一种具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102343950A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102343950A(43)申请公布日2012.02.08(21)申请号201110196221.7(22)申请日2011.07.13(71)申请人北京交通大学地址100044北京市海淀区西直门外上园村3号北京交通大学科技处(72)发明人张秀丽李冬冬刘铖周坤玲(74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理有限公司11246代理人张文宝(51)Int.Cl.B62D57/032(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图6页(54)发明名称一种具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人(57)摘要本发明涉及一种四足步行机器人，具体涉及一种具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人。分为前躯干、脊柱、腰部、后躯干以及四条结构相同的腿几部分；前躯干或后躯干中的轴承与各条腿上的法兰轴构成转动副，前躯干与脊柱用转动副连接，由电机和齿轮组驱动，使机器人身体具有俯仰的自由度，脊柱与腰部用带有扭簧的转动副连接，使机器人身体具有横滚自由度，腰部和后躯干也用带有扭簧的转动副连接，使机器人身体具有偏转自由度，机器人腿部由大腿，小腿构成，都由电机和齿轮组驱动，小腿装有压簧，使机器人行走时地面冲击力减小。该发明采用柔性机构替代传统的刚性结构，增加机器人的运动稳定性，减小机器人的冲击。CN1023495ACCNN110234395002343969A权利要求书1/1页1.一种具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人，其特征在于，分为前躯干(A1)、脊柱(C1)、腰部(D1)、后躯干(E1)以及四条结构相同的腿几部分；前躯干(A1)与脊柱(C1)间通过水平设置的、与机器人前进方向垂直的转动副连接，由安装在脊柱(C1)上的脊柱电机(C4)通过齿轮组驱动前躯干(A1)做俯仰运动；脊柱(C1)与腰部(D1)用带有扭簧的、与脊柱(C1)中心线平行的转动副连接，使腰部(D1)能够沿轴向旋转，即使机器人身体具有横滚自由度，并拥有自动回复能力；腰部(D1)和后躯干(E1)之间用带有扭簧的、与水平面垂直的转动副连接，使机器人身体具有偏转自由度，并拥有自动回复能力；前躯干(A1)和后躯干(E1)的两端采用相同的方式分别安装一条腿；固定在前躯干(A1)上的左前轴承(A6)与左前腿(B1)上的法兰轴(B2)构成转动副，由安装在前躯干(A1)上的左前电机(A4)和齿轮组驱动，使左前腿(B1)摆动；机器人的腿由大腿和小腿构成，大腿和小腿间由转动副连接，使小腿能前后摆动；大腿的下端设置腿部电机，通过齿轮组驱动小腿运动，小腿的下端装有压簧，使其拥有被动缓冲能力。2.根据权利要求1所述的具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人，其特征在于：所述的前躯干(A1)与脊柱(C1)之间的齿轮组包括一对传动比为1∶1的锥齿轮和一对传动比为1∶1的直齿圆柱齿轮。3.根据权利要求1所述的具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人，其特征在于：所述前躯干(A1)或后躯干(E1)与各条腿之间、腿部的大腿与小腿之间均采用电机驱动锥齿轮组的方式，来实现运动，且锥齿轮的传动比为1∶1。4.根据权利要求1所述的具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人，其特征在于，所述的腰部(D1)与后躯干(E1)之间的转动副采用销轴，且扭簧套在销轴外，销轴的转动轴线沿竖直方向。2CCNN110234395002343969A说明书1/3页一种具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人技术领域[0001]本发明涉及一种四足步行机器人，具体涉及一种具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人。背景技术[0002]在四足步行机器人领域，美国波士顿动力公司制作的BigDog是四足机器人的最高技术成就，它能够适应冰面、雪地、草地等多种地形，并表现出超强的抗侧向扰动能力。大多数四足机器人采用刚性腰部，即整个躯干为刚性整体，这样机器人运动柔顺性差，为改善机器人的运动稳定性，一些四足机器人也做了柔性腰部的设计。例如日本东京大学JSK实验室研制的SQ43四足机器人，它具有柔性的脊柱，这让机器人运动变得柔顺，并且有一定的减振效果，使它能够穿过一些狭窄的通道和不规则的地形。韩国庆北大学的电子工程及计算机科学学院的Se-HoonPark等人研制了四足机器人ELIRO，该机器人与传统的足式机器人相比，机器人本体不再是一个单一的刚性整体，而是在本体用一个被动关节将机器人本体分为前后两个部分。这种被动的腰部关节使机器人能够实行静态的转向，因此ELIRO系列机器人直线行走过程中遇到障碍，可以停下来转向以避开障碍物。[0003]在弹性腿的研究方面，瑞士洛桑联邦理工学院的仿生机器人团队设计了一款四足机器人“Cheetah”，该机器人最重要的部位是它的腿部设计，采用较轻质的材料，踝关节的弹簧可以吸收冲击并