一種柔性四足機器人的制作方法

本發(fā)明公開了一種柔性四足機器人，包括柔性脊椎和轉(zhuǎn)向裝置。

背景技術(shù)：

目前，四足機器人由于大多采用剛性機體，機器人運動時，存在軀體起伏大和足端對地面的沖擊力大等問題，無法實現(xiàn)高速奔跑，轉(zhuǎn)向調(diào)整也麻煩，為克服上述不足，提高四足機器人的動態(tài)性能，非常需要設(shè)計一種具有柔性腰部和轉(zhuǎn)向裝置的柔性四足機器人。四足機器人腿部的擺動帶動軀干的上下彎曲。能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向。

例如，在專利申請?zhí)枮?01510690265.3的專利中，公開了一種仿生奔跑四足機器人，包括腿部、前肩梁、后肩梁和脊椎，脊椎兩端分別固定于前肩梁和后肩梁的中部，腿部分別與前、后肩梁連接；前肩梁下部與位于脊椎下部的支撐板一端固定連接，支撐板另一端懸空呈懸臂梁狀，支撐板上固定安裝有電動機，電動機輸出軸與第二連桿一端固定連接，第二連桿另一端與第一連桿的一端鉸接，第一連桿的另一端與固定于脊椎上的腰部滑塊鉸接，腰部滑塊穿過下端固定于支撐板上豎直設(shè)置的圓柱導軌；電動機帶動第二連桿轉(zhuǎn)動，從而帶動第一連桿運動，進而拉著腰部滑塊沿圓柱導軌做豎直滑動，由于腰部滑塊與脊椎固定連接，脊椎中部為薄板型，具有柔性，腰部滑塊的上下滑動帶動脊椎沿豎直方向上下同步彎曲；

該專利的雖然解決了柔性腰部和彈性腿的問題，但是在仿生機器人運動過程中，其脊椎的彎曲與腿部運動難以協(xié)調(diào)，導致仿生機器人的運動靈活性差，且該仿生機器人無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種可奔跑彎曲的柔性脊椎，且可以實現(xiàn)四足機器人轉(zhuǎn)向的裝置。該機器人身體平衡易于調(diào)整，能夠穩(wěn)定奔跑和轉(zhuǎn)向。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種柔性四足機器人，帶有柔性脊椎且能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，包括四個腿部和一個脊椎，脊椎兩端分別固定于前肩梁和后肩梁上，四個腿部分別與前、后肩梁連接，每個腿部的大腿部的中間位置各連接一個脊椎下拉繩，所述的脊椎下拉繩的一端連接大腿部，另一端穿過一個下空心管與脊椎的中部相連；每個腿部的大腿部的靠近脊椎的端部各連接一個脊椎上拉繩，所述的脊椎上拉繩的一端連接大腿部的端部，另一端穿過一個上空心管與脊椎的中部相連；同時，所述的脊椎中心位置設(shè)有一個與其垂直的支撐軸，在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下整個機器人相對于支撐軸可以轉(zhuǎn)向。

進一步的，所述的支撐軸的底部安裝有一個升降機構(gòu)，所述的升降機構(gòu)其一端連接底座，另一個端連接支撐軸。

進一步的，所述的升降機構(gòu)為一個中心液壓缸。

進一步的，在所述的支撐軸上設(shè)有與脊椎平行的平臺，在所述的平臺上固定一個電機，所述的電機驅(qū)動一個主動齒輪旋轉(zhuǎn)，所述的主動齒輪驅(qū)動一個空套在支撐軸上的被動齒輪旋轉(zhuǎn)，所述的被動齒輪上安裝一個撥桿，所述的撥桿在在整個四足機器人需要轉(zhuǎn)向而機器人被中心液壓缸頂起時，通過被動齒輪旋轉(zhuǎn)來撥動固定在脊椎上的擋桿，進而實現(xiàn)機器人整體相對支撐軸的旋轉(zhuǎn)。

進一步的，所述的擋桿設(shè)有兩個，位于撥桿的兩側(cè)，當被動齒輪順時針旋轉(zhuǎn)時，撥桿撥動位于其右側(cè)的擋桿，使整個機器人順時針旋轉(zhuǎn)；當被動齒輪逆時針旋轉(zhuǎn)時，撥桿撥動位于其左側(cè)的擋桿，使整個機器人逆時針旋轉(zhuǎn)。

