一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人制造技术

本公开公开的一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人，包括，头部、尾部，及连接头部和尾部的柔性脊柱，所述头部与尾部处均连接柔性腿足，所述柔性脊柱包括多个串行连接的椎骨，相邻椎骨间经柔性受拉构件连接，实现相邻所述椎骨间的多自由度运动。柔性脊柱由多个椎骨串行连接，相邻椎骨间经柔性受拉构件连接，综合了刚体结构与软体结构的优点，具备柔顺性好和灵活性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人
本公开涉及一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。四足机器人与轮式、履带式等移动机器人相比在粗糙地形中具有更好的适应能力，与双足、六足等腿足机器人相比又兼顾了运动的稳定性和结构/控制的复杂性，有望成为新一代适用于复杂环境中的移动平台，已成为国内外机器人领域的研究热点。国内外已研制出多款非常成功的四足机器人商业产品，在四足机器人的轻量化、机动性等方面均取得了不错的进展。目前的四足机器人依靠身体的高刚性结构和高动态响应保持运动的稳定性，而反观自然界中的四足动物，与四足机器人存在很大的区别，尤其是在身体的柔顺性方面。以猫为例，猫的四肢含有大量的肌肉和韧带等组织，赋予它们固有的柔性和弹性，可以有效地防止或减少震动对身体的损伤，即使从高处坠落也依然完好无损；猫的脊柱同样具有很高的柔性，能够产生弯曲、伸展、收缩等变形，使其甚至可以像液体一样随意地改变身体形状。专利技术人认为，现有的四足机器人的结构设计过程中，单纯地采用刚性结构难以保证四足机器人的柔顺性，而单纯地采用软体结构也难以保证四足机器人的承载能力。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人，柔性脊柱由多个椎骨串行连接，相邻椎骨间经柔性受拉构件连接，综合了刚体结构与软体结构的优点，具备柔顺性好和灵活性好的特点。为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人，包括，头部、尾部，及连接头部和尾部的柔性脊柱，所述头部与尾部处均连接柔性腿足，所述柔性脊柱包括多个串行连接的椎骨，相邻椎骨间经柔性受拉构件连接，实现相邻椎骨间的多自由度运动。进一步的，串行连接的椎骨，包括，头椎骨、多个中间椎骨和尾椎骨，头椎骨、多个中间椎骨和尾椎骨依次串行连接。进一步的，头椎骨，包括第一脊柱刚性构件；中间椎骨和尾椎骨，均包括，第一脊柱刚性构件和多个斜拉刚性构件，多个所述斜拉刚性构件的一端连接在一起形成公共端，多个所述斜拉刚性构件的另一端与所述第一脊柱刚性构件连接。优选的，尾椎骨，还在第一脊柱刚性构件内设置支撑件。进一步的，所述柔性受拉构件包括，多个第一脊柱柔性拉索和多个第二脊柱柔性拉索，多个所述第一脊柱柔性拉索连接相邻的两个第一脊柱刚性构件，多个所述第二脊柱柔性拉索连接一个椎骨的公共端与相邻椎骨的第一脊柱刚性构件。进一步的，所述头部与尾部结构相同，均为刚性构件。进一步的，所述头部经刚性连接件与所述头椎骨连接，所述尾部经刚性连接件与所述尾椎骨连接。进一步的，所述柔性腿足，包括，呈空间交叉设置、且互不接触的第一腿足刚性构件和第二腿足刚性构件，所述第一腿足刚性构件和第二腿足刚性构件经多个所述第一腿足柔性拉索和第二腿足柔性拉索连接，所述第一腿足刚性构件相对于第二腿足刚性构件多自由度运动。进一步的，所述第一腿足柔性拉索连接第二腿足刚性构件的第一端及第一腿足刚性构件靠近所述第二腿足刚性构件第一端的端面，所述第二腿足柔性拉索连接所述第二腿足刚性构件的第二端及第一腿足刚性构件靠近所述第二腿足刚性构件第二端的端面。优选的，头部的柔性腿足通过第一腿足刚性构件固定于头部与头椎骨之间，尾部的柔性腿足通过第一腿足刚性构件固定于尾部与尾椎骨之间。与现有技术相比，本公开的有益效果为：1、本公开的柔性脊柱包括多个串行连接的椎骨，多个椎骨间经柔性受拉构件连接，使得相邻椎骨间可相对转动与平动，从而使柔性脊柱具备多自由度的运动，提高了机器人的灵活性和运动能力。