接，另一端與大腿構(gòu)件連接，大腿構(gòu)件的末端串聯(lián)小腿構(gòu)件并與雙連桿機(jī)構(gòu)組成閉合的四連桿機(jī)構(gòu)，從而將所述微型仿生六足機(jī)器人的整機(jī)質(zhì)量向所述機(jī)身承載構(gòu)件的幾何中心集中，大腿構(gòu)件和雙連桿機(jī)構(gòu)上分別設(shè)有用于裝配的階梯通孔且分別裝配有驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

機(jī)載控制電路板，安裝在所述機(jī)身承載構(gòu)件的兩層腹板之間，用于感知并反饋所述微型仿生六足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)信息，接收所述微型仿生六足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制指令并控制各所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)六只三自由度足機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)；

所述六只三自由度足機(jī)構(gòu)的髖骨構(gòu)件、大腿構(gòu)件、小腿構(gòu)件以及雙連桿機(jī)構(gòu)與所述機(jī)身承載構(gòu)件組成所述微型仿生六足機(jī)器人的本體，全部采用3D打印技術(shù)制作，該機(jī)身承載構(gòu)件采用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)所述兩層腹板與六只支撐柱的一次成型。

優(yōu)選地，所述的兩層腹板包括上層腹板和底層腹板，該上層腹板的中心設(shè)有圓形鏤空，該底層腹板的中心設(shè)有正六邊形鏤空，該正六邊形鏤空周?chē)O(shè)有用于安裝所述機(jī)載控制電路板的安裝孔，所述機(jī)載控制電路板上設(shè)有與該安裝孔相配合的通孔，該機(jī)載控制電路板安裝于所述底層腹板中心的正六邊形鏤空處并與該底層腹板連接。

優(yōu)選地，所述的兩層腹板的外邊緣均設(shè)有用于配合安裝通過(guò)3D打印技術(shù)制作的外殼的固定孔。

優(yōu)選地，所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括：電機(jī)軸垂直于所述機(jī)身承載構(gòu)件的髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)軸平行于所述機(jī)身承載構(gòu)件的髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及電機(jī)軸平行于所述機(jī)身承載構(gòu)件的膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；其中，髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝于所述支撐柱中心的階梯通孔中，用于驅(qū)動(dòng)所述大腿構(gòu)件實(shí)現(xiàn)在平行于所述機(jī)身承載構(gòu)件的兩層腹板的平面內(nèi)的擺動(dòng)；髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝于所述大腿構(gòu)件上的階梯通孔內(nèi)，用于驅(qū)動(dòng)該大腿構(gòu)件繞該髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)所述大腿構(gòu)件的抬起動(dòng)作；膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝于所述雙連桿機(jī)構(gòu)上的階梯通孔中，并通過(guò)該雙連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述小腿構(gòu)件繞該小腿構(gòu)件上的鉸接裝配孔擺動(dòng)；所述髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)、髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)和膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)均設(shè)有編碼器及減速器。

更優(yōu)選地，所述的髖骨構(gòu)件上設(shè)有配合所述髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸的第一D型通孔以及配合所述髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸的第二D型通孔，并分別設(shè)有安裝緊定該髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸的螺紋孔以及安裝緊定該髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸的螺紋孔，所述髖骨構(gòu)件上還設(shè)有分別安裝所述髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)和所述髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)的限位通孔，該限位通孔分別與所述第一D型通孔和第二D型通孔同軸，所述支撐柱的側(cè)壁設(shè)有安裝緊定所述髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)的螺紋孔。

更優(yōu)選地，所述的大腿構(gòu)件的一端設(shè)有用于安裝所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的階梯通孔，另一端設(shè)有用于鉸接所述小腿構(gòu)件的鉸接孔，該大腿構(gòu)件采用鏤空處理，鏤空處的一側(cè)設(shè)有所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸配合孔，另一側(cè)設(shè)有所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的限位通孔，并設(shè)有安裝緊定所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸的螺紋孔。

更優(yōu)選地，所述的小腿構(gòu)件呈三角錐形且設(shè)有三角形截面的鏤空，該小腿構(gòu)件的一端設(shè)有與所述大腿構(gòu)件配合鉸接的第一裝配孔和與所述雙連桿機(jī)構(gòu)配合鉸接的第二裝配孔，另一端為點(diǎn)接觸的錐角足末端，所述小腿構(gòu)件通過(guò)所述第一裝配孔與所述大腿構(gòu)件上的鉸接孔鉸接成被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

