仿生爬坡四足机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种仿生爬坡四足机器人，包括腿部足端机构、辅助行走机构、前肩梁、后肩梁和脊椎，脊椎两端均固定于前肩梁和后肩梁中部，腿部足端机构包括前腿和后腿，前腿和后腿均包括小腿、大腿和足端机构，大腿上端通过髋关节与前肩梁和后肩梁相连，大腿下端与小腿上端铰接，小腿上连接有足端机构；足端机构包括由三根足端杆顺次铰接在小腿末端共同组成的四连杆机构，四连杆机构中与小腿相对边的上端铰接点与第二液压缸一端铰接，第二液压缸的另一端铰接于小腿中上部；辅助行走机构包括扒地杆，扒地杆的上端铰接于前肩梁底部，前肩梁底部固定设置有呈悬臂状的支撑板，支撑板悬空端底部竖直设置有挡板，挡板和扒地杆之间通过第一液压缸连接。

【技术实现步骤摘要】
仿生爬坡四足机器人
本专利技术涉及一种机器人，尤其是一种仿生爬坡四足机器人。
技术介绍
四足机器人大多采用刚性机体结构，目前世界上的四足机器人爬坡坡度较小，且容易打滑，为防止打滑，实现爬坡度更大的坡，非常需要设计一种仿生爬坡四足机器人。中国专利申请：201110196221.7公开了一种具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人。分为前躯干、脊柱、腰部、后躯干以及四条结构相同的腿等几部分；前躯干或后躯干中的轴承与各条腿上的法兰轴构成转动，前躯干与脊柱用转动副联接，由电机和齿轮组驱动，使机器人身体具有俯仰的自由度，脊柱与腰部用带有扭簧的转动副联接，使机器人身体具有横滚自由度，腰部和后躯干也用带有扭簧的转动副联接，使机器人身体具有偏转自由度，机器人腿部由大腿、小腿构成，都由电机和齿轮组驱动，小腿装有压簧。该专利申请结构较为复杂，制作成本高，驱动多，能耗高，爬坡能力差。申请人申请的中国专利申请201410520580.7公开了一种仿生四足机器人，包括腿部、前肩梁、后肩梁、前脊椎和后脊椎，前脊椎和后脊椎组成脊椎，腿部包括前后两对腿，两对腿分别通过具有俯仰和侧摆两个自由度的髋关节与前肩梁和后肩梁相连，前脊椎一端呈悬臂梁状水平固定于前肩梁中部，另一端与后脊椎活动联接，后脊椎固定于后肩梁上；每一条腿都是大腿和小腿一体化结构，大腿是刚性板，膝部和小腿是由有弹性的钢板构成；前脊椎的后端呈稍宽的长方形，该长方形中心处设有一通孔，通孔中设置有橡胶圈，前脊椎的后端通过一穿过橡胶圈的长销轴及螺母与后脊椎相连，且长销轴与橡胶圈之间有间隙；前脊椎后端分别固定有上、下、左、右四个向外自由穿出后脊椎框架的销，每个销上均套有弹簧。该专利的脊椎和腿部柔性，不便控制，运动稳定性有待提高，爬坡能力差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种仿生爬坡四足机器人，该机器人身体平衡易于调整，脊椎有柔性，运动稳定性好，结构简单，能够适应多种坡度的爬升。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种仿生爬坡四足机器人，包括腿部足端机构、辅助行走机构、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，腿部足端机构包括前腿和后腿，所述前腿和后腿均包括小腿、大腿和足端机构，大腿上端分别通过具有俯仰自由度的髋关节与前肩梁和后肩梁相连，大腿下端与小腿上端铰接，小腿上连接有足端机构；辅助行走机构设置于前肩梁底部上；所述足端机构包括由三根足端杆顺次铰接在小腿末端共同组成的四连杆机构，四连杆机构中与小腿相对边的上端铰接点与第二液压缸的液压杆铰接，第二液压缸的另一端铰接于小腿中上部；当机器人爬坡时，足端蹬地，第二液压缸伸长，四连杆机构底部的足端杆被用力压在斜坡表面