一种四足机器人的二自由度仿生弹性脊柱结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人技术领域，具体是一种四足机器人的二自由度仿生弹性脊柱结构。
【背景技术】
[0002]步行机器人是一种智能机器人，常见的步行机器人以两足式、四足式以及六足式应用较多。其中，四足步行机器人机构简单灵活、承载能力强、稳定性好，在抢险救灾、星球探测、娱乐以及军事等方面有很好的应用前景，最具代表性的是美国波士顿动力公司制作的 BigDog。
[0003]现阶段，国内外多数对四足机器人的研究都集中步行姿态的调整，而对高空下落的四足机器人的姿态调整的研究很少。例如，高空救援四足机器人这一类的机器人需要从空中下落至地面，为了保证落地的安全性及稳定性，要求机器人以一种正确的姿态着陆，因此对于这类机器人，其空中姿态调整、自动翻正以及落地缓冲就显得尤为重要。而在少数研究高空下落四足机器人的研究中，多数采用了万向节这类简单的刚性构件来实现姿态调整以及自动翻正，这种机构多数情况下姿态调整的精度偏低、地形适应性低，致使高空机器人无法调整到正确姿态或落地时容易倾翻；另外，在落地时刚性躯体无法提供缓冲，容易导致构件损坏。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种结构合理、通用性强的四足机器人的二自由度仿生弹性脊柱结构，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
一种四足机器人的二自由度仿生弹性脊柱结构，包括前驱、弹性脊柱和后驱，所述弹性脊柱包括弹簧、索传动装置和由多个旋转机构叠加而成的关节传动装置，所述旋转机构包括旋转台和固定框，所述索传动装置包括绳和轮盘，所述后驱通过关节传动装置安装在前驱的右侧，所述轮盘设有多个，轮盘安装在前驱和后驱的内部，所述的旋转台和固定框均设有多个，旋转台通过固定框连接，所述弹簧设置在两个旋转台之间，所述绳穿过弹簧，绳的一端缠绕在轮盘上，绳的另一端固接在前驱或后驱上。
[0006]作为本发明进一步的方案:所述前驱和后驱中各设有两个轮盘。
[0007]作为本发明进一步的方案:所述的两个旋转台均设有四个弹簧。
[0008]作为本发明再进一步的方案:所述绳共设有四根，其中两根绳的一端分别缠绕在前驱内的轮盘上，另一端固接在后驱上，另外两根绳的一端分别缠绕在后驱内的轮盘上，另一端固接在前驱上。
[0009]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
本发明结构合理、通用性强、可以实现姿态调整以及自动翻正的弹性脊柱结构，采用索传动装置控制关节传动装置被动运动从而实现四足机器人的任意姿态调整和自动翻正。不仅能用于地面上的四足机器人的步行姿态调整，同时能用于高空下落的四足机器人的姿态调整以及自动翻正，并有一定的缓冲作用。
【附图说明】
[0010]图1为本发明的结构示意图。
[0011]图2为本发明中弹性脊柱旋转的结构示意图。
[0012]图3为本发明中旋转机构的轴侧示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0014]请参阅图1-3，一种四足机器人的二自由度仿生弹性脊柱结构，包括前驱1、弹性脊柱和后驱7，所述弹性脊柱包括弹簧4、索传动装置和由多个旋转机构叠加而成的关节传动装置，所述旋转机构包括旋转台3和固定框5，所述索传动装置包括绳2和轮盘6，所述后驱7通过关节传动装置安装在前驱1的右侧，所述轮盘6设有多个，轮盘6安装在前驱1和后驱7的内部，所述的旋转台3和固定框5均设有多个，旋转台3通过固定框5连接，所述弹簧4设置在两个旋转台3之间，弹簧4保证被动运动时各层的旋转角度较为均匀，同时也起到了一定的缓冲作用，所述绳2穿过弹簧4，绳2的一端缠绕在轮盘6上，绳2的另一端固接在前驱1或后驱7上。
[0015]所述前驱1和后驱7中各设有两个轮盘6，所述的两个旋转台3均设有四个弹簧4，所述绳2共设有四根，其中两根绳2的一端分别缠绕在前驱1内的轮盘6上，另一端固接在后驱7上，另外两根绳2的一端分别缠绕在后驱7内的轮盘6上，另一端固接在前驱1上。
