本發(fā)明公開了一種柔性四足機(jī)器人，包括柔性脊椎和轉(zhuǎn)向裝置。

背景技術(shù)：

目前，四足機(jī)器人由于大多采用剛性機(jī)體，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，存在軀體起伏大和足端對(duì)地面的沖擊力大等問題，無法實(shí)現(xiàn)高速奔跑，轉(zhuǎn)向調(diào)整也麻煩，為克服上述不足，提高四足機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能，非常需要設(shè)計(jì)一種具有柔性腰部和轉(zhuǎn)向裝置的柔性四足機(jī)器人。四足機(jī)器人腿部的擺動(dòng)帶動(dòng)軀干的上下彎曲。能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向。

例如，在專利申請(qǐng)?zhí)枮?01510690265.3的專利中，公開了一種仿生奔跑四足機(jī)器人，包括腿部、前肩梁、后肩梁和脊椎，脊椎兩端分別固定于前肩梁和后肩梁的中部，腿部分別與前、后肩梁連接；前肩梁下部與位于脊椎下部的支撐板一端固定連接，支撐板另一端懸空呈懸臂梁狀，支撐板上固定安裝有電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出軸與第二連桿一端固定連接，第二連桿另一端與第一連桿的一端鉸接，第一連桿的另一端與固定于脊椎上的腰部滑塊鉸接，腰部滑塊穿過下端固定于支撐板上豎直設(shè)置的圓柱導(dǎo)軌；電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)第二連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)第一連桿運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而拉著腰部滑塊沿圓柱導(dǎo)軌做豎直滑動(dòng)，由于腰部滑塊與脊椎固定連接，脊椎中部為薄板型，具有柔性，腰部滑塊的上下滑動(dòng)帶動(dòng)脊椎沿豎直方向上下同步彎曲；

該專利的雖然解決了柔性腰部和彈性腿的問題，但是在仿生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，其脊椎的彎曲與腿部運(yùn)動(dòng)難以協(xié)調(diào)，導(dǎo)致仿生機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性差，且該仿生機(jī)器人無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種可奔跑彎曲的柔性脊椎，且可以實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人轉(zhuǎn)向的裝置。該機(jī)器人身體平衡易于調(diào)整，能夠穩(wěn)定奔跑和轉(zhuǎn)向。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種柔性四足機(jī)器人，帶有柔性脊椎且能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，包括四個(gè)腿部和一個(gè)脊椎，脊椎兩端分別固定于前肩梁和后肩梁上，四個(gè)腿部分別與前、后肩梁連接，每個(gè)腿部的大腿部的中間位置各連接一個(gè)脊椎下拉繩，所述的脊椎下拉繩的一端連接大腿部，另一端穿過一個(gè)下空心管與脊椎的中部相連；每個(gè)腿部的大腿部的靠近脊椎的端部各連接一個(gè)脊椎上拉繩，所述的脊椎上拉繩的一端連接大腿部的端部，另一端穿過一個(gè)上空心管與脊椎的中部相連；同時(shí)，所述的脊椎中心位置設(shè)有一個(gè)與其垂直的支撐軸，在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下整個(gè)機(jī)器人相對(duì)于支撐軸可以轉(zhuǎn)向。

進(jìn)一步的，所述的支撐軸的底部安裝有一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，所述的升降機(jī)構(gòu)其一端連接底座，另一個(gè)端連接支撐軸。

進(jìn)一步的，所述的升降機(jī)構(gòu)為一個(gè)中心液壓缸。

進(jìn)一步的，在所述的支撐軸上設(shè)有與脊椎平行的平臺(tái)，在所述的平臺(tái)上固定一個(gè)電機(jī)，所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，所述的主動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)一個(gè)空套在支撐軸上的被動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，所述的被動(dòng)齒輪上安裝一個(gè)撥桿，所述的撥桿在在整個(gè)四足機(jī)器人需要轉(zhuǎn)向而機(jī)器人被中心液壓缸頂起時(shí)，通過被動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)來撥動(dòng)固定在脊椎上的擋桿，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人整體相對(duì)支撐軸的旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，所述的擋桿設(shè)有兩個(gè)，位于撥桿的兩側(cè)，當(dāng)被動(dòng)齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，撥桿撥動(dòng)位于其右側(cè)的擋桿，使整個(gè)機(jī)器人順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；當(dāng)被動(dòng)齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，撥桿撥動(dòng)位于其左側(cè)的擋桿，使整個(gè)機(jī)器人逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，所述的被動(dòng)齒輪位于平臺(tái)的上部，被動(dòng)齒輪的上部和下部通過推力軸承支撐。

進(jìn)一步的，所述的脊椎與支撐軸的連接位置，在脊椎的上部和下部各安裝有一個(gè)推力軸承支撐。

進(jìn)一步的，所述的上空心管位于脊椎的上部通過一個(gè)上支撐架支撐。

進(jìn)一步的，所述的上空心管與脊椎上下平行。

進(jìn)一步的，所述的下空心管位于脊椎的下部通過一個(gè)下支撐架支撐。

本發(fā)明的工作過程如下：

此結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，其一是可隨奔跑彎曲的柔性脊椎，其二是一種轉(zhuǎn)向裝置。

