[发明专利]一种模块化仿生四足机器人

摘要

本发明公开了一种模块化仿生四足机器人，包括四个腿部关节和至少一个躯干关节。腿部关节具有三个自由度，采用差动轮系实现驱动腿机构滚转与俯仰，并采用转动副实现驱动腿机构膝关节的屈伸。躯干关节具有一个自由度，采用电机驱动关节转动，采用圆柱凸轮机构将躯干关节回转运动转化为直线弹簧的压缩与放松，将躯干关节摆动时的关节动能转变为弹性势能并在躯干关节伸直时释放以补充动能。本发明能够根据需求增加躯干关节变成多脊椎关节机器人，腿部关节可以调整以增加机身宽度、降低高度，具有灵活性和稳定性的优势，并最大程度的仿生四足动物的运动学和动力学特征。

主权项

1.一种模块化仿生四足机器人，其特征在于，包含第一至第四腿部关节和N个躯干关节，N为大于等于1的自然数；所述第一至第四腿部关节均包含支架、第一至第三驱动电机、第一至第二传动齿轮、第一至第三锥传动齿轮、回旋架、近端驱动腿、远端驱动腿、以及第一至第三腿部连接机构；所述支架包括第一固定板、第二固定板、前安装板、中安装板和若干固定支柱；其中，所述第一固定板、第二固定板平行设置；所述若干固定支柱均设置在第一固定板、第二固定板之间，两端分别和第一固定板、第二固定板垂直固连；所述前安装板、中安装板均呈矩形，两侧均分别和第一固定板、第二固定板垂直固连；所述前安装板设置在第一固定板、第二固定板的一侧，中安装板设置在第一固定板、第二固定板的中部，前安装板和中安装板平行设置；所述前安装板上设有第一通孔和供所述第二传动齿轮转轴穿过的第二通孔，所述中安装板上设有供所述第一驱动电机输出轴穿过的第三通孔；所述回旋架呈U型，包含第一侧板、第二侧板和底板，所述第一侧板、第二侧板均和所述底板垂直固连，所述第一侧板上设有供所述第一锥传动齿轮转轴穿过的第四通孔，第二侧板上设有供所述第二锥传动齿轮转轴穿过的第五通孔，底板上设有供所述第三锥传动齿轮转轴穿过的第六通孔；所述第一传动齿轮、第二传动齿轮均设置在前安装板外侧，其转轴分别穿过所述第一通孔、第二通孔且通过轴承和所述前安装板相连；所述第一至第三锥传动齿轮均设置在所述回旋架内，其中，所述第一锥传动齿轮的转轴穿过所述第四通孔且通过轴承和所述第一侧板相连；所述第二锥传动齿轮的转轴穿过所述第五通孔且通过轴承和所述第二侧板相连；所述第三锥传动齿轮的转轴穿过所述第六通孔且通过轴承和所述底板相连；所述第一锥传动齿轮、第二锥传动齿轮均和所述第三锥传动齿轮啮合，且第一至第三锥传动齿轮的齿数相同；所述回旋架设置在第一固定板、第二固定板、前安装板、中安装板围成的空间内；所述第一驱动电机固定在所述中安装板上，其输出轴穿过所述第三通孔和所述第二锥传动齿轮伸出第二侧板的转轴同轴固连；所述第二传动齿轮的转轴穿过所述第二通孔后和所述第一锥传动齿轮伸出第一侧板的转轴同轴固连；所述第二驱动电机固定在所述前安装板上，其输出端和所述第一传动齿轮的转轴同轴固连；所述第一固定板、第二固定板上均设有用于供所述回旋架转动的缺口；所述近端驱动腿一端和所述第三锥传动齿轮的伸出底板的转轴同轴固连；所述第三驱动电机固定在所述近端驱动腿的另一端，其输出轴和所述远端驱动腿的一端垂直固连，用于驱动所述远端驱动腿相对于近端驱动腿旋转；所述第一至第三腿部连接机构包含腿部磁座安装板和固定在腿部磁座安装板上的磁座；所述第一腿部连接机构设置在第一固定板、第二固定板远离前安装板的一侧；所述第二腿部连接机构、第三腿部连接机构均设置在所述第一固定板、第二固定板的上侧；所述第一至第三腿部连接机构的腿部磁座安装板均和第一侧板、第二侧板垂直固连；所述第一至第三腿部连接机构的磁座均设置在其腿部磁座安装板的外侧；所述躯干关节包含第一躯干连接机构、第二躯