，使得机器人在斜坡上不易发生滑动；当蹬地完成，足端抬起时，第二液压缸收缩，准备机器人下一步爬坡行走蹬地；所述辅助行走机构包括一倾斜设置的长扒地杆，所述长扒地杆的上端铰接于前肩梁底部，前肩梁底部固定设置有一个水平向外延伸的呈悬臂状的支撑板，支撑板悬空端底部竖直设置有挡板，挡板和长扒地杆之间通过第一液压缸连接；当机器人爬坡时，通过第一液压缸的伸缩控制长扒地杆的摆动，第一液压缸收缩，长扒地杆向后摆动，长扒地杆底部接触斜坡表面，产生扒地力，防止机器人足部打滑；当第一液压缸伸长，长扒地杆向前摆动，长扒地杆底部离开斜坡表面，准备机器人下一步爬坡行走的辅助扒地。所述第二液压缸的另一端铰接于小腿中上部的凸耳上。所述扒地杆的上端铰接于前肩梁底部中间位置的突出部上。所述脊椎是一块薄钢板，具有柔性，沿竖直方向能上下弯曲。所述前腿的大腿上端通过第四压缸连接于前肩梁上，前腿的大腿上半部一突出点铰接于前肩梁上；前腿的大腿的下端铰接于前腿的小腿中上部，前腿的小腿上端通过第三液压缸连接于前肩梁底部。所述后腿的大腿上端通过第四液压缸连接于后肩梁上，后腿的大腿上半部一突出点铰接于后肩梁上；后腿的大腿的下端铰接于后腿的小腿中上部，后腿的小腿上端通过第三液压缸连接于后肩梁底部。所述大腿与前、后肩梁连接处为髋关节。本专利技术主要包括腿部足端机构、辅助行走机构、前肩梁、后肩梁和脊椎。当机器人爬坡时，足端蹬地，第二液压缸伸长，四连杆机构底部的足端杆被用力压在斜坡表面，使得机器人在斜坡上不易发生滑动。当蹬地完成，足端抬起时，第二液压缸收缩，准备机器人下一步爬坡行走蹬地。辅助行走机构的功能是，当机器人爬坡时，通过第一液压缸的伸缩控制长扒地杆的摆动，第一液压缸收缩，长扒地杆向后摆动，由于长扒地杆较长，其底部接触斜坡表面，产生扒地力，防止机器人足部打滑；第一液压缸伸长，长扒地杆向前摆动，长扒地杆底部离开斜坡表面，准备机器人下一步爬坡行走的辅助扒地。本专利技术是具有足端四杆机构和辅助行走机构的仿生爬坡四足机器人。四足机器人足端四杆机构的用力蹬地作用和辅助行走机构的用力扒地作用可以很好地防止机器人在坡度较大的斜坡上行走打滑。本专利技术结构使机器人运动稳定性好，结构简单，通过足端机构的用力蹬地作用和辅助行走机构的用力扒地作用，能够适应多种坡度的爬升。附图说明图1是本专利技术一个实施例的主视图；图2是一个实施例的脊椎俯视图；图3是一个实施例的足端机构示意图；图4是一个实施例的辅助行走机构示意图；其中1.第一液压缸，2.螺栓，3.大腿，4.第一螺栓，5.第二液压缸，6.第二螺栓，7.第一足端杆，8.第三螺栓，9.第二足端杆，10.第四螺栓，11.第三足端杆，12.第五螺栓，13.小腿，14.第六螺栓，15.第七螺栓，16.第三液压缸，17.第八螺栓，18.第九螺栓，19.第十螺栓，20.第十一螺栓，21.挡板，22.支撑板，23.第十二螺栓，24.第十三螺栓，25.第四液压缸，26.长扒地杆，27.第十四螺栓，28.前肩梁，29.脊柱，30.后肩梁，31.第十五螺栓，32.第十六螺栓。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。如图1-图4所示，仿生爬坡四足机器人，包括腿部足端机构、辅助行走机构、前肩梁28、后肩梁30和脊椎29，脊椎29是一块薄钢板，具有柔性，沿竖直方向能上下弯曲。脊椎29一端通过第十五螺栓31固定于后肩梁30中部，另一端通过第十六螺栓32固定于前肩梁28上。腿部足端机构包括小腿13、大腿3和足端机构，大腿3上端分别通过具有俯仰自由度的髋关节与前肩梁28和后肩梁30相连，大腿3下端与小腿13上端铰接，小腿13上连接有足端机构，辅助行走机构设置于前肩梁28底部上；所有液压缸两端全部都是铰接。