[0016]所述关节传动装置由多层旋转机构组合而成，整个装置被动运动，其动力由索传动装置提供，索传动装置控制机构实现横摇和俯仰两个自由度；所述的索传动装置包括形状相同的轮盘6和两组绳，轮盘6在前驱1和后驱7中各布置两个，两组绳分别由一对绳组成，四根绳分别一端缠绕在轮盘6上，然后穿过关节传动装置，另一端与前驱1或后躯7固接，每一对绳2通过轮盘6实现收线和放线，从而控制机构进行横摇和俯仰，所述的关节传动装置两端分别与前驱1和后驱7固接，其自身由多层旋转机构组合而成，每层旋转机构可实现2个方向运动，所述的弹簧4设置在关节传动装置的层与层之间，每两层之间设置四个弹簧4，索传动装置的两组绳从其中间穿过，每个固定框5接两个旋转台3的一端，分别实现两个方向的旋转。
[0017]本发明采用的是索传动装置控制关节传动装置被动运动从而实现四足机器人的任意姿态调整和自动翻正，即通过绳2的收线和放线实现机构旋转运动，另一个方向的旋转与此类似，两个方向的旋转，即横摇和俯仰，按照一定的关系运动时则可以实现预定的姿态调整以及自动翻正，旋转机构层数是可调的，在一定范围内，层数越多，机构旋转角度越大，控制精度也越高，复杂姿态越容易实现，但是随着层数的增加，控制的难度也随之增加。由于关节传动装置两端的旋转台3与前驱1和后躯7固接，因此与中间的旋转台3结构稍有不同。
[0018]本发明结构合理、通用性强、可以实现姿态调整以及自动翻正的弹性脊柱结构，采用索传动装置控制关节传动装置被动运动从而实现四足机器人的任意姿态调整和自动翻正。不仅能用于地面上的四足机器人的步行姿态调整，同时能用于高空下落的四足机器人的姿态调整以及自动翻正，并有一定的缓冲作用。
[0019]上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1.一种四足机器人的二自由度仿生弹性脊柱结构，包括前驱(1)、弹性脊柱和后驱(7)，其特征在于，所述弹性脊柱包括弹簧(4)、索传动装置和由多个旋转机构叠加而成的关节传动装置，所述旋转机构包括旋转台(3)和固定框(5)，所述索传动装置包括绳(2)和轮盘(6)，所述后驱(7)通过关节传动装置安装在前驱(1)的右侧，所述轮盘(6)设有多个，轮盘(6)安装在前驱(1)和后驱(7)的内部，所述的旋转台(3)和固定框(5)均设有多个，旋转台(3)通过固定框(5)连接，所述弹簧(4)设置在两个旋转台(3)之间，所述绳(2)穿过弹簧(4)，绳(2)的一端缠绕在轮盘(6)上，绳(2)的另一端固接在前驱(1)或后驱(7)上。2.根据权利要求1所述的四足机器人的二自由度仿生弹性脊柱结构，其特征在于，所述前驱(1)和后驱(7)中各设有两个轮盘(6)。3.根据权利要求1所述的四足机器人的二自由度仿生弹性脊柱结构，其特征在于，所述的两个旋转台(3 )均设有四个弹簧(4 )。4.根据权利要求1所述的四足机器人的二自由度仿生弹性脊柱结构，其特征在于，所述绳(2)共设有四根，其中两根绳(2)的一端分别缠绕在前驱(1)内的轮盘(6)上，另一端固接在后驱(7)上，另外两根绳(2)的一端分别缠绕在后驱(7)内的轮盘(6)上，另一端固接在前驱(1)上。
【专利摘要】本发明公开了一种四足机器人的二自由度仿生弹性脊柱结构，包括前驱、弹性脊柱和后驱，弹性脊柱包括弹簧、索传动装置和由多个旋转机构叠加而成的关节传动装置，旋转机构包括旋转台和固定框，索传动装置包括绳和轮盘，后驱通过关节传动装置安装在前驱的右侧，轮盘安装在前驱和后驱的内部，弹簧设置在两个旋转台之间。本发明结构合理、通用性强、可以实现姿态调整以及自动翻正的弹性脊柱结构，采用索传动装置控制关节传动装置被动运动从而实现四足机器人的任意姿态调整和自动翻正。不仅能用于地面上的四足机器人的步行姿态调整，同时能用于高空下落的四足机器人的姿态调整以及自动翻正，并有一定的缓冲作用。
【IPC分类】B62D57/032
【公开号】CN105235770
【申请号】CN201510798688
【发明人】李露, 朱红生, 徐林森, 冯宝林
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院, 常州先进制造技术研究所
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年11月19日