赵泽雨 米家琪 潘磊 李壮壮 朱坤明
（燕山大学，河北 秦皇岛 66000）
摘 要：由于新的材料的发现、智能控制技术的发展、对步行机器人运动学、动力学高效建模方法的提出以及生物学知识的增长促使了步行机器人向模仿生物的方向发展。
关键词：六足机器人；仿生学；逆运动学求解；六足步态算法
1.前言
利用六足仿生履带探测机器人，在地形复杂的灾害现场或其他有危险性的地域进行独立探测，机器人可根据地形的变化改变移动方式以适应变化的地形，达到便捷高效的探索。同时，机器人身上还配有机械臂，机械臂上安装彩色摄像头、热成像摄像头、声波震动器等物品帮助探索，也可配备机械爪或剪刀等工具完成简易的拾取或切割，增加了探测机器人的应用领域。
2.六足算法设计
1)下图模拟六足机器人的某一根腿的侧面状况，从图中设置的各项参数可以看出，整个六足腿部的长度，
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2)下图模拟六足机器人的某一根腿的俯视状况（处于六足机器人中间的某一条腿），图中设置的角代表了各类情况下六足的偏转角度，其中点O为机器人处于正常状态下的腿的立足点，图中的圆圈表示机器人腿部立足点的活动范围，其中的R代表该圆圈的最大半径，我们依据O点建立XY轴坐标系。因该机器人将采用航模遥控器传回参数，所以将传回两个值，即X值和Y值。
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因该机器人将采用航模遥控器传回参数，所以将传回两个值，即X值和Y值。
a)将参数转为实际长度：设a1为在∠1情况下，机器人在X轴方向要移动的实际距离，设b1为在∠1情况下，机器人在X轴方向要移动的实际距离，L1为六足在∠1情况下的实际长度，则
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f)根据求出的α的角度，可得两个舵机得旋转角度
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另一条处于中间的腿可依据相同的步骤求出三个舵机所需的旋转的角度
处于其余部分的四条腿中，以下图作为场景
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2.第二步与中间两腿的求法相同，只是此时分子要加上六足腿正常立足点到六足根部的垂直距离
3.第三步与中间两腿的求法相同，只是要注意，此时要转到的最大角度为∠B（图中所示）
4.第四步与中间两腿的求法相同，将2步、3步的角度相比
5.第五步与中间两腿的求法相同，计算位移所需的角度变换
6.第六步与中间两腿的求法相同，计算出舵机旋转角度
3.履带设计
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考虑到该机器人会在野外、废墟等场所工作，履带部分采用弹簧减震设计，附加减震轮轴，可以更适合复杂崎岖的地形，并减少机器人因碰撞所造成的损伤，且在六足机器人向履带机器人形态转变时，也会提供向上的支持力，可以更有效率的进行变形。
为适应环境的多变性，有时会遇到较为狭小的空间，如地震废墟、小型山洞等地，这世可将六足机器人与履带小车分离，单独执行任务。其中履带部分与小车顶板采用螺丝连接，且顶板与履带连接板不是一体，方便拆卸，可以与六足机器人的腹部底板相结合。
履带小车的最大尺寸是其长度，为270mm，可以充分适应六足机器人正常步态时的尺寸距离，履带小车的高度为90mm，因此在实际使用时，六足机器人的正常行走不会让腹部的履带碰到障碍物，从而影响正常行走
4.六足机器人结构设计
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因为该机器人需在野外、废墟等生活资源匮乏的地区执行任务，所以需减轻机器人配重以增强机器人的续航能力，因此六足机器人腿部采用镂空设计，减轻六足机器人的整体重量，且在腹部中间流出越60mm高的空间，用于存放控制类的电子元器件。
