[實用新型]一種電驅動小型仿生四足機器人

有效

• 申請號: 201520345226.5
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN205034207U
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 賈文川;王興興;蒲華燕;李龍
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本實用新型涉及一種小型四足機器人。更明確地，本實用新型涉及一種能匍匐、行走、小跑、奔跑的電機驅動小型哺乳類仿生四足機器人。

背景技術

四足機器人因其優越的地形適應能力，近年來一直是國內外研究的重點。其中最卓越的莫過于美國波士頓動力公司（BostonDynamics）的大狗系列機器人（BigDog）和美國麻省理工學院（MIT）的獵豹系列機器人（Cheetah）。

目前相對主流的四足機器人技術方案，動力系統主要采用純液壓動力系統（BigDog）、純電動力系統（Cheetah）或電液混合動力系統（Spot）。BigDog主要用于復雜地形下的負載運輸，Cheetah用于追求高效快速奔跑，都屬于中型的仿生四足機器人。上述機器人結構相對復雜，成本高，尤其是采用液壓動力系統的機器人更是具有較大的工作噪聲；而對于典型小型四足機器人——索尼“愛寶”(Aibo)機器狗，由于其采用了非常傳統的小型電機加減速器的動力結構，使得其只能實現緩慢的靜態步態，運動及地形適應能力較弱。

對于復雜狹小的地形（如地震災區、叢林、房屋室內等），小型并且運動靈活的四足機器人，就像貓、狗等小型哺乳類四足動物，更加適合于這種場合下的應用。

發明內容

本實用新型的目的是針對復雜狹小的地形，提供一種電驅動小型仿生四足機器人。依據交流永磁同步電機（PMSM）直接驅動技術、精簡的機械結構和高度集成的小型化實時運動控制系統，使得本實用新型具有超低的運動噪聲、豐富的運動步態（匍匐、行走、小跑、奔跑）、結構簡單、成本低等特點。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是：

一種電驅動小型仿生四足機器人，包括機械系統、動力與運動控制系統；其特征在于：所述機械系統包括機身Body模塊和4個腿Leg模塊；所述動力與運動控制系統Ⅱ包括運動控制模塊、第一電機驅動與控制模塊、第二電機驅動與控制模塊、第一電機、第二電機、第三電機、第四電機、第五電機、第六電機、第七電機、第八電機、第九電機、第十電機、第十一電機、第十二電機；所述機身Body模塊作為四足機器人的身體；所述第一腿Leg模塊、第二腿Leg模塊、第三腿Leg模塊、第四腿Leg模塊分別對稱安裝在機身Body模塊上；所述動力與運動控制系統也固定安裝在機身Body模塊上；所述4個腿Leg模塊機械原理完全相同，實際安裝布置方式根據機器人對不同運動性能的優化會有所不同。

所述四足機器人4個腿Leg模塊的實際的安裝布置方式，劃分為a、b、c、d這4種；①當為使四足機器人具有較好的被控性能時，選用a這種布置方式，因為在四足機器人典型的對角步態時，機器人的左前腿Leg模塊與右后腿Leg模塊和右前腿Leg模塊與左后腿Leg模塊的運動是關于機器人中心完全對稱的，這將明顯削弱腿部運動慣性力；②當為使機器人具有較多的載貨空間時，選用b這種布置方式，此時機器人4個腿Leg模塊都較遠離機器人身體，這給貨物騰出了更多的空間；③當為了提升機器人奔跑的速度、跳躍的高度時，選用c這種布置方式，由于兩連桿腿在動力學上的特點，使得這種結構形式有利于提升機器人在奔跑、跳躍等步態的性能；④當機器人在復雜地形（如爬樓梯）運動時，選用d這種布置方式，此時腿各膝關節靠后，以盡量避免膝關節與其前方的障礙物相碰撞。

所述各腿Leg模塊，其具有3個自由度，即3個運動關節，各關節分別記為、、；與是兩個相互正交的髖關節，為膝關節；經過足端點并與軸線平行的軸線記為；其中軸線與軸線正交，軸線與軸線相平行；所述腿Leg模塊的大腿長記為，小腿長記為，左右兩腿間距記為，前后兩腿間距記為；所述與基本等長；所述四足機器人，這模仿了4足哺乳動物的腿長與腿間距的比值，四足哺乳動物一般都具有狹窄的身體，這有助于四足機器人實現較好的運動性能，并且能較容易的通過狹小地形；當為使四足機器人具有較好的穩定性及具有較大的載貨空間時，取，此時機器人的身體相比身高較長；當為使四足機器人具有較好的運動性能時，取，此時機器人的身體較短，機器人整體的轉動慣量較小；所述每個腿Leg模塊理想的足端點是在軸線在軸線的垂直投影點上，但實際由于機械結構的限制，足端點會有在沿軸線上向身體外側的稍許偏移。