[发明专利]一种适于丘陵地带的四足机器人柔顺脊柱结构

说明书

本发明涉及一种机器人脊柱结构，具体涉及一种适于丘陵地带的四足机器人柔顺脊柱结构。本发明为解决现有四足机器人在丘陵地带下脊柱结构过于刚性，且对位姿的调整不灵活的问题。本发明所述机器人脊柱结构包括液压缸驱动装置、脊柱弯曲装置、弹簧缓冲装置、底座以及控制器。本发明脊柱结构与后底座的连接均采用球副连接，脊柱弯曲装置采用十字叉结构以及与前底座采用弹簧连接，液压缸驱动装置在控制器的控制下以及脊柱弯曲装置的辅助下，可以实现不同方向不同程度的伸长与收缩，进而实现对四足机器人转向、俯仰及扭转动作的灵活调整以及在转向状态下实现被动扭转，脊柱结构采用并联结构及弹簧缓冲装置，提升了四足机器人在丘陵环境下的适应性。

技术领域

本发明涉及一种机器人脊柱结构，特别是涉及一种适于丘陵地带的四足机器人柔顺脊柱结构。

背景技术

目前，对于四足机器人的研究大多集中在机器人腿部运动的规划与控制方面，对于机体结构方面大多还是采用刚性结构，机器人运动时，存在着对位姿的调整不灵活以及地面冲击力大的问题，无法适应丘陵有缓坡的环境。通过观察哺乳动物在复杂地形行走，发现完善的躯干结构能够增强运动的稳定性与协调性，作为生物躯干的连接支柱，脊椎起着减震、协调运动的作用。另外，丘陵占国土面积的10％，相对平原的占12％，丘陵的面积也挺大而且同其它地貌相比较平缓，因此设计一种适于丘陵地带的四足机器人柔顺脊柱结构是非常必要的。

中国专利申请：CN201410520580.7公开了一种仿生四足机器人，包括腿部、前肩梁、后肩梁、前脊椎和后脊椎，前脊椎和后脊椎组成脊椎，腿部包括前后两对腿，两对腿分别通过具有俯仰和侧摆两个自由度的髋关节与前肩梁和后肩梁相连，前脊椎一端呈悬臂梁状水平固定于前肩梁中部，另一端与后脊椎活动联接，后脊椎固定于后肩梁上；每一条腿都是大腿和小腿一体化结构，大腿是刚性板，膝部和小腿是由有弹性的钢板构成；前脊椎的后端呈稍宽的长方形，该长方形中心处设有一通孔，通孔中设置有橡胶圈，前脊椎的后端通过一穿过橡胶圈的长销轴及螺母与后脊椎相连，且长销轴与橡胶圈之间有间隙；前脊椎后端分别固定有上、下、左、右四个向外自由穿出后脊椎框架的销，每个销上均套有弹簧。该专利的脊椎部分不便于控制，转动范围小，运动稳定性有待进一步提高。

中国专利申请：CN201310099132.X公开了一种仿生机器人的柔性机体，包括前驱体、后躯体、人工脊柱、气动人工肌肉。其中人工脊柱由若干节结构完全相同大小不同的仿生脊椎单元由小到大依次排列而成。每一节仿生脊椎单元由仿生椎骨、仿生椎间盘软垫、弹簧组成。该发明具有一定的柔性，但其主动自由度较少，难以实现多姿态的调整以适应复杂的地形。

在丘陵地形下，现有四足机器人中缺少既能具有柔顺脊柱又能对姿态进行灵活调整的特点，为此，本发明进行了针对性设计。

发明内容

本发明为了解决现有四足机器人在丘陵地形下脊柱结构过于刚性，且对位姿的调整不灵活的问题，从而提供了一种适于丘陵地带的四足机器人柔顺脊柱结构。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述一种适于丘陵地带的四足机器人柔顺脊柱结构包括液压缸驱动装置、脊柱弯曲装置、弹簧缓冲装置、底座以及控制器，底座分为前底座和后底座，形状相同为花边圆形，液压缸驱动装置包括四个液压缸，分别相隔90度与前底座和后底座连接，形成一种并联结构，控制器固定安装在前底座上，且控制器分别与四个液压缸控制连接。

本发明具有以下有益效果：本发明具有液压缸驱动装置、脊柱弯曲装置、弹簧缓冲装置、底座以及控制器，底座分为前底座和后底座，形状相同为花边圆形，液压缸驱动装置包括四个液压缸，分别相隔90度与前底座和后底座连接，形成一种并联结构，并联结构定位精度高，增强了脊柱结构的稳定性；脊柱结构与后底座的连接均采用球副连接，液压缸驱动装置在控制器的控制下以及脊柱弯曲装置的辅助下，可以实现不同方向不同程度的伸长与收缩，进而实现对四足机器人转向、俯仰及扭转动作的灵活调整；脊柱弯曲装置采用十字叉结构，十字叉结构可以改变受力方向，使得四足机器人在转向的同时实现被动扭转，增加了运动姿态；脊柱结构的弹簧缓冲装置具有缓冲及复位作用，提高了脊柱运动的柔顺性。