四足仿生设计犬型机器人的制作方法

本发明属于仿生学机器人技术领域，涉及一种四足仿生设计机器人机构。

背景技术：

机器人是一种能够自动地执行人类所设计好的工作的机器装置，它可以通过人类即时控制指挥运行，也可以按照既定的程序运行，近年来，它还可以通过人工智能以机器学习的方法行动。机器人的任务是协助或代替人类工作，主要应用领域包括制造业、建筑业、农业、医学以及危险工作等。其组成部分主要是由执行装置、控制系统、检测装置、驱动装置以及复杂的机械结构组成。目前，我国机器人领域专家根据机器人的应用环境，将机器人分为工业机器人和特种机器人。我们设计的新型四足仿生设计犬型机器人属于后者。

在四足机器人方面，bigdog是世界上最著名的产品之一。它是2005年由波士顿动力公司、哈佛大学和美国宇航局喷气推进实验室共同创造的一种四足军用机器人。它长3英尺，身高2.5英寸，重达240磅，可以穿越过崎岖的地形，以每小时4英里的速度进行前进，可以携带340磅的物品，并能爬上35度的斜坡。此外它还配备了激光陀螺仪和立体视觉系统等各种传感器，使其运行稳定。

由于其运用前景广，适用场所多，国内也有许多科研院所进行研究，包括山东大学、哈尔滨工业大学、中科院等，研发了各种类似的机器人，通过改变结构、驱动系统等方法，使产品在不同方面具有一定的优势。

就目前而言，现有四足机器人仍然存在着一定的缺陷，对四足机器人的研究和发展仍有很大的上升空间。本发明通过改进四肢的自由度配置和四肢机构的优化，使机器人在运行过程中更加的稳定和灵活，受力更加均匀。

技术实现要素：

为了克服现有的产品及技术缺点，本发明主要通过对犬科动物进行仿生学研究，在运动灵活和机构简单的条件下进行综合设计，使用4-3自由度组合，使本产品保证更高的性价比及技术经济效益。

本发明包括机体、保持架、两条前肢和两条后肢：保持架固定在机体上，前肢通过旋转连接体连接在保持架和机体上，通过液压缸驱动旋转连接体绕轴转动，其中液压缸一端连接在机架上，一端连接在旋转连接体上；旋转连接体内有电机、变速齿轮组、转动轴及其上的液压缸，电机输出动力通过齿轮组驱动转动轴转动；转动轴通过短销和轴承连接第一连接体，转动轴上的液压缸驱动第一连接体绕轴旋转，第一连接体包括框架和液压缸；第一连接体通过短销和轴承连接第二连接体，第一连接体上的液压缸驱动第二连接体绕轴转动；第二连接体以柔性连接的方法连接足部。后肢通过固定连接体固定在机体上，其余部分与前肢一样。

上述连接轴轴线与机体顶面法方向保持平行；转动轴轴线与机器人前进方向保持平行，第一连接体的输入轴线和输出轴线平行，且与连接轴轴线和传动轴轴线保持正交；保持架安装到机体后，连接孔轴线与机体内孔轴线共线；四肢左右对称布置；第二连接体和足部有柔性体连接，减轻运动时的震动；各液压缸上安装有位移传感器，实现闭环控制；旋转连接体和固定连接体的主体上有通孔，用于管线的安装和固定；第一连接体旋转的极位夹角为90°，第二连接体旋转的极位夹角为100°。

附图说明

图1为本发明四足仿生设计犬型机器人的结构图

图2为本发明四足仿生设计犬型机器人的仰视图

图3为本发明四足仿生设计犬型机器人的前肢结构图

图中：1-主体，2-前肢，3-后肢，4-保持架，5-足部，6-第二连接体，7-液压缸，8-第一连接体，9-旋转连接体主体，10-转动轴，11-电机，12-齿轮组，13-液压缸

具体实施方式

参见图1、图2和图3，一种新型四足仿生设计犬型机器人，主体1和保持架4通过螺栓螺孔固定连接，保持相对位置，前肢3通过旋转连接体9连接到主体上，旋转连接体主体9通过铰接与主体1和保持架4连接，且主体1内孔与保持架4连接孔同轴，由主体上的液压缸带动旋转连接体主体9绕轴旋转，保持旋转角度为-20°～15°。电机11产生动力通过齿轮组12传递到传动轴10使其转动，使用过程中，转动轴旋转角度为-20°～35°。第一连接体8通过短销和轴承铰接到转动轴10上，通过液压缸13使其绕轴旋转，工作旋转角度为15°～85°，第一连接体上铰接活塞7，第一连接体8和第二连接体6通过短销和轴承铰接，活塞7驱动第二连接体6绕轴旋转，工作旋转角度为30°～165°。第二连接体通过柔性体与5滑动连接，通过柔性体的弹性模量和阻尼保持两者相对位置，减少运动过程中的震动，保持最大相对位移量为-35～15mm。通过以上角度和位移限制，保持四肢受力均匀，不产生较大的偏载，可以有效提高材料使用寿命，降低材料成本。

在实际运行中，液压系统和控制系统放在主体1内部，货物放置于主体1上部或挂载在四周。正常前进过程中，保持三肢同时触地，一肢进行前进运动，四条肢体循环运动；在快速前进过程中，保持对角线两肢同时触地，另一对角线两肢向前运动；在跨越沟壑时，保持两前肢或两后肢同时触地，剩余两肢向前运动等。通过一系列步态规划，使机器人稳定运行。

技术特征：

技术总结
一种新型四足仿生设计犬型机器人，包括机架、保持架及四条机械结构肢体，其中分为两条前肢体和两条后肢体。前肢体包括旋转连接体、第一连接体、第二连接体和足部；后肢体由固定连接体代替旋转连接体，其余结构与前肢体相同。工作时，前肢体由一个电机和三个液压缸协同驱动，实现四个自由度的运动；后肢体由一个电机和两个液压缸协同驱动，实现三个自由度的运动。四条肢体以前肘后膝式放置，通过步态算法控制机器人运动。整个机械机构通过模仿犬科动物等进行设计构型，适当调节肢体布置以增加稳定性，使用4‑3自由度设计，使得机器人结构简单、运动灵活、受力合理。

技术研发人员：高炳微;卫元启;吴佳昊
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2019.04.02
技术公布日：2019.05.28