一种欠驱动的仿生四足机器人，属于仿生机器人领域，解决现有仿生四足机器人腿部的质量和转动惯量过大的问题，同时减小与地面碰撞产生的能量损失，增加腿的柔顺性。本发明专利技术由机身以及前左腿、前右腿、后左腿、后右腿组件构成，前左腿、前右腿、后左腿和后右腿组件的结构相同，前左腿、前右腿组件左右对称、分别连接于机身前部的左右两侧，后左腿、后右腿组件左右对称、分别连接于机身后部的左右两侧。本发明专利技术驱动电机都布置在机身上，减小了腿部的质量和转动惯量，提高机器人运动速度；通过拉线方式实现膝关节和踝关节联动，减小了主动电机的数量；腿部拉簧顺应机构和踝关节处扭簧，可以降低与地面碰撞带来的能量损失，提高能量的利用效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于仿生机器人领域，具体涉及一种欠驱动的仿生四足机器人。
技术介绍
移动机器人在科学探索、山地运输、消防营救、地质勘探和军事行动等领域具有极为广阔的应用前景。目前移动机器人主要包括足式、轮式、履带式等几种类型，相比轮式、履带式机器人，足式机器人具有更大的工作空间、更强的地面适应能力、更大的灵活性等特点，逐渐成为机器人理论和技术的研究热点。足式机器人主要分为两足、四足、六足机器人，以四足哺乳动物为参考对象的仿生四足机器人比两足机器人静态稳定性好、地面适应能力强，比六足机器人行动灵活、结构简单，因此仿生四足机器人的理论研究和原型开发是足式机器人行业的研究重点。进入20世纪90年代以来，随着计算机技术和仿生学技术的飞速发展，四足机器人也进入了高速发展的阶段，国内外涌现了大批具有代表性的仿生四足机器人。按照腿部关节的驱动方式可以分为全驱动和欠驱动，其中采用全驱动的仿生四足机器人有Bisam，Hyq，Kolt，BigDog，Aibo，Scout-II，Titan，LittleDog，Tekken。其中最具有代表性的是波士顿动力公司开发的BigDog，它不仅可以实现多种运动步态，还具有很强的环境适应能力和抗干扰的能力。国内有哈尔滨工业大学研制的足轮混合式的四足机器“HIT-HYBTOR”，清华大学研制的“Biosbot”四足机器人，上海交通大学开发四足步行机器人“JTUWM-III”，中国科学院自动化研究所研制的仿生四足机器人“FROGI”，华中科技大学的研发的“4+2”多足步行机器人。但是，全驱动的机器人腿部体积偏大、质量大、惯量大、结构复杂，不利于快速奔跑。与全驱动相比，欠驱动的机器人结构简单、运动灵活，有利于机器人的快速运动。目前，最具代表性的欠驱动仿生四足机器人是麻省理工学院研发的Cheetah[机器人和洛桑联邦理工学院开发的ALSP机器人，其采用欠驱动机构实现机器人腿部设计，减轻了机器人腿部质量和转动惯量，优化腿部结构，实现机器人快速运动。然而，从仿生机器人腿部结构上看，以上欠驱动机器人腿部结构仍然比较复杂，与动物的结构存在一定的差异。从设计原理上看，没有深入探讨各个关节运动的内在联系，只是简单利用欠驱动机构实现了关节的联动，运动性能有待进一步的提升。从动物的运动中可以发现，腿部各个关节之间存在一定的联动关系，通过关节的耦合可以优化腿部结构的构型，有效的减小腿部结构的质量、惯量。关节耦合可以通过欠驱动机构实现，因此研究欠驱动的机器人腿部构型的是实现仿生四足机器人快速运动的关键问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种欠驱动的仿生四足机器人，解决现有仿生四足机器人腿部的质量和转动惯量过大的问题，采用拉线和拉簧的方式，实现机器人腿组件的欠驱动结构，同时减小高速运动过程中与地面碰撞产生的能量损失，增加腿的柔顺性。