進一步的，所述的被動齒輪位于平臺的上部，被動齒輪的上部和下部通過推力軸承支撐。

進一步的，所述的脊椎與支撐軸的連接位置，在脊椎的上部和下部各安裝有一個推力軸承支撐。

進一步的，所述的上空心管位于脊椎的上部通過一個上支撐架支撐。

進一步的，所述的上空心管與脊椎上下平行。

進一步的，所述的下空心管位于脊椎的下部通過一個下支撐架支撐。

本發(fā)明的工作過程如下：

此結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)兩個功能，其一是可隨奔跑彎曲的柔性脊椎，其二是一種轉(zhuǎn)向裝置。

柔性脊椎的彎曲是隨著奔跑變化的，當前腿后伸，后腿前伸時，脊椎上彎；當前腿前伸，后腿后伸時，脊椎下彎。脊椎下拉繩一端拴在大腿伸出側(cè)的孔里，另一端穿過下空心管后拴在機體脊椎上的兩個小孔上，此組繩共4根，一條腿一根，當前腿即將到達前極限位置，后腿即將到達后極限位置時，繩子繃緊，脊椎下彎；脊椎上拉繩一端拴在大腿伸出側(cè)的孔里(圖1)，另一端穿過上空心管后拴在機體脊椎上的兩個小孔上，此組繩共4根，一條腿一根，當前腿即將到達后極限位置，后腿即將到達前極限位置時，繩子繃緊，脊椎上彎?？招墓艿淖饔檬鞘估K子與脊椎連接端盡量垂直于脊椎，以便產(chǎn)生大的拉力。

機器人轉(zhuǎn)向功能的實現(xiàn)：

中心液壓缸的上端與支撐軸的下端固定在一起，中心液壓缸的下端與底座固定在一起。支撐軸分別通過四個推力軸承與被動齒輪和機體脊椎連接，因為彼此采用大間隙配合，所以支撐軸與被動齒輪和脊椎可以相對轉(zhuǎn)動。步進電機固定在支撐軸的平臺上，電機帶動主動齒輪轉(zhuǎn)動，再驅(qū)動被動齒輪，當中心液壓缸向下伸出，頂起整個四足機器人時，機器人四足騰空，被動齒輪的轉(zhuǎn)動可通過撥桿撥動整個機器人轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向完成后，中心液壓缸收縮，機器人四足著地，可繼續(xù)向前運動。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明通過腿部的前后擺動帶動四根脊椎下拉繩和四根脊椎上拉繩實現(xiàn)了脊椎的上下彎曲，通過一套轉(zhuǎn)向裝置實現(xiàn)了整個機器人的轉(zhuǎn)向，使得四足機器人奔跑穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向方便。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為圖1的B-B剖視圖；

圖3為轉(zhuǎn)向機構(gòu)局部放大圖；

圖4為圖2的A-A剖視圖；

圖中：1是大腿，2是脊椎下拉繩，共4根；3是下空心管，共4個；4是下支撐架；5是脊椎上拉繩；6是上空心管，共4個；7是上支撐架；8是機體脊椎；9是底座；10是中心液壓缸；11是支撐軸；12是推力軸承；13是被動齒輪；14是撥桿；15是擋桿；16是推力軸承；17是六角螺栓；18是主動齒輪；19是步進電機，20是前肩梁；21是后肩梁。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：

如圖1、2、3和4所示，一種奔跑四足機器人，具有柔性脊椎和轉(zhuǎn)向裝置。包括大腿部1，四根脊椎下拉繩2；四個下空心管3；四個下支撐架4；四根脊椎上拉繩5；四個上空心管6；四個上支撐架7；機體脊椎8；底座9；中心液壓缸10；支撐軸11；推力軸承12；被動齒輪13；撥桿14；擋桿15；推力軸承16；六角螺栓17；主動齒輪18；步進電機19；前肩梁20；后肩梁21。

脊椎兩端分別固定于前肩梁20和后肩梁21上，四個腿部分別與前、后肩梁連接，每個腿部的大腿部的中間位置各連接一個脊椎下拉繩2，所述的脊椎下拉繩2的一端連接大腿部1，另一端穿過一個下空心管3與脊椎的中部相連；

四個下空心管3相互對稱設(shè)置，四根脊椎下拉繩2相對于脊椎的中心線相互對稱，使得脊椎在四個腿部方向受力均勻。

進一步的，四個下空心管3位于脊椎的下部通過四個下支撐架4支撐。

每個腿部的大腿部的靠近脊椎的端部各連接一個脊椎上拉繩5，所述的脊椎上拉繩5的一端連接大腿部1的端部，另一端穿過一個上空心管6與脊椎的中部相連；同時，所述的脊椎中心位置設(shè)有一個與其垂直的支撐軸，在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下，整個機器人相對于支撐軸旋轉(zhuǎn)。