柔性脊椎的彎曲是隨著奔跑變化的，當(dāng)前腿后伸，后腿前伸時(shí)，脊椎上彎；當(dāng)前腿前伸，后腿后伸時(shí)，脊椎下彎。脊椎下拉繩一端拴在大腿伸出側(cè)的孔里，另一端穿過下空心管后拴在機(jī)體脊椎上的兩個(gè)小孔上，此組繩共4根，一條腿一根，當(dāng)前腿即將到達(dá)前極限位置，后腿即將到達(dá)后極限位置時(shí)，繩子繃緊，脊椎下彎；脊椎上拉繩一端拴在大腿伸出側(cè)的孔里(圖1)，另一端穿過上空心管后拴在機(jī)體脊椎上的兩個(gè)小孔上，此組繩共4根，一條腿一根，當(dāng)前腿即將到達(dá)后極限位置，后腿即將到達(dá)前極限位置時(shí)，繩子繃緊，脊椎上彎?？招墓艿淖饔檬鞘估K子與脊椎連接端盡量垂直于脊椎，以便產(chǎn)生大的拉力。

機(jī)器人轉(zhuǎn)向功能的實(shí)現(xiàn)：

中心液壓缸的上端與支撐軸的下端固定在一起，中心液壓缸的下端與底座固定在一起。支撐軸分別通過四個(gè)推力軸承與被動(dòng)齒輪和機(jī)體脊椎連接，因?yàn)楸舜瞬捎么箝g隙配合，所以支撐軸與被動(dòng)齒輪和脊椎可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)固定在支撐軸的平臺(tái)上，電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再驅(qū)動(dòng)被動(dòng)齒輪，當(dāng)中心液壓缸向下伸出，頂起整個(gè)四足機(jī)器人時(shí)，機(jī)器人四足騰空，被動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)可通過撥桿撥動(dòng)整個(gè)機(jī)器人轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向完成后，中心液壓缸收縮，機(jī)器人四足著地，可繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明通過腿部的前后擺動(dòng)帶動(dòng)四根脊椎下拉繩和四根脊椎上拉繩實(shí)現(xiàn)了脊椎的上下彎曲，通過一套轉(zhuǎn)向裝置實(shí)現(xiàn)了整個(gè)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向，使得四足機(jī)器人奔跑穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向方便。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為圖1的B-B剖視圖；

圖3為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)局部放大圖；

圖4為圖2的A-A剖視圖；

圖中：1是大腿，2是脊椎下拉繩，共4根；3是下空心管，共4個(gè)；4是下支撐架；5是脊椎上拉繩；6是上空心管，共4個(gè)；7是上支撐架；8是機(jī)體脊椎；9是底座；10是中心液壓缸；11是支撐軸；12是推力軸承；13是被動(dòng)齒輪；14是撥桿；15是擋桿；16是推力軸承；17是六角螺栓；18是主動(dòng)齒輪；19是步進(jìn)電機(jī)，20是前肩梁；21是后肩梁。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

如圖1、2、3和4所示，一種奔跑四足機(jī)器人，具有柔性脊椎和轉(zhuǎn)向裝置。包括大腿部1，四根脊椎下拉繩2；四個(gè)下空心管3；四個(gè)下支撐架4；四根脊椎上拉繩5；四個(gè)上空心管6；四個(gè)上支撐架7；機(jī)體脊椎8；底座9；中心液壓缸10；支撐軸11；推力軸承12；被動(dòng)齒輪13；撥桿14；擋桿15；推力軸承16；六角螺栓17；主動(dòng)齒輪18；步進(jìn)電機(jī)19；前肩梁20；后肩梁21。

脊椎兩端分別固定于前肩梁20和后肩梁21上，四個(gè)腿部分別與前、后肩梁連接，每個(gè)腿部的大腿部的中間位置各連接一個(gè)脊椎下拉繩2，所述的脊椎下拉繩2的一端連接大腿部1，另一端穿過一個(gè)下空心管3與脊椎的中部相連；

四個(gè)下空心管3相互對(duì)稱設(shè)置，四根脊椎下拉繩2相對(duì)于脊椎的中心線相互對(duì)稱，使得脊椎在四個(gè)腿部方向受力均勻。

進(jìn)一步的，四個(gè)下空心管3位于脊椎的下部通過四個(gè)下支撐架4支撐。

每個(gè)腿部的大腿部的靠近脊椎的端部各連接一個(gè)脊椎上拉繩5，所述的脊椎上拉繩5的一端連接大腿部1的端部，另一端穿過一個(gè)上空心管6與脊椎的中部相連；同時(shí)，所述的脊椎中心位置設(shè)有一個(gè)與其垂直的支撐軸，在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，整個(gè)機(jī)器人相對(duì)于支撐軸旋轉(zhuǎn)。