本专利技术所提供的一种欠驱动的仿生四足机器人，由机身以及前左腿组件、前右腿组件、后左腿组件、后右腿组件构成，前左腿组件、前右腿组件、后左腿组件和后右腿组件的结构相同，前左腿组件、前右腿组件左右对称、分别连接于机身前部的左右两侧，后左腿组件、后右腿组件左右对称、分别连接于机身后部的左右两侧，其特征在于：A、所述机身为框架式盒体，盒体左侧从前至后依次装有前左髋关节轴承、前左导线轮轴承、后左导线轮轴承、后左髋关节轴承，盒体右侧从前至后依次装有前右髋关节轴承、前右导线轮轴承、后右导线轮轴承、后右髋关节轴承；前左髋关节轴承、前左导线轮轴承、后左导线轮轴承、后左髋关节轴承和前右髋关节轴承、前右导线轮轴承、后右导线轮轴承、后右髋关节轴承一一对应，分别关于机身中轴线为对称；相应所述前左髋关节轴承、前右髋关节轴承位置，关于机身中轴线为对称，机身内左右部分分别固定有前左髋关节电机和前右髋关节电机；相应所述前左导线轮轴承、前右导线轮轴承位置，关于盒体中轴线为对称，机身内左右部分分别固定有前左导线轮电机和前右导线轮电机；前左导线轮穿过前左导线轮轴承并与其配合，同时通过螺钉与前左导线轮电机的法兰盘相连固定，所述前左导线轮为两槽滑轮，具有前左导线轮内侧轨道和前左导线轮外侧轨道；前右导线轮穿过前右导线轮轴承并与其配合，同时通过螺钉与前右导线轮电机的法兰盘相连固定，所述前右导线轮为两槽滑轮，具有前右导线轮内侧轨道和前右导线轮外侧轨道；相应所述后左导线轮轴承、后右导线轮轴承位置，关于盒体中轴线为对称，机身内左右部分分别固定有后左导线轮电机和后右导线轮电机；相应所述后左髋关节轴承、后右髋关节轴承位置，关于机身中轴线为对称，机身内左右部分分别固定有后左髋关节电机和后右髋关节电机；后左导线轮穿过后左导线轮轴承并与其配合，同时通过螺钉与后左导线轮电机的法兰盘相连固定，所述后左导线轮为两槽滑轮，具有后左导线轮内侧轨道和后左导线轮外侧轨道；后右导线轮穿过后右导线轮轴承并与其配合，同时通过螺钉与后右导线轮电机的法兰盘相连固定；所述后右导线轮为两槽滑轮，具有后右导线轮内侧轨道和后右导线轮外侧轨道；B、所述前左腿组件包括大腿部件、小腿部件、跖部件和趾骨部件；B1、所述大腿部件包括大腿头、大腿管、髋关节轴、髋滑轮、髋轴承，所述大腿头和大腿管均为空心管状，互相垂直且连为一体，大腿头内固接有与大腿管的轴线垂直的髋关节轴，髋滑轮通过髋轴承安装于髋关节轴上，能够围绕髋关节轴转动；所述大腿头穿过前左髋关节轴承并与其配合，同时通过螺钉与前左髋关节电机的法兰盘相连固定，前左髋关节电机转动带动大腿管摆动；所述髋滑轮为两槽滑轮，具有髋滑轮内侧轨道和髋滑轮外侧轨道；B2、所述小腿部件包括小腿管、膝关节轴、膝滑轮、膝轴承，小腿管的上端通过膝关节轴与所述大腿部件的大腿管末端转动连接，膝滑轮通过膝轴承安装于小腿管内的膝关节轴上，能够围绕膝关节轴转动；所述膝滑轮为两槽滑轮，具有膝滑轮内侧轨道和膝滑轮外侧轨道；B3、所述跖部件包括跖管、踝关节轴、踝滑轮、踝轴承，跖管的上端通过踝关节轴与所述小腿部件的小腿管下端转动连接，所述踝滑轮通过踝轴承安装于跖管内的踝关节轴上，能够围绕踝关节轴转动；所述踝滑轮为两槽滑轮，具有踝滑轮内侧轨道和踝滑轮外侧轨道；B4、所述趾骨部件包括底脚和脚轴，底脚通过脚轴与所述跖部件的跖管转动连接；B5、第一导线一端固定在前左导线轮内侧轨道的上边，另一端进入大腿部件，沿髋滑轮内侧轨道逆时针绕一周，引向膝滑轮，沿膝滑轮内侧轨道逆时针绕一周后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种欠驱动的仿生四足机器人，由机身(100)以及前左腿组件(200)、前右腿组件(300)、后左腿组件(400)、后右腿组件(500)构成，前左腿组件(200)、前右腿组件(300)、后左腿组件(400)和后右腿组件(500)的结构相同，前左腿组件(200)、前右腿组件(300)左右对称、分别连接于机身(100)前部的左右两侧，后左腿组件(400)、后右腿组件(500)左右对称、分别连接于机身(100)后部的左右两侧，其特征在于：A、所述机身(100为框架式盒体，盒体左侧从前至后依次装有前左髋关节轴承(110)、前左导线轮轴承(120)、后左导线轮轴承(130)、后左髋关节轴承(140)，盒体右侧从前至后依次装有前