更優(yōu)選地，所述的雙連桿機(jī)構(gòu)包括連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿和連接小腿構(gòu)件連桿，所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)依次與連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿、連接小腿構(gòu)件連桿以及小腿構(gòu)件通過(guò)鉸接方式連接，并與所述大腿構(gòu)件形成閉合的四連桿機(jī)構(gòu)。

更優(yōu)選地，所述的連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿的一端的中心部鏤空形成連桿結(jié)構(gòu)板，該連桿結(jié)構(gòu)板上設(shè)有鉸接裝配孔，該連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿的另一端設(shè)有用以裝配所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的階梯通孔；

所述的連接小腿構(gòu)件連桿的兩端為圓弧并鏤空形成結(jié)構(gòu)板，該結(jié)構(gòu)板的中心處設(shè)有矩形截面連桿鏤空，所述結(jié)構(gòu)板的一端設(shè)有第一鉸接裝配孔，另一端設(shè)有第二鉸接裝配孔，所述小腿構(gòu)件通過(guò)該第二鉸接裝配孔與第一鉸接裝配孔鉸接成被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述第二鉸接裝配孔與所述連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿上的鉸接裝配孔鉸接配合。

優(yōu)選地，所述的機(jī)載控制電路板集成了電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器、通信模塊和位姿運(yùn)控傳感器，整個(gè)所述微型仿生六足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制指令采用無(wú)線或有線方式經(jīng)過(guò)所述通信模塊發(fā)送至所述電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器，該電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器將運(yùn)動(dòng)控制指令換算成電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖以生成電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令，分別控制所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，所述位姿運(yùn)動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)反饋所述微型仿生六足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

本發(fā)明中，所述髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)與髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸矢量方向相互垂直。所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿上的階梯通孔中，膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸與大腿構(gòu)件上的膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸配合孔配合，同時(shí)受大腿構(gòu)件上的電機(jī)限位通孔約束，通過(guò)連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿、連接小腿構(gòu)件連桿驅(qū)動(dòng)小腿構(gòu)件繞小腿構(gòu)件上的第一裝配孔擺動(dòng)；

所述髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在大腿構(gòu)件上的髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)階梯通孔內(nèi)，髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸與髖骨構(gòu)件上的第二D型通孔配合，并受髖骨構(gòu)件上的髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)限位孔約束，驅(qū)使大腿構(gòu)件繞髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大腿構(gòu)件抬起動(dòng)作；

所述髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝配在機(jī)身承載構(gòu)件上的支撐柱中心的階梯通孔中，髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸與髖骨構(gòu)件上的第一D型通孔配合，并受髖骨構(gòu)件上的髖關(guān)節(jié)機(jī)身電機(jī)限位孔約束，從而實(shí)現(xiàn)大腿機(jī)構(gòu)平面內(nèi)擺動(dòng)。

因此，所述微型仿生六足機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)空間內(nèi)靈活的六自由度運(yùn)動(dòng)控制，并具有越障功能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明采用3D打印技術(shù)，因而能夠自定義制作各種形狀、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的機(jī)器人本體，在保證本體機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，提高了機(jī)器人本體外觀的可觀賞性，采用對(duì)復(fù)雜路況適應(yīng)性能優(yōu)越的三自由度的足機(jī)構(gòu)，并采用四連桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化足機(jī)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型，將質(zhì)量相對(duì)集中的膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝位置設(shè)在大腿構(gòu)件上盡可能靠近機(jī)身承載構(gòu)件的位置，同時(shí)依靠機(jī)身姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)傳感器充分提高了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制精度。

本發(fā)明具有體積小、重量輕、質(zhì)量載荷集中、運(yùn)動(dòng)控制精度高、價(jià)格低、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，控制電路與機(jī)器人本體拓?fù)溥M(jìn)一步優(yōu)化后可廣泛應(yīng)用于教學(xué)和娛樂(lè)領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的整體立體圖。

