[发明专利]一种模块化仿生四足机器人

说明书

本发明公开了一种模块化仿生四足机器人，包括四个腿部关节和至少一个躯干关节。腿部关节具有三个自由度，采用差动轮系实现驱动腿机构滚转与俯仰，并采用转动副实现驱动腿机构膝关节的屈伸。躯干关节具有一个自由度，采用电机驱动关节转动，采用圆柱凸轮机构将躯干关节回转运动转化为直线弹簧的压缩与放松，将躯干关节摆动时的关节动能转变为弹性势能并在躯干关节伸直时释放以补充动能。本发明能够根据需求增加躯干关节变成多脊椎关节机器人，腿部关节可以调整以增加机身宽度、降低高度，具有灵活性和稳定性的优势，并最大程度的仿生四足动物的运动学和动力学特征。

技术领域

本发明涉及一种新型仿生四足机器人机构，具体涉及一种具有躯干关节模块和腿部模块的模块化仿生四足机器人。

背景技术

足式爬壁机器人可以跨越具有阳台、棱柱等障碍物的地形复杂的表面。不同于轮式和履带式机器人的连续运动轨迹，足式爬壁机器人对于接触表面的施力点少，附着及脱附的能量损失相对较小，效率更高。腿足的自由度使得机器人行走在倾斜表面时能够保持本体的平衡，避免重心偏移失稳。目前爬壁机器人的躯干都为刚性，运动灵活性、稳定性以及自如的运动轨迹和转弯能力都受到限制，并未达到所期望的自由无障碍运动。机器人运动行为及力学机制研究的不完善，限制了机器人整体性能的进一步提高。

自然界中，匍匐姿态的四足动物，如蜥蜴和壁虎等，爬行时躯干采取一种弯曲形态，最显著的特征是脊柱侧向弯曲引起的躯干在水平面的蜷曲和伸展。研究发现，这种依靠肢体与躯干协调的运动形态至少起到四个重要的作用：(1)提高爬行速度；(2)有利于转弯及获得不同的运动轨迹；(3)增加身体的平衡与稳定性；(4)改善运动耗能。有鉴于此，深入研究并理解动物的运动机理，将其运用到仿生机构的设计中，并采用模块化的思想，分别设计腿部模块和躯干关节模块，每个模块彼此独立控制，有助于发展小型化、低功耗、环境适应性强、易于批量化生产的仿生机器人。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种模块化仿生四足机器人。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种模块化仿生四足机器人，包含第一至第四腿部关节和N个躯干关节，N为大于等于1的自然数；

所述第一至第四腿部关节均包含支架、第一至第三驱动电机、第一至第二传动齿轮、第一至第三锥传动齿轮、回旋架、近端驱动腿、远端驱动腿、以及第一至第三腿部连接机构；

所述支架包括第一固定板、第二固定板、前安装板、中安装板和若干固定支柱；其中，所述第一固定板、第二固定板平行设置；所述若干固定支柱均设置在第一固定板、第二固定板之间，两端分别和第一固定板、第二固定板垂直固连；所述前安装板、中安装板均呈矩形，两侧均分别和第一固定板、第二固定板垂直固连；所述前安装板设置在第一固定板、第二固定板的一侧，中安装板设置在第一固定板、第二固定板的中部，前安装板和中安装板平行设置；所述前安装板上设有第一通孔和供所述第二传动齿轮转轴穿过的第二通孔，所述中安装板上设有供所述第一驱动电机输出轴穿过的第三通孔；

所述回旋架呈U型，包含第一侧板、第二侧板和底板，所述第一侧板、第二侧板均和所述底板垂直固连，所述第一侧板上设有供所述第一锥传动齿轮转轴穿过的第四通孔，第二侧板上设有供所述第二锥传动齿轮转轴穿过的第五通孔，底板上设有供所述第三锥传动齿轮转轴穿过的第六通孔；

所述第一传动齿轮、第二传动齿轮均设置在前安装板外侧，其转轴分别穿过所述第一通孔、第二通孔且通过轴承和所述前安装板相连；

所述第一至第三锥传动齿轮均设置在所述回旋架内，其中，所述第一锥传动齿轮的转轴穿过所述第四通孔且通过轴承和所述第一侧板相连；所述第二锥传动齿轮的转轴穿过所述第五通孔且通过轴承和所述第二侧板相连；所述第三锥传动齿轮的转轴穿过所述第六通孔且通过轴承和所述底板相连；所述第一锥传动齿轮、第二锥传动齿轮均和所述第三锥传动齿轮啮合，且第一至第三锥传动齿轮的齿数相同；