[实用新型]一种具有可变刚度柔性连续体脊柱的仿生四足机器人

说明书

本实用新型公开一种具有可变刚度柔性连续体脊柱的仿生四足机器人，是针对现有技术“一种变刚度的仿生四足机器人柔性连续体脊柱机构”的改进，包括：脊柱电机驱动机构、连续体脊柱机构、单腿部件、控制组件；脊柱电机驱动机构是胸椎‑刚性躯干、连续体脊柱机构是腰椎‑柔性躯干、控制组件包括控制单元和电池；连续体脊柱机构中的方形橡胶支柱为方形复合橡胶支柱，方形复合橡胶支柱的内部嵌有聚丙烯，连续体脊柱机构中的呈十字型的刚性关节支架纵向上采用长臂结构，水平向采用短臂结构，四条单腿分别对称悬挂于胸椎‑刚性躯干前端及腰椎‑柔性躯干的末端，可节省安装空间，增大水平弯曲幅度，提高四足机器人运动的灵活性。

技术领域

本实用新型涉及一种具有可变刚度柔性连续体脊柱的仿生四足机器人，具体涉及一种电机驱动的具有可变刚度柔性连续体脊柱的仿生四足机器人，属机器人技术领域。

背景技术

四足机器人作为机器人的一个重要分支，因为关节自由度冗余和落脚点离散的特点，使其具有轮式和履带式机器人无法比拟的运动灵活性和地形适应能力，既有比双足机器人更好的稳定性，又有比六足机器人更简单的机构，是一种有广阔应用前景的移动机器人。

目前国内外已提出的主要是采用刚性脊柱的仿生四足机器人，而自然界动物超凡的运动性能与其所具有的柔性脊柱是密不可分的。虽然出现了少量采用带被动脊柱或单自由度回转副脊柱的仿生四足机器人，实用效果却并不理想。

现有技术中，“一种变刚度的仿生四足机器人柔性连续体脊柱机构”包括电机驱动机构和连续体脊柱，连续体脊柱包括橡胶支柱、横向钢索、纵向钢索和至少三个刚性十字型关节支架，关节支架包括基节中节和末节；关节支架等间隔固定在橡胶支柱上，横向钢索、纵向钢索两端分别穿过关节支架的横向、纵向两侧导孔，关节支架末节外端分别用横向钢索锁块、纵向钢索锁块对横向钢索、纵向钢索固定，横向钢索、纵向钢索可在关节支架中节和关节支架基节上的导孔内滑动；电机驱动机构包括横向主动轮电机、纵向主动轮电机、调节电机；横向主动轮电机的转动使横向钢索做差动直线运动，所述横向钢索的差动运动可驱动连续体脊柱发生横向弯曲变形；纵向主动轮电机的转动使纵向钢索做差动直线运动，所述纵向钢索的差动运动可驱动连续体脊柱发生纵向弯曲变形；调节电机的转动使纵向钢索做共模直线运动，所述纵向钢索的共模直线运动可驱动连续体脊柱纵向刚度发生变化。

采用该种柔性连续体脊柱机构，具有连续体机器人固有的多自由度及柔顺性，能增加机体的灵活性及缓解与环境接触时的冲击力；实现了脊柱水平方向和垂直方向的柔性弯曲，提高了四足机器人运动的灵活性和运动性能；在其有效刚度调节范围内，在调节变量与脊柱刚度之间建立了一种线性关系，获得了精确的刚度控制能力；可以通过实时调节脊柱刚度改变了机体系统固有频率，消除了机体系统自由振荡所耗费的能量，使机体系统的能量效率达到最优，提升了四足机器人的运动性能；使刚度调节与位置控制功能解耦，降低了控制难度；电动机在转动过程中不需要持续提供驱动脊柱关节和维持刚度所需要的双重力矩，降低了能耗。

然而在进一步的实践中，本申请发明人发现了该种柔性连续体脊柱机构的一些不足，如：连续体脊柱的橡胶支柱很难选择合适的横截面积从而满足脊柱机构的弯曲刚度需求；连续体脊柱存在较大轴向压缩变形，影响刚度调节；连续体脊柱机构空间尺寸不太合理，不便于后续仿生四足机器人结构安装等，基于此，有必要针对该不足进行改进。

发明内容

本实用新型的目的是针对背景技术所述问题，设计一种具有可变刚度柔性连续体脊柱的仿生四足机器人，是一种电机驱动的运动灵活、地形适应能力强的具有可变刚度柔性连续体脊柱仿生四足机器人，包括在一个由可变刚度柔性连续体脊柱构成的躯干上对称悬挂四个具有三自由度的单腿部件。

本实用新型的技术方案是：一种具有可变刚度柔性连续体脊柱的仿生四足机器人，包括：脊柱电机驱动机构、连续体脊柱机构、单腿部件、控制组件；所述脊柱电机驱动机构是胸椎- 刚性躯干、所述连续体脊柱机构是腰椎-柔性躯干、所述单腿部件是四条具有三自由度的单腿、所述控制组件包括控制单元和电池。