電驅(qū)動(dòng)四足仿生機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電驅(qū)動(dòng)四足仿生機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]腿足式機(jī)器人是移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，與常見的輪式或履帶式移動(dòng)機(jī)器人相比，腿足式機(jī)器人具有更好的移動(dòng)靈活性和復(fù)雜地形的適應(yīng)能力。其中四足機(jī)器人相對(duì)于單足或雙足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定，與六足或更多足的機(jī)器人相比結(jié)構(gòu)又更加簡(jiǎn)單，因此四足機(jī)器人成為了機(jī)器人界一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。
[0003]自上世紀(jì)60年代后期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多科學(xué)家開始研究開發(fā)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，國(guó)外較有代表性的有美國(guó)的BigDog、Litt IeDog和LS3機(jī)器人，意大利的HyQ機(jī)器人，瑞士的StralETH機(jī)器人、日本的Tekken和TITAN系列機(jī)器人等，國(guó)內(nèi)則先后有清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、山東大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)等多家單位研制了不同形式的四足機(jī)器人并取得了一定的成果。然而上述機(jī)器人均針對(duì)實(shí)驗(yàn)室研究或特殊任務(wù)設(shè)計(jì)，且造價(jià)昂貴。
[0004]近年來(lái)出現(xiàn)了一批小型商業(yè)化的四足機(jī)器人，但其結(jié)構(gòu)仿生性差，體態(tài)不夠逼真，行走速度慢，動(dòng)作規(guī)劃欠缺，步態(tài)穩(wěn)定性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種電驅(qū)動(dòng)四足仿生機(jī)器人，前后軀干單獨(dú)設(shè)計(jì)，通過(guò)腰部自由度連接，腰部自由度可實(shí)現(xiàn)前后軀干的相對(duì)俯仰運(yùn)動(dòng)，使得整體運(yùn)動(dòng)更加協(xié)調(diào)、穩(wěn)定。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]電驅(qū)動(dòng)四足仿生機(jī)器人，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的電控系統(tǒng)，還包括頭部，所述頭部通過(guò)頸部、頭部連桿與前軀干連接，頭部和頸部聯(lián)動(dòng)，所述前軀干與后軀干連接;所述后軀干的后部設(shè)有尾部，所述尾部還通過(guò)尾部連桿與所述前軀干鉸接，實(shí)現(xiàn)尾部與前軀干的聯(lián)動(dòng);所述前軀干的兩側(cè)分別設(shè)有前腿，所述后軀干的兩側(cè)分別設(shè)有后腿;所述后腿的長(zhǎng)度長(zhǎng)于前腿;所述前軀干的最寬處寬于后軀干的最寬處。
[0008]所述前軀干包括依次相接的前軀干前部、前軀干中部和前軀干后部，所述前軀干前部的寬度小于前軀干后部的寬度，所述前軀干后部的寬度小于前軀干中部的寬度。所述后軀干包括依次相接的后軀干前部、后軀干中部和后軀干后部，所述后軀干后部的寬度小于后軀干前部的寬度，所述后軀干前部的寬度小于后軀干中部的寬度。
