[发明专利]一种四足仿生机器人原地转向机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种四足仿生机器人原地转向机构，在四足仿生机器人机体上增加一个腰部自由度和转向精度补偿机构，能够很好地模拟动物原地转向时各关节的运动。这种设计结构轻盈紧凑，运动关节灵活，能大大提高四足机器人的机动性。

背景技术

        随着机器人技术的迅猛发展，对能在复杂环境下行走的特种机器人的需求日益增加。由于四足生物在非结构环境下高速步行能力，四足仿生机器人代替人类在非结构环境下执行排雷、深空探测等任务，成为各国机器人学界研究的热点。

        国内外对四足机器人的研究集中在环境感知、步态规划、步行控制等方面，有系统的研究并取得系列成果，但对四足仿生机器人的原地转向问题一直未有很好的解决，以往大多将四足机器人的躯体设计成一个整体，利用四足机器人的行走步态来实现非原地转向，边走边转，这样难以实现四足机器人原地转向，导致转向速度慢。如果地形复杂，如正前方与障碍相距很近，需要绕过障碍物，这就要求四足仿生机器人具备原地转向功能，提高其非结构化环境下的机动性。

       通过观察四足生物的转向过程，发现生物转向需要腰部进行配合，考虑在仿生机器人的腰部增加一个转向关节。然而单靠脚底与地面的接触力来提供转向动力是不够的，这样容易产生滑移而造成转向角度误差，故要增加一个转动补偿机构，这样就使得机器人实现更加灵活的原地转向功能，提高其适应非结构环境的机动性。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的技术存在的不足，提供一种四足仿生机器人原地转向机构，结构简单紧凑，转向性能好。

为达到上述目的本发明所采用的技术方案是：一种四足仿生机器人由前躯体、后躯体，连接前躯体和后躯体的腰部转向机构、转向精度补偿机构及连接躯体和腿部用于转向的侧摆机构组成。其特征在于：所述前躯体和后躯体为空间框架结构，四条腿分布于框架结构的四个后侧角位置； 所述转向机构通过要关节铰链连接前躯体和后躯体；所述转向精度补偿机构位于转向机构上，驱动电机的输出轴驱动腰部关节铰链中的锥齿轮传动机构，使前躯体相对于后躯体进行转动。所述侧摆机构共有4个，通过前躯体或后躯体与腿部铰接，4个侧摆机构的驱动电机分别带动整条腿机构进行侧摆。

所述的腰部转向机构包括推力球轴承、中心轴、深沟球轴承甲、锥齿轮甲和开槽大圆柱螺钉。所述前躯体和后躯体之间相对的侧壁上各有一个连杆连接的推力球轴承座而通过所述推力球轴承连接组成转动副。所述中心轴一端通过螺栓固定于前躯体上的推力轴承座，保证中心轴与该轴承安装孔的中心重合；另一端通过开槽大圆柱螺钉甲，经锥齿轮甲、深沟球轴承甲和后躯体的推力轴承座，进行轴向定位。由于中心轴至上而下安装，所通过的距离较长，为了保证中心轴能够顺利的插入安装孔中，则应使安装孔的直径大于中心轴的直径。

所述的转向精度补偿机构电机、电机安装底座、联轴器甲、调整轴、键、锥齿轮乙、开槽大圆柱螺钉乙、深沟球轴承、轴承端盖。电机安装于电机安装底座上，并固定于后躯体上。调整轴与电机通过联轴器甲进行相连。调整轴中部通过其轴肩和一个弹性挡圈将深沟球轴承乙轴向定位于调整轴上。调整轴通过深沟球轴承乙、轴承端盖与后躯体构成转动副，提高了调整轴的刚度和回转精度。调整轴的另一端通过开槽圆柱螺钉乙固定安装锥齿轮乙，锥齿轮乙与锥齿轮甲相啮合。

所述的4个侧摆机构分别在四条腿与躯体连接的结构完全相同，故先考虑左前腿的侧摆机构。其由驱动电机、驱动电机安装底座、联轴器乙、传动轴、两个角接触球轴承、套筒、腿上肢、键、调整垫片、密封圈、轴承端盖组成。由两个角接触球轴承通过双支点单向固定的轴承配置形式来支撑传动轴，通过改变调整垫片的厚度，锁紧轴承端盖来调整两轴承的游隙。腿上肢通过套筒和传动轴进行轴向定位，为了方便安装套筒，削减套筒所在位置的传动轴直径。驱动电机安装在驱动电机座上，并固定于前躯体。通过联轴器乙连接驱动电机轴和传动轴。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：

一、本发明与传统通过改变四足间迈步大小不同来实现转向的方案，采用小腿侧摆，依靠地面的摩擦力使躯体发生偏转来实现转向。

二、本发明一改四足机器人刚性躯体，仿照生物转向时利用腰部关节而增加一个腰部转动

副，且腰部转动副中增加了一个推力球轴承，使得转向更加灵活。