[發明專利]一種具有柔性腰部的靈巧型四足機器人

有效

• 申請號: 201310676751.0
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103661667A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 丁希侖;張群;陳浩;徐坤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明屬于探測機器人領域，涉及一種四足探測機器人，具體來說，是一種具有柔性腰部的靈巧型四足機器人。

背景技術

自然界中，哺乳動物具有很高的地形適應能力。獵豹的速度可以達到110km/h，山羊可以在山地間自由奔跑。四足哺乳動物具有的柔性脊柱在奔跑中可以增大跨步距離，減小轉彎半徑，實現緩沖減震和地形適應性，對其穩定高速行走有重要作用。同時，四足哺乳動物的腿部靠近足端部分重量輕、肌肉較小，而靠近軀體部分較重、肌肉較大，與奔跑時大腿帶動小腿產生主要的驅動力相適應。四足動物的柔性軀體和高效的能量配置對于它們的高速運動和步態轉換有重要作用。隨著四足機器人研究的深入，對于四足機器人的要求，也從靜態行走向跳躍、奔跑等動態運動轉變。目前現有的四足電機驅動機器人大多是剛性軀體，對于地形適應能力差，而且腿部電機布置分散，致使能量利用率低，無法為機器人動態步態和步態轉換提供足夠的力；某些欠驅動或無驅動四足機器人采用了多塊彈性材料拼接的柔性脊柱作為驅動力，但自由度過少，不具有野外行走的能力；另一些具有腰部的四足機器人腰部剛性差，無法根據地形環境調節腰部的最大偏轉范圍，野外地形適應能力差。

發明內容

本發明針對現有技術中，四足機器人的剛性軀體和腿部電機分散布置導致能量利用率低的問題，提出一種具有柔性腰部的靈巧型四足機器人，其軀干具有柔性結構，能夠提高山地環境的通行能力，減小行進的轉彎半徑，減小機器人腿部的轉動慣量，增大能量利用率。

本發明具有柔性腰部的靈巧型四足機器人，包括前車身、后車身、腰部機構、胯部機構以及腿部機構。

其中，前車身與后車身均為框架結構；前車身后端面與后車身前端面間通過腰部機構相連。

所述腰部機構為分體式虎克鉸，其中，兩個鉸鏈座分別軸承聯接在十字中心軸中兩組相對兩端上，具有橫向偏轉與縱向俯仰兩個自由度；兩個鉸鏈座分別與前車身、后車身相連。通過虎克鉸的偏轉自由度使前車身和后車身相對偏移；通過虎克鉸的俯仰自由度可以使前車身和后車身相對俯仰。

所述胯部機構具有四套，結構相同，包括齒輪箱A、錐齒輪軸A、定軸與同步帶輪A；其中，齒輪箱A為具有T型截面的筒狀三通結構，具有三個支管，令三個支管分別為第一支管、第二支管與第三支管；第一支管與第二支管管口相對；第一支管與第三支管中均軸承連接有錐齒輪軸A；第二支管中固定安裝有定軸；第一支管與第三支管中錐齒輪軸A的內端均具有錐齒輪，且相互嚙合；第一支管中錐齒輪軸A外端與定軸上均固定安裝有同步帶輪A；

四套上述結構構成的胯部機構，兩兩為一對通過齒輪箱軸承座分別安裝在前車身與后車身內底面上；齒輪箱軸承座軸承連接在第一支管與第二支管端部；并使每對胯部機構中第三支管內錐齒輪軸A的外端朝向車身外側；上述胯部機構中第三支管內錐齒輪軸A伸出端用來安裝一套腿部機構。

上述每套胯部機構對應兩套安裝在車身頂面上的驅動機構進行驅動；所述驅動機構包括同步帶輪B與驅動電機A；其中，驅動電機A輸出軸與同步帶輪B同軸固連；令每套胯部機構對應的兩套驅動機構分別為第一驅動機構與第二驅動機構；其中，第一驅動機構中同步帶輪B通過同步帶與一套胯部機構中錐齒輪軸A上安裝的同步帶輪A套接；第二驅動機構中的同步帶輪B通過同步帶與定軸上的同步帶輪A套接。由此，第一驅動機構中驅動電機A驅動同步帶輪B轉動，進而帶動第一支管內錐齒輪轉動，從而帶動第三支管內錐齒輪轉動，最終帶動第三支管內錐齒輪軸A的轉動，使腿部機構做前后擺動；而第二驅動機構中驅動電機A驅動同步帶輪B轉動，進而帶動第二支管內的定軸上安裝的同步帶輪A轉動，從而帶動整個齒輪箱轉動；此時還需通過第一驅動機構驅動第一支管內錐齒輪組件A中的錐齒輪轉動，使腿部機構做上下擺動。

所述腿部機構包括大腿部分、小腿部分與膝關節部分；大腿部分上端與胯部機構中錐齒輪軸A的外端固連；大腿部分下端通過膝關節結構與小腿部分上端相連；所述膝關節結構，包括齒輪箱B、錐齒輪軸B與驅動軸；其中，齒輪箱B上軸承連接有錐齒輪軸B；驅動軸兩端分別于齒輪箱左右兩側軸承連接；使錐齒輪軸B的軸線垂直驅動軸的軸線；錐齒輪軸B的內端與驅動軸上均具有錐齒輪，且相互嚙合；上述齒輪箱B中左右兩側分別與大腿部分下端兩側固連，且使驅動軸的兩端分別穿過大腿部分下端兩側，與小腿部分下端兩側固連；錐齒輪軸B的外端與驅動電機B的輸出軸固連。

本發明的優點在于：