[0009]所述前軀干后部與后軀干前部鉸接，形成腰部。這樣整體是肩寬胯窄，加之腰部的自由度，總體呈現(xiàn)前寬后窄中間細(xì)的結(jié)構(gòu)，使得體態(tài)更加優(yōu)美。前后軀干單獨(dú)設(shè)計(jì)，通過(guò)腰部自由度連接，腰部自由度可實(shí)現(xiàn)前后軀干的相對(duì)俯仰運(yùn)動(dòng)，使得整體運(yùn)動(dòng)更加協(xié)調(diào)、穩(wěn)定。
[0010]所述前軀干前部與所述頸部的一端和頭部連桿的一端都鉸接，所述頸部的另一端和頭部連桿的另一端都與頭部鉸接。頸部和頭部連桿的兩端分別固定在頭部和前軀干，其四個(gè)鉸接點(diǎn)形成四個(gè)自由度的封閉四邊形，由頸部與前軀干連接處的主動(dòng)自由度實(shí)現(xiàn)頭頸聯(lián)動(dòng)效果。頭部連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:可以保證在調(diào)節(jié)頭部傳感器相對(duì)位置時(shí)，不改變傳感器相對(duì)軀干的姿態(tài)，保證測(cè)量場(chǎng)相對(duì)于軀干的有效范圍。
[0011]所述尾部的兩端中的一端設(shè)有上下兩個(gè)鉸接點(diǎn)，所述后軀干后部與所述尾部的上鉸接點(diǎn)鉸接，所述尾部的下鉸接點(diǎn)與所述尾部連桿的一端鉸接，所述尾部連桿的另一端與所述前軀干后部鉸接。尾部通過(guò)尾部連桿與腰部自由度聯(lián)動(dòng)。尾部連桿的兩端分別鉸接在前軀干后部和尾部，加之尾部與后軀干的鉸接點(diǎn)和腰部的鉸接點(diǎn)，形成四個(gè)自由度的封閉四邊形，由腰部主動(dòng)自由度實(shí)現(xiàn)尾部的聯(lián)動(dòng)效果?？筛鶕?jù)頭部的前后移動(dòng)，而由腰部帶動(dòng)尾部的相對(duì)移動(dòng)，從而在體型運(yùn)動(dòng)及調(diào)整過(guò)程中保持整體質(zhì)心穩(wěn)定。
[0012]所述前腿包括肩部橫擺關(guān)節(jié)，所述肩部橫擺關(guān)節(jié)的上端鉸接前軀干，下端通過(guò)肩部俯仰關(guān)節(jié)鉸接第一前臂，所述第一前臂通過(guò)肘部俯仰關(guān)節(jié)鉸接第二前臂，所述第二前臂通過(guò)腕關(guān)節(jié)鉸接前腳趾，所述第二前臂與前腳趾之間連接彈性減振體。
[0013]所述后腿包括髖部橫擺關(guān)節(jié)，所述髖部橫擺關(guān)節(jié)的上端鉸接后軀干，下端通過(guò)髖膝俯仰關(guān)節(jié)鉸接第一后臂，所述第一后臂通過(guò)踝關(guān)節(jié)鉸接第二后臂，所述第二后臂通過(guò)指關(guān)節(jié)鉸接后腳趾，所述第二后臂與后腳趾之間連接彈性減振體。
[0014]仿照四足哺乳動(dòng)物髖關(guān)節(jié)及腿部骨骼結(jié)構(gòu)，采用前、后腿尺寸不同的方案，通過(guò)前后腿不同的連接件，后腿連接件略長(zhǎng)且成一定得角度，其后腿驅(qū)動(dòng)功率較大。前后腿均包含三個(gè)主動(dòng)自由度和一個(gè)從動(dòng)自由度;在關(guān)節(jié)拓?fù)浞矫?，采用了全肘式關(guān)節(jié)拓?fù)洌笸却笸炔糠烛?qū)動(dòng)采用髖膝一體的結(jié)構(gòu)，增加后擺范圍，后腿的踝關(guān)節(jié)可以起到調(diào)節(jié)腿部長(zhǎng)度以及輔助發(fā)力的效果。其優(yōu)點(diǎn)是增加并優(yōu)化了腿部的工作空間，足端具備更大且有效的運(yùn)動(dòng)范圍，更加適合高速行走或者奔跑，采用更加仿生的關(guān)節(jié)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得站立體態(tài)更美觀、生動(dòng)；且運(yùn)動(dòng)時(shí)，前腿轉(zhuǎn)向并輔助驅(qū)動(dòng)，后腿驅(qū)動(dòng)，提高了運(yùn)動(dòng)的機(jī)動(dòng)性，并使動(dòng)作更加自如，仿生。
