[发明专利]一种具有首尾平衡调节装置的仿生四足机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种四足步行机器人，具体涉及一种具有首位平衡调节装置的四足步行机器人。

背景技术

四足机器人发展到现在已经有了半个世纪的历史了，这类腿式移动机器人能具有灵活、稳定、承载能力强等特点，对复杂地形的适应能力远远超出轮式和履带式移动机构，因此在军事运输、反恐排雷、灾后营救以及航天探测方面有着很大的应用前景。四足机器人的研究成为了国内外众多科研单位的重要课题，其中最具有代表性的应该是波士顿动力的bigdog，该机器人采用三段腿结构，整机共计有20个自由度，每条腿有5个自由度，其中4个主动自由度，具体到每条腿及髋部，包括髋部横向（侧滑）、纵向（前进）2个自由度，膝关节纵向自由度，踝关节纵向自由度；足端增加一个弹性被动自由度，用以增加对地形的适应性。其运动能力是现有的四足机器人中最优秀的，它能够适应冰面、雪地、草地等多种地形，并表现出超强的抗侧向扰动能力。之所以能建造出具有如此强大的机器人，是因为波士顿早起对机器人腿部的研究，使得他们能够针对足式机器人建立复杂的动力学模型。意大利理工研制的HyQ机器人也具有相当高的运动能力，该机器人采用两段腿结构，整机共具有12自由度，包括髋关节横滚、俯仰两个自由度和膝关节一个自由度。目前国内多家科研单位都对四足机器人进行研究，其中国防科技大学、哈尔滨工业大学的机器人具有与bigdog相似的自由度配置，而山东大学的机器人与HyQ的机器人具有相同的自由度配置。以上机器人虽然已经具有不错的运动能力，但是平衡能力方面仍然不够完善，在设计中常常忽略的平衡调节结构的作用。通常的做法是通过添加配种来改善机器人的运动情况，中国专利文献CN101811525A公开了“具有质心调节的液压驱动四足机器人移动机构”，该机器人提出了一种质心调节装置，该质心调节装置在机器人纵向与横向两个正交轴上布置了移动机构来调节机器人的质量分布。此种质心调节装置仅在静态条件下对机器人的平衡稳定性有所帮助，而在动态失稳状态下很难令机器人恢复平衡。

发明内容

本发明目的在于提高机器人运动的稳定性，提出一种结构简单、具有越障能力、能够转向、具有首位平衡调节装置的四足机器人。该机器人的提出将为仿生四足机器人的研究提供一个新的思路，有利于提高四足机器人研究的整体水平。

为了实现以上研究目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有首尾平衡调节装置的仿生四足机器人，所述机器人包括躯干，头部平衡调节装置，尾部平衡调节装置以及第一条机器人腿、第二条机器人腿、第三条机器人腿、第四条机器人腿。

头部调节装置中的头部舵机底座通过螺钉固定在机器人脊椎的一端。

尾部调节装置中的尾部舵机底座通过螺钉固定在机器人脊椎的另一端。

第一至第四条机器人腿结构完全相同。

第一条机器人腿的第一条腿髋关节舵机底座通过螺钉固定到躯干的第一横梁上面的安装孔处。

第二条机器人腿的第二条腿髋关节舵机底座通过螺钉固定到躯干的第一横梁上面的安装孔处。

第三条机器人腿的第三条腿髋关节舵机底座通过螺钉固定到躯干的第二横梁上面的安装孔处。

第四条机器人腿的第四条腿髋关节舵机底座通过螺钉固定到躯干的第二横梁上面的安装孔处。

所述第一条机器人腿包括髋关节横向舵机组件、髋关节正交舵机架组件、大腿组件以及小腿组件。

髋关节横向舵机组件包括：第一条腿髋关节舵机底座与髋关节横向舵机，其中第一条腿髋关节舵机底座为槽型件通过螺钉固定在舵机外壳一侧的安装孔上，髋关节横向舵机的舵盘与髋关节横向舵机架通过螺钉固定，形成髋关节横向转动副，整条机器人腿绕该转动轴左右摆动。

髋关节正交舵机架组件包括髋关节横向舵机架和髋关节纵向舵机架，所述舵机架为结构几寸相同的U型件，两舵机架轴向正交，通过螺钉在U型件中间固定在一起，髋关节纵向舵机架与髋关节纵向舵机的舵盘通过螺钉固定，形成髋关节纵向转动副，整条机器人腿绕该轴进行前后摆动。

大腿组件包括髋关节纵向舵机与膝关节舵机通过第一大腿板以及第二大腿板 ，所述第一大腿板和第二大腿板 为槽型件，两大腿板分别通过螺钉安装在轴向平行的髋关节纵向舵机与膝关节舵机外壳上两侧的安装孔上，膝关节舵机的舵盘与小腿组件中的膝关节舵机架通过螺钉固定在一起形成膝关节转动副。

小腿组件包括膝关节舵机架、气动弹簧、球形足端以及橡胶足套；气动弹簧上管末端的螺纹杆穿过膝关节舵机架中间的安装孔并由螺母固定在舵机架上，气动弹簧下管末端的螺纹杆与球形足端的螺纹孔配合固定；橡胶足套套在球形足端外面与球形足端的间隙内安装薄膜式压力传感器。