一种四足机器人的柔性躯干和四足机器人制造技术

本申请提供了一种四足机器人的柔性躯干和四足机器人。该柔性躯干包括：前躯干部、后躯干部、转动轴、第一驱动电机、第二驱动电机、第一主动齿轮、第二主动齿轮、从动齿轮；前躯干部、后躯干部通过转动轴转动连接，转动轴的轴线沿四足机器人的左右方向延伸，四足机器人的左右方向定义为水平面内与四足机器人的运动方向垂直的方向；第一驱动电机与前躯干部固定连接，第一驱动电机的输出端连接第一主动齿轮；第二驱动电机与后躯干部固定连接，第二驱动电机的输出端连接第二主动齿轮；第一主动齿轮、第二主动齿轮均与从动齿轮啮合；从动齿轮与转动轴连接；第一驱动电机带动前躯干部和/或第二驱动电机带动后躯干部分别绕转动轴的轴线相对蜷缩或伸展。轴线相对蜷缩或伸展。轴线相对蜷缩或伸展。

【技术实现步骤摘要】
一种四足机器人的柔性躯干和四足机器人


[0001]本申请涉及机器人
，特别涉及一种四足机器人的柔性躯干和四足机器人。

技术介绍

[0002]现有的移动机器人主要分为轮式、履带式和足式等几种类型，其中，轮式机器人在运动过程中对地面平整度要求较高，需行走的地面连续平整，因而难以适应未知的复杂路面；履带式机器人在运动过程中由于转弯半径较大，因而灵活度很低；而足式机器人是通过“腿”与地面间断接触，因而，可以灵活地跨过崎岖程度较高的障碍，具备较高的越障能力，满足在复杂非结构地形环境下运动的要求。
[0003]足式机器人按照“腿”的数量从少到多可分为：双足机器人、四足机器人和多足(“腿”的数量多于四个)机器人等；其中，双足机器人主要是仿照人类的身体结构设计的，其外观和运动形式都和人类较为接近，但速度、负载及稳定性的性能较差；多足机器人主要是仿照爬行类昆虫的身体设计的，其结构和运动特性都和爬行类昆虫较为接近，多足机器人在崎岖地形上的运动能力相比于双足机器人有一定的提高，但其结构复杂，速度较慢，体型庞大，在狭窄空间的越障灵活度较低；而四足机器人是仿照自然界中的四足哺乳动物(比如，猎豹、狗和马等)的身体结构设计的，其在移动速度和环境适应性方面都有极佳的表现，四足机器人运动步态丰富，不仅能克服复杂地形对机器人稳定性的影响，而且能在动态的情况下实现高速运动，非常适合在复杂非结构化地形环境下的工作。
[0004]自然界中，猎豹在奔跑时躯干的蜷缩和伸展是猎豹疾驰步态的主要特征，通过躯干的蜷缩和伸展，猎豹具有更快的奔跑速度和爆发力。而目前的四足机器人中，缺少对猎豹这种疾驰步态的模拟，致使四足机器人的行进速度、爆发力受到很大的局限。
[0005]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种四足机器人的柔性躯干和四足机器人，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
[0007]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0008]本申请提供了一种四足机器人的柔性躯干，包括：前躯干部、后躯干部、转动轴、第一驱动电机、第二驱动电机、第一主动齿轮、第二主动齿轮、从动齿轮；所述前躯干部、所述后躯干部通过所述转动轴转动连接，其中，所述转动轴的轴线沿所述四足机器人的左右方向延伸，所述四足机器人的左右方向定义为水平面内与所述四足机器人的运动方向垂直的方向；所述第一驱动电机与所述前躯干部固定连接，所述第一驱动电机的输出端连接所述第一主动齿轮；所述第二驱动电机与所述后躯干部固定连接，所述第二驱动电机的输出端连接所述第二主动齿轮；述第一主动齿轮、所述第二主动齿轮均与所述从动齿轮啮合；所述从动齿轮与所述转动轴连接；其中，所述第一驱动电机带动所述前躯干部和/或所述第二驱
动电机带动所述后躯干部分别绕所述转动轴的轴线相对蜷缩或伸展。
[0009]可选地，在本申请的任一实施例中，所述前躯干部、所述后躯干部均为U型结构，所述前躯干部的U型结构的开口端与所述后躯干部的U型结构的开口端通过所述转动轴转动连接。
[0010]可选地，在本申请的任一实施例中，所述第一驱动电机与所述第二驱动电机以所述转动轴所在的垂直平面对称布置。
[0011]可选地，在本申请的任一实施例中，所述从动齿轮与所述转动轴之间通过轴承连接。
[0012]可选地，在本申请的任一实施例中，所述第一主动齿轮、所述第二主动齿轮均为锥齿轮，相应的，所述从动齿轮为锥齿轮。
[0013]可选地，在本申请的任一实施例中，所述第一主动齿轮与所述从动齿轮的轴交角为90度；和/或，所述第二主动齿轮与所述从动齿轮的轴交角为90度。
[0014]可选地，在本申请的任一实施例中，还包括：弹簧，安装于所述前躯干部和/或所述后躯干部，所述弹簧能够随所述前躯干部和所述后躯干部的相对蜷缩而储存能量，或者，所述弹簧能够复位以释放储存的所述能量，使所述前躯干部和所述后躯干部相对伸展而复位。
