CN104149871B - 一种具有储能效应的仿生四足机器人 - Google Patents

Abstract

一种具有储能效应的仿生四足机器人，属于仿生机器人领域，对现有仿生四足机器人的刚性脊柱进行改进。本发明由前躯干、后躯干、脊柱以及前左腿、前右腿、后左腿、后右腿组件构成，前后躯干分别与脊柱前后两端连接，脊柱能够带动前躯干相对后躯干转动；前左腿、前右腿、后左腿、后右腿组件的结构相同，分别连接于前、后躯干的左右两侧。本发明在前后躯干之间增加了脊柱，整体外形与实际的四足生物更接近，行走时前后躯干通过脊柱的上仰或下俯摆动，能使前后步距更大，提高了机器人行走速度；还可以减小机器人与地面碰撞时的能量损失，提高运动稳定性，增加能量的利用率。

Description

一种具有储能效应的仿生四足机器人

技术领域

本发明属于仿生机器人领域，具体涉及一种具有储能效应的仿生四足机器人。

背景技术

移动机器人作为机器人的重要组成部分，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，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。

2000年以来，国内外涌现了大量的仿生四足机器人，包括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，其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。上述四足机器人平台可以实现各种运动步态并能完成简单的任务，但是机器人运动速度缓慢、动态稳定性较差，与国际上的机器人还存在较大差距。近些年，仿生足式机器人开始向高速运动的方向发展，研究和开发具有快速奔跑能力的仿生四足机器人是现在和未来机器人行业的一个重点和难点问题。

仿生学研究发现动物脊柱从运动学和动力学两个方面提高动物的运动性能。运动学方面，脊柱是腿部在躯体上的延伸，伴随脊柱的弯曲扩张，增大了动物的运动步长。动力学方面，四足动物通过脊柱的弯曲和伸展进行能量储存和释放，增加了能量的利用率，提高了动物的运动速度、稳定性和灵活性。然而传统仿生四足机器人基本都是采用刚性脊柱，阻碍了机器人速度的提升。因此，研究具有储能效应的仿生四足机器人是实现仿生四足机器人快速运动的关键。

发明内容

本发明提供一种具有储能效应的仿生四足机器人，对现有仿生四足机器人的刚性脊柱进行改进，以减小机器人与地面碰撞时的能量损失，提高运动稳定性，增加能量的利用率，同时扩大步长，提高机器人的运动速度。

本发明所提供的一种具有储能效应的仿生四足机器人，包括前躯干、后躯干、前左腿组件、前右腿组件、后左腿组件、后右腿组件，所述前左腿组件、前右腿组件、后左腿组件、后右腿组件的结构相同，前左腿组件、前右腿组件分别连接于前躯干的左右两侧，后左腿组件、后右腿组件分别连接于后躯干的左右两侧，其特征在于：

前躯干和后躯干分别通过螺钉与脊柱前后两端连接，所述脊柱包括脊柱后板、脊柱左轴承、脊柱右轴承、脊柱电机、脊柱左前板、脊柱右前板、脊柱左扭簧、脊柱右扭簧；

所述脊柱后板的左部和右部关于中心线为对称分别装有脊柱左轴承、脊柱右轴承，脊柱左轴承和脊柱右轴承之间固定有脊柱电机；

所述脊柱左前板和脊柱右前板的结构相同、形状左右对称；

所述脊柱左前板通过脊柱左轴承与所述脊柱后板配合，所述脊柱右前板通过脊柱右轴承与所述脊柱后板配合，所述脊柱电机通过螺栓和法兰与所述脊柱左前板或者所述脊柱右前板连接；

所述脊柱左前板和脊柱右前板分别通过螺栓与所述前躯干的后端面固定，所述脊柱后板通过螺栓与后躯干的前端面固定，脊柱电机转动能够使得前躯干相对于后躯干转动，形成上仰或下俯姿态；

所述脊柱左前板和脊柱后板之间装有脊柱左扭簧，所述脊柱右前板和脊柱后板之间装有脊柱右扭簧，当前躯干相对后躯干发生转动时，脊柱左、脊柱右扭簧起缓冲作用。

所述的仿生四足机器人，其特征在于：

A、所述前躯干为框架式盒体，盒体左侧从前至后装有前左髋关节轴承和前左导线轮轴承，盒体右侧从前至后装有前右髋关节轴承和前右导线轮轴承；前左髋关节轴承和前右髋关节轴承关于盒体中轴线为对称，前左导线轮轴承和前右导线轮轴承关于盒体中轴线为对称；相应所述前左髋关节轴承、前右髋关节轴承位置，关于盒体中轴线为对称，前躯干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，前躯干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，

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；

B、所述后躯干为框架式盒体，盒体左侧从前至后装有后左导线轮轴承和后左髋关节轴承，盒体右侧从前至后装有后右导线轮轴承和后右髋关节轴承；后左导线轮轴承和后右导线轮轴承关于盒体中轴线为对称，后左髋关节轴承和后右髋关节轴承关于盒体中轴线为对称；相应所述后左髋关节轴承、后右髋关节轴承位置，关于盒体中轴线为对称，后躯干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；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，后躯干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；