圖2為本發(fā)明的三自由度足機(jī)構(gòu)的立體圖。

圖3為本發(fā)明的小腿構(gòu)件的立體圖。

圖4為本發(fā)明的大腿構(gòu)件的立體圖。

圖5為本發(fā)明的髖骨構(gòu)件的立體圖。

圖6為本發(fā)明的連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿的立體圖。

圖7為本發(fā)明的連接小腿構(gòu)件連桿的立體圖。

圖8為本發(fā)明的機(jī)身承載構(gòu)件的立體圖。

圖中：

1機(jī)載控制電路板，2雙連桿機(jī)構(gòu)，3小腿構(gòu)件，4大腿構(gòu)件，5髖骨構(gòu)件，7機(jī)身承載構(gòu)件，8連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿，9連接小腿構(gòu)件連桿；

301小腿構(gòu)件鏤空，302小腿構(gòu)件錐角，303第一鉸接裝配孔，304第二鉸接裝配孔；

401大腿構(gòu)件鏤空，402膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸配合孔，403大腿結(jié)構(gòu)板，404大腿構(gòu)件鉸接安裝孔，405膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)限位通孔，406髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝階梯通孔；

501髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)限位通孔，502髖骨肋板，503髖骨結(jié)構(gòu)板，504第二D型通孔，505髖骨構(gòu)件鏤空，506髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)限位通孔，507髖骨結(jié)構(gòu)板，508第一D型通孔，509髖骨構(gòu)件鏤空處；

601膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，602髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)，603髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)，604連桿結(jié)構(gòu)板，605連桿鉸接裝配孔，606連桿鏤空，607膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝階梯通孔；

701連桿鏤空，702結(jié)構(gòu)板，703小腿構(gòu)件鉸接裝配孔，704連桿鉸接裝配孔；

801髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝階梯通孔，802控制電路板安裝孔，803倒角，804鏤空，805支撐柱，806上層腹板，807底層腹板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種基于3D打印技術(shù)的微型仿生六足機(jī)器人，包括機(jī)載控制電路板1、三自由度足機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和機(jī)身承載構(gòu)件7，其中：機(jī)身承載構(gòu)件7的內(nèi)部裝配機(jī)載控制電路板1，機(jī)身承載構(gòu)件7的六個(gè)頂點(diǎn)分別裝配一只三自由度足機(jī)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝于三自由度足機(jī)構(gòu)上并驅(qū)動(dòng)三自由度足機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人空間六自由度的運(yùn)動(dòng)；機(jī)載控制電路板1用于控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)、接收并反饋所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制指令及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、感知所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)信息。

本實(shí)施例中，所述機(jī)身承載構(gòu)件7、髖骨構(gòu)件5、大腿構(gòu)件4、小腿構(gòu)件3以及雙連桿機(jī)構(gòu)2組成機(jī)器人本體，均采用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜構(gòu)型的加工制作。為減輕機(jī)器人本體質(zhì)量，上述各構(gòu)件中心設(shè)有鏤空通孔。

本實(shí)施例中，采用的3D打印材料為光敏樹(shù)脂，該材料具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，其密度很低，為1.12gcm³。

本實(shí)施例中，所述機(jī)載控制電路板1集成了電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器、通信模塊、位姿運(yùn)控傳感器；其中：機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制指令采用無(wú)線或有線方式經(jīng)通信模塊發(fā)送至電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器，電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器將運(yùn)動(dòng)指令換算成電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖以生成電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令，分別控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)；位姿運(yùn)動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)反饋機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例中，所述三自由度足機(jī)構(gòu)，可視為三自由度串聯(lián)機(jī)械臂，包括髖骨構(gòu)件5、大腿構(gòu)件4、小腿構(gòu)件3以及由連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿8、連接小腿構(gòu)件3連桿構(gòu)成的雙連桿機(jī)構(gòu)2，其中：髖骨構(gòu)件5連接大腿構(gòu)件4與機(jī)身承載構(gòu)件7；大腿構(gòu)件4的末端串聯(lián)小腿構(gòu)件3，并與連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿8、連接小腿構(gòu)件連桿9組成閉合的四連桿機(jī)構(gòu)，將機(jī)器人整機(jī)質(zhì)量向機(jī)身承載構(gòu)件7的幾何中心集中。

