一种柔性四足机器人的制作方法

本发明公开了一种柔性四足机器人，包括柔性脊椎和转向装置。

背景技术：

目前，四足机器人由于大多采用刚性机体，机器人运动时，存在躯体起伏大和足端对地面的冲击力大等问题，无法实现高速奔跑，转向调整也麻烦，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转向装置的柔性四足机器人。四足机器人腿部的摆动带动躯干的上下弯曲。能够实现转向。

例如，在专利申请号为201510690265.3的专利中，公开了一种仿生奔跑四足机器人，包括腿部、前肩梁、后肩梁和脊椎，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；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；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；

该专利的虽然解决了柔性腰部和弹性腿的问题，但是在仿生机器人运动过程中，其脊椎的弯曲与腿部运动难以协调，导致仿生机器人的运动灵活性差，且该仿生机器人无法实现转向。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明公开了一种可奔跑弯曲的柔性脊椎，且可以实现四足机器人转向的装置。该机器人身体平衡易于调整，能够稳定奔跑和转向。

本发明采用的技术方案如下：

一种柔性四足机器人，带有柔性脊椎且能实现转向，包括四个腿部和一个脊椎，脊椎两端分别固定于前肩梁和后肩梁上，四个腿部分别与前、后肩梁连接，每个腿部的大腿部的中间位置各连接一个脊椎下拉绳，所述的脊椎下拉绳的一端连接大腿部，另一端穿过一个下空心管与脊椎的中部相连；每个腿部的大腿部的靠近脊椎的端部各连接一个脊椎上拉绳，所述的脊椎上拉绳的一端连接大腿部的端部，另一端穿过一个上空心管与脊椎的中部相连；同时，所述的脊椎中心位置设有一个与其垂直的支撑轴，在驱动装置的驱动下整个机器人相对于支撑轴可以转向。

进一步的，所述的支撑轴的底部安装有一个升降机构，所述的升降机构其一端连接底座，另一个端连接支撑轴。

进一步的，所述的升降机构为一个中心液压缸。

进一步的，在所述的支撑轴上设有与脊椎平行的平台，在所述的平台上固定一个电机，所述的电机驱动一个主动齿轮旋转，所述的主动齿轮驱动一个空套在支撑轴上的被动齿轮旋转，所述的被动齿轮上安装一个拨杆，所述的拨杆在在整个四足机器人需要转向而机器人被中心液压缸顶起时，通过被动齿轮旋转来拨动固定在脊椎上的挡杆，进而实现机器人整体相对支撑轴的旋转。

进一步的，所述的挡杆设有两个，位于拨杆的两侧，当被动齿轮顺时针旋转时，拨杆拨动位于其右侧的挡杆，使整个机器人顺时针旋转；当被动齿轮逆时针旋转时，拨杆拨动位于其左侧的挡杆，使整个机器人逆时针旋转。

进一步的，所述的被动齿轮位于平台的上部，被动齿轮的上部和下部通过推力轴承支撑。

进一步的，所述的脊椎与支撑轴的连接位置，在脊椎的上部和下部各安装有一个推力轴承支撑。

进一步的，所述的上空心管位于脊椎的上部通过一个上支撑架支撑。

进一步的，所述的上空心管与脊椎上下平行。

进一步的，所述的下空心管位于脊椎的下部通过一个下支撑架支撑。

本发明的工作过程如下：

此结构可以实现两个功能，其一是可随奔跑弯曲的柔性脊椎，其二是一种转向装置。

柔性脊椎的弯曲是随着奔跑变化的，当前腿后伸，后腿前伸时，脊椎上弯；当前腿前伸，后腿后伸时，脊椎下弯。脊椎下拉绳一端拴在大腿伸出侧的孔里，另一端穿过下空心管后拴在机体脊椎上的两个小孔上，此组绳共4根，一条腿一根，当前腿即将到达前极限位置，后腿即将到达后极限位置时，绳子绷紧，脊椎下弯；脊椎上拉绳一端拴在大腿伸出侧的孔里(图1)，另一端穿过上空心管后拴在机体脊椎上的两个小孔上，此组绳共4根，一条腿一根，当前腿即将到达后极限位置，后腿即将到达前极限位置时，绳子绷紧，脊椎上弯。空心管的作用是使绳子与脊椎连接端尽量垂直于脊椎，以便产生大的拉力。

机器人转向功能的实现：

中心液压缸的上端与支撑轴的下端固定在一起，中心液压缸的下端与底座固定在一起。支撑轴分别通过四个推力轴承与被动齿轮和机体脊椎连接，因为彼此采用大间隙配合，所以支撑轴与被动齿轮和脊椎可以相对转动。步进电机固定在支撑轴的平台上，电机带动主动齿轮转动，再驱动被动齿轮，当中心液压缸向下伸出，顶起整个四足机器人时，机器人四足腾空，被动齿轮的转动可通过拨杆拨动整个机器人转向，转向完成后，中心液压缸收缩，机器人四足着地，可继续向前运动。

本发明的有益效果如下：

本发明通过腿部的前后摆动带动四根脊椎下拉绳和四根脊椎上拉绳实现了脊椎的上下弯曲，通过一套转向装置实现了整个机器人的转向，使得四足机器人奔跑稳定，转向方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明的整体结构图；

