仿生機(jī)構(gòu)的分類及其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

1、現(xiàn)代仿生機(jī)構(gòu)的分類及其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介摘要仿生機(jī)構(gòu)是由剛性構(gòu)件、柔韌構(gòu)件、仿生構(gòu)件以及動(dòng)力元件等人為實(shí)物組合而成 的機(jī)械系統(tǒng)。仿生機(jī)構(gòu)按照機(jī)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)功能可劃分為仿鳥飛行機(jī)構(gòu)、仿蛇爬行機(jī)構(gòu)、多足步行機(jī)構(gòu)、尾鰭推進(jìn)機(jī)構(gòu)等。本文針對(duì)以上四種類型的仿生機(jī) 構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明并分別舉例介紹了其結(jié)構(gòu)形式。關(guān)鍵詞 仿生機(jī)構(gòu)；類型；結(jié)構(gòu)目錄摘要 錯(cuò)誤!未定義書簽。第1章仿生機(jī)構(gòu)概述 31.1 引言 31.2 仿生機(jī)構(gòu)的概念及組成 31.3 仿生機(jī)構(gòu)的基本類型 4第2章四種仿生機(jī)構(gòu)分類介紹 52.1 仿生撲翼飛行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 52.1.1 仿昆飛行機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 52.1.2 撲翼三維運(yùn)動(dòng)的新型撲翼機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

2、62.2 仿蛇蠕動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 82.2.1 多關(guān)節(jié)仿蛇機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 82.2.2 一種蠕動(dòng)爬行方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 92.3 多足步行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 102.3.1 一種新型四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì) 112.3.2 具有手腳融合功能的多足步行機(jī)器人結(jié)構(gòu) 122.4 尾鰭推進(jìn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 12結(jié)論 14參考文獻(xiàn) 15第1章 仿生機(jī)構(gòu)概述1.1 引言所謂“仿生學(xué)”，就是旨在研究生物系統(tǒng)，用來改進(jìn)人類工程技術(shù)的一門屬 于生物科學(xué)與技術(shù)科學(xué)之間的邊緣新興學(xué)科。 具體地說，它是研究和探索生物系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性、能量轉(zhuǎn)換、信息控制過程，并把研究的結(jié)果用于改善現(xiàn)有的或創(chuàng) 造全新的機(jī)械設(shè)備、儉測(cè)儀器、建筑構(gòu)型石工藝

3、過程及自動(dòng)裝置等工程技術(shù)。1.2 仿生機(jī)構(gòu)的概念及組成仿生機(jī)構(gòu)是由剛性構(gòu)件、柔韌構(gòu)件、仿生構(gòu)件以及動(dòng)力元件等人為實(shí)物組合 而成的機(jī)械系統(tǒng)。通過運(yùn)動(dòng)副或仿生關(guān)節(jié)的聯(lián)接，系統(tǒng)的各部之間能保持足夠確 定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在控制系統(tǒng)的指揮下，可于某種程度上模擬設(shè)計(jì)者所期望的某特 定生物的運(yùn)動(dòng)功能。其中，剛性構(gòu)件的概念與傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)中的構(gòu)件概念相同。 指 的是機(jī)構(gòu)中做剛體運(yùn)動(dòng)的單元體，柔韌構(gòu)件和仿生構(gòu)件卻是傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)中的新概 念，前者是指彎曲剛度很小（在研究問題中其剛度可以被忽略）且不會(huì)伸長(zhǎng)或縮短 或彈性很?。┑膸顦?gòu)件；后者是指那些為模仿生物運(yùn)動(dòng)器官的力學(xué)特性而增設(shè) 的，在機(jī)構(gòu)中獨(dú)立存在，不影響機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，

