[发明专利]一种用于地震救援的四足机器人脊柱装置

说明书

本发明涉及一种机器人脊柱装置，具体涉及一种用于地震救援的四足机器人脊柱装置。本发明为解决现有技术中地震救援四足机器人的脊柱柔性不足、缺乏减震功能的问题。本发明所述机器人脊柱装置包括：脊前端盘，前脊柱组，脊间盘，后脊柱组，脊后端盘和控制器。前脊柱组包含上脊节、左脊节和右脊节，前脊柱组和后脊柱组总共由六个相同的脊节分成两组并联组成，并且对称设置在脊间盘两侧，每个脊节包含万向联轴器、导向杆套、蜗轮蜗杆减速器和伺服电机。本发明脊柱组通过万向联轴器串联，扩展了脊柱的运动范围、提升了脊柱的柔韧性。该装置用于地震救援领域。

技术领域

本发明涉及一种机器人脊柱装置，特别是涉及一种用于地震救援的机器人脊柱装置。

背景技术

地震是一种破坏力极强的地质灾害，我国每年或多或少会发生震级不一的地震，地震总是伴随着伤亡，需要我们动用各种机器人搜救受伤人员，而地震灾区中的路面往往被废墟覆盖，还有高低不平的石阶，如何进行地震后的救灾工作显得尤为重要。目前，轮式和履带式机器人由于移动速度快、控制方便、性能可靠等优点，一直是地面移动机器人的首选移动方式。但是，现有的轮式和履带式机器人很难进入地震废墟中进行工作，这就促使了四足机器人的发展。随着四足机器人近几年的发展，国内外很多科研院校都开展了四足机器人的相关工作。

2006年，由美国国防部高级研究计划署（DARPA）资助，美国波士顿动力公司（Boston Dynamics）研发的BigDog系列仿生四足机器人，它将仿生四足机器人的研究推上了巅峰。该仿生四足机器人的腿部机械结构模仿自爬行四足动物的腿部结构，以左右迈步方式对抗外界干扰，保持身体平衡和稳定性，液压驱动系统提供动力，具备攀爬25度的上斜坡和35度下斜坡的能力，理论上拥有穿越陆地上四分之三地形的运动能力。但是该仿生四足机器人的机身采用刚性机械结构，在复杂非结构地形下运动容易产生冲击损坏，而且该仿生四足机器人结构复杂、功耗大，缩短了机器人在地震环境下有效的工作时间。

2015年，山东大学机器人研究中心在Scalf-1实验原型机的基础上发展出有中国版的“大狗”之称的Scalf-2仿生四足机器人。该仿生四足机器人具有8个自由度和4个横摆主动自由度的液压驱动结构，该仿生四足机器人具有一定的抗侧向冲击和地形适应能力，是国内在大型负载仿生四足机器人研制方面较为成功的案例。同年，上海大学设计的XDog实现了类似BigDog的动平衡性能，该机器人每条腿有三个自由度，在机器人四肢上设有减速器，直接加电驱动，具有良好的机动性，对于外界干扰仍然能保持动态平衡。但是，该仿生四足机器人采用刚性机械结构，在运动过程中容易产生冲击损坏，增加维修成本和时间。

2017年，浙江大学控制学院联合杭州南江机器人有限公司共同推出一款“赤兔”仿生四足机器人。该仿生四足机器人机器人有12个自由度，每条腿3个自由度，其中髋关节有2个自由度（一个俯仰、一个侧摆），膝关节1个俯仰自由度。机器人电机和减速机构都布置于机体上方，并且腿部进行了轻量化和低惯量化设计，这使得机器人在运动时加减速更快，电机能耗又不至于过高。但是，该仿生四足机器人也采用刚性机械结构，缺乏柔性，在地震狭窄的废墟环境下机体运动范围不足。

中国专利申请CN201510690265.3公开了一种仿生奔跑四足机器人，包括腿部、前肩梁、后肩梁和脊椎，脊椎两端分别固定于前肩梁和后肩梁的中部，该发明通过电动机带动连杆运动，进而拉着腰部滑块沿着圆柱导轨做竖直滑动，腰部滑块的上下滑动带动脊椎沿竖直方向上下同步弯曲。上述发明中的脊椎采用曲柄滑块的机械机构，电机带动曲柄滑块做往复运动实现脊柱在竖直方向的弯曲，该四足机器人的脊椎自由度低，灵活度不足，仅能实现竖直方向的弯曲，腰部过于依靠脊椎中部的柔性薄板，减震性能不足。