本发明专利技术公开了一种在腰部使用平面四杆变胞机构的四足仿生机器人，包括一个闭链和四条开链，闭链是由第一至第四杆构成的一个平面四杆变胞杆机构；第一、二、三、四杆的长度均相同；每条开链的结构相同，每条开链均为一2R串联机构且均分别通过一转动铰链与闭链中一条杆件铰接，每条开链中的各杆位于同一平面内。本发明专利技术将平面四杆变胞机构应用到四足仿生机器人的腰部，利用变胞机构变构态、变自由度的特性，实现四足仿生机器人腰部变形，从而更好地模仿四足动物的腰部结构，实现对多种动物仿生，集多种动物优点于一身，提高多足仿生机器人的灵活性和对不同地形环境的适应能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于仿生机器人
，涉及一种在腰部使用平面四杆变胞机构的四足仿生机器人。
技术介绍
多足仿生机器人结构简单且灵活，承载能力强、稳定性好，不仅能在复杂的非结构路面上行走，轻易地跨过较大的障碍(如壕沟、岩石等)，而且能以动态步态实现快速移动。多足仿生机器人可以代替人完成许多危险作业，在军事、矿山开采、核能工业、星球探测、消防营救、建筑业、农林采伐、示教娱乐等领域有着广阔的应用前景。然而，传统多足仿生机器人在模仿动物时，关注点大多集中在腿部结构，而对于腰部结构常常没有给予太多关注。传统多足仿生机器人腰部普遍采用刚性结构。其缺点在于：1)腰部不可动，仅起支撑和载物平台的作用，对机器人的运动和姿势不起任何作用。2)多足仿生机器人刚性结构的腰部，无法改变其形状，机器人各条腿的相对位置保持不变，机器人只能通过改变腿部姿态来实现行走、奔跑、避障和转弯等动作，腰部对仿生机器人的运动和适应性调节不起任何作用，而且刚性的腰部结构极大地限制了机器人整体工作空间和灵活度。3)多足仿生机器人刚性腰部极大限制了机器人对自身重心的调节性能，使得机器人行走的稳定裕度很小，步态中存在临界稳定状态，行走过程不稳定。4)步态规划方面，刚性腰的仿生机器人步态有限，无法实现类似于动物的上下弓腰、仰腰、扭腰的动作。5)刚性腰部无法起到缓冲减震的作用，同时也限制了行走速度。6)传统仿生机器人只能模仿特定的一种动物，不能同时模仿多种动物的形态。现有技术中有报道一种使用空间六杆变胞机构的多足仿生机器人，该机器人中的空间六杆变胞机构使用了两个虎克铰，虎克铰难以直接驱动，需使用皮带、齿条等传动装置方能驱动，使其在机械运动效率方面有不足。。
技术实现思路
针对传统多足爬行机器人的局限性，创造一种可变形、灵活、自适应能力更强的多足变胞仿生机器人，以及解决现有技术中所报道的一种使用空间六杆变胞机构的多足仿生机器人中虎克铰难以直接驱动的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种在腰部使用平面四杆变胞机构的四足仿生机器人，包括一个闭链和四条开链；所述闭链是由顺次连接的第一杆、第二杆、第三杆、第四杆构成的一个平面四杆变胞机构；所述第一杆的两端分别通过第一转动铰链和第二转动铰链与第二杆的一端和第四杆的一端相连；第三杆的两端分别通过第三转动铰链和第四转动铰链与第二杆的另一端和第四杆的另一端相连，从而构成一平面四杆闭链；所述第一转动铰链、第二转动铰链、第三转动铰链和第四转动铰链的轴线互相平行且均与所述平面四杆闭链垂直；每条开链的结构相同均分别包括第五杆、第六杆和第七杆，所述第五杆、第六杆和第七杆位于同一平面内，所述第六杆的两端分别通过第五转动铰链和第六转动铰链与第五杆和第七杆相连，所述第五转动铰链和第六转动铰链的轴线相互平行、且均与第五杆、第六杆和第七杆所在的平面垂直；每条开链中的第五杆均分别通过第七转动铰链与第一杆、第二杆、第三杆和第四杆相连，每个第七转动铰链的轴线与第一转动铰链的轴线平行、且在第五杆、第六杆和第七杆所在平面内；所述第一杆、第二杆、第三杆和第四杆均为相同的弯折杆，所述弯折杆的两臂等长且刚性连接，两臂之间夹角为60～120度；所述第一转动铰链和第二转动铰链均分为上下两部分，其中，上部分的下表面和下部分的上表面之间的距离为H，所述第三转动铰链和第四转动铰链上表面与下表面之间的距离为h，H≥h；四个第七转动铰链的轴线分别与第一杆、第二杆、第三杆和第四杆各杆中两臂间夹角角平分线的延长线相交；所述第五杆、第六杆和第七杆所在平面与所述平面四杆闭链垂直。