四個上空心管6相互對稱設(shè)置，四根脊椎上拉繩5相對于脊椎的中心線相互對稱，使得脊椎在四個腿部方向受力均勻。

四個上空心管6位于脊椎的上部通過四個上支撐架7支撐。四個上空心管6與脊椎上下平行。

支撐軸11的底部安裝有一個中心液壓缸10，中心液壓缸10的下端固定連接底座9，中心液壓缸10的上端固定連接支撐軸11。

支撐軸11上設(shè)有與脊椎平行的平臺，在所述的平臺上固定一個電機19，所述的電機19驅(qū)動一個主動齒輪18旋轉(zhuǎn)，所述的主動齒輪18驅(qū)動一個空套在支撐軸上的被動齒輪13旋轉(zhuǎn)，所述的被動齒輪13上固定安裝一個撥桿14，所述的撥桿14在被動齒輪旋轉(zhuǎn)時撥動固定在脊椎上的擋桿15，進而實現(xiàn)整個機器人相對支撐軸的轉(zhuǎn)向。

所述的擋桿設(shè)有兩個，位于撥桿的兩側(cè)，當齒輪順時針旋轉(zhuǎn)時，撥桿撥動位于其右側(cè)的擋桿，使整個機器人順時針旋轉(zhuǎn)；當當齒輪逆時針旋轉(zhuǎn)時，撥桿撥動位于其左側(cè)的擋桿，使整個機器人逆時針旋轉(zhuǎn)。

撥桿14焊接在被動齒輪上，其與被動齒輪的端面平行；

兩個擋桿15焊接在脊椎上，與撥桿14垂直，且撥桿和擋桿的長度要保證其相互接觸，以實現(xiàn)撥動。

主動齒輪位于平臺的上部，被動齒輪的上部和下部通過推力軸承支撐。

脊椎與支撐軸的連接位置，在脊椎的上部和下部各安裝有一個推力軸承16，且支撐軸的端部通過六角螺栓17固定。

本發(fā)明公開的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)兩個功能，其一是可隨奔跑彎曲的柔性脊椎，其二是一種轉(zhuǎn)向裝置；本發(fā)明主要是對脊椎的彎曲實現(xiàn)方式作了改進，其他的部分與現(xiàn)有技術(shù)相同，可以參考現(xiàn)有技術(shù)，在此不進行贅述。

柔性脊椎的彎曲是隨著奔跑變化的，當前腿后伸，后腿前伸時，脊椎上彎；當前腿前伸，后腿后伸時，脊椎下彎。脊椎下拉繩2一端拴在大腿伸出側(cè)的孔里(圖2)，另一端穿過下空心管3后拴在機體脊椎8上的兩個小孔上，此組繩共4根，一條腿一根，當前腿即將到達前極限位置，后腿即將到達后極限位置時，繩子繃緊，脊椎下彎；脊椎上拉繩5一端拴在大腿伸出側(cè)的孔里(圖2)，另一端穿過上空心管6后拴在機體脊椎8上的兩個小孔上，此組繩共4根，一條腿一根，當前腿即將到達后極限位置，后腿即將到達前極限位置時，繩子繃緊，脊椎上彎。空心管的作用是使繩子與脊椎連接端盡量垂直于脊椎，以便產(chǎn)生大的拉力。。

機器人轉(zhuǎn)向功能的實現(xiàn)：中心液壓缸的上端與支撐軸的下端固定在一起，中心液壓缸的下端與底座固定在一起。支撐軸11分別通過推力軸承12,16與被動齒輪13和機體脊椎8連接，因為彼此采用大間隙配合，所以支撐軸11與被動齒輪13和機體脊椎8可以相對轉(zhuǎn)動。步進電機19固定在支撐軸11的平臺上，步進電機19帶動主動齒輪18轉(zhuǎn)動，再驅(qū)動被動齒輪，當中心液壓缸向下伸出，頂起整個四足機器人時，機器人四足騰空，被動齒輪的轉(zhuǎn)動可通過撥桿撥動整個機器人轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向完成后，中心液壓缸收縮，機器人四足著地，可繼續(xù)向前運動。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。