一种具有高爆发脊柱的仿生四足机器人制造技术

一种具有高爆发脊柱的仿生四足机器人，属于机器人技术领域。具体设计一种具有高爆发脊柱的仿生四足机器人，其包括二自由度并联腿、仿生脊柱、仿生盆骨、连接架、电磁阀、储气仓。仿生脊柱通过气动肌腱的伸缩实现脊柱的弯曲仿生运动。猎豹在运动过程中除了脊柱的弯曲运动，盆骨与脊柱还会产生相对运动增加后腿的爆发力。基于猎豹的运动机理，采用电机+SEA模块模拟猎豹的盆骨，提高四足机器人的运动性能，调整四足机器人的重心，提高机器人的运动稳定性。该发明专利技术可实现四足机器人更高的跳跃高度，更快的奔跑速度。更快的奔跑速度。更快的奔跑速度。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高爆发脊柱的仿生四足机器人


[0001]本专利技术属于机器人
，具体设计一种具有高爆发脊柱的仿生四足机器人，模仿猎豹的高速奔跑运动。

技术介绍

[0002]现在学术界对四足机器人的研究的已经很深，非常逼真的实现四足动物各种运动姿态；随着智能化时代的到来，越来越多的部门需要机器人的参与，例如在军事侦察，危险环境监测，设备维护等方面应用非常广阔。尤其是在崎岖地形，例如山地、丘陵、沙地等环境，传统的轮式、履带式机器人已经不能够满足这些场所的要求,而现有的四足机器人虽然能够满足要求，但是奔跑速度以及跳跃高度都不能达到猎豹等四足哺乳动物的运动参数。而且运动姿态十分受限。在复杂的地形以及工作环境恶劣的场所，都使得现有刚性四足机器人运动效果以及稳定性很难满足要求。而四足哺乳动物由于脊柱的原因使得其运动性能明显提升，这就充分展示了脊柱对四足哺乳动物的灵活性和强大的适应性的起着巨大作用。因此，研究带有高爆发脊柱四足机器人具有很高的价值和巨大的应用前景。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是克服现有的技术不足，提供一种具有高爆发、适应性强、奔跑速度快的脊柱四足机器人。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。
[0005]一种具有高爆发脊柱的仿生四足机器人，包括有仿生脊柱、四个二自由度并联腿、储气仓、仿生盆骨、输气管、电磁阀、连接架，二自由度并联腿的平行架与连接架通过螺栓进行连接；仿生盆骨的前端部U型架与仿生脊柱后端部凸台式X型架连接；仿生脊柱的前端部的X型架以及仿生盆骨的后端部分盆骨架分别与连接架通过螺栓进行连接。储气仓和电磁阀固定于连接架。二自由度并联腿为四连杆结构，其包括第一大腿板、第二大腿板、第一小腿板、第二小腿板和防滑垫，第一大腿板的下端与第一小腿板上端通过塞打螺钉串联铰接，第二大腿板的下端与第二小腿板上端通过塞打螺钉串联铰接，防滑垫与第二小腿串联铰接，第一大腿板的上端和第二大腿板的上端并联铰接在法兰盘。
[0006]作为本专利技术的进一步改进，法兰盘与电机输出轴通过插接+顶丝的方式传递动力，电机与固定架通过螺钉进行连接，固定架安装于平行架，端部内侧，在电机的驱动下，第一大腿板和第二大腿板分别带动第一小腿板和第二小腿版运动，从而实现腿部在二维平面的运动。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，仿生脊柱包括X型架、凸台式X型架、气动肌腱、主骨架、冗余关节，凸台式X型架，气动肌腱的进气端与凸台式X型架螺纹连接；四个气动肌腱呈左右对称布置；主骨架安装于X型架的中心处；气动肌腱的后端与冗余关节相连；上方两个气动肌腱与下方两个气动肌腱进行相对运动，以达到脊柱的弯曲。
[0008]作为本专利技术的进一步改进,主骨架包括脊柱块、弹簧、缓冲弹簧，相邻脊柱块的下
端通过光轴连接；缓冲弹簧两端分别连接于摇臂；摇臂通过顶丝+直插的方式连接到细轴；细轴外径与脊柱块上端内孔配合；弹簧采用缓冲弹簧相同的连接方式。
[0009]作为本专利技术的进一步改进,其特征在于：仿生盆骨包括串联弹性驱动器、承托部，串联弹性驱动器与电机伸出轴连接；串联弹性驱动器外壳安装在U型架；电机安装于电机架；电机架固定在承托部。
[0010]该专利技术的有益之处是:采用并联腿结构，通过两个电机共同承担跳跃时产生的冲击力以及自身的负载，从而减小电机的承载负荷，同时提高了腿部的支撑力大小，使得机器人能够承载更大的重量和拥有更长的使用时间。
[0011]当四足机器人在跳跃过程中，上下气动肌腱相对运动使仿生脊柱发生弯曲，弯曲后主骨架中的弹簧被拉伸，从而储存弹性势能，并且通过控制气动肌腱的气压控制气动肌腱的伸展长度来控制弹簧的拉伸长度，根据弹簧胡克定律可知弹簧储存不同的弹性势能，在跳跃的瞬间，弹簧储存的弹性势能瞬间释放，将弹性势能转换为最终的四足机器人的势能，使得四足机器人的跳跃高度进一步提高。在奔跑过程中，弹性势能会转化为动能，从而提高四足机器人的奔跑速度。