4、只起改善傳動(dòng)質(zhì)量的構(gòu)件。如滑 液囊、滑液鞘等；至于動(dòng)力元件，實(shí)際上是關(guān)于構(gòu)件驅(qū)動(dòng)裝置的新提法，本文中 是指一類能在控制下直接對(duì)柔韌構(gòu)件施加張力的動(dòng)力源的總稱，其功能相當(dāng)于動(dòng)物的肌肉。由研究節(jié)肢動(dòng)物和脊椎動(dòng)物的肢體受到啟發(fā)，可以認(rèn)為仿生機(jī)構(gòu)也是由骨 骼、韌帶和肌腱等組成的，只不過在這里已具有更加廣義的概念，包容剛性構(gòu)件、 柔韌構(gòu)件和動(dòng)力元件了。為研究問題方便，我們不仿把仿生機(jī)構(gòu)劃分為剛性和柔性兩大組成部分。其中剛性組成部分同傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)中的空間機(jī)構(gòu)（開鏈機(jī)構(gòu)和閉鏈機(jī)構(gòu)）并無差別。它是整個(gè)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)，決定著機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)及每個(gè)剛性 構(gòu)件的活動(dòng)范圍；其中柔性組成部分則是傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)中所沒有的，它決定著剛

5、性部分中起始構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)方式及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)確定性。1.3 仿生機(jī)構(gòu)的基本類型仿生機(jī)構(gòu)的類型，可以按照所仿生物及其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的類別分為五種基本機(jī)構(gòu) 類型作為綜合仿生機(jī)構(gòu)的組成單元，他們分別是“蟹腳機(jī)構(gòu)”、“肱股機(jī)構(gòu)”、“尺 撓機(jī)構(gòu)”、“指爪機(jī)構(gòu)”和“頸脊尾機(jī)構(gòu)”。也可以按照機(jī)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)功能 劃分為仿鳥飛行機(jī)構(gòu)、仿蛇爬行機(jī)構(gòu)、多足步行機(jī)構(gòu)、尾鰭推進(jìn)機(jī)構(gòu)等。當(dāng)然， 仿生機(jī)構(gòu)類型的劃分方式還有很多種， 本文主要針對(duì)第二種類型劃分方式， 對(duì)飛 行、爬行、步行、尾鰭推進(jìn)四種仿生機(jī)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。第2章四種仿生機(jī)構(gòu)分類介紹2.1 仿生撲翼飛行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介目前國(guó)內(nèi)外對(duì)飛行機(jī)器人的研究多集中于固定翼和旋

6、翼類型，這兩種類型的飛行機(jī)器人各有特長(zhǎng)，但活動(dòng)場(chǎng)所和工作環(huán)境等都受到一定的限制。隨著軍事、 民用的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于許多任務(wù)而言，固定翼和旋翼類型的機(jī)器人 的飛行方式是不夠的。因此，為了適應(yīng)任務(wù)的復(fù)雜性和環(huán)境的多樣性， 對(duì)具有更 好機(jī)動(dòng)靈活性的飛行方式的研究是勢(shì)在必行，即要在飛行方式上進(jìn)行創(chuàng)新。與固 定翼和旋翼類型的飛行機(jī)器人相比，撲翼飛行方式由于其具有更大的機(jī)動(dòng)靈活 性、更好的避障能力以及低廉的飛行費(fèi)用，因而受到國(guó)內(nèi)外眾多研究者的廣泛關(guān) 注。許多國(guó)家都已在這方面進(jìn)行了研究， 如美國(guó)加州大學(xué)、日本東京大學(xué)等都已 經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究探索工作，國(guó)內(nèi)的科學(xué)家們也開始了這方面的基 礎(chǔ)

7、研究工作。仿生撲翼飛行機(jī)器人或仿生撲翼飛行器， 既屬于飛行器范疇，又屬 于新概念的仿生飛行機(jī)器人研究范疇， 是一種模仿鳥類和昆蟲飛行，基于仿生學(xué) 原理設(shè)計(jì)制造的新型飛行機(jī)器人：隨著對(duì)動(dòng)物飛行機(jī)理的認(rèn)識(shí)和微電子機(jī)械技術(shù) M(EMS)空氣動(dòng)力學(xué)和新型材料等的快速發(fā)展， 仿生撲翼飛行機(jī)器人在目前己成 為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。2.1.1 仿昆飛行機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介圖2-1所示為電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)白仿昆飛行機(jī)器人2。圖示結(jié)構(gòu)中，板A、B、C構(gòu) 成了實(shí)現(xiàn)翅無摩擦運(yùn)動(dòng)的柔性機(jī)構(gòu)，板 B板C與板A上分別涂有相反磁性的磁 層，翅膀上的灰色彈性薄膜是控制翅下拍時(shí)打開，上拍時(shí)閉合。在電磁場(chǎng)的作用下，板B和板C朝著與板A運(yùn)動(dòng)方向相反