前腿的大腿3上端通过第四压缸25以及第十、第十一螺栓19、20连接于前肩梁28上，前腿的大腿3上半部一突出点通过第九螺栓18铰接于前肩梁28上。前腿的大腿3的下端通过第六螺栓14铰接于前腿的小腿13中上部，前腿的小腿13上端通过第三液压缸16连接于前肩梁28底部，第三液压缸16的上下端分别通过第八、第七螺栓17、15铰接于前肩梁28底部和小腿13上端。后腿的大腿3上端通过第四液压缸25以及第十、第十一螺栓19、20连接于后肩梁30上，后腿的大腿3上半部一突出点铰接于后肩梁30上。后腿的大腿3的下端通过第六螺栓14铰接于后腿的小腿13中上部，后腿的小腿13上端通过第三液压缸16连接于后肩梁30底部，第三液压缸16的上下端分别通过第八、第七螺栓17、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生爬坡四足机器人，其特征是，包括腿部足端机构、辅助行走机构、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，腿部足端机构包括前腿和后腿，所述前腿和后腿均包括小腿、大腿和足端机构，大腿上端分别通过具有俯仰自由度的髋关节与前肩梁和后肩梁相连，大腿下端与小腿上端铰接，小腿上连接有足端机构；辅助行走机构设置于前肩梁底部上；所述足端机构包括由三根足端杆顺次铰接在小腿末端共同组成的四连杆机构，四连杆机构中与小腿相对边的上端铰接点与第二液压缸的液压杆铰接，第二液压缸的另一端铰接于小腿中上部；当机器人爬坡时，足端蹬地，第二液压缸伸长，四连杆机构底部的足端杆被用力压在斜坡表面，使得机器人在斜坡上不易发生滑动；当蹬地完成，足端抬起时，第二液压缸收缩，准备机器人下一步爬坡行走蹬地；所述辅助行走机构包括一倾斜设置的长扒地杆，所述长扒地杆的上端铰接于前肩梁底部，前肩梁底部固定设置有一个水平向外延伸的呈悬臂状的支撑板，支撑板悬空端底部竖直设置有挡板，挡板和长扒地杆之间通过第一液压缸连接；当机器人爬坡时，通过第一液压缸的伸缩控制长扒地杆的摆动，第一液压缸收缩，长扒地杆向后摆动，长扒地杆底部接触斜坡表面，产生扒地力，防止机器人足部打滑；当第一液压缸伸长，长扒地杆向前摆动，长扒地杆底部离开斜坡表面，准备机器人下一步爬坡行走的辅助扒地。...

【技术特征摘要】
1.一种仿生爬坡四足机器人，其特征是，包括腿部足端机构、辅助行走机构、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，腿部足端机构包括前腿和后腿，所述前腿和后腿均包括小腿、大腿和足端机构，大腿上端分别通过具有俯仰自由度的髋关节与前肩梁和后肩梁相连，大腿下端与小腿上端铰接，小腿上连接有足端机构；辅助行走机构设置于前肩梁底部上；所述足端机构包括由三根足端杆顺次铰接在小腿末端共同组成的四连杆机构，四连杆机构中与小腿相对边的上端铰接点与第二液压缸的液压杆铰接，第二液压缸的另一端铰接于小腿中上部；当机器人爬坡时，足端蹬地，第二液压缸伸长，四连杆机构底部的足端杆被用力压在斜坡表面，使得机器人在斜坡上不易发生滑动；当蹬地完成，足端抬起时，第二液压缸收缩，准备机器人下一步爬坡行走蹬地；所述辅助行走机构包括一倾斜设置的长扒地杆，所述长扒地杆的上端铰接于前肩梁底部，前肩梁底部固定设置有一个水平向外延伸的呈悬臂状的支撑板，支撑板悬空端底部竖直设置有挡板，挡板和长扒地杆之间通过第一液压缸连接；当机器人爬坡时，通过第一液压缸的伸缩控制长扒地杆的摆动，第一液压缸收缩，长扒地杆向后摆动，长扒地杆底...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宗利，张培强，刘永超，吕荣基，王建明，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37