2、本公开的容性腿足具备多个平动和转动的自由度，进一步提高了机器人的灵活性和运动能力。3、本公开的机器人，柔性脊柱具备多自由度运动，柔性腿足也具备多个自由度运动，提高了四足机器人腿部和躯干的柔顺性，能够有效减少机器人触地时地面冲击对机器人结构件的损伤。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本公开整体结构示意图；图2为本公开柔性脊柱结构示意图；图3为本公开相邻椎骨连接示意图；图4为本公开柔性腿足连接示意图；图5为本公开头部或尾部与柔性脊柱连接示意图。其中：1、头部，2、中间椎骨，3、尾部，4、柔性腿足，5、头椎骨，6、尾椎骨，7、第一中间椎骨，8、柔性受拉构件，9、第二中间椎骨，10、第一脊柱刚性构件，11、斜拉刚性构件，12、第一脊柱柔性拉索，13、第二脊柱柔性拉索，14、公共端，15、第一腿足柔性拉索，16、第一腿足刚性构件，17、第二腿足柔性拉索，20、第二腿足刚性构件，18、刚性件，19、支撑件，21、刚性连接件，22、支撑件。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。实施例1四足机器人的结构设计过程中，单纯地采用刚性结构难以保证四足机器人的柔顺性，而单纯地采用软体结构也难以保证四足机器人的承载能力，刚柔耦合则提供了一种可行的折中途径。张拉整体结构定义为由一组不连续的刚性受压构件与一组连续的柔性受拉构件组成的自支承、自应力的空间网格结构，是一种典型的刚柔耦合结构。张拉整体结构同时保留了刚性构件的承载能力与柔性构件的变形能力，兼具刚体结构与软体结构的优点，与生物体肌肉骨骼系统呈现出的“张拉整体”特点非常相似，在近年来逐渐获得了仿生机器人领域研究人员的青睐。在该实施例中，公开一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人，包括，头部1、柔性脊柱、尾部3和柔性腿足4，柔性脊柱包括多个串联的椎骨，相邻椎骨间经柔性受拉构件8连接，实现相邻椎骨间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人，其特征在于，包括，头部、尾部，及连接头部和尾部的柔性脊柱，所述头部与尾部处均连接柔性腿足，所述柔性脊柱包括多个串行连接的椎骨，相邻椎骨间经柔性受拉构件连接，实现相邻所述椎骨间的多自由度运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人，其特征在于，包括，头部、尾部，及连接头部和尾部的柔性脊柱，所述头部与尾部处均连接柔性腿足，所述柔性脊柱包括多个串行连接的椎骨，相邻椎骨间经柔性受拉构件连接，实现相邻所述椎骨间的多自由度运动。


2.如权利要求1所述的一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人，其特征在于，串行连接的椎骨，包括，头椎骨、多个中间椎骨和尾椎骨，头椎骨、多个中间椎骨和尾椎骨依次串行连接。


3.如权利要求2所述的一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人，其特征在于，头椎骨，包括第一脊柱刚性构件；中间椎骨和尾椎骨，均包括，第一脊柱刚性构件和多个斜拉刚性构件，多个所述斜拉刚性构件的一端连接在一起形成公共端，多个所述斜拉刚性构件的另一端与所述第一脊柱刚性构件连接。


4.如权利要求3所述的一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人，其特征在于，尾椎骨，还在第一脊柱刚性构件内设置支撑件。


5.如权利要求3所述的一种基于张拉整体结构的仿生四足机器人，其特征在于，所述柔性受拉构件包括，多个第一脊柱柔性拉索和多个第二脊柱柔性拉索，多个所述第一脊柱柔性拉索连接相邻的两个第一脊柱刚性构件，多个所述第二脊柱柔性拉索连接一个椎骨的公共端与相邻椎骨的第一脊柱刚性构件。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘义祥，张国腾，柴汇，宋锐，李贻斌，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37