8、的方法運(yùn)動(dòng)，使得翅膀上下拍動(dòng)。明1生翅離鼾曹騰村幽加州大學(xué)和AeroViormnent公司及加州洛杉磯大學(xué)共同研制了微型撲翼飛行器，名為“Micrboat”，如圖所示。該微型飛行器的研究人員通過大量實(shí)驗(yàn)研 究了撲翼飛行方式的非定?？諝鈩?dòng)力學(xué)特性，并制作了一種輕型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將微電 機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)翼的煽動(dòng)。實(shí)驗(yàn)中，該飛行器的機(jī)翼能以20Hz的頻率煽動(dòng)，采用NidcN-50電池作為動(dòng)力源，并在非控制條件下進(jìn)行了18秒、46米遠(yuǎn)的飛行實(shí)驗(yàn)。這也是迄今為止文獻(xiàn)公開報(bào)道的、 有技術(shù)細(xì)節(jié)的、可以持續(xù)飛行的微型 仿生撲翼機(jī)器人。美國(guó)加州大學(xué)還計(jì)劃在2004年研制出翼展510,重46mg 180HZK電 石英驅(qū)

9、動(dòng)的四翼“機(jī)器蒼蠅”，又稱“黑寡婦”，如圖2-2所示。美國(guó)斯坦福研 究中心（S班）和多倫多大學(xué)在DARP的資助下，設(shè)計(jì)了多種撲翼微型飛行器模型， 圖2-2所示為他們共同研究的一種撲翼微型飛行器“ Menot, 1r38 ”，它有4 片由“人工肌肉”驅(qū)動(dòng)的撲動(dòng)機(jī)翼和用來保持穩(wěn)定的尾翼，整個(gè)飛行器約30厘米，重不到住5千克，并在2002年2月成為世界上第一架成功懸浮空中的微型 撲翼飛行器。研制人員希望能夠把它縮小至蜂鳥大小，這樣它就可以被用于監(jiān)視 工作了。此外,DARP也資助了基于彈性動(dòng)力和熱動(dòng)力的撲翼飛行器研究工作, 另外幾種類型的微撲翼飛行機(jī)構(gòu)也正在研制并取得了一定的成功。2-2蒼蠅機(jī)構(gòu)想象圖

10、2.1.2 撲翼三維運(yùn)動(dòng)的新型撲翼機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介現(xiàn)有的微型撲翼飛行器機(jī)構(gòu)均是一維撲動(dòng)形態(tài)，如圖2-3所示。曲柄OA旋轉(zhuǎn)，通過連桿A B , A B，帶動(dòng)兩翼上下?lián)鋭?dòng)。翼?yè)鋭?dòng)時(shí)為產(chǎn)生升力和推力， 只 能依靠翼的柔性變形來實(shí)現(xiàn)翼弦的被動(dòng)俯仰。為了使翼做主動(dòng)俯仰，實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)，一種能實(shí)現(xiàn) 8字形或香蕉形運(yùn)動(dòng)軌跡 的常用桿機(jī)構(gòu)，如梯形機(jī)構(gòu)和逆平行四邊形機(jī)構(gòu)，其連桿中點(diǎn)的軌跡能滿足要求， 但此類機(jī)構(gòu)為非格拉斯霍夫（Non2Grashof）機(jī)構(gòu)，均有傳動(dòng)死點(diǎn)，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)反轉(zhuǎn) 問題；曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的連桿曲線譜可以找到近似 8字形或香蕉形，考慮到距離 連桿錢鏈點(diǎn)較遠(yuǎn)，影響傳動(dòng)性能和機(jī)構(gòu)總體尺寸。上述機(jī)構(gòu)均不適宜用