进一步讲，本专利技术中：所述弯折杆的两臂之间夹角为90度。当所述第四转动铰链嵌入到第一转动铰链的上部分与下部分之间时，第四转动铰链与第一转动铰链的轴线重合，平面四杆变胞机构由平面四杆闭链转换为串联的两杆，从而实现由单自由度四杆机构至单自由度两杆机构的变胞过程。当所述第三转动铰链嵌入到第二转动铰链的上部分与下部分之间时，第三转动铰链与第二转动铰链的轴线重合，平面四杆变胞机构由平面四杆闭链转换为串联的两杆，从而实现由单自由度四杆机构至单自由度两杆机构的变胞过程。第一转动铰链的中心和第四转动铰链的中心的连线与第二转动铰链的中心和第三转动铰链的中心的连线垂直；第一转动铰链的中心和第二转动铰链的中心的连线与第三转动铰链的中心和第四转动铰链的中心的连线平行；第一转动铰链的中心和第三转动铰链的中心的连线与第二转动铰链的中心和第四转动铰链的中心的连线平行。每条开链均为一2R串联机构。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：由于结构特点带来的好处，本专利技术中将变胞机构应用到多足仿生机器人的腰部，通过变胞机构在运动过程中改变机构构态、自由度，实现了腰部构型的改变。从而更好地模仿爬行动物的腰部结构，更好地实现对爬行动物仿生，进而提高多足仿生机器人的灵活性和对不同地形环境的适应能力，挖掘更深的应用潜力。针对现有技术中所报道的一种使用空间六杆变胞机构的多足仿生机器人中虎克铰难以直接驱动的问题，本专利技术全部使用转动铰链，将腰部驱动装置置于第一转动铰链或者第三转动铰链处，可以方便地直接驱动腰部所有转动铰链，对提高机械运动效率大有裨益。附图说明图1是本专利技术变胞四足仿生机器人的腰部呈四杆机构的结构示意图；图2是图1中闭链结构示意图；图3(a)是本专利技术机器人的腰部闭链结构中每个杆件呈60°夹角的一般形态示意图；图3(b)是图3(a)所示腰部闭链结构相对关节轴线重合时的形态示意图；图4(a)是本专利技术机器人的腰部闭链结构中每个杆件呈120°夹角的一般形态示意图；图4(b)是图4(a)所示腰部闭链结构相对关节轴线重合时的形态示意图；图5是图1中一个开链的结构示意图；图6是本专利技术变胞四足仿生机器人腰部变成正方形的结构示意图；图7是本专利技术变胞四足仿生机器人腰部在第二转动铰链与第三转动铰链重合后变为两杆机构的示意图；图8是本专利技术变胞四足仿生机器人腰部在第一转动铰链与第四转动铰链重合后变为两杆机构的示意图。图中：1-第一杆2-第二杆3-第三杆4-第四杆5-第一转动铰链6-第二转动铰链7-第三转动铰链8-第四转动铰链9-第五杆10-第六杆11-第七杆12-第五转动铰链13-第六转动铰链14-第七转动铰链具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，其描述仅是对本发明的解释性说明，并不用以限制本专利技术。