一种气动驱动的四足爬行机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种气动驱动的四足爬行机器人，包括躯干组件，躯干组件的前端连接头部组件，后端连接尾部组件，头部组件和尾部组件的两侧分别连接腿部组件；腿部组件包括大腿灌封单元，大腿灌封单元的一端与头部组件或尾部组件的一侧连接，另一端通过大小腿连接件连接小腿灌封单元的一端；小腿灌封单元和大腿灌封单元通过内部气室供气膨胀驱动腿部抬起和迈步动作。本发明专利技术提高了传统四足爬行机器人运动速率，为后续研究人员对四足爬行机器人的推进机理和身体形态提供研究经验，一方面降低了传统电驱动两栖机器人维护成本。统电驱动两栖机器人维护成本。统电驱动两栖机器人维护成本。

【技术实现步骤摘要】
一种气动驱动的四足爬行机器人


[0001]本专利技术属于机器人
，具体涉及一种气动驱动的四足爬行机器人。

技术介绍

[0002]从四足爬行动物原型的角度来说，动物的肌肉组织可以驱动躯干伸长收缩，从而使动物身体左右摆动和伸长，在与四足的配合运动下实现迈步步伐的最大和运动速率的最佳。
[0003]而目前一般的仿生四足爬行机器人通常只研究了仿生原型四肢的结构和四肢的步态规划，机体仅仅作为一个刚性结构用于连接四足，而没有充分发挥机体左右摆动对机器人运动性能的促进作用。
[0004]近几年，也有部分带有脊柱结构的仿生四足爬行机器人越来越多的被研究出来，通过脊柱的摆动与四足迈步实现复合运动，其中脊柱绝大多数通过伺服电机驱动，伺服电机的数量越多代表其脊柱的段数越多，机器人的运动就越灵活，这一定程度上模仿了爬行爬行动物运动特点
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身体摆动与四足迈步的复合运动。但是伺服电机数量的增多势必会导致结构的繁琐复杂，控制系统设计困难。而且由于伺服电机为刚性结构，其仿生的脊柱结构也只能等长度的弯曲，无法模拟骨骼外部的肌肉组织的伸长收缩，这一定程度上也限制了迈步步伐的最大化。
[0005]动物肌肉组织伸长收缩的效果单纯靠骨骼无法实现，要想实现四足爬行动物躯干和四足共同配合而形成的运动步态，单靠多个串联伺服电机构建的仿生骨骼结构是远远不够的，这就需要设计一种软体肌肉结构来模仿真实动物肌肉的伸缩效果。
[0006]四足爬行机器人在近十年里得到了一个高速的发展，一方面随着陆上车辆和人形机器人技术的发展和传播，其相应技术也应用于四足爬行机器人，促进了四足爬行机器人的快速发展，使其更加灵活、稳健和高效。另一方面，人们对四足爬行动物的运动方式、形态外观、生理机理等的研究越来越深入，这些研究与现代神经网络控制技术、高精度传感器技术、三维视觉技术等的结合也驱动着新型智能化四足爬行机器人的兴起。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种气动驱动的四足爬行机器人，用于解决传统四足爬行机器人存在身体结构过于机械化、运动步态仿生性不足、漏电短路、维护成本高的技术问题，一方面提高传统四足爬行机器人运动速率，为后续研究人员对四足爬行机器人的推进机理和身体形态提供研究经验，另一方面用于降低传统电驱动两栖机器人维护成本。
[0008]本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种气动驱动的四足爬行机器人，包括躯干组件，躯干组件的前端连接头部组件，后端连接尾部组件，头部组件和尾部组件的两侧分别连接腿部组件；腿部组件包括大腿灌封单元，大腿灌封单元的一端与头部组件或尾部组件的一侧连接，另一端通过大小腿连接
件连接小腿灌封单元的一端；小腿灌封单元和大腿灌封单元通过内部气室供气膨胀驱动腿部抬起和迈步动作。
[0010]具体的，小腿灌封单元和大腿灌封单元中分别设置有两个气室，通过向一侧气室通入高压气体可实现腿部组件的弯曲。
[0011]进一步的，小腿单元前端气室和大腿单元下端气室之间，以及小腿单元后端气室和大腿单元上端气室之间分别连接一个电磁阀。
[0012]进一步的，大腿灌封单元上设置有大腿单元下端气室进气口和大腿单元上端气室进气口；小腿灌封单元上设置有小腿单元前端气室进气口和小腿单元后端气室进气口；大腿单元下端气室进气口和小腿单元后端气室进气口，以及大腿单元上端气室进气口和小腿单元前端气室进气口之间分别通过气室进气口连接气管连接。
[0013]具体的，小腿灌封单元或大腿灌封单元的灌封流程如下：
[0014]S1、上层模具A内部开有一个贯穿的空腔，下层模具B内部设置有两个突起，突起中间留有一条贯穿间隙用于隔离两气室，将上层模具A和下层模具B上下拼接形成设定的空腔间隙，将灌封材料Dragon skin 30A液和Dragon skin30B按照1：1混合并灌注入该空腔内部，待取模后便形成了一个带有两气室的半成品a，半成品a的状态为未封顶；
[0015]S2、向底层模具C里灌注Dragon skin 30A液和Dragon skin 30B液的1：1混合液，将步骤S1得到的半成品a倒扣入底层模具C中，底层模具C空腔内有两个圆柱突起便于为腿部单元留有进气口，待材料凝固后，对应得到带有两气室的小腿灌封单元或大腿灌封单元。
[0016]具体的，小腿灌封单元的另一端通过脚垫连接件连接硅胶防滑脚垫。
