[发明专利]一种腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人及驱动方法

说明书

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，涉及一种腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人。

背景技术

多足仿生机器人结构简单且灵活，承载能力强、稳定性好，不仅能在复杂的非结构路 面上行走，轻易地跨过较大的障碍(如壕沟、岩石等)，而且能以动态步态实现快速移动。 多足仿生机器人可以代替人完成许多危险作业，在军事、矿山开采、核能工业、星球探测、 消防营救、建筑业、农林采伐、教育娱乐等领域有着广阔的应用前景。

然而，传统多足仿生机器人在模仿动物时，关注点大多集中在腿部结构，而对于腰部 结构常常没有给予太多关注。传统多足仿生机器人腰部普遍采用刚性结构。其缺点在于：1) 腰部不可动，仅起支撑和载物平台的作用，对机器人的运动和姿势不起任何作用。2)多足 仿生机器人刚性结构的腰部，无法改变其形状，机器人各条腿的相对位置保持不变，机器 人只能通过改变腿部姿态来实现行走、奔跑、避障和转弯等动作，腰部对仿生机器人的运 动和适应性调节不起任何作用，而且刚性的腰部结构极大地限制了机器人整体工作空间和 灵活度。3)多足仿生机器人刚性腰部限制了机器人对自身重心的调节性能，使得机器人行 走的稳定裕度很小，步态中存在临界稳定状态，行走过程稳定性控制难度高。4)步态规划 方面，刚性腰的仿生机器人步态有限，无法实现类似于动物的上下弓腰、仰腰、扭腰的动 作。5)刚性腰部无法起到缓冲减震的作用，同时也限制了行走速度。6)传统仿生机器人 只能模仿特定的一种动物，不能同时模仿多种动物的形态。现有技术中有报道一种使用空 间六杆变胞机构的多足仿生机器人，该多足仿生机器人中的空间六杆变胞机构使用了两个 虎克铰，虎克铰难以直接驱动，需使用皮带、齿条等传动装置方能驱动，使其在机械运动 效率方面有不足。

发明内容

针对传统多足爬行机器人的局限性及多足仿生机器人中空间六杆变胞机构使用两个虎 克铰难以直接驱动的问题。本发明提供一种腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人，该 仿生机器人腰部能左右弯曲和对折，具有变形灵活，自适应能力强的特点，而且可以实现 多种不同的直接驱动形式。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人， 包括一个闭链和四条开链，所述闭链是由顺次连接的第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、 第五杆、第六杆、第七杆和第八杆所构成的一个八杆变胞机构；第一杆的两端分别通过第 一转动铰链和第二转动铰链与第二杆的一端和第八杆的一端相连，第一转动铰链和第二转 动铰链的轴线相互垂直；第五杆的两端分别通过第三转动铰链和第四转动铰链与第四杆的 一端和第六杆的一端相连，第三转动铰链和第四转动铰链的轴线相互垂直；第三杆的两端 分别通过第五转动铰链和第七转动铰链与第四杆的另一端和第二杆的另一端相连，第五转 动铰链与第七转动铰链的轴线相互平行；第七杆的两端分别通过第六转动铰链和第八转动 铰链与第六杆的另一端和第八杆的另一端相连，第六转动铰链与第八转动铰链的轴线相互 平行；所述第一杆、第八杆、第五杆和第四杆长度相同，所述第三杆和第六杆长度相同， 所述第二杆与第七杆的长度相同；四条开链的结构相同，每条开链的结构是：包括位于同 一平面内的第九杆、第十杆和第十一杆，所述第十杆的两端分别通过第九转动铰链和第十 转动铰链与第九杆和第十一杆相连，所述第九转动铰链和第十转动铰链的轴线相互平行； 四条开链中的所述第九杆均分别通过第十一转动铰链与第二杆、第三杆、第六杆和第七杆 转动铰接，位于第二杆和第三杆两个的第十一转动铰链的轴线与第七转动铰链的轴线平行、 位于第六杆和第七杆的两个第十一转动铰链的轴线与第六转动铰链的轴线平行；四个第十 一转动铰链均落在第九杆、第十杆和第十一杆所在的平面内。选择驱动第一转动铰链、第 四转动铰链、第五转动铰链、第六转动铰链、第七转动铰链、第八转动铰链中的任意三个 再加上第二转动铰链和第三转动铰链中的任意一个或两个即可驱动该闭链结构，同时，驱 动每条开链中的所述第九转动铰链、第十转动铰链和连接闭链和开链的第十一转动铰链。