四個(gè)上空心管6相互對(duì)稱設(shè)置，四根脊椎上拉繩5相對(duì)于脊椎的中心線相互對(duì)稱，使得脊椎在四個(gè)腿部方向受力均勻。

四個(gè)上空心管6位于脊椎的上部通過四個(gè)上支撐架7支撐。四個(gè)上空心管6與脊椎上下平行。

支撐軸11的底部安裝有一個(gè)中心液壓缸10，中心液壓缸10的下端固定連接底座9，中心液壓缸10的上端固定連接支撐軸11。

支撐軸11上設(shè)有與脊椎平行的平臺(tái)，在所述的平臺(tái)上固定一個(gè)電機(jī)19，所述的電機(jī)19驅(qū)動(dòng)一個(gè)主動(dòng)齒輪18旋轉(zhuǎn)，所述的主動(dòng)齒輪18驅(qū)動(dòng)一個(gè)空套在支撐軸上的被動(dòng)齒輪13旋轉(zhuǎn)，所述的被動(dòng)齒輪13上固定安裝一個(gè)撥桿14，所述的撥桿14在被動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)撥動(dòng)固定在脊椎上的擋桿15，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)器人相對(duì)支撐軸的轉(zhuǎn)向。

所述的擋桿設(shè)有兩個(gè)，位于撥桿的兩側(cè)，當(dāng)齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，撥桿撥動(dòng)位于其右側(cè)的擋桿，使整個(gè)機(jī)器人順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；當(dāng)當(dāng)齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，撥桿撥動(dòng)位于其左側(cè)的擋桿，使整個(gè)機(jī)器人逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

撥桿14焊接在被動(dòng)齒輪上，其與被動(dòng)齒輪的端面平行；

兩個(gè)擋桿15焊接在脊椎上，與撥桿14垂直，且撥桿和擋桿的長度要保證其相互接觸，以實(shí)現(xiàn)撥動(dòng)。

主動(dòng)齒輪位于平臺(tái)的上部，被動(dòng)齒輪的上部和下部通過推力軸承支撐。

脊椎與支撐軸的連接位置，在脊椎的上部和下部各安裝有一個(gè)推力軸承16，且支撐軸的端部通過六角螺栓17固定。

本發(fā)明公開的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，其一是可隨奔跑彎曲的柔性脊椎，其二是一種轉(zhuǎn)向裝置；本發(fā)明主要是對(duì)脊椎的彎曲實(shí)現(xiàn)方式作了改進(jìn)，其他的部分與現(xiàn)有技術(shù)相同，可以參考現(xiàn)有技術(shù)，在此不進(jìn)行贅述。

柔性脊椎的彎曲是隨著奔跑變化的，當(dāng)前腿后伸，后腿前伸時(shí)，脊椎上彎；當(dāng)前腿前伸，后腿后伸時(shí)，脊椎下彎。脊椎下拉繩2一端拴在大腿伸出側(cè)的孔里(圖2)，另一端穿過下空心管3后拴在機(jī)體脊椎8上的兩個(gè)小孔上，此組繩共4根，一條腿一根，當(dāng)前腿即將到達(dá)前極限位置，后腿即將到達(dá)后極限位置時(shí)，繩子繃緊，脊椎下彎；脊椎上拉繩5一端拴在大腿伸出側(cè)的孔里(圖2)，另一端穿過上空心管6后拴在機(jī)體脊椎8上的兩個(gè)小孔上，此組繩共4根，一條腿一根，當(dāng)前腿即將到達(dá)后極限位置，后腿即將到達(dá)前極限位置時(shí)，繩子繃緊，脊椎上彎?？招墓艿淖饔檬鞘估K子與脊椎連接端盡量垂直于脊椎，以便產(chǎn)生大的拉力。。

機(jī)器人轉(zhuǎn)向功能的實(shí)現(xiàn)：中心液壓缸的上端與支撐軸的下端固定在一起，中心液壓缸的下端與底座固定在一起。支撐軸11分別通過推力軸承12,16與被動(dòng)齒輪13和機(jī)體脊椎8連接，因?yàn)楸舜瞬捎么箝g隙配合，所以支撐軸11與被動(dòng)齒輪13和機(jī)體脊椎8可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)19固定在支撐軸11的平臺(tái)上，步進(jìn)電機(jī)19帶動(dòng)主動(dòng)齒輪18轉(zhuǎn)動(dòng)，再驅(qū)動(dòng)被動(dòng)齒輪，當(dāng)中心液壓缸向下伸出，頂起整個(gè)四足機(jī)器人時(shí)，機(jī)器人四足騰空，被動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)可通過撥桿撥動(dòng)整個(gè)機(jī)器人轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向完成后，中心液壓缸收縮，機(jī)器人四足著地，可繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。