本专利技术提出的一种在腰部使用平面四杆变胞机构的四足仿生机器人，包括一个闭链本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在腰部使用平面四杆变胞机构的四足仿生机器人，包括一个闭链和四条开链；所述闭链是由顺次连接的第一杆(1)、第二杆(2)、第三杆(3)、第四杆(4)构成的一个平面四杆变胞机构；所述第一杆(1)的两端分别通过第一转动铰链(5)和第二转动铰链(6)与第二杆(2)的一端和第四杆(4)的一端相连；第三杆(3)的两端分别通过第三转动铰链(7)和第四转动铰链(8)与第二杆(2)的另一端和第四杆(4)的另一端相连，从而构成一平面四杆闭链；所述第一转动铰链(5)、第二转动铰链(6)、第三转动铰链(7)和第四转动铰链(8)的轴线互相平行且均与所述平面四杆闭链垂直；每条开链的结构相同均分别包括第五杆(9)、第六杆(10)和第七杆(11)，所述第五杆(9)、第六杆(10)和第七杆(11)位于同一平面内，所述第六杆(10)的两端分别通过第五转动铰链(12)和第六转动铰链(13)与第五杆(9)和第七杆(11)相连，所述第五转动铰链(12)和第六转动铰链(13)的轴线相互平行、且均与第五杆(9)、第六杆(10)和第七杆(11)所在的平面垂直；每条开链中的第五杆(9)均分别通过第七转动铰链(14)与第一杆(1)、第二杆(2)、第三杆(3)和第四杆(4)相连，每个第七转动铰链(14)的轴线与第一转动铰链(5)的轴线平行、且在第五杆(9)、第六杆(10)和第七杆(11)所在平面内；其特征在于：所述第一杆(1)、第二杆(2)、第三杆(3)和第四杆(4)均为相同的弯折杆，所述弯折杆的两臂等长且刚性连接，两臂之间夹角为60～120度；所述第一转动铰链(5)和第二转动铰链(6)均分为上下两部分，其中，上部分的下表面和下部分的上表面之间的距离为H，所述第三转动铰链(7)和第四转动铰链(8)上表面与下表面之间的距离为h，H≥h；四个第七转动铰链(14)的轴线分别与第一杆(1)、第二杆(2)、第三杆(3)和第四杆(4)各杆中两臂间夹角的角平分线的延长线相交；所述第五杆(9)、第六杆(10)和第七杆(11)所在平面与所述平面四杆闭链垂直。...
【技术特征摘要】
1.一种在腰部使用平面四杆变胞机构的四足仿生机器人，包括一个闭链和四条开链；
所述闭链是由顺次连接的第一杆(1)、第二杆(2)、第三杆(3)、第四杆(4)构成的
一个平面四杆变胞机构；所述第一杆(1)的两端分别通过第一转动铰链(5)和第二转动
铰链(6)与第二杆(2)的一端和第四杆(4)的一端相连；第三杆(3)的两端分别通过
第三转动铰链(7)和第四转动铰链(8)与第二杆(2)的另一端和第四杆(4)的另一端
相连，从而构成一平面四杆闭链；所述第一转动铰链(5)、第二转动铰链(6)、第三转动
铰链(7)和第四转动铰链(8)的轴线互相平行且均与所述平面四杆闭链垂直；
每条开链的结构相同均分别包括第五杆(9)、第六杆(10)和第七杆(11)，所述第五
杆(9)、第六杆(10)和第七杆(11)位于同一平面内，所述第六杆(10)的两端分别通
过第五转动铰链(12)和第六转动铰链(13)与第五杆(9)和第七杆(11)相连，所述第
五转动铰链(12)和第六转动铰链(13)的轴线相互平行、且均与第五杆(9)、第六杆(10)
和第七杆(11)所在的平面垂直；
每条开链中的第五杆(9)均分别通过第七转动铰链(14)与第一杆(1)、第二杆(2)、
第三杆(3)和第四杆(4)相连，每个第七转动铰链(14)的轴线与第一转动铰链(5)的
轴线平行、且在第五杆(9)、第六杆(10)和第七杆(11)所在平面内；
其特征在于：
所述第一杆(1)、第二杆(2)、第三杆(3)和第四杆(4)均为相同的弯折杆，所述
弯折杆的两臂等长且刚性连接，两臂之间夹角为60～120度；
所述第一转动铰链(5)和第二转动铰链(6)均分为上下两部分，其中，上部分的下
表面和下部分的上表面之间的距离为H，所述第三转动铰链(7)和第四转动铰链(8)上
表面与下表面之间的距离为h，H≥h；
【专利技术属性】
技术研发人员：戴建生，唐昭，张春松，赵欣，田传印，王雁东，万昌雄，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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