本發明涉仿生機器人，具體涉及一種基于多機構協同驅動的仿螻蛄微型爬行與挖掘機器人。
背景技術：
1、近年來，隨著仿生機器人技術、微型機電系統以及智能制造技術的發展，微型移動機器人在復雜環境探測、地下空間探測、農業監測以及災害救援等領域具有廣闊的應用前景。相比傳統輪式移動機器人，多足爬行機器人在復雜地形環境中具有更好的地形適應能力和穩定性，因此受到廣泛關注。
2、在自然界中，螻蛄是一種典型的地下穴居昆蟲，其不僅具備良好的地面爬行能力，還具有高效的土壤挖掘能力。螻蛄在運動過程中主要依靠前足和后足完成穩定的爬行步態，同時利用特化的鏟狀挖掘足進行土壤挖掘，從而能夠在地表及淺層土壤環境中靈活移動。這種同時具備爬行與挖掘能力的運動方式為仿生機器人設計提供了重要參考。
3、目前已有部分仿生爬行機器人通過多足結構實現地面運動，但多數機器人采用多個執行器分別驅動各個足部關節或機構，從而導致系統結構復雜、體積較大以及能耗較高，不利于機器人小型化和輕量化設計。因此，設計一種用單個執行器驅動多個足部關節或機構，實現爬行、轉向功能，同時裝載挖掘機構的仿螻蛄微型機器人具有重要意義。
4、通過對現有仿生爬行機器人及地下移動機器人的研究發現，目前技術主要存在以下不足：
5、（1）多數多足機器人需要多個執行器分別驅動各個足部機構，導致結構復雜、體積較大，不利于微型化設計；
6、（2）現有爬行機器人通常只具備地面移動能力，缺乏有效的土壤挖掘功能，環境適應能力有限；
7、因此，需要設計一種結構緊湊、執行器數量少、能夠實現爬行與挖掘協同運動的仿生機器人，以提高機器人在復雜環境中的適應能力。
技術實現思路
1、本發明通過仿照螻蛄的運動方式，設計一種由四足爬行機構、轉向機構、仿生挖掘機構、動力與控制系統組成的機器人系統，通過多機構協同驅動的方式，使機器人在保持結構緊湊和輕量化的同時，實現穩定爬行、靈活轉向以及土壤挖掘功能，從而提高機器人在復雜地形及土壤環境中的環境適應能力。
2、為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
3、一種基于多機構協同驅動的仿螻蛄微型爬行與挖掘機器人，包括：用于帶動整個機器人在地面上移動的四足爬行機構、用于調整四足爬行機構在地面上的移動方向的轉向機構和用于對土壤進行挖掘的仿生挖掘機構；所述四足爬行機構包括：由前端與后端鉸接組成的軀體，和位于軀體底部且分別設置在軀體前端和后端兩側的四個仿生足；四個所述仿生足沿軀體的前端和后端分成兩組，每組仿生足上均設有抬腿機構和擺腿機構，所述抬腿機構和擺腿機構用于周期性的帶動每組仿生足中兩個仿生足分別依次進行抬腿和擺腿兩個動作；位于軀體內部設有傳動機構，所述傳動機構用于同時驅動每組仿生足的抬腿機構和擺腿機構；
4、進一步的，兩組所述仿生足分別為：設置在前端且由左前足和右前足組成的前足，以及設置在后端且由左后足和右后足組成的后足；所述前足和后足上設置的抬腿機構和擺腿機構相同；所述前足的擺腿機構包括：前足擺腿搖桿、前足擺腿連桿、前足擺腿曲柄；所述前足的抬腿機構包括：前足抬腿曲柄、第一前足抬腿連桿、第二前足抬腿連桿、前足左轉塊、前足右轉塊、前足底部左滑槽、前足底部右滑槽；所述前足抬腿曲柄可旋轉的設置在軀體的前端內，并通過傳動機構驅動旋轉；第一前足抬腿連桿和第二前足抬腿連桿的一端通過銷軸轉動連接前足抬腿曲柄；第一前足抬腿連桿的另一端通過銷軸轉動連接前足左轉塊的一端，前足左轉塊的另一端通過銷軸轉動連接左前足頂端設置的通孔，前足底部左滑槽的一端連接鉚釘滑動連接在左前足底部槽口內，前足底部左滑槽的另一端通過銷軸固定連接前足擺腿搖桿的左端；第二前足抬腿連桿的另一端通過銷軸轉動連接前足右轉塊的一端，前足右轉塊的另一端通過銷軸轉動連接右前足頂端設置的通孔，前足底部右滑槽的一端連接鉚釘滑動連接在右前足底部槽口內，前足底部右滑槽的另一端通過銷軸固定連接前足擺腿搖桿的右端；前足擺腿曲柄通過傳動機構驅動旋轉，前足擺腿曲柄的一端通過銷軸轉動連接前足擺腿連桿的小端，前足擺腿連桿的大端轉動連接前足擺腿搖桿。
