仿生奔跑四足机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机器人，尤其是一种仿生奔跑四足机器人。
【背景技术】
[0002]目前，四足机器人大多采用刚性机体结构，机器人运动时，存在躯体姿态不平稳和地面冲击力大等问题，无法满足跳跃，奔跑等高速运动，也不能在不平的地面稳定行走，为克服上述不足，提高四足机器人的动态性能，非常需要设计一种具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人。四足机器人身体躯干需要具有俯仰的自由度。腿部要有弹性。
[0003]中国专利申请:201110196221.7公开了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等几部分；前躯干或后躯干中的轴承与各条腿上的法兰轴构成转动，前躯干与脊柱用转动副联接，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联接，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联接，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。该专利申请结构较为复杂，制作成本高，驱动多，能耗高。
[0004]申请人申请的中国专利申请201410520580.7公开了一种仿生四足机器人，包括腿部、前肩梁、后肩梁、前脊椎和后脊椎，前脊椎和后脊椎组成脊椎，腿部包括前后两对腿，两对腿分别通过具有俯仰和侧摆两个自由度的髋关节与前肩梁和后肩梁相连，前脊椎一端呈悬臂梁状水平固定于前肩梁中部，另一端与后脊椎活动联接，后脊椎固定于后肩梁上；每一条腿都是大腿和小腿一体化结构，大腿是刚性板，膝部和小腿是由有弹性的钢板构成；前脊椎的后端呈稍宽的长方形，该长方形中心处设有一通孔，通孔中设置有橡胶圈，前脊椎的后端通过一穿过橡胶圈的长销轴及螺母与后脊椎相连，且长销轴与橡胶圈之间有间隙；前脊椎后端分别固定有上、下、左、右四个向外自由穿出后脊椎框架的销，每个销上均套有弹簧。该专利的脊椎和腿部柔性，不便控制，运动稳定性有待提高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种仿生奔跑四足机器人，该机器人身体平衡易于调整，脊椎和腿部柔性好，运动稳定性好，减小了机器人的冲击。
[0006]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0007]—种仿生奔跑四足机器人，包括腿部、前肩梁、后肩梁、脊椎、腰部滑块和圆柱导轨，脊椎两端分别固定于前肩梁和后肩梁的中部，腿部分别与前、后肩梁连接；
[0008]前肩梁下部与位于脊椎下部的支撑板一端固定连接，支撑板另一端悬空呈悬臂梁状，支撑板上固定安装有电动机，电动机输出轴与第二连杆一端固定连接，第二连杆另一端与第一连杆的一端铰接，第一连杆的另一端与固定于脊椎上的腰部滑块铰接，腰部滑块穿过下端固定于支撑板上竖直设置的圆柱导轨；
[0009]电动机、第一连杆、第二连杆、腰部滑块、圆柱导轨以及支撑板共同构成了一个曲柄滑块机构，电动机带动第二连杆转动，从而带动第一连杆运动，进而拉着腰部滑块沿圆柱导轨做竖直滑动，由于腰部滑块与脊椎固定连接，脊椎中部为薄板型，具有柔性，腰部滑块的上下滑动带动脊椎沿竖直方向上下同步弯曲；
[0010]四足机器人奔跑时，只要调节腿部的前腿前伸和后腿后伸与脊椎向下弯曲保持同步，前腿后伸和后腿前伸与脊椎向上弯曲保持同步即可。
[0011]所述脊椎中部开有方形槽，腰部滑块位于槽中，且腰部滑块一端通过螺栓固定于脊椎上。
[0012]所述腰部滑块中开有两个用于圆柱导轨穿过的圆形通孔。
[0013]所述腰部滑块下部设置为圆形凸起，且圆形凸起中开有用于和第一连杆铰接的圆孔。
[0014]所述腿部包括前腿和后腿，前腿和后腿均包括大腿、小腿、前腿足端和后腿足端，大腿上端分别通过具有俯仰自由度的髋关节与前肩梁和后肩梁相连，大腿下端与小腿上端铰接，小腿下端分别与前、后腿足端固定连接。
[0015]所述前腿的足端包括呈圆柱体状的前足端缸体，所述前足端缸体底部为球面，上部中心处开有一个向下的第一盲孔，前足端缸体上部安装有第一端盖，前腿的小腿下端杆穿过第一端盖竖直伸入到第一盲孔中，处于第一盲孔中的小腿上设置有向外水平延伸凸台，凸台和第一端盖之间设置有套在小腿上的第一弹簧，凸台下部的第一盲孔中填充有粘稠的泥浆，且在机器人运动过程中，凸台下表面与粘稠的泥浆之间有空隙。
[0016]所述第一弹簧的上、下端分别对应固定于第一端盖下表面和凸台上表面上。