六足机器人的腿部虽采用镂空设计，但加入三角形设计，使得机器人会支撑更多的力，来保证六足机器人的承受能力。为了适应崎岖不平的路面，防止六足的腿部卡入地表缝隙，六足机器人的足部采用小型的圆点支撑，减小与地面的接触面积，减少六足机器人在行进过程中的摩擦力，增强六足机器人的灵活性。为了增强六足机器人的灵活性，使它可以做出更多的复杂动作，六足机器人的一个腿部由三个舵机进行控制，一条腿的根部舵机负责前后摆动，成圆形幅度，另外两个舵机将负责整个腿部的伸缩。
5.机械臂机构设计
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为适应更多的复杂环境，机械臂底座采用螺栓与六足机器人顶部结合（必要时可以与履带小车的顶部结合），为可拆卸机构
在执行任务时，有时会需要机器人采集样品，因此在机械部上增加舵机控制的机械爪，用于夹取目标物体。为在复杂环境下执行更多任务，机械臂需要有较强的灵活性，因此该机械臂采用六舵机控制的方式，以此来完成更多动作。其中机械臂根部舵机控制机械臂的左右平移，机械爪舵机控制机械爪的闭合，其余舵机控制机械臂的伸展。在需要机械臂的任务中，若空间狭小，机械臂可以灵活的折叠以减小接触面积。
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该机器人为六足履带仿生机器人，大体分为三个主要部分，分别为履带小车、六足机器人以及机械臂。该机器人适用于野外考察、废墟搜救等领域。步行机器人可以在复杂的自然地形中较为容易的完成探测任务，然而在同等功率下，步行机器人在较为平坦的自然地形中速度较履带式轮型机器人慢，并且在履带式轮型机器人平地中行驶时更有冲击力，可以轻松冲过一些小型障碍物。两者均有不足之处，但在此项目中，我们将两者的优势互相融合，制作出六足仿生履带探测机器人。
由于将履带与六机械脚相结合，在较为平坦的地形下，我们需要快速前进，可使用履带前进，履带较六足机器人相比在平坦地形中速度更快，可直接冲过一些小型障碍物，当遇到坡度陡峭的地形时，可转换为六足状态前进，提高机器人的地形变化的适应能力。
6.其他附加功能
移动方式可变：由于将履带与六机械脚相结合，在较为平坦的地形下，我们需要快速前进，可使用履带前进，履带较六足机器人相比在平坦地形中速度更快，可直接冲过一些小型障碍物，当遇到坡度陡峭的地形时，可转换为六足状态前进，提高机器人的地形变化的适应能力。体积较小、重量较轻与波士顿机械狗相比，它的体积更小，同时进行了轻量化设计，采用碳纤维材料，更易操控者携带。带机械爪或剪刀等：可进行简易的搬运、拿取工作和切割，提高机器人的工作能力。采用手柄控制：可以让操控者快速学会机器人的操控方法，提高操控精度与活动范围。可以语音对讲：适用于搜救过程中与被困人员进行通话，从被困者口中了解被困者的大致情况。
7.结语
成功研制出六足仿生履带探测机器人，填补技术中六机械足与履带结合的空白，并使探索机器人应用到更多、更危险的领域。
参考文献：
[序号]主要责任者.文献题名[J].刊名,年,卷(期):起止页码
例子：
[1] 刘欢. 智能搜救机器人路径规划算法研究 [J]. 长春理工大学. 2020.
[2] 赵欣然,苏卫华,张世月. 轮腿可变搜救机器人轮腿综合与仿真分析[J]. 医疗卫生装备. 2020,41(06):15-20.
作者简介：姓名：赵泽雨 性别：女籍贯：河北邢台民族：汉出生年月：2001 8 22
学历：本科
米家琪 1999.10.25 男 汉 河北省沧州市 本科 学生 燕山大学
潘磊 2001.03.25男 汉 湖北武汉本科 学生 燕山大学
李壮壮 2001.04.19男 汉 安徽本科 学生 燕山大学
朱坤明 2000.02 24 男 汉 山东菏泽 本科 学生 燕山大学