[發明專利]一種模塊化仿生四足機器人

有效

• 申請號: 201910343130.8
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110181496B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 王偉;吉愛紅;沈歡;張曦元;李倩;秦國棟;袁吉偉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J17/00;B62D57/032
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種模塊化仿生四足機器人，包括四個腿部關節和至少一個軀干關節。腿部關節具有三個自由度，采用差動輪系實現驅動腿機構滾轉與俯仰，并采用轉動副實現驅動腿機構膝關節的屈伸。軀干關節具有一個自由度，采用電機驅動關節轉動，采用圓柱凸輪機構將軀干關節回轉運動轉化為直線彈簧的壓縮與放松，將軀干關節擺動時的關節動能轉變為彈性勢能并在軀干關節伸直時釋放以補充動能。本發明能夠根據需求增加軀干關節變成多脊椎關節機器人，腿部關節可以調整以增加機身寬度、降低高度，具有靈活性和穩定性的優勢，并最大程度的仿生四足動物的運動學和動力學特征。

技術領域

本發明涉及一種新型仿生四足機器人機構，具體涉及一種具有軀干關節模塊和腿部模塊的模塊化仿生四足機器人。

背景技術

足式爬壁機器人可以跨越具有陽臺、棱柱等障礙物的地形復雜的表面。不同于輪式和履帶式機器人的連續運動軌跡，足式爬壁機器人對于接觸表面的施力點少，附著及脫附的能量損失相對較小，效率更高。腿足的自由度使得機器人行走在傾斜表面時能夠保持本體的平衡，避免重心偏移失穩。目前爬壁機器人的軀干都為剛性，運動靈活性、穩定性以及自如的運動軌跡和轉彎能力都受到限制，并未達到所期望的自由無障礙運動。機器人運動行為及力學機制研究的不完善，限制了機器人整體性能的進一步提高。

自然界中，匍匐姿態的四足動物，如蜥蜴和壁虎等，爬行時軀干采取一種彎曲形態，最顯著的特征是脊柱側向彎曲引起的軀干在水平面的蜷曲和伸展。研究發現，這種依靠肢體與軀干協調的運動形態至少起到四個重要的作用：(1)提高爬行速度；(2)有利于轉彎及獲得不同的運動軌跡；(3)增加身體的平衡與穩定性；(4)改善運動耗能。有鑒于此，深入研究并理解動物的運動機理，將其運用到仿生機構的設計中，并采用模塊化的思想，分別設計腿部模塊和軀干關節模塊，每個模塊彼此獨立控制，有助于發展小型化、低功耗、環境適應性強、易于批量化生產的仿生機器人。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種模塊化仿生四足機器人。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種模塊化仿生四足機器人，包含第一至第四腿部關節和N個軀干關節，N為大于等于1的自然數；

所述第一至第四腿部關節均包含支架、第一至第三驅動電機、第一至第二傳動齒輪、第一至第三錐傳動齒輪、回旋架、近端驅動腿、遠端驅動腿、以及第一至第三腿部連接機構；

所述支架包括第一固定板、第二固定板、前安裝板、中安裝板和若干固定支柱；其中，所述第一固定板、第二固定板平行設置；所述若干固定支柱均設置在第一固定板、第二固定板之間，兩端分別和第一固定板、第二固定板垂直固連；所述前安裝板、中安裝板均呈矩形，兩側均分別和第一固定板、第二固定板垂直固連；所述前安裝板設置在第一固定板、第二固定板的一側，中安裝板設置在第一固定板、第二固定板的中部，前安裝板和中安裝板平行設置；所述前安裝板上設有第一通孔和供所述第二傳動齒輪轉軸穿過的第二通孔，所述中安裝板上設有供所述第一驅動電機輸出軸穿過的第三通孔；

所述回旋架呈U型，包含第一側板、第二側板和底板，所述第一側板、第二側板均和所述底板垂直固連，所述第一側板上設有供所述第一錐傳動齒輪轉軸穿過的第四通孔，第二側板上設有供所述第二錐傳動齒輪轉軸穿過的第五通孔，底板上設有供所述第三錐傳動齒輪轉軸穿過的第六通孔；

所述第一傳動齒輪、第二傳動齒輪均設置在前安裝板外側，其轉軸分別穿過所述第一通孔、第二通孔且通過軸承和所述前安裝板相連；

所述第一至第三錐傳動齒輪均設置在所述回旋架內，其中，所述第一錐傳動齒輪的轉軸穿過所述第四通孔且通過軸承和所述第一側板相連；所述第二錐傳動齒輪的轉軸穿過所述第五通孔且通過軸承和所述第二側板相連；所述第三錐傳動齒輪的轉軸穿過所述第六通孔且通過軸承和所述底板相連；所述第一錐傳動齒輪、第二錐傳動齒輪均和所述第三錐傳動齒輪嚙合，且第一至第三錐傳動齒輪的齒數相同；