[0015]本發(fā)明前后腿采用獨(dú)有的指關(guān)節(jié)的彈性減震體，分別安裝在前腿的腕關(guān)節(jié)與前腳趾之間，以及后腿的指關(guān)節(jié)與后腳趾之間。通過(guò)彈性減震體和從動(dòng)的腕關(guān)節(jié)自由度和指關(guān)節(jié)自由度，降低腿部與地面的撞擊，起到保護(hù)驅(qū)動(dòng)器，保持軀干運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定的作用。
[0016]所述后腿髖膝俯仰關(guān)節(jié)的下端向尾部方向傾斜。
[0017]所述彈性減振體為壓縮彈簧、橡膠彈簧、復(fù)合彈簧、油氣或空氣彈簧。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]I本發(fā)明的頭部與軀干采用頭部連桿機(jī)構(gòu)，可以保證在調(diào)節(jié)頭部傳感器相對(duì)位置時(shí)，不改變傳感器相對(duì)軀干的姿態(tài)，保證測(cè)量場(chǎng)相對(duì)于軀干的有效范圍。
[0020]2腰部主動(dòng)自由度實(shí)現(xiàn)尾部的聯(lián)動(dòng)，可根據(jù)頭部的前后移動(dòng)，而由腰部帶動(dòng)尾部的相對(duì)移動(dòng)，從而在體型運(yùn)動(dòng)及調(diào)整過(guò)程中保持整體質(zhì)心穩(wěn)定。
[0021]3增加并優(yōu)化了腿部的工作空間，足端具備更大且有效的運(yùn)動(dòng)范圍，更加適合高速行走或者奔跑，采用更加仿生的關(guān)節(jié)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得站立體態(tài)更美觀、生動(dòng);且運(yùn)動(dòng)時(shí)，前腿轉(zhuǎn)向并輔助驅(qū)動(dòng)，后腿驅(qū)動(dòng)，提高了運(yùn)動(dòng)的機(jī)動(dòng)性，并使動(dòng)作更加自如，仿生。
[0022]4通過(guò)彈性減震體和從動(dòng)的腕關(guān)節(jié)自由度和趾關(guān)節(jié)自由度，降低腿部與地面的撞擊，起到保護(hù)驅(qū)動(dòng)器，保持軀干運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定的作用。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明的俯視圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的正視圖；
[0025]圖3為前腿站立示意圖；
[0026]圖4為后腿站立示意圖；
[0027]圖5為本發(fā)明的軸測(cè)圖；
[0028]其中，1.頭部，2.前軀干，3.后軀干，4.尾部，5.頭部連桿，6.頸部，7.尾部連桿，8.腰部，9.前腿，10.后腿，11.彈性減振體，12.第一前臂，13第二前臂，14第一后臂，15第二后臂，
[0029]9.1肩部橫擺關(guān)節(jié)，9.2肩部俯仰關(guān)節(jié)，9.3肘部俯仰關(guān)節(jié)，9.4腕關(guān)節(jié)；
[0030]10.1髖部橫擺關(guān)節(jié)，10.2髖膝俯仰關(guān)節(jié)，10.3踝關(guān)節(jié)，10.4指關(guān)節(jié)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032]如圖1和圖2所示，電驅(qū)動(dòng)四足仿生機(jī)器人，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的電控系統(tǒng)，還包括頭部I，所述頭部I通過(guò)頸部6、頭部連桿5與前軀干2連接，頭部I和頸部6聯(lián)動(dòng)，所述前軀干2與后軀干3連接;所述后軀干3的后部設(shè)有尾部4，所述尾部4還通過(guò)尾部連桿7與所述前軀干2鉸接，實(shí)現(xiàn)尾部4與前軀干2的聯(lián)動(dòng);所述前軀干2的兩側(cè)分別設(shè)有前腿9，