11、作微型飛 行器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。本文研究出一個(gè)實(shí)現(xiàn)翼尖8字形運(yùn)動(dòng)、且能使撲翼能繞展向軸 線扭轉(zhuǎn)的七桿八錢鏈機(jī)構(gòu)，如圖2-3所示。該機(jī)構(gòu)在一個(gè)5桿6錢鏈機(jī)構(gòu)A 2B2C2D 2E 2G2A的基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成原理，在 C點(diǎn)和機(jī)架上增加一個(gè)RRR二級(jí)桿 組C2F 2G組，撲翼與CF桿連接。5桿機(jī)構(gòu)在 微鏈點(diǎn)可產(chǎn)生8字形或香蕉形軌跡， 在GF和FC帶動(dòng)下，使翼產(chǎn)生弦向扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于該機(jī)構(gòu)的自由度為2,可利用齒輪機(jī)構(gòu)或帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將兩個(gè)曲柄 AB和DE聯(lián)系起來。前已敘述，產(chǎn)生8字形 的運(yùn)動(dòng)是由上下和前后兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成。 當(dāng)前后運(yùn)動(dòng)循環(huán)周期是上下運(yùn)動(dòng)的2倍 時(shí)（A B至D E的傳動(dòng)比為2）,產(chǎn)生8字形軌跡；

12、若兩者周期相同（A B至D E的 傳動(dòng)比為1）,則產(chǎn)生香蕉形運(yùn)動(dòng)軌跡。撲翼的俯仰運(yùn)動(dòng)由 CF桿的角位置實(shí)現(xiàn)。利用圖2-4機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)出三維運(yùn)動(dòng)撲翼微型飛行器運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖2-5所示3。短軸Q1, Q 2與CF桿固聯(lián)，兩翼與短軸分別在Q1, Q2組成球銷副，可保證兩翼隨CF桿作俯仰運(yùn)動(dòng)； 機(jī)翼與機(jī)架分別在R1, R2處組成滑球副，可將C點(diǎn) 的平面8字形軌跡傳至翼尖的空間8字形，實(shí)現(xiàn)上下?lián)鋭?dòng)和前后劃動(dòng)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。圖2-3一維撲翼機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖圖2-4七桿八錢鏈機(jī)構(gòu)圖2-5三維運(yùn)動(dòng)撲翼飛行器機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2.2 仿蛇蠕動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介此類仿生機(jī)構(gòu)根據(jù)性能不同，大體可分為仿蛇爬行機(jī)構(gòu)與仿蠕蟲爬行機(jī)構(gòu)兩 類。

13、2.2.1 多關(guān)節(jié)仿蛇機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介針對(duì)障礙物眾多、凹凸不平等非結(jié)構(gòu)環(huán)境，研究人員提出了仿蚯蚓、蛇類生 物的多關(guān)節(jié)、多自由度仿生機(jī)構(gòu)，蛇類動(dòng)物能夠在極不規(guī)則的環(huán)境下運(yùn)動(dòng)，可以 爬坡、跨越溝道、攀援等等，也能夠在松軟的沼澤或沙漠中運(yùn)動(dòng)，還能夠通過蜿 蜒曲折的狹窄的通道。因此仿蛇機(jī)器人的研究得到了國(guó)際機(jī)器人領(lǐng)域的高度重 視。上海交大研制的仿蛇變體機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖2-6所示，其截面尺寸為30x 30mm 總長(zhǎng)為300mm.由10節(jié)組成，相鄰兩節(jié)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、齒輪機(jī)構(gòu)及聯(lián)接件驅(qū)動(dòng)和控制，如圖3所示，圖中的大小圓為一對(duì)嚙合的齒輪，步進(jìn)電機(jī)與 小齒輪固聯(lián).機(jī)器人每節(jié)長(zhǎng)度相同，設(shè)為lmm ,頭部和尾

