[发明专利]一种面向四足机器人高爆发弹跳运动的虚拟腰关节设计

说明书

本发明涉及移动机器人领域，具体涉及一种可使足式机器人实现高爆发弹跳运动的虚拟腰关节设计。将其装配于四足机器人进行说明，其整体结构包括连接平台、第一虚拟腰关节、第二虚拟腰关节、第一腿支链、第二腿支链、第三腿支链以及第四腿支链。虚拟腰关节由电机驱动，在机器人运动过程中可通过电机带动虚拟关节处连接板的转动使得与之相连的两个弹簧产生拉伸与压缩，并且能够将弹簧的回复力直接作用于机器人腿部，在机器人运动过程中可通过使腿部运动与虚拟腰关节运动进行配合从而增大触地足端的地面接触力并且减小即将弹跳离地足端的接触力从而实现四足机器人的弹跳。应用本发明的设计思路，为实现四足机器人高爆发弹跳运动提供了可行性方案。

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，具体涉及一种可使足式机器人实现高爆发弹跳运动的虚拟腰关节设计。

背景技术

四足机器人是目前移动机器人研究的热点，凭借日趋成熟的控制方法与硬件发展，已实现对环境极强的适应性与灵活性。在速度方面，国外研发的Wild-Cat机器人在户外可达32km/h，是目前在四足机器人领域可达的最快奔跑速度。在提高奔跑速度过程中人们除了从腿部结构设计入手，也从仿生角度出发，着眼于脊柱结构的设计，例如将起初的刚性躯干改变为基于脊椎生物的椎骨-椎间盘柔性结构，该设计不仅可以缓冲、减振，也可减少能量损失，提高奔跑性能。但同时柔性结构的设计也会使机器人刚度下降，从而导致其负载能力等其它方面受到影响。目前来看，在国内目前现有研究中，无论是刚脊柱还是柔性脊柱都难以实现高爆发运动(例如能够弹跳从而产生飞相)。

鉴于目前国内在实现四足机器人高爆发弹跳运动方面的欠缺与不足，针对实现脊柱能够储能功能并且不影响机器人整体刚度的设计有着重要的意义，因此发明一种虚拟腰关节(既能实现脊柱部位的储能也能保证机器人的刚度)为足式机器人实现高爆发弹跳运动问题提供了良好的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种虚拟腰关节设计思路，该方案不仅保证了机器人躯干的刚度，又实现了脊柱部位的柔顺性与储能效果，能够解决现有四足机器人不能实现高爆发弹跳运动的技术难题。

本发明提出的一种适用于四足机器人高爆发运动的虚拟腰关节，整体结构包括连接平台、第一虚拟腰关节、第二虚拟腰关节、第一腿支链、第二腿支链、第三腿支链以及第四腿支链，其特征在于：所述连接平台左右对称分布连接孔。其中第一至第四连接孔分别与第一至第四腿支链上的大腿连接板进行孔轴配合连接；第五连接孔至第八连接孔分别与固定基座固接。

所述第一腿支链包括支链一大腿连接板与支链一小腿连接板。其中，第一腿支链一端通过其上的支链一大腿连接板与连接平台上的第一连接孔通过孔轴配合进行连接，另一端通过其上的支链一小腿连接板与地面接触。所述第二腿支链、第三腿支链和第四腿支链均与第一腿支链结构相同。同时，第二至第四腿支链均通过其上的大腿连接板与连接平台上的第二至第四连接孔通过孔轴配合进行连接，且通过其上的小腿连接板与地面接触。

所述第一虚拟腰关节包括虚拟腰关节一固定基座、虚拟腰关节一连接板、虚拟腰关节一第一连接弹簧与虚拟腰关节一第二连接弹簧。其中，第一虚拟腰关节一端通过其上的虚拟腰关节一固定基座与连接平台上的第五、第六连接孔处固接连接，另一端通过其上的虚拟腰关节一第一连接弹簧、虚拟腰关节一第二连接弹簧与第一腿支链上的支链一大腿连接板、第二腿支链上的支链二大腿连接板挂钩连接。所述第二虚拟腰关节与第一虚拟腰关节结构相同。同时，第二虚拟腰关节也通过其上的第一连接弹簧、第二连接弹簧与第三腿支链、第四腿支链上的大腿连接板通过挂钩连接，且通过其上的固定基座与连接平台固接连接。

应用本发明的设计思路，为实现四足机器人高爆发运动提供了可行性方案，该虚拟腰关节由固定基座、连接板以及连接弹簧构成。该关节由电机驱动，在机器人运动过程中可通过电机带动虚拟关节处连接板的转动使得与之相连的两个弹簧产生拉伸与压缩，并且能够将弹簧的弹性力直接作用于机器人腿部，在机器人运动过程中可以通过使腿部运动与虚拟腰关节运动进行配合从而增大触地足端的地面接触力并且减小即将弹跳离地足端与地面的接触力从而实现四足机器人的弹跳。