[发明专利]一种基于生物学特征的四足仿生机器人平台

说明书

本发明公开了一种基于生物学特征的四足仿生机器人平台，包括躯干和四个下肢，四个下肢均匀对称地分布在躯干下方的四角，且四个下肢的结构完全相同；躯干包括四个驱动单元、用于支撑驱动单元的躯干底板、深度视觉器和激光雷达；下肢包括踝关节、脚掌和腿部；腿部的上端固定连接驱动单元，腿部下端可转动连接踝关节的上端；踝关节的下端可转动连接脚掌的上端。本发明能提高仿生型腿足式机器人对不同地形的适应能力和抗干扰能力，增强与地面接触的稳定性和可靠性，融合机器人深度视觉技术对机器人行走轨迹做出合理的路径规划，融合激光雷达技术进一步增强机器人与环境的交互能力，并简化了躯干及下肢的机械复杂度，降低控制难度、提高控制精度。

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种基于生物学特征的四足仿生机器人平台。

背景技术

目前，机器人依据移动方式分为仿生型腿足式机器人、轮式机器人、履带式机器人，其研究的主要目的是增强机器人移动系统的运动性能和机器人平台的搭载能力。其中，履带式机器人与轮式机器人的能源利用效率较高，机械复杂度低，控制简便，但在面对复杂地形环境时，传统的轮式机器人的静态稳定性和触地性能大大降低，而履带式机器人虽然能适当降低对地形及环境的要求，但也存在运动精度低、灵活性差、稳定性弱等劣势。然而，仿生型腿足式机器人则能较好的克服上述难题并使机器人整体性能得到极大提高。腿足式机器人将机器人腿部与地面的接触由连续态转变为离散点式，使其受力分布在脚掌与地面接触的离散点上，且其每条腿可执行不同的动作，并能够借助各腿之间的协作配合维持机器人整体稳定性及相应的操作，因此，腿足式机器人能够适应更复杂的地形，拥有良好的机器与环境的交互能力和较强的抗干扰能力。因此，是否能设计出功能更加多元、机构更加灵活、控制更加精确的腿足式机器人成为推动其发展的关键因素。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种基于生物学特征的四足仿生机器人平台，克服现有机器人对不同地形的适应能力差、与地面接触的稳定性与可靠性差的缺陷。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种基于生物学特征的四足仿生机器人平台，包括躯干和四个下肢，四个下肢均匀对称地分布在躯干下方的四角，且四个下肢的结构完全相同；所述躯干包括用于分别驱动每个下肢运动的四个驱动单元、用于支撑驱动单元的躯干底板、用于采集环境数据的深度视觉器和用于感知外部障碍的激光雷达；

所述下肢包括踝关节、脚掌和腿部；腿部的上端固定连接驱动单元，腿部下端可转动连接所述踝关节的上端；踝关节的下端可转动连接所述脚掌的上端；

所述踝关节包括与脚掌连接的支撑板、与支撑板前后两端可转动连接的支撑框、与支撑框左右两端可转动连接的支撑架、丝杆传动单元和用于控制踝关节的踝关节控制单元；所述丝杆传动单元上端固定在支撑架上部，丝杆传动单元下端的两个连接端通过两个第一连杆铰接支撑板的左右两端、通过两个第二连杆铰接支撑架的左右两端，用以实现控制支撑板的俯仰运动和翻转运动；

所述脚掌包括与踝关节连接的脚跟、倾斜布设的足弓、设于足弓上表面的脚掌控制单元和位于足弓端部的脚趾；所述足弓的两端通过扭簧分别与脚跟的上部和脚趾连接，扭簧能实现足弓与脚跟、脚趾之间的相对转动，使脚跟底面和脚趾能作为承重点与地面接触。

本发明还具有如下技术特征：

可选地，所述踝关节控制单元包括控制盒和传感器；控制盒安装在支撑架上，控制盒用于接收、处理踝关节上的传感器信息，并发出相应控制指令以使踝关节执行相应操作；

所述丝杆传动单元包括从下至上依次连接的连接端、丝杆、自锁主轴螺母机构、电机、与丝杆同轴的丝杆运动导轨和连接支座；