[发明专利]一种基于仿生设计的四腿机器人机构

说明书

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种基于仿生设计的四腿机器人机构。

背景技术

随着人类对自然界认识的加深，越来越多的智能仿生器械被开发出来。智能仿生机器人以自然界中的生物作为研究对象，用机械结构模拟生物组织的运动，进而探索其运动机理。开发小型化、轻便化和适应性强的仿生四腿机器人对促进机器人学的发展具有重要意义，这类仿生机器人在科学研究、示范教学以及益智娱乐等方面具有广阔的应用和发展前景。

中国专利号CN 101927793 A公开了一种“匍匐与直立运动互变的变结构四足机器人结构”，该四足机器人有机体和固定在上面的四条肢体，每条肢体采用三个舵机控制，舵机间为串联结构，这种结构连接杆件多，结构复杂，不适用于要求小型、轻便的仿生机器人。同时该结构中机体是一个整体，限制了运动的灵活性。

中国专利号CN 101811525 A公开了一种“具有质心调整装置的液压驱动四足机器人移动机构”，该机器人机构的在躯干下面布置四条腿，均采用液压驱动，每条腿有具有冗余自由度，增加了机构控制的复杂性。另外液压驱动提高了整套机构的体积和重量，不方便携带运输和拆装。

中国专利号CN 101791994 A公开了“一种凸轮驱动控制式四足机器人的行走机构”，机构分为前后腿组件和连接前后腿组件的万向连接组件。其中万向节连接组件仅仅是提供一个被动的运动形式，不能对人为的对其控制，不利于机构的运动和平衡控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构更加紧凑、安装和搬运更加方便，更有利于提高机器人运动灵活性、更好地吸收足部冲击力、具有感知外部环境作用的基于仿生设计的四腿机器人机构。

基于仿生设计的四腿机器人机构包括身体框架和四条腿部；四条腿部固定在身体框架上；四条腿部包括髋部、大腿部、膝部和小腿部；髋部连接大腿部，大腿部连接膝部，膝部连接小腿部；身体框架包括身体前板、身体后板、前转动法兰、后转动法兰、第一电机和柔性手柄；前转动法兰固定在身体前板上，后转动法兰固定在身体后板上，前转动法兰和后转动法兰构成转动副，第一电机固定在前转动法兰上，第一电机输出轴连接到后转动法兰，柔性手柄的两端分别固定在身体前板和身体后板上；髋部包括第二电机、第一正齿轮组、第一驱动固定架、第一太阳锥齿轮、行星锥齿轮、行星支架、第二太阳锥齿轮、第二驱动固定架、第二正齿轮组和第三电机；第二电机输出轴连接第一正齿轮组的输入轮，第三电机输出轴连接第二正齿轮组的输入轮，第一正齿轮组的输出轮连接第一太阳锥齿轮，第二正齿轮组的输出轮连接第二太阳锥齿轮，第一太阳锥齿轮、第二太阳锥齿轮和行星锥齿轮与行星支架构成旋转运动副，第一驱动固定架和第二驱动固定架固定在身体前板上，同时支撑第一太阳锥齿轮和第二太阳锥齿轮和行星锥齿轮；大腿部包括胀紧套、大腿杆、第四电机和电机座，大腿杆与行星锥齿轮输出轴通过胀紧套固定，第四电机通过电机座固定在大腿杆内；膝部包括膝关节锥齿轮组、齿轮外壳和锥齿轮轴；第四电机输出轴上安装有膝关节锥齿轮组的输入锥齿轮，与膝关节轴上的膝关节锥齿轮组的输出锥齿轮相互啮合，齿轮外壳固定在大腿杆上，同时支撑膝关节轴；小腿部包括左小腿板、右小腿板、大圆筒、锥形弹簧、小圆筒和力传感器；左小腿板和右小腿板连接膝部中的锥齿轮轴两端，并与大圆筒上端固定，大圆筒下端中空，小圆筒一端套在大圆筒内，两者通过锥形弹簧连接，销子插在大圆筒和小圆筒相互配合的槽内，小圆筒另一端安装有力传感器。

本发明与现有技术相比具有整体结构简单紧凑，安装拆卸方便的特点，加入的身体关节令机器人更加适合高速运动场合，腿部的缓冲装置和力传感器使运动控制可靠性容易得到保证。

附图说明

图1是四腿机器人机构整体实物图；

图 2是四腿机器人身体框架实物图；

图 3是四腿机器人单腿实物图；

图4是四腿机器人髋部装配图；

图5是四腿机器人大腿部、膝部和小腿部装配图；

图中：身体框架1、腿部2、身体前板3、身体后板4、前转动法兰5、后转动法兰6、第一电机7、柔性绑带8、髋部9、大腿部10、膝部11、小腿部12、第二电机13、第一正齿轮组14、第一驱动固定架15、第一太阳锥齿轮16、行星锥齿轮17、行星支架18、第二太阳锥齿轮19、第二驱动固定架20、第二正齿轮组21、第三电机22、胀紧套23、大腿杆24、第四电机25、电机座26、膝关节锥齿轮组27、齿轮外壳28、锥齿轮轴29、左小腿板30、右小腿板31、大圆筒32、锥形弹簧33、小圆筒34、力传感器35。

具体实施方式