右髋关节轴承(150)、前右导线轮轴承(160)、后右导线轮轴承(170)、后右髋关节轴承(180)；前左髋关节轴承(110)、前左导线轮轴承(120)、后左导线轮轴承(130)、后左髋关节轴承(140)和前右髋关节轴承(150)、前右导线轮轴承(160)、后右导线轮轴承(170)、后右髋关节轴承(180)一一对应，分别关于机身中轴线为对称；相应所述前左髋关节轴承(110)、前右髋关节轴承(150)位置，关于机身中轴线为对称，机身(100)内左右部分分别固定有前左髋关节电机(111)和前右髋关节电机(151；相应所述前左导线轮轴承(120)、前右导线轮轴承(160)位置，关于盒体中轴线为对称，机身(100)内左右部分分别固定有前左导线轮电机(121)和前右导线轮电机(161)；前左导线轮(122)穿过前左导线轮轴承(120)并与其配合，同时通过螺钉与前左导线轮电机(121)的法兰盘相连固定，所述前左导线轮(122)为两槽滑轮，具有前左导线轮内侧轨道(122A)和前左导线轮外侧轨道(122B)；前右导线轮(162)穿过前右导线轮轴承(160)并与其配合，同时通过螺钉与前右导线轮电机(161)的法兰盘相连固定，所述前右导线轮(162)为两槽滑轮，具有前右导线轮内侧轨道(162A)和前右导线轮外侧轨道(162B)；相应所述后左导线轮轴承(130)、后右导线轮轴承(170)位置，关于盒体中轴线为对称，机身(100)内左右部分分别固定有后左导线轮电机(131)和后右导线轮电机(171)；相应所述后左髋关节轴承(140)、后右髋关节轴承(180)位置，关于机身中轴线为对称，机身(100)内左右部分分别固定有后左髋关节电机(141)和后右髋关节电机(181)；后左导线轮(132)穿过后左导线轮轴承(130)并与其配合，同时通过螺钉与后左导线轮电机(131)的法兰盘相连固定，所述后左导线轮(132)为两槽滑轮，具有后左导线轮内侧轨道(132A)和后左导线轮外侧轨道(132B)；后右导线轮(182)穿过后右导线轮轴承(180)并与其配合，同时通过螺钉与后右导线轮电机(181)的法兰盘相连固定；所述后右导线轮(182)为两槽滑轮，具有后右导线轮内侧轨道(182A)和后右导线轮外侧轨道(182B)；B、所述前左腿组件(200)包括大腿部件(210)、小腿部件(220)、跖部件(230)和趾骨部件(240)；B1、所述大腿部件(210)包括大腿头(211)、大腿管(212)、髋关节轴(213)、髋滑轮(214)、髋轴承(215)，所述大腿头(211)和大腿管(212)均为空心管状，互相垂直且连为一体，大腿头内固接有与大腿管的轴线垂直的髋关节轴(213)，髋滑轮(214)通过髋轴承(215)安装于髋关节轴(213)上，能够围绕髋关节轴(213)转动；所述大腿头(211)穿过前左髋关节轴承(110)并与其配合，同时通过螺钉与前左髋关节电机(111)的法兰盘相连固定，前左髋关节电机(111)转动带动大腿管(212)摆动；所述髋滑轮(214)为两槽滑轮，具有髋滑轮内侧轨道(214A)和髋滑轮外侧轨道(214B)；B2、所述小腿部件(220)包括小腿管(221)、膝关节轴(222)、膝滑轮(223)、膝轴承(224)，小腿管(221)的上端通过膝关节轴(222)与所述大腿部件(210)的大腿管(212)末端转动连接，膝滑轮(223)通过膝轴承(224)安装于小腿管(221)内的膝关节轴(222)上，能够围绕膝关节轴(222)转动；所述膝滑轮(223)为两槽滑轮，具有膝滑轮内侧轨道(223A)和膝滑轮外侧轨道(223B)；B3、所述跖部件(230)包括跖管(231)、踝关节轴(232)、踝滑轮(233)、踝轴承(234)，跖管(231)的上端通过踝关节轴(232)与所述小腿部件(220)的小腿管(221)下端转动连接，所述踝滑轮(233)通过踝轴承(234)安装于跖管(231)内的踝关节轴(232)上，能够围绕踝关节轴(232)转动；所述踝滑轮(233...