[0017]所述后腿的足端包括呈圆柱体状的后足端缸体，所述后足端缸体底部为球面，上部中心处开有一个向下的第二盲孔，后足端缸体上部安装有第二端盖，后腿的小腿下端杆穿过第二端盖竖直伸入到第二盲孔中，处于第二盲孔中的小腿末端设置有向外水平延伸的圆盘形压板，压板和第二端盖之间设置有套在小腿上的第二弹簧；压板中心设置有一个沿小腿中心向上延伸的盲孔，盲孔的顶部开有一个与外界相通的通孔，且通孔始终处于第二端盖的上方；压板下部的第二盲孔中填充有水，水上部放置有充气圆环。
[0018]所述第二弹簧的上、下端分别对应固定于第二端盖下表面和压板的上表面上。
[0019]所述大腿上下端分别通过第一、第二液压缸连接于前、后肩梁上，大腿上半部一突出点铰接于前、后肩梁上。大腿与前、后肩梁连接处为髋关节。
[0020]所述小腿与大腿下端铰接，小腿的下端杆与足端固定连接。
[0021]本发明主要包括腿部、前肩梁、后肩梁、脊椎、腰部滑块和圆柱导轨。脊椎是一块薄板，其一端固定于前肩梁中部，另一端固定于后肩梁上，脊椎中部开有方形的槽，腰部滑块固定于脊椎上，腰部滑块中部开有两个圆形通孔，用于两个圆柱导轨穿过，腰部滑块下部的圆形凸起开有圆孔，用于腰部滑块与第一连杆铰接。两圆柱导轨下端固定于支撑板上。第一连杆与第二连杆一端铰接，第二连杆的另一端与电动机轴通过键连接。电动机固定于支撑板上。支撑板呈悬臂梁状，一端固定在前肩梁下部。
[0022]大腿和小腿、大腿和肩梁以及腿部和液压缸都是铰接。液压缸两端都是螺栓铰接。髋关节处和膝关节处是铰接。
[0023]电动机、第一连杆，第二连杆、腰部滑块、圆柱导轨以及支撑板共同构成了一个曲柄滑块机构，电动机轴的转动通过键连接带动第二连杆转动，从而带动第一连杆运动，进而拉着腰部滑块沿圆柱导轨做竖直滑动，由于腰部滑块与脊椎固定连接，脊椎中部为薄板型，具有一定的柔性，所以腰部滑块的上下滑动带动脊椎竖直方向上下弯曲。
[0024]四足机器人奔跑时，只要调节前腿前伸和后腿后伸与脊椎向下弯曲保持同步，前腿后伸和后腿前伸与脊椎向上弯曲保持同步即可。
[0025]本发明是具有柔性腰部和弹性腿的仿生奔跑四足机器人，主要运用仿生学原理，仿造动物的运动躯干构造，具有较好的运动灵活性。四足机器人身体躯干具有俯仰的自由度，腿部有弹性。本发明采用柔性机构替代传统的刚性结构，机器人身体平衡易于调整，增加机器人的运动稳定性，减小机器人的冲击。
【附图说明】
[0026]图1是本发明一个实施例的主视图；
[0027]图2是一个实施例的俯视图；
[0028]图3是一个实施例的前腿足端结构主视图；
[0029]图4是一个实施例的前腿足端结构俯视图；
[0030]图5是一个实施例的后腿足端结构主视图；
[0031]图6是一个实施例的后腿足端结构左视图；
[0032]图7是一个实施例的后腿足端结构俯视图；
[0033]其中1.前腿足端，2.小腿，3.大腿，4第一.螺栓，5.第二螺栓，6.第三螺栓，7.第二液压缸，8.第四螺栓，9.第五螺栓，10.第六螺栓，11.第七螺栓，12.圆柱导轨，13.腰部滑块，14.第八螺栓，15.第九螺栓，16.键，17.第十螺栓，18第一螺母，19.第^^一螺栓，20.第一液压缸，21.前肩梁，22.脊椎，23.后肩梁，24.第十二螺栓，25.第十三螺栓，26.第一连杆，27.第二连杆，28.电动机，29.支撑板，30.螺母，31.后腿足端，32.前小腿下端杆，33.第一端盖，34.第一弹簧，35.小腿下端凸台，36.泥浆，37.前足端缸体，38.螺钉，39.后小腿下端杆，40.第二端盖，41.第二弹簧，42.充气圆环，43.水，44.后足端缸体。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0035]如图1、图2所示，仿生奔跑四足机器人，主要包括腿部、前肩梁21、后肩梁23、脊椎22、腰部滑块13和圆柱导轨12组成。脊椎22是一块薄板，其一端通过第十一螺栓19固定于前肩梁21中部，另一端通过第十二螺栓24固定于后肩梁23上，脊椎22中部开有方形的槽，腰部滑块13通过第十三螺栓25固定于脊椎22上，腰部滑块中部开有两个圆形通孔，用于两个圆柱导轨12穿过，腰部滑块下部的圆形凸起开有圆孔，用于腰部滑块与第一连杆26通过第八螺栓14铰接。两圆柱导轨12下端有螺纹，通过螺母30固定于支撑板29上。第一连杆26通过第九螺栓15与第二连杆27 —端铰接，第二连杆27的另一端与电动机28轴通过键16连接。电动机28通过螺栓17、螺母18固定于支撑板29上。支撑板29呈悬臂梁状，一端通过第五螺栓9固定在前肩梁下部。
[0036]腿部包括大腿3、小腿2、前腿足端