姜健 JIANG Jian
（上海应用技术学院机械工程学院，上海 201418）
（School of Mechanical Engineering，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 201418，China）
摘要： 通过对蚂蚁身体结构的模拟，提出了一种六足机器人结构，建立了六足机器人单腿运动学模型，研制了六足机器人实物样机，进行了机器人样机的运动控制试验，证明了该机器人结构设计的合理性。该机器人可以广泛用于探险、搜救和地质勘探。
Abstract: Through the research of ant body structure, a hexapod robot structure is proposed. A single leg kinematics model is proposed. The hexapod robot physical prototype is developed. Physical prototype dynamic test is carried out. The rationality of the robot structure is proved. The hexapod robot can be widely used in exploration, rescue and geological survey.
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关键词 ： 仿生机器人；六足机器人；结构设计
Key words: bionic robot；hexapod robot；structure design
中图分类号：TP242 文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2015）02-0044-02
0 引言
昆虫纲是动物界最大的一个纲，其分布遍及地球上从沙漠到海洋，从两极到赤道的几乎所有角落。具有六只腿的昆虫如此被大自然青睐，为人类模仿昆虫制作机器人提供了充分的理由和思想源泉。姜树海等人[1]模仿甲虫设计了一种六足机器人；Daltorio[2]模仿蟑螂设计了一种六足机器人；Barfoot[3]模仿竹节虫设计了一种六足机器人，并提出了一种基于强化学习的机器人腿的控制方法。本文模拟六足纲昆虫蚂蚁的身体结构，设计了一种身体分为基节、股节和胫节的六足机器人结构。
1 机器人单腿的运动学模型及实物模型
如图1所示为六足机器人单腿运动模型。假设六足机器人腿的基节、股节和胫节的长度分别为l1、l2和l3。三个关节的变换矩阵分别为式（1）、（2）和（3）。基节坐标系与足端坐标系之间的总变换矩阵为式（4）。机器人单腿的实物模型如图2所示。
2 机器人基本参数
如图3所示为本文设计的六足机器人的实物图。该机器人的体长为680mm，体宽为200mm，前后相邻基节距离为290mm，基节长度为90mm，股节长度为90mm，胫节长度为230mm，自重为6.6kg。
3 实验效果与分析
对自行研制的仿蚂蚁机器人进行前进、后退和转弯等功能测试。其稳定的最大前进(后退)速度为74mm/s，最大转弯速度为22.5°/s，最大避障高度为260mm。
4 结语
本文模仿蚂蚁设计了一种六足机器人结构，建立了六足机器人单腿运动学模型，通过实验证明了该机器人结构设计的合理性。
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参考文献：
[1]姜树海，孙培，唐晶晶，等．仿生甲虫六足机器人结构设计与步态分析[J]．南京林业大学学报：自然科学版，2012，36（6）：115-120.
[2]Kathyn A Daltorio, Timothy C.Witushynsky, Gregory D.Wile,et al. A body joint improves vertical to horizontal transitions of a wall-climbing bobot[C]// IEEE International Conference on Robotics and Automation（ICRA）. Pasadena: Robotics and Automation, 2008:3046-3051.
[3]T.D. Barfoot, E.J.P. Earon, G.M.T. D’Eleuterio. Experiments in learning distributed control for a hexapod robot[J]． Robotics and Autonomous Systems，2006，54：864-872.