5、進一步的，所述傳動機構包括：萬向節、后端傳動軸、前端傳動軸、第一電機、前足抬腿曲柄齒輪、前足擺腿曲柄齒輪、后足擺腿曲柄齒輪和后足抬腿曲柄齒輪；所述萬向節的兩端分別固定連接后端傳動軸和前端傳動軸；后端傳動軸和前端傳動軸均通過滾動軸承可旋轉的對應設置在軀體的后端和前端內；后端傳動軸通過齒輪傳動機構與第一電機傳動連接，后端傳動軸和前端傳動軸分別通過蝸輪蝸桿傳動機構與后足抬腿曲柄齒輪和后足擺腿曲柄齒輪以及前足抬腿曲柄齒輪和前足擺腿曲柄齒輪傳動連接；所述前足抬腿曲柄齒輪和前足擺腿曲柄齒輪分別用于驅動位于軀體前端仿生足上設置的抬腿機構和擺腿機構；所述后足抬腿曲柄齒輪和后足擺腿曲柄齒輪分別用于驅動位于軀體后端仿生足上設置的抬腿機構和擺腿機構；
6、進一步的，所述齒輪傳動機構包括：固定設置在后端傳動軸上的電機傳動齒輪，和固定設置在第一電機輸出軸上的電機大齒輪，且電機大齒輪和電機傳動齒輪相互嚙合；所述第一電機固定設置在軀體上；
7、進一步的，所述蝸輪蝸桿傳動機構包括：在后端傳動軸和前端傳動軸上分別固定設置的后足蝸桿和前足蝸桿；所述前足傳動齒輪一側與前足抬腿曲柄齒輪嚙合，前足傳動齒輪另一側嚙合前足擺腿曲柄齒輪，前足傳動齒輪的轉軸與前足蝸輪的轉軸通過銷軸固定連接，前足蝸輪與前足蝸桿嚙合；所述后足傳動齒輪一側與后足抬腿曲柄齒輪嚙合，后足傳動齒輪另一側嚙合后足擺腿曲柄齒輪，后足傳動齒輪的轉軸與后足蝸輪的轉軸通過銷軸固定連接，后足蝸輪與后足蝸桿嚙合；
8、進一步的，所述前端由上、下扣合并采用螺紋連接固定的前端上封蓋和前端下封蓋組成，所述后端由上、下扣合并采用螺紋連接固定的后端上封蓋和后端下封蓋組成；
9、進一步的，所述仿生挖掘機構固定設置在軀體前端的端面上，包括：第二電機、電機小齒輪、雙聯齒輪、驅動齒輪、挖掘曲柄、挖掘連桿、右挖掘足、左挖掘足；所述電機小齒輪安裝在第二電機的輸出軸上，雙聯齒輪的轉軸固定在前端下封蓋設置的圓形槽口中，雙聯齒輪的大齒輪與電機小齒輪嚙合，雙聯齒輪的小齒輪嚙合驅動齒輪；所述第二電機固定在軀體前端的凹槽內，驅動齒輪的轉軸安裝在前端下封蓋設置的長孔內，其兩端通過過盈配合方式固定連接兩個挖掘曲柄的一端，兩個挖掘曲柄的另一端分別與兩個挖掘連桿的短端形成轉動連接；兩個所述挖掘連桿均通過鉚釘滑動連接在前端下封蓋設置的直槽口中，兩個挖掘連桿的長端分別可旋轉的連接右挖掘足和左挖掘足；
10、進一步的，所述轉向機構固定在軀體側面上；包括：直線電機、滑塊、轉向連桿；所述直線電機固定連接在軀體前端的側面上，直線電機的側面上還設有滑槽，滑塊滑動的設置在滑槽內并與直線電機的伸縮螺桿螺紋連接，滑塊上鉸接轉向連桿的一端，轉向連桿的另一端鉸接在后端下封蓋側面的凸塊上；
11、進一步的，還包括：動力與控制系統，所述動力與控制系統用于對整個機器人的運動進行控制；
12、進一步的，所述機器人的材質為樹脂材料或碳纖維材料。
13、與現有技術相比，本發明的有益效果為：
14、（1）通過多機構協同驅動設計，使機器人能夠同時實現爬行、轉向和挖掘功能；
15、（2）通過單電機驅動的爬行機構設計，減少執行器數量，使機器人結構更加緊湊；
16、（3）通過仿生挖掘機構的設計，提高機器人在土壤環境中的作業能力。