如圖5所示，所述髖骨構(gòu)件5包括一體的髖骨肋板502、髖骨結(jié)構(gòu)板503和507，其中：在髖骨肋板502上設(shè)有髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)限位通孔501和第一D型通孔508，在髖骨結(jié)構(gòu)板503上設(shè)有第二D型通孔504，在髖骨結(jié)構(gòu)板507上設(shè)有髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)限位通孔506。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，為擴(kuò)大大腿構(gòu)件4相對(duì)于髖骨構(gòu)件5的轉(zhuǎn)動(dòng)空間，所述髖骨構(gòu)件5設(shè)有凹面的髖骨構(gòu)件鏤空505，用于配合大腿構(gòu)件4兩端的圓弧面。為擴(kuò)大髖骨構(gòu)件5相對(duì)于機(jī)身承載構(gòu)件7的轉(zhuǎn)動(dòng)空間，機(jī)身承載構(gòu)件7厚度小于髖骨構(gòu)件上限位通孔501與第一D型通孔508中的鏤空處509的高度，機(jī)身承載構(gòu)件7可通過(guò)髖關(guān)節(jié)機(jī)身電機(jī)603安裝在髖骨構(gòu)件鏤空處509。

如圖4所示，所述大腿構(gòu)件4的兩端為半徑不同的圓弧形二級(jí)，設(shè)有大腿構(gòu)件鏤空401，大腿構(gòu)件鏤空401后形成大腿結(jié)構(gòu)板403，大腿結(jié)構(gòu)板403上設(shè)有膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)601輸出軸配合孔402、大腿構(gòu)件鉸接安裝孔404、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)限位通孔405，并在大腿構(gòu)件4的較大一端設(shè)有髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝階梯通孔406。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，為防止大腿構(gòu)件4與小腿構(gòu)件3運(yùn)動(dòng)干涉，小腿構(gòu)件3通過(guò)大腿構(gòu)件鉸接安裝孔404與大腿構(gòu)件4鉸連接，大腿構(gòu)件4設(shè)有鉸接安裝孔404端設(shè)有鏤空增加大腿構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)空間。鏤空處形成的肋板臂上設(shè)有膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)限位通孔405。為保證膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿構(gòu)件8在大腿構(gòu)件4內(nèi)的運(yùn)動(dòng)空間，大腿構(gòu)件4上設(shè)鏤空處401在大腿構(gòu)件上產(chǎn)生斜切面，從而保證四連桿的運(yùn)動(dòng)空間。

如圖3所示，所述小腿構(gòu)件3呈三角錐形結(jié)構(gòu)，其中部為三角形截面的小腿構(gòu)件鏤空301，以在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下減輕重量；小腿構(gòu)件3的一端分別設(shè)有用以與大腿構(gòu)件4鉸接的第一鉸接裝配孔303及與雙連桿機(jī)構(gòu)2鉸接的第二鉸接裝配孔304，小腿構(gòu)件3通過(guò)第一鉸接裝配孔303與大腿構(gòu)件鉸接安裝孔404鉸接成被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)副、通過(guò)第二鉸接裝配孔304與連接小腿構(gòu)件連桿9的結(jié)構(gòu)板702上的小腿構(gòu)件鉸接裝配孔703鉸接成被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)副；小腿構(gòu)件3的另一端為小腿構(gòu)件錐角302，小腿構(gòu)件錐角302為點(diǎn)接觸的足末端。

如圖2所示，本實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)均加裝編碼器及減速器，按照在三自由度足機(jī)構(gòu)上的安裝位置及轉(zhuǎn)動(dòng)方向，分為電機(jī)軸垂直于機(jī)身承載構(gòu)件7的髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)603、電機(jī)軸平行于機(jī)身承載構(gòu)件7的髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)602，以及電機(jī)軸平行于機(jī)身承載構(gòu)件7并通過(guò)雙連桿機(jī)構(gòu)2驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)601。

如圖8所示，所述機(jī)身承載構(gòu)件7是由兩層中心鏤空的正六邊形結(jié)構(gòu)腹板構(gòu)成并通過(guò)六個(gè)支撐柱805連接，其中：上層腹板806的中心設(shè)有圓形鏤空；底層腹板807的中心處設(shè)有正六邊形鏤空804，正六邊形鏤空804處周?chē)O(shè)有控制電路板安裝孔802，用于安裝機(jī)載控制電路板1；六個(gè)支撐柱805的幾何中心均設(shè)有髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝階梯通孔801，用于配合裝配髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)603；機(jī)身承載構(gòu)件7通過(guò)裝配在支撐柱805中心髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝階梯通孔801的髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)603與六只三自由度足機(jī)構(gòu)連接。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述機(jī)身承載構(gòu)件7的正六邊形的上層腹板806和底層腹板807，以及六個(gè)支撐柱805采用3D打印技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)一體化成型。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述支撐柱805的側(cè)壁上設(shè)有固定髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)603的緊定螺釘螺紋孔。