干连接机构、旋转板、第一基板、第二基板、若干基板支柱、联轴器、躯干驱动电机、电机安装座和弹性机构；所述第一躯干连接机构、第二躯干连接机构均包含躯干磁座安装板和两个设置在所述躯干磁座安装板的同一面上的磁座；所述若干基板支柱设置在所述第一基板、第二基板之间，两端分别和第一基板、第二基板垂直固连；所述第一基板上设有供所述躯干驱动电机输出轴穿过的通孔；所述电机安装座为圆柱体、设置在所述第二基板上；所述躯干驱动电机设在所述电机安装座上、其输出轴穿过所述第一基板上的通孔和联轴器的一端同轴固连；所述旋转板上设有用于和所述联轴器相连的通孔；所述联轴器的另一端通过所述旋转板上的通孔和所述旋转板垂直固连；所述第一躯干连接机构的躯干磁座安装板未设置磁座的一面和所述旋转板垂直固连，所述第二躯干连接机构的躯干磁座安装板未设置磁座的一面和所述第一基板垂直固连；所述弹性机构包含弹簧压板、圆柱凸轮、第一连接杆、第二连接杆、第一伸缩杆、第一弹簧、第一螺杆轴承、第一螺帽、第二伸缩杆、第二弹簧、第二螺杆轴承和第二螺帽；所述圆柱凸轮套在所述电机安装座外，和所述电机输出轴同轴设置，圆柱凸轮的上端面呈平面圆环状、柱壁的下端设有两个关于轴线对称的弧线缺口；所述第一基板上设有关于联轴器轴线对称的第一限位槽、第二限位槽；所述第一连接杆一端和所述旋转板垂直固连，另一端穿过所述第一限位槽和所述圆柱凸轮的上端面固连；所述第二连接杆一端和所述旋转板垂直固连，另一端穿过所述第二限位槽和所述圆柱凸轮的上端面固连；所述第一限位槽、第二限位槽均呈弧线形，用于通过限制第一连接杆、第二连接杆的转动角度进而限制所述第一躯干连接机构相对第二躯干连接机构的转动角度；所述第一基板、第二基板上均设有第一导向孔、第二导向孔；所述第一伸缩杆一端穿过所述第一基板上的第一导向孔，另一端穿过第二基板上的第一导向孔；所述第二伸缩杆一端穿过所述第一基板上的第二导向孔，另一端穿过第二基板上的第二导向孔；所述第一伸缩杆、第二伸缩杆关于所述联轴器轴线对称设置，且第一伸缩杆、第二伸缩杆均平行于所述联轴器的轴线；所述弹簧压板上设有用于和所述第一伸缩杆相连的第一安装孔、用于和所述第二伸缩杆相连的第二安装孔、以及供所述电机安装座穿过的通孔，所述弹簧压板套在所述电机安装座上，所述第一伸缩杆、第二伸缩杆分别穿过所述弹簧压板上的第一安装孔、第二安装孔且和所述弹簧压板垂直固连；所述弹簧压板能够带动所述第一伸缩杆、第二伸缩杆在第一基板、第二基板之间沿联轴器的轴线自由滑动；所述第一弹簧、第二弹簧分别套在第一伸缩杆、第二伸缩杆上，均一端和所述弹簧压板相抵、另一端和所述第二基板相抵；所述第一伸缩杆、第二伸缩杆上均设有螺纹孔；所述第一螺杆轴承的螺杆和所述第一伸缩杆螺纹相连、穿过所述第一伸缩杆后和所述第一螺帽螺纹相连；所述第二螺杆轴承的螺杆和所述第二伸缩杆螺纹相连、穿过所述第二伸缩杆后和所述第二螺帽螺纹相连；所述第一螺杆轴承、第二螺杆轴承的轴承外圈分别和所述圆柱凸轮柱壁的两个弧线缺口相抵；所述圆柱凸轮柱壁的两个弧线缺口均呈抛物线状；所述躯干驱动电机未工作时，所述第一躯干连接机构安装板中心、第二躯干连接机构安装板中心的连线经过所述联轴器的轴线，且所述第一螺杆轴承、第二螺杆轴承的轴承外圈分别抵在圆柱凸轮柱壁两个弧线缺口的顶点处；当N大于等于2时，所述N个躯干关节依次相连，前一个躯干关节第二躯干连接机构的两个磁座和后一个躯干关节第一躯干连接机构的两个磁座通过磁力对应相连；第一个躯干关节第一躯干连接机构的两个磁座分别和第一腿部关节、第二腿部关节中第一腿部连接机构的磁座对应相连，最后一个躯干关节第一躯干连接机构的两个磁座分别和第三腿部关节、第四腿部关节中第一腿部连接机构的磁座对应相连。