[0017]具体的，躯干组件采用一体化灌注制成。
[0018]进一步的，一体化灌注具体为：
[0019]S1、在上层模具A内部设置一个贯穿的空腔，在下层模具B内部设置多个突起，突起交叉放置且之间留有间隙用于多气室的互相隔离，将上层模具A和下层模具B上下拼接形成设定的空腔间隙，将灌封材料Dragon skin A液和Dragon skin 30B按照1：1混合并灌注入该空腔内部，待取模后便形成了一个带有两气室的半成品a，半成品a的状态为未封顶；
[0020]S2、向底层模具C中灌注Dragon skin 30A液和Dragon skin 30B液的1：1混合液，然后将步骤S1得到的半成品a倒扣入底层模具C中，底层模具C空腔内有多个圆柱突起便于为躯干每个气室留有进气口，待材料凝固后，得到带有多气室的躯干组件。
[0021]具体的，躯干组件包括八个躯干气室，八个躯干气室交叉放置，每个躯干气室内部含有一个躯干气室内腔，每个躯干气室内腔分别连接对应的气压进气口。
[0022]进一步的，右侧四个躯干气室上分别设置有躯干右侧气室进气口，左侧四个躯干气室上分别设置有躯干左侧气室进气口，躯干右侧气室进气口通过躯干右侧气室连接气管连接躯干右侧气管进气口，躯干左侧气室进气口通过躯干左侧气室连接气管连接躯干左侧气管进气口。
[0023]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0024]一种气动驱动的四足爬行机器人，模仿自然界中蝾螈等四足爬行动物运动姿态，机器人的各运动部件(躯干组件及腿部组件)均由硅胶一体化灌制而成，通过充气放气从而达到伸缩的效果，可模仿动物真实肌肉的伸缩效果，通过躯干组件的左右摆动从而增大腿部组件的运动步伐和运动速率。极大程度的模仿了爬行动物的运动姿态及运动效果。
[0025]进一步的，小腿灌封单元和大腿灌封单元中分别设置有两个气室，当高压气体进入其中一个气室时，由于气体的压力从而使充气的气室发生膨胀进而使没有充气的气室收到另一个气室的作用力发生收缩，从而产生弯曲的效果，如图7所示该部件通过两个气室的交替膨胀从而模仿出动物肌肉的收缩效果。
[0026]进一步的，腿部控制方案中，采用了小腿单元前端气室和大腿单元下端气室之间，以及小腿单元后端气室和大腿单元上端气室之间分别连接一个电磁阀而没有采用小腿和大腿使用同一个两位四通电磁阀。此种设计可以实现在灌封单元的一个气室充气之前，使其配对的灌封单元的另一个气室提前接入低压，加快腿部的弯曲变形，提高机器人腿部的响应速度，提高运动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，包括躯干组件(2)，躯干组件(2)的前端连接头部组件(3)，后端连接尾部组件(4)，头部组件(3)和尾部组件(4)的两侧分别连接腿部组件(1)；腿部组件(1)包括大腿灌封单元(14)，大腿灌封单元(14)的一端与头部组件(3)或尾部组件(4)的一侧连接，另一端通过大小腿连接件(15)连接小腿灌封单元(13)的一端；小腿灌封单元(13)和大腿灌封单元(14)通过内部气室供气膨胀驱动腿部抬起和迈步动作。2.根据权利要求1所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，小腿灌封单元(13)和大腿灌封单元(14)中分别设置有两个气室，通过向一侧气室通入高压气体可实现腿部组件(1)的弯曲。3.根据权利要求2所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，小腿单元前端气室和大腿单元下端气室之间，以及小腿单元后端气室和大腿单元上端气室之间分别连接一个电磁阀。4.根据权利要求2所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，大腿灌封单元(14)上设置有大腿单元下端气室进气口(18)和大腿单元上端气室进气口(19)；小腿灌封单元(13)上设置有小腿单元前端气室进气口(16)和小腿单元后端气室进气口(17)；大腿单元下端气室进气口(18)和小腿单元后端气室进气口(17)，以及大腿单元上端气室进气口(19)和小腿单元前端气室进气口(16)之间分别通过气室进气口连接气管(20)连接。5.根据权利要求1至4中任一项所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，小腿灌封单元(13)或大腿灌封单元(14)的灌封流程如下：S1、上层模具A内部开有一个贯穿的空腔，下层模具B内部设置有两个突起，突起中间留有一条贯穿间隙用于隔离两气室，将上层模具A和下层模具B上下拼接形成设定的空腔间隙，将灌封材料Dragon skin 30A液和Dragon skin30B按照1：1混合并灌注入该空腔内部，待取模后便形成了一个带有两气室的半成品a，半成品a的状态为未封顶；S2、向底层模具C里灌注Dragon skin 30A液和Dragon skin ...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡桥，张豪，孙良杰，苏文斌，祖斯羽，陈龙，冯旭辉，姜川，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：