如圖6所示，所述連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿8的截面為兩頭為半徑不同的半圓形圓弧、兩側(cè)邊對(duì)稱(chēng)圖形，其中：連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿8的一端中心部鏤空形成連桿結(jié)構(gòu)板604，連桿結(jié)構(gòu)板604上設(shè)有連桿鉸接裝配孔605；連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿8的另一端設(shè)有膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝階梯通孔607；連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿8的中心處設(shè)有矩形截面的連桿鏤空606。

如圖7所示，所述連接小腿構(gòu)件連桿9的兩端為圓弧并鏤空形成結(jié)構(gòu)板702，結(jié)構(gòu)板702的一端設(shè)有小腿構(gòu)件鉸接裝配孔703、另一端設(shè)有連桿鉸接裝配孔704，結(jié)構(gòu)板702的中心處設(shè)有矩形截面的連桿鏤空701。

本實(shí)施例中，所述機(jī)載控制電路板1安裝在機(jī)身承載機(jī)構(gòu)7上，運(yùn)動(dòng)控制指令采用無(wú)線或有線方式經(jīng)通信模塊發(fā)送至電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器，電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器生成電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令，分別控制各驅(qū)動(dòng)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。具體的：

如圖4和圖6所示，所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)601安裝在膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝階梯通孔607中，膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸與膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸配合孔402配合，同時(shí)受膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)限位通孔405約束，通過(guò)連接膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連桿8、連接小腿構(gòu)件連桿9驅(qū)動(dòng)小腿構(gòu)件3繞第一鉸接裝配孔303擺動(dòng)；

如圖4和圖5所示，所述髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)602安裝在髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝階梯通孔406內(nèi)，髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸與第二D型通孔504配合，并受髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)限位通孔506約束，驅(qū)使大腿構(gòu)件4繞髖關(guān)節(jié)大腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大腿構(gòu)件4抬起動(dòng)作；

如圖5和圖8所示，所述髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)603裝配在機(jī)身承載構(gòu)件7上的支撐柱805中心的髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝階梯通孔801中，髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸與第一D型通孔508配合，并受髖關(guān)節(jié)機(jī)身驅(qū)動(dòng)電機(jī)限位通孔501約束，從而實(shí)現(xiàn)大腿機(jī)構(gòu)4平面內(nèi)擺動(dòng)；因此，所述機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)空間內(nèi)靈活的六自由度運(yùn)動(dòng)控制，并具有越障功能。

本實(shí)施例中，所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)均采用微型直流無(wú)刷電機(jī)，該電機(jī)末端集成絕對(duì)值編碼器，電機(jī)輸出端加裝64:1倍減速器增加電機(jī)輸入扭矩。

本發(fā)明中：所述機(jī)器人機(jī)身承載構(gòu)件、髖骨構(gòu)件、大腿構(gòu)件、小腿構(gòu)件及雙連桿機(jī)構(gòu)組成的機(jī)器人本體，均采用3D打印技術(shù)制作，可定制任意尺寸及比例的機(jī)身本體構(gòu)件，即機(jī)身承載構(gòu)件、髖骨構(gòu)件、大腿構(gòu)件、小腿構(gòu)件以及雙連桿機(jī)構(gòu)，調(diào)整三自由度足機(jī)構(gòu)的工作空間以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能參數(shù)，機(jī)器人通過(guò)機(jī)載控制電路板的通信模塊接收運(yùn)動(dòng)控制指令并驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)六只三自由度足機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)位姿運(yùn)動(dòng)傳感器以及電機(jī)編碼器反饋修正機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)所述機(jī)器人空間六自由度直行、旋轉(zhuǎn)以及越障的運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明具有體積小、重量輕、質(zhì)量載荷集中、運(yùn)動(dòng)控制精度高、價(jià)格低、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，控制電路與機(jī)器人本體拓?fù)溥M(jìn)一步優(yōu)化后可廣泛應(yīng)用于教學(xué)和娛樂(lè)領(lǐng)域。所述基于3D打印技術(shù)的微型仿生六足機(jī)器人，利用3D打印機(jī)技術(shù)，能夠制作出各類(lèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)器人本體構(gòu)件，并提高機(jī)器人外光的觀賞性和改裝的便利性。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。