[实用新型]一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人

说明书

本实用新型公开了一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，包括头部环境感知模块、控制及通讯模块、柔性脊柱以及支腿；本仿生四足机器人通过柔性脊柱以及在相应控制的协同作用下，可实现现有的四足机器人难以完成的动作，如大步幅的奔跑、原地转向等动作，由于柔性脊柱的作用，机器人能通过弹簧的弹性势能与前后腿部之间动能的循环转换，使躯干更平稳，减小了复杂地形上由于躯体的惯性而导致的运动失稳，提高稳定性。并且还将其运动性能与环境感知模块以及机器人控制及通讯模块的结合下，能实现四足机器人自主避障与路径规划的功能。

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人。

背景技术

足式机器人是目前机器人领域研究的热点，足式机器人主要分为双足机器人，四足机器人和多足机器人。其中以美国波士顿动力公司研发的系列机器狗代表着四足机器人的较高水平。但是目前四足机器人的研究主要集中于腿部运动及控制，绝大部分的四足机器人的躯干都是刚体结构。

专利文献CN201711260907.1公开了“能适应复杂崎岖地形的高负载能力的电驱动四足机器人”其采用12个自由度的电机驱动的四足机器人结构形式，其躯干为三根金属杆和两块前后板梁装配固定的结构形式，是比较常见的全刚性躯干结构，其躯干灵活性较差。

专利文献CN201810579078.1公开了“一种多自由度四足仿生机器人”，其躯干采用六自由度的并联机构和四个驱动器的躯干结构方案，躯干具有一定的柔性。但与动物只有一根柔性脊柱不同，这个专利有六根可伸缩及转动的并联机构交叉布置，结构体积较大，控制冗余且复杂，不适合于有高速奔跑需求的四足机器人。

目前绝大多数的四足机器人的躯干是刚体结构，要想提高四足机器人的奔跑速度就必须得提高机器人的电机转矩，但电机的转矩与电机的体积重量成正相关，在电机功率密度无法大幅提高的情况下，四足机器人的奔跑速度的提高很难实现。同时，刚体躯干的四足机器人转向不够灵活，环境适应能力不强，在崎岖不平的路面上行走或奔跑容易失稳，摔倒。而且刚性躯干的四足机器人能量利用率相对较低，对于需要携带锂电池的四足机器人来说，能量利用效率越高越好。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，具有高速奔跑能力，以及机器人躯体具有高度的灵活性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，包括柔性脊柱以及支腿；其中，

所述柔性脊柱由多块脊椎骨串接而成；所述脊椎骨包括头锥骨、尾椎骨以及中间椎骨，头锥骨与中间椎骨靠近尾椎骨的一面凸设有球关节，尾椎骨与中间椎骨靠近头锥骨的一面凸设有凸块，凸块上开设有与球关节匹配的球面凹槽，球面凹槽上加设有两个通过螺钉固定的压垫，两个压垫组合形成垫圈，以装配组合球关节与凹槽，将每块脊椎骨两两连接；每块脊椎骨的侧平面都设有四个凸台，每两块脊椎骨的凸台位置一一对应并且之间连接有压簧，且凸台上均开设有通孔，用于穿设钢丝绳，钢丝绳在柔性脊柱的首端固定，另一端穿过所有脊椎骨上位于同一对应位置的凸台的通孔，柔性脊柱的尾端加设绳驱脊椎电机，钢丝绳在柔性脊柱的尾端穿出后连接至绳驱脊椎电机主轴上；

所述支腿设置有四条，在所述柔性脊柱的首端和尾端各装配由两条；每一所述支腿具有三自由度，以实现髋关节侧摆、正摆以及膝关节转动，三个自由度的运动由三个支腿电机来驱动完成。