14、部的長(zhǎng)度為節(jié)長(zhǎng)的一 半，即 l/2mm。蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過程可分為三個(gè)階段，即：波峰產(chǎn)生階段，波峰傳遞過渡階段和波峰傳遞階段4。如圖2-7所示，控制節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2處的電機(jī)，使第1節(jié) 相對(duì)于尾部，第1節(jié)相對(duì)于第2節(jié)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；控制節(jié)點(diǎn)3處的電機(jī)，使第2節(jié)相 對(duì)于第3節(jié)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)各電機(jī)轉(zhuǎn)過設(shè)定值,機(jī)器人將形成圖(b)所示的體 態(tài)。波峰傳遞過渡階段要將上一階段產(chǎn)生的波峰從節(jié)點(diǎn)2平穩(wěn)地傳遞到節(jié)點(diǎn)3。波峰傳遞的過渡階段完成后，改變節(jié)點(diǎn)2的運(yùn)動(dòng)方向，使其迅速下降，節(jié)點(diǎn)3保 持原有的速度及運(yùn)動(dòng)方向不變，這樣，節(jié)點(diǎn)2向下運(yùn)動(dòng)，節(jié)點(diǎn)3向上運(yùn)動(dòng)，波峰 從節(jié)點(diǎn)2向節(jié)點(diǎn)3傳遞，圖3(d)所示。重復(fù)上述過程，波峰將

15、從節(jié)點(diǎn)3傳遞到節(jié) 點(diǎn)4,當(dāng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)圖3 (g)所示的體態(tài)時(shí)，蛇形機(jī)器人就完成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)，機(jī) 器人向前運(yùn)動(dòng)了一個(gè)步距。phase 1phase 2phase 3 (phase I)phase 2phase 3圖2-7蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)理圖2.2.2 一種蠕動(dòng)爬行方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介蠕動(dòng)爬行類機(jī)器人作為仿生爬行機(jī)器人中的一支，正受到越來越多學(xué)者的關(guān) 注,所以將來會(huì)有很大的發(fā)展空間。它是根據(jù)蠕蟲爬行時(shí)的分節(jié)現(xiàn)象而得來的 其運(yùn)動(dòng)方式是前體節(jié)夾持住物體，通過肌肉收縮，帶動(dòng)后體節(jié)前移 ，從而實(shí)現(xiàn)蠕 動(dòng)爬行。在此方案中單體伸縮器模仿分節(jié)蠕蟲的體節(jié)， 它由兩個(gè)等曲率球面、伸 縮器、單向輪等組成。在兩個(gè)球面之間裝有伸

16、縮器，伸縮器的伸縮導(dǎo)致兩球面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。單 體伸縮器支撐在單向輪（足）上，單向輪向前可以滾動(dòng)，向后則自鎖，若發(fā)生運(yùn)動(dòng)， 則只能是滑動(dòng)?？刂破黧w節(jié)由球面、控制器、彈性繩和單向輪組成，彈性純一方 面用于儲(chǔ)存能量，在伸縮單體收縮時(shí)，釋放能量，拖動(dòng)單體向前運(yùn)動(dòng)；另一方面 通過控制器改變彈性純的長(zhǎng)度，改變單體的受力狀況，從而改變單體之間的貼合 程度。每個(gè)球面單體在圓周方向開有均布的4個(gè)小孔，單體與單體之間用4根彈性 純連接起來當(dāng)控制器控制4根彈性純受力相等時(shí)，各單體呈直線排列，如圖 2-8 所示。伸縮器單體伸展時(shí)，由于單向輪的作用，各單體向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)彈性純儲(chǔ) 存能量，伸縮器單體收縮時(shí)，彈性純釋放能量

17、，拖動(dòng)各單體向最前端的單體靠近， 從而實(shí)現(xiàn)蠕動(dòng)爬行5。圖2-8蠕動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)示意圖2.3 多足步行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介步行機(jī)器人能在許多結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)環(huán)境中行走，以代替人進(jìn)行作業(yè)或延伸、擴(kuò)大人類的活動(dòng)領(lǐng)域。近年來對(duì)步行機(jī)器人的研究取得了重要進(jìn)展。2.3.1 一種新型四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)如圖2-9所示，新型四足步行機(jī)器人主要有5部分組成，即4條腿和1個(gè)身軀。 每條腿都由一個(gè)平面4RE桿機(jī)構(gòu)串連一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，屬于并用混合型，其簡(jiǎn)化 圖及設(shè)計(jì)尺寸如圖2-10所示。每條腿上都有3個(gè)驅(qū)動(dòng)器關(guān)節(jié)，它們均采用高性能 舵機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。五桿機(jī)構(gòu)由于安裝冗余的驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)非平面的腿結(jié)構(gòu)繞支撐 面的轉(zhuǎn)動(dòng)6。圖2-9四足機(jī)器

