[发明专利]一种变构型仿生四足机器人

说明书

本发明公开一种变构型仿生四足机器人，属于机器人学、机构学及仿生学等领域。本发明物理机械结构包括4条可变构型单腿结构和本体。每条可变构型单腿结构包含4个自由度，即包括第一髋关节，第二髋关节，大腿关节，小腿关节四个关节。第一髋关节直接与本体连接，其关节转轴垂直于本体平面，与大腿关节、小腿关节组合运动以实现昆虫动物式爬行的行进形态。第二髋关节与第一髋关节连接，其关节转轴平行于本体平面，与大腿关节、小腿关节组合运动以实现哺乳动物式行走的行进形态。本发明兼具能够自由切换的四足哺乳动物式行走和四足昆虫动物式爬行两种行进形态，且结构并不会复杂，从而能够实现更高的功能要求，具有更强的环境适应性。

技术领域

本发明属于机器人学、机构学及仿生学等领域，涉及一种变构型仿生四足机器人，具有可自由切换的哺乳动物式和昆虫动物式两种构型。

背景技术

多足步行机器人是现代机器人学领域一个重要分支，其按腿的数目一般可分为双足机器人、四足机器人及六足机器人。相对于轮式机器人和履带机器人，多足步行机器人由于其非连续支撑的特点，具有极强的地形适应性和运动灵活性。相对于双足机器人，四足机器人具有更好的承载能力和稳定性，且比六足机器人结构简单，易于控制。从工程角度，综合研发成本、制作难易度、控制方法和系统稳定性等各个方面，四足机器人是最好的足式机器人形式。

而四足机器人按照其机械腿关节布置方式一般可分为仿四足哺乳动物和仿四足昆虫动物两种。仿四足哺乳动物式腿部机构的特点是单腿与本体连接的关节转轴平行于机身平面，机器人行走时腿部收拢于本体下方，通过踢腿向前运动。故其优点是承载能力高、运动灵活性好，缺点是支撑区域小、重心较高，稳定性较差。恰恰相反，仿四足昆虫动物式腿部机构的特点是单腿与本体连接的关节转轴垂直于机身平面，机器人行走时腿部展开于本体两侧，通过摆腿向前运动。故其优点是支撑区域大、重心低，稳定性好，缺点是负载能力低、运动灵活性较差。

发明内容

针对传统的仿四足哺乳动物机器人与仿四足昆虫动物机器人腿部机构特点与功能特性，为提高机器人的环境适应性及满足更高的功能要求，本发明提出一种变构型仿生四足机器人，对每条腿分支机构进行哺乳—昆虫可变构型的特殊设计，以实现二者功能复用。

本发明变构型仿生四足机器人，包括机器人本体与机器人本体周向均布的单腿结构。单腿结构为可变构型单腿结构，具有第一髋关节，第二髋关节，大腿关节与小腿关节。

所述第一髋关节由第一髋关节舵机驱动；第一髋关节舵机固定于本体上，输出轴沿空间z轴方向竖直设置，第一髋关节舵机的输出轴与伸出轴上安装有第一修改髋部；两个第一修改髋部之间同步运转。

所述第二髋关节由第二髋关节舵机驱动；第二髋关节舵机固定于第一髋关节中第一修改髋部上，输出轴沿空间x轴方向设置。第二髋关节舵机的输出轴与伸出轴上安装第二修改髋部，两个第二修改髋部之间同步运转。

所述大腿关节由大腿关节舵机驱动；大腿关节舵机输出轴沿空间y轴设置。大腿关节的输出轴与伸出轴上安装第三修改髋部。通过两个第三修改髋部与第二髋关节舵机中第二修改髋部固定；大腿关节舵机安装于相互平的大腿板上端之间。

所述小腿关节由小腿关节舵机驱动转动；小腿关节舵机输出轴沿空间y轴设置；小腿关节舵机安装于两相互平行的大腿板下端之间；小腿关节舵机的输出轴与伸出轴分别与两个相互平行的小腿板顶部间。

上述小腿关节下端安装有足端结构，同时在两小腿板间安装减震装置。

本发明的优点在于：

1、本发明变构型仿生四足机器人，兼具能够自由切换的四足哺乳动物式行走和四足昆虫动物式爬行两种行进形态。相较于传统的两类机器人，鱼与熊掌兼得，且结构并不会复杂，从而能够实现更高的功能要求，具有更强的环境适应性。