[0012]猎豹在运动过程中除了脊柱的弯曲运动，盆骨与脊柱还会产生相对运动增加后腿的爆发力。基于猎豹的运动机理，采用电机+SEA模块模拟猎豹的盆骨，提高四足机器人的运动性能。且能调整四足机器人的重心，提高机器人的运动稳定性。
附图说明
[0013]附图1为本专利技术一种具有高爆发脊柱的仿生四足机器人的立体结构原理示意图，图中，1、二自由度并联腿；2、储气仓；3、输气管；4、仿生脊柱；5、仿生盆骨；7、电磁阀；8、连接架。
[0014]附图2为本专利技术仿生脊柱及仿生盆骨立体结构原理图，图中，41、X型架；43、冗余关节；44、气动肌腱；45、主骨架；46、凸台式X型架；51、电机；52、串联弹性驱动器；53、承托部；55、U型架；56、电机架。
[0015]图3为本专利技术骨架结构示意图，图中，452、光轴；453、脊柱块；456、弹簧；457、摇臂；458、缓冲弹簧。
[0016]图4为本专利技术二自由度并联腿示意图，图中，11、第一大腿板；12、法兰盘；15、第二大腿板；18、平行架；19、塞打螺钉；110、第二小腿版；111、固定架；112、电机；113、防滑垫；114第一小腿板。
具体实施方式
[0017]以下结合说明附图和具体优选的实施例对本专利技术作进一步的描述，但并不因此限制本专利技术的保护范围。
[0018]实施例
[0019]一种具有高爆发脊柱的仿生四足机器人，包括有仿生脊柱、四个二自由度并联腿、储气仓、仿生盆骨、输气管、电磁阀、连接架，二自由度并联腿的平行架与连接架通过螺栓进行连接；仿生盆骨的前端部U型架与仿生脊柱后端部凸台式X型架连接；仿生脊柱的前端部的X型架以及仿生盆骨的后端部分盆骨架分别与连接架通过螺栓进行连接。储气仓和电磁
阀固定于连接架。二自由度并联腿为四连杆结构，其包括第一大腿板、第二大腿板、第一小腿板、第二小腿板和防滑垫，第一大腿板的下端与第一小腿板上端通过塞打螺钉串联铰接，第二大腿板的下端与第二小腿板上端通过塞打螺钉串联铰接，防滑垫与第二小腿串联铰接，第一大腿板的上端和第二大腿板的上端并联铰接在法兰盘。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，法兰盘与电机输出轴通过插接+顶丝的方式传递动力，电机与固定架通过螺钉进行连接，固定架安装于平行架，端部内侧，在电机的驱动下，第一大腿板和第二大腿板分别带动第一小腿板和第二小腿版运动，从而实现腿部在二维平面的运动。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，仿生脊柱包括X型架、凸台式X型架、气动肌腱、主骨架、冗余关节，凸台式X型架，气动肌腱的进气端与凸台式X型架螺纹连接；四个气动肌腱呈左右对称布置；主骨架安装于X型架的中心处；气动肌腱的后端与冗余关节相连；上方两个气动肌腱与下方两个气动肌腱进行相对运动，以达到脊柱的弯曲。
[0022]作为本专利技术的进一步改进,主骨架包括脊柱块、弹簧、缓冲弹簧，相邻脊柱块的下端通过光轴连接；缓冲弹簧两端分别连接于摇臂；摇臂通过顶丝+直插的方式连接到细轴；细轴外径与脊柱块上端内孔配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高爆发脊柱的仿生四足机器人，其特征在于：所述仿生四足机器人包括有仿生脊柱(4)、四个二自由度并联腿(1)、储气仓(2)、仿生盆骨(5)、输气管(3)、电磁阀(7)、连接架(8)，二自由度并联腿(1)的平行架(18)与连接架(8)通过螺栓进行连接；仿生盆骨(5)的前端部U型架(55)与仿生脊柱(4)后端部凸台式X型架(46)连接；仿生脊柱(4)的前端部的X型架(41)以及仿生盆骨(5)的后端部分盆骨架(53)别与连接架(8)通过螺栓进行连接。储气仓(2)和电磁阀(7)固定于连接架(8)，二自由度并联腿为四连杆结构，其包括第一大腿板(11)、第二大腿板(15)、第一小腿板(114)、第二小腿板(110)和防滑垫(13)，所述第一大腿板(11)的下端与第一小腿板(114)上端通过塞打螺钉(19)串联铰接，第二大腿板(15)的下端与第二小腿板(110)上端通过塞打螺钉(19)串联铰接，防滑垫(113)与第二小腿(110)串联铰接，第一大腿板(11)的上端和第二大腿板(15)的上端并联铰接在法兰盘。其特征在于：所述主骨架(45)包括脊柱块(453)、弹簧(456)、缓冲弹簧(458)，相邻脊柱块(453)的下端通过光轴(452)连接；缓冲弹簧(458)两端分别连接于摇臂(457)；所述摇臂(457)通过顶丝+直插的方式连接到细轴(454)；所述细轴(452)外径与脊柱块(453)上端内孔配合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀丽，李根，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：