[0015]可选地，在本申请的任一实施例中，所述弹簧为扭转弹簧，所述扭转弹簧的扭转轴线与所述转动轴的轴线重合，所述扭转弹簧能够随所述前躯干部和所述后躯干部的相对蜷缩而拧紧，以储存扭转能量，或者，所述扭转弹簧能够复位以释放储存的所述扭转能量，使所述前躯干部和所述后躯干部相对伸展而复位。
[0016]可选地，在本申请的任一实施例中，所述弹簧为弯曲弹簧，一端与所述前躯干部连接，另一端与所述后躯干部连接；所述弯曲弹簧能够随所述前躯干部和所述后躯干部的相对蜷缩而弯曲，以储存弯曲能量，或者，所述弯曲弹簧能够复位以释放储存的所述弯曲能量，使所述前躯干部和所述后躯干部相对伸展而复位。
[0017]本申请实施例还提供一种四足机器人，包括：两条前腿、两条后腿和上述任一实施例所述的四足机器人的柔性躯干；两条所述前腿连接于所述柔性躯干的前躯干部，两条所述后腿连接于所述柔性躯干的后躯干部；其中，两条所述前腿位于所述前躯干部上远离所述前躯干部和所述后躯干部转动连接的一端，两条所述后腿位于所述后躯干部上远离所述前躯干部和所述后躯干部转动连接的一端。
[0018]与最接近的现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有如下有益效果：
[0019]本申请中的四足机器人的柔性躯干，通过第一驱动电机带动第一主动齿轮转动，第二驱动电机带动第二主动齿轮转动，第一主动齿轮与第二主动齿轮均与连接于转动轴的从动齿轮啮合；在第一驱动电机与第二驱动电机均启动时，沿从动齿轮的轴线看，在第一主动齿轮和第二主动齿轮的旋转方向一致时，从动齿轮则相对静止，第一主动齿轮和第二主动齿轮沿从动齿轮的周向具有相对运动，使第一驱动电机和第二驱动电机具有靠近(第一主动齿轮和第二主动齿轮相对靠近)或远离(第一主动齿轮和第二主动齿轮相对远离)的趋势，而第一驱动电机又与前躯干部固定连接，第二驱动电机又与后躯干部固定连接，前躯干部与后躯干部通过转动轴转动连接，因而，第一驱动电机将带动前躯干部、第二驱动电机带动后躯干部具有相对运动的趋势，即前躯干部和后躯干部将会绕转动轴的轴线相对蜷缩
(第一主动齿轮和第二主动齿轮相对靠近)或伸展(第一主动齿轮和第二主动齿轮相对远离)；沿从动齿轮的轴线看，在第一主动齿轮和第二主动齿轮的旋转方向不一致时，从动齿轮在第一主动齿轮和第二主动齿轮的带动下绕转动轴转动，此时，利用第一驱动电机与第二驱动电机的转速差，使第一主动齿轮和第二主动齿轮在从动齿轮上具有相对运动，同样的可以使前躯干部和后躯干部将会绕转动轴的轴线相对蜷缩或伸展；在第一驱动电机或第二驱动电机中只有一个启动时，第一主动齿轮或第二主动齿轮中的一个将会锁止从动齿轮，使从动齿轮静止不转动，第一主动齿轮或第二主动齿轮中的另一个将会沿从动齿轮的周向转动，使前躯干部和后躯干部将会绕转动轴的轴线相对蜷缩或伸展。籍此，通过前躯干部和后躯干部之间的柔性连接，参照猎豹奔跑时躯干的蜷缩或伸展，实现猎豹的疾驰步态的模拟，有效提高和增强四足机器人的行进速度和爆发力。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四足机器人的柔性躯干，其特征在于，包括：前躯干部、后躯干部、转动轴、第一驱动电机、第二驱动电机、第一主动齿轮、第二主动齿轮、从动齿轮；所述前躯干部、所述后躯干部通过所述转动轴转动连接，其中，所述转动轴的轴线沿所述四足机器人的左右方向延伸，所述四足机器人的左右方向定义为水平面内与所述四足机器人的运动方向垂直的方向；所述第一驱动电机与所述前躯干部固定连接，所述第一驱动电机的输出端连接所述第一主动齿轮；所述第二驱动电机与所述后躯干部固定连接，所述第二驱动电机的输出端连接所述第二主动齿轮；所述第一主动齿轮、所述第二主动齿轮均与所述从动齿轮啮合；所述从动齿轮与所述转动轴连接；其中，所述第一驱动电机带动所述前躯干部和/或所述第二驱动电机带动所述后躯干部分别绕所述转动轴的轴线相对蜷缩或伸展。2.根据权利要求1所述的柔性躯干，其特征在于，所述前躯干部、所述后躯干部均为U型结构，所述前躯干部的U型结构的开口端与所述后躯干部的U型结构的开口端通过所述转动轴转动连接。3.根据权利要求1所述的柔性躯干，其特征在于，所述第一驱动电机与所述第二驱动电机以所述转动轴所在的垂直平面对称布置。4.根据权利要求1所述的柔性躯干，其特征在于，所述从动齿轮与所述转动轴之间通过轴承连接。5.根据权利要求1所述的柔性躯干，其特征在于，所述第一主动齿轮、所述第二主动齿轮均为锥齿轮，相应的，所述从动齿轮为锥齿轮。6.根据权利要求5所述的柔性躯干，其特征在于，所述第一主动齿轮与所述从动齿轮的轴交角...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春雷，杨亚，范春辉，侯晓楠，金伟祺，马保平，詹明昊，
申请(专利权)人：上海微电机研究所中国电子科技集团公司第二十一研究所，
类型：新型
国别省市：