[实用新型]带有脊柱关节和弹性腿的仿生四足机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种仿生机器人，具体的说是一种仿生四足机器人。 

背景技术

机器人是集机械、电子、计算机、传感器、控制技术等多门学科为一体的综合技术，反应了一个国家的智能化和自动化的研究水平，同时也是一个国家高科技技术的综合表现。足式机器人有优于轮式、履带式和蠕动式机器人的出色表现，拥有多种步态，而且具有一定的越障功能，这大大提高了机器人的应用范围，特别是在复杂地形条件下进行探险、勘察、军事等领域都能得到广泛的应用。 

在足式机器人中，四足机器人既有优于两足机器人的平稳性，又避免了六足、八足机器人结构的复杂性，在整个足式机器人中占有很大比重，四足机器人技术研究是当前足式机器人研究领域的热点和前沿方向之一。 

目前关于大多数仿生多足机器人的研究，均是以刚性躯干为模型，并不考虑系统构件的变形，不能很好的体现动物的运动特征，实际上运动生物的肌肉、腱和韧带像弹簧一样能够储存和释放能量，其运动过程中具有柔性变形，动力学形态复杂。生物学家对猫科动物进行了研究，发现其在运动过程中，弹性的腿部结构可以减少与地面的冲击力，既能提高运动速度，又能提高能量利用率，在高速运动中，除了腿部的大幅度摆动外，脊柱关节也起到了很重要的作用，在猫科动物奔跑过程中，其躯干形状并不是刚性不变的，而是可以进行弯曲和伸展的柔性体。例如根据一种具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人（专利号CN201110196221.7），其机器人的缓冲仅采用足端上方的弹簧，关节采用转动副实现，为了更好的模拟猫科动物的行走，需要一种仿生机器人，更好的利用其弹性腿和柔性关节。 

发明内容

本实用新型的目的为了真实的反应动物的运动特征，使机器人的运动更加稳定，更加协调而提供一种带脊柱关节和弹性腿的仿生四足机器人。 

本实用新型的目的是这样实现的：带有脊柱关节和弹性腿的仿生四足机器人，包含前躯干、后躯干、脊柱关节和弹性腿，前躯干和后躯干通过脊柱关节连接，在前躯干和后躯干下方的两端分别安装弹性腿，脊柱关节包括端盖、万向节、波纹管、液压油管、两个齿轮泵和两个电磁阀，上下两个端盖通过万向节在中心位置连接，在上下两个端盖之间均匀分布四个波纹管，对称布置的两个波纹管通过液压油管、一个齿轮泵和一个电磁阀连接在一起；在前 躯干和后躯干的两端分别装有卷线轮，卷线轮与固定在前躯干和后躯干两端的卷线轮舵机的输出轴连接，钢丝绳的一端固定在卷线轮上，钢丝绳另一端固定在弹性腿上。 

本实用新型还包括这样一些结构特征： 

1.弹性腿包括滑轮、钢丝绳、大腿、小腿、足部、压簧和拉簧，滑轮与固定在前躯干和后躯干下方两端的滑轮舵机连接，滑轮安装在大腿的髋关节上，小腿的一端与大腿连接、另一端与足部连接，钢丝绳跨过滑轮，所述钢丝绳另一端固定在弹性腿上是指钢丝绳的一端固定在弹性腿的踝关节上，拉簧的一端与大腿连接、另一端与足部连接，压簧的套在导杆上。 

2.弹性腿的足部的末端形状是球形。 

3.两个齿轮泵和两个电磁阀分别布置在上下两个端盖上。 

带脊柱关节和弹性腿的仿生四足机器人，该机器人包括躯干、脊柱以及安装于躯干上的四条腿。在前后躯干上对称安装四个卷线轮，卷线轮与卷线轮舵机的输出轴相连，舵机安装在舵机架上，舵机架安装在躯干上。脊柱关节包括端盖，两端盖之间安装二自由度十字轴式刚性万向节和波纹管，二自由度十字轴式刚性万向节包括位于中间的十字轴、与十字轴连接的万向节叉、与端盖连接的万向轴基座，第一端盖上安装相互连通的第一齿轮泵、第一二位四通电磁阀，第二端盖上安装相互连通的第二齿轮泵、第二二位四通电磁阀，所述的波纹管有四个，第一二位四通电磁阀分别连通第一、第二波纹管，第二二位四通电磁阀分别连通第三、四波纹管。 

四条腿的结构均相同，由大腿、滑轮、小腿、足部、缓冲装置、拉簧组成。其中大腿的一端与滑轮通过转动副相连，大腿的另一端与小腿的一端通过转动副相连构成膝关节，小腿的另一端与足部在足部一端的三分之一处通过转动副连接构成踝关节，足端采用的是橡胶球形足。其中缓冲装置由直线轴承、直线轴承座、导杆、压簧组成，直线轴承座与大腿在大腿一端的三分之一处通过转动副相连，导杆端部与足部通过转动副相连，转动副的转动轴线与小腿和足部的转动副轴线共线。直线轴承安装到直线轴承座上，导杆套在直线轴承里，导杆可以在直线轴承里自由滑动，压簧套在导杆上。拉簧与大腿通过转动副相连，转动副与直线轴承座和大腿的转动副共轴线，拉簧的另一端与足部的一端通过转动副相连。