18、人機(jī)構(gòu)圖2-10機(jī)器人腿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及尺寸2.3.2 具有手腳融合功能的多足步行機(jī)器人結(jié)構(gòu)通常，機(jī)器人機(jī)體是一個(gè)規(guī)則平臺(tái)，每條腿通過牌關(guān)節(jié)與機(jī)體相連此處以4足機(jī)器人作為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，在腿臂融合的基礎(chǔ)上，把其中的一條腿設(shè)計(jì)為既可以行 走又可以抓取物體，使該腿具有手腳融合功能。當(dāng)抓取物體時(shí)，利用另外的3條腿支撐身體，這只具有手腳融合功能的腿執(zhí)行手的功能，進(jìn)行抓取物體；當(dāng)行走 時(shí)，該腿就執(zhí)行腳的功能，進(jìn)行行走。對(duì)于多足機(jī)器人的步行運(yùn)動(dòng)，最基本的步 行模式是3條腿同時(shí)支撐于地面上，其余的腿向前擺動(dòng)。機(jī)器人步行時(shí)它的運(yùn)動(dòng) 機(jī)構(gòu)可以看作是由機(jī)器人機(jī)體（運(yùn)動(dòng)平臺(tái)）、地面（固定平臺(tái)）、3條站立腿和擺動(dòng) 腿組合而成。文

19、中將其中一條腿設(shè)計(jì)為具有抓取功能的機(jī)械手結(jié)構(gòu)。機(jī)器人在抓取物體時(shí)，利用3條腿站立支撐機(jī)身，具有抓取功能的腿擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的抓取 功能。圖2-11給出了當(dāng)?shù)冢瑮l腿處于擺動(dòng)狀態(tài)時(shí)手腳融合的 4足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 圖7。圖2-11手腳融合四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.4 尾鰭推進(jìn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介生物學(xué)和仿生學(xué)研究表明，海洋中具有高速長(zhǎng)時(shí)間巡游能力的魚有魚等魚類,使用具有高展弦比的尾鰭作為推進(jìn)動(dòng)力裝置，尾鰭通過尾柄在肌肉的帶動(dòng)下呈現(xiàn)波狀運(yùn)動(dòng)，不考慮表皮組織的柔性和關(guān)節(jié)數(shù)量，尾鰭運(yùn)動(dòng)總體上由兩個(gè)具有相位 差的正弦運(yùn)動(dòng)構(gòu)成。兩關(guān)節(jié)尾鰭相對(duì)多關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單及可靠性 高。本文提出的一種并聯(lián)兩關(guān)節(jié)仿尾鰭推進(jìn)裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖2-12 ,其中a ( t)是尾鰭機(jī)構(gòu)大臂擺動(dòng)角，8 (t)是尾鰭繞D點(diǎn)的擺角,e (t)和(t)為機(jī)構(gòu)計(jì)算使 用，沒有生物學(xué)對(duì)應(yīng)意義網(wǎng)。小骨電動(dòng)機(jī)輸圖2-12仿生魚尾鰭并聯(lián)機(jī)構(gòu)根據(jù)并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論，此機(jī)構(gòu)為2R-3R機(jī)構(gòu)。根據(jù)Gru bler公式，尾鰭推進(jìn)機(jī) 構(gòu)為2自由度，可以實(shí)現(xiàn)2自由度的仿魚尾運(yùn)動(dòng)。圖2-12中A、B為大、小臂驅(qū) 動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸所在位置，擺角a(切和。(t)為擺桿轉(zhuǎn)角與x軸正向夾角，逆時(shí)針 方向?yàn)榻嵌仍黾臃较?，x軸正向同魚體前進(jìn)行方向相反，y軸正方向?yàn)榇怪眡軸 且由右側(cè)指向左側(cè)。連桿AD BF、CD CF長(zhǎng)rm ra、p、m可以根據(jù)結(jié)構(gòu)需要