图2为图1的B-B剖视图；

图3为转向机构局部放大图；

图4为图2的A-A剖视图；

图中：1是大腿，2是脊椎下拉绳，共4根；3是下空心管，共4个；4是下支撑架；5是脊椎上拉绳；6是上空心管，共4个；7是上支撑架；8是机体脊椎；9是底座；10是中心液压缸；11是支撑轴；12是推力轴承；13是被动齿轮；14是拨杆；15是挡杆；16是推力轴承；17是六角螺栓；18是主动齿轮；19是步进电机，20是前肩梁；21是后肩梁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1、2、3和4所示，一种奔跑四足机器人，具有柔性脊椎和转向装置。包括大腿部1，四根脊椎下拉绳2；四个下空心管3；四个下支撑架4；四根脊椎上拉绳5；四个上空心管6；四个上支撑架7；机体脊椎8；底座9；中心液压缸10；支撑轴11；推力轴承12；被动齿轮13；拨杆14；挡杆15；推力轴承16；六角螺栓17；主动齿轮18；步进电机19；前肩梁20；后肩梁21。

脊椎两端分别固定于前肩梁20和后肩梁21上，四个腿部分别与前、后肩梁连接，每个腿部的大腿部的中间位置各连接一个脊椎下拉绳2，所述的脊椎下拉绳2的一端连接大腿部1，另一端穿过一个下空心管3与脊椎的中部相连；

四个下空心管3相互对称设置，四根脊椎下拉绳2相对于脊椎的中心线相互对称，使得脊椎在四个腿部方向受力均匀。

进一步的，四个下空心管3位于脊椎的下部通过四个下支撑架4支撑。

每个腿部的大腿部的靠近脊椎的端部各连接一个脊椎上拉绳5，所述的脊椎上拉绳5的一端连接大腿部1的端部，另一端穿过一个上空心管6与脊椎的中部相连；同时，所述的脊椎中心位置设有一个与其垂直的支撑轴，在驱动装置的驱动下，整个机器人相对于支撑轴旋转。

四个上空心管6相互对称设置，四根脊椎上拉绳5相对于脊椎的中心线相互对称，使得脊椎在四个腿部方向受力均匀。

四个上空心管6位于脊椎的上部通过四个上支撑架7支撑。四个上空心管6与脊椎上下平行。

支撑轴11的底部安装有一个中心液压缸10，中心液压缸10的下端固定连接底座9，中心液压缸10的上端固定连接支撑轴11。

支撑轴11上设有与脊椎平行的平台，在所述的平台上固定一个电机19，所述的电机19驱动一个主动齿轮18旋转，所述的主动齿轮18驱动一个空套在支撑轴上的被动齿轮13旋转，所述的被动齿轮13上固定安装一个拨杆14，所述的拨杆14在被动齿轮旋转时拨动固定在脊椎上的挡杆15，进而实现整个机器人相对支撑轴的转向。

所述的挡杆设有两个，位于拨杆的两侧，当齿轮顺时针旋转时，拨杆拨动位于其右侧的挡杆，使整个机器人顺时针旋转；当当齿轮逆时针旋转时，拨杆拨动位于其左侧的挡杆，使整个机器人逆时针旋转。

拨杆14焊接在被动齿轮上，其与被动齿轮的端面平行；

两个挡杆15焊接在脊椎上，与拨杆14垂直，且拨杆和挡杆的长度要保证其相互接触，以实现拨动。

主动齿轮位于平台的上部，被动齿轮的上部和下部通过推力轴承支撑。

脊椎与支撑轴的连接位置，在脊椎的上部和下部各安装有一个推力轴承16，且支撑轴的端部通过六角螺栓17固定。

本发明公开的结构可以实现两个功能，其一是可随奔跑弯曲的柔性脊椎，其二是一种转向装置；本发明主要是对脊椎的弯曲实现方式作了改进，其他的部分与现有技术相同，可以参考现有技术，在此不进行赘述。

柔性脊椎的弯曲是随着奔跑变化的，当前腿后伸，后腿前伸时，脊椎上弯；当前腿前伸，后腿后伸时，脊椎下弯。脊椎下拉绳2一端拴在大腿伸出侧的孔里(图2)，另一端穿过下空心管3后拴在机体脊椎8上的两个小孔上，此组绳共4根，一条腿一根，当前腿即将到达前极限位置，后腿即将到达后极限位置时，绳子绷紧，脊椎下弯；脊椎上拉绳5一端拴在大腿伸出侧的孔里(图2)，另一端穿过上空心管6后拴在机体脊椎8上的两个小孔上，此组绳共4根，一条腿一根，当前腿即将到达后极限位置，后腿即将到达前极限位置时，绳子绷紧，脊椎上弯。空心管的作用是使绳子与脊椎连接端尽量垂直于脊椎，以便产生大的拉力。。

机器人转向功能的实现：中心液压缸的上端与支撑轴的下端固定在一起，中心液压缸的下端与底座固定在一起。支撑轴11分别通过推力轴承12,16与被动齿轮13和机体脊椎8连接，因为彼此采用大间隙配合，所以支撑轴11与被动齿轮13和机体脊椎8可以相对转动。步进电机19固定在支撑轴11的平台上，步进电机19带动主动齿轮18转动，再驱动被动齿轮，当中心液压缸向下伸出，顶起整个四足机器人时，机器人四足腾空，被动齿轮的转动可通过拨杆拨动整个机器人转向，转向完成后，中心液压缸收缩，机器人四足着地，可继续向前运动。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。