【技术特征摘要】
1.一种欠驱动的仿生四足机器人，由机身(100)以及前左腿组件(200)、
前右腿组件(300)、后左腿组件(400)、后右腿组件(500)构成，前左腿组
件(200)、前右腿组件(300)、后左腿组件(400)和后右腿组件(500)的
结构相同，前左腿组件(200)、前右腿组件(300)左右对称、分别连接于机
身(100)前部的左右两侧，后左腿组件(400)、后右腿组件(500)左右对
称、分别连接于机身(100)后部的左右两侧，其特征在于：
A、所述机身(100为框架式盒体，盒体左侧从前至后依次装有前左髋关
节轴承(110)、前左导线轮轴承(120)、后左导线轮轴承(130)、后左髋关
节轴承(140)，盒体右侧从前至后依次装有前右髋关节轴承(150)、前右导
线轮轴承(160)、后右导线轮轴承(170)、后右髋关节轴承(180)；
前左髋关节轴承(110)、前左导线轮轴承(120)、后左导线轮轴承(130)、
后左髋关节轴承(140)和前右髋关节轴承(150)、前右导线轮轴承(160)、
后右导线轮轴承(170)、后右髋关节轴承(180)一一对应，分别关于机身中
轴线为对称；
相应所述前左髋关节轴承(110)、前右髋关节轴承(150)位置，关于机
身中轴线为对称，机身(100)内左右部分分别固定有前左髋关节电机(111)
和前右髋关节电机(151；相应所述前左导线轮轴承(120)、前右导线轮轴承
(160)位置，关于盒体中轴线为对称，机身(100)内左右部分分别固定有
前左导线轮电机(121)和前右导线轮电机(161)；
前左导线轮(122)穿过前左导线轮轴承(120)并与其配合，同时通过
螺钉与前左导线轮电机(121)的法兰盘相连固定，所述前左导线轮(122)
为两槽滑轮，具有前左导线轮内侧轨道(122A)和前左导线轮外侧轨道(122B)；
前右导线轮(162)穿过前右导线轮轴承(160)并与其配合，同时通过
螺钉与前右导线轮电机(161)的法兰盘相连固定，所述前右导线轮(162)
\t为两槽滑轮，具有前右导线轮内侧轨道(162A)和前右导线轮外侧轨道(162B)；
相应所述后左导线轮轴承(130)、后右导线轮轴承(170)位置，关于盒
体中轴线为对称，机身(100)内左右部分分别固定有后左导线轮电机(131)
和后右导线轮电机(171)；相应所述后左髋关节轴承(140)、后右髋关节轴
承(180)位置，关于机身中轴线为对称，机身(100)内左右部分分别固定
有后左髋关节电机(141)和后右髋关节电机(181)；
后左导线轮(132)穿过后左导线轮轴承(130)并与其配合，同时通过
螺钉与后左导线轮电机(131)的法兰盘相连固定，所述后左导线轮(132)
为两槽滑轮，具有后左导线轮内侧轨道(132A)和后左导线轮外侧轨道(132B)；
后右导线轮(182)穿过后右导线轮轴承(180)并与其配合，同时通过
螺钉与后右导线轮电机(181)的法兰盘相连固定；所述后右导线轮(182)
为两槽滑轮，具有后右导线轮内侧轨道(182A)和后右导线轮外侧轨道(182B)；
B、所述前左腿组件(200)包括大腿部件(210)、小腿部件(220)、跖
部件(230)和趾骨部件(240)；
B1、所述大腿部件(210)包括大腿头(211)、大腿管(212)、髋关节轴
(213)、髋滑轮(214)、髋轴承(215)，所述大腿头(211)和大腿管(212)
均为空心管状，互相垂直且连为一体，大腿头内固接有与大腿管的轴线垂直
的髋关节轴(213)，髋滑轮(214)通过髋轴承(215)安装于髋关节轴(213)
上，能够围绕髋关节轴(213)转动；所述大腿头(211)穿过前左髋关节轴
承(110)并与其配合，同时通过螺钉与前左髋关节电机(111)的法兰盘相
连固定，前左髋关节电机(111)转动带动大腿管(212)摆动；所述髋滑轮
(214)为两槽滑轮，具有髋滑轮内侧轨道(214A)和髋滑轮外侧轨道(214B)；
B2、所述小腿部件(220)包括小腿管(221)、膝关节轴(222)、膝滑轮
(223)、膝轴承(224)，小腿管(221)的上端通过膝关节轴(222)与所述
大腿部件(210)的大腿管(212)末端转动连接，膝滑轮(223)通过膝轴承
(224)安装于小腿管(221)内的膝关节轴(222)上，能够围绕膝关节轴(222)
\t转动；所述膝滑轮(223)为两槽滑轮，具有膝滑轮内侧轨道(223A)和膝滑
轮外侧轨道(223B)；
B3、所述跖部件(230)包括跖管(231)、踝关节轴(232)、踝滑轮(233)、
踝轴承(234)，跖管(231)的上端通过踝关节轴(232)与所述小腿部件(220)
的小腿管(221)下端转动连接，所述踝滑轮(233)通过踝轴承(234)安装
于跖管(231)内的踝关节轴(232)上，能够围...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙容磊，聂华，余拥军，苏振东，陈文锐，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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