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，

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；

C、所述脊柱中，所述脊柱后板由左竖板、右竖板和底板构成，左竖板和右竖板互相平行、与底板垂直连为一体，左竖板和右竖板上分别具有安装孔，它们的圆心位于垂直于左、右竖板的同一直线上，左竖板和右竖板的安装孔内分别装有脊柱左轴承、脊柱右轴承；所述脊柱电机通过螺栓固定于左竖板和右竖板之间；

所述脊柱左前板由互相垂直且连为一体的左面板和左直板构成，所述左直板左右侧分别具有同轴的左凸台、右凸台；

所述脊柱右前板和脊柱左前板的结构相同、形状左右对称，由互相垂直且连为一体的右面板和右直板构成，所述右直板左右侧分别具有同轴的左凸台、右凸台；

所述脊柱左前板的右凸台穿过脊柱左轴承并与其配合，所述脊柱右前板的左凸台穿过脊柱右轴承并与其配合，所述脊柱电机通过螺栓和法兰与所述脊柱左前板的右凸台端部或者所述脊柱右前板的左凸台端部连接；

所述脊柱左前板的左面板和脊柱右前板的右面板通过螺栓与所述前躯干的后端面固定，所述脊柱后板通过螺栓与后躯干的前端面固定，脊柱电机转动能够使得前躯干相对于后躯干转动，形成上仰或下俯姿态；

脊柱左扭簧套在所述脊柱左前板的左凸台上，脊柱左扭簧一端通过螺栓固定在脊柱左前板上，另一端通过螺栓固定在脊柱后板上；脊柱右扭簧套在所述脊柱右前板的右凸台上，脊柱右扭簧一端通过螺栓固定在脊柱右前板上，另一端通过螺栓固定在脊柱后板上；当前躯干相对后躯干发生转动时，脊柱左、脊柱右扭簧起缓冲作用；

D、所述前左腿组件包括大腿件、第一中腿杆、第二中腿杆、小腿杆、底脚以及上套筒、导线滑轮、下套筒和导线弹簧；所述大腿件由一体的大腿头和大腿杆构成，大腿头为筒状旋转体，其一端开放，另一端封闭，封闭端具有中心凸块，大腿头的轴线与大腿杆的轴线相互垂直；所述大腿头的开放端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；所述第一中腿杆和第二中腿杆形状、尺寸相同且平行放置，所述第一中腿杆的一端通过销轴与大腿杆下端转动连接，第一中腿杆的另一端通过销轴与小腿杆的中部转动连接，所述第二中腿杆的一端通过销轴与大腿杆中部转动连接，第二中腿杆的另一端通过销轴与小腿杆的上端转动连接，所述底脚通过脚轴与小腿杆的下端转动连接；

所述上套筒的上部具有凹槽，下部为具有空腔的圆筒，凹槽和圆筒的空腔顶部通过线孔连通，所述导线滑轮通过销轴转动连接于所述凹槽内；所述导线弹簧套在所述圆筒上，所述下套筒的上部为圆柱体，圆柱体伸入所述圆筒的空腔并与其滑动配合，导线弹簧两端分别抵着上套筒和下套筒，所述上套筒的上端通过销轴与左大腿头封闭端的中心凸块转动连接，下套筒的下端通过销轴与第一中腿杆的中部转动连接；

前左腿组件连接于前躯干的左侧时，导线一端固定在所述前左导线轮上，导线另一端绕过导线滑轮，穿过线孔和圆筒的空腔，固定在下套筒的圆柱体部分，

前左导线轮电机带动前左导线轮转动，通过导线使下套筒带动第一中腿杆相对左大腿件摆动，进而带动第二中腿杆运动，从而实现小腿杆的前后摆动；

E、所述前右腿组件的组成、结构与前左腿组件完全相同，区别仅在于，其位置和所述前左腿组件右、左对称，连接于前躯干的右侧，前右腿组件大腿头的开放端穿过前右髋关节轴承并与其配合，同时通过螺钉与前右髋关节电机的法兰盘相连固定；

导线一端固定在所述前右导线轮上，导线另一端以与前左腿组件完全相同方式，固定在前右腿组件的下套筒的圆柱体部分；

F、所述后左腿组件的组成、结构与前左腿组件完全相同，区别仅在于，其连接于后躯干的左侧，后左腿组件大腿头的开放端穿过后左髋关节轴承并与其配合，同时通过螺钉与后左髋关节电机的法兰盘相连固定；

导线一端固定在所述后左导线轮上，导线另一端以与前左腿组件完全相同方式，固定在后左腿组件的下套筒的圆柱体部分；

G、所述后右腿组件的组成、结构与前左腿组件完全相同，区别仅在于，其位置和所述后左腿组件右、左对称，连接于后躯干的右侧，后右腿组件大腿头的开放端穿过后右髋关节轴承并与其配合，同时通过螺钉与后右髋关节电机的法兰盘相连固定；

导线一端固定在所述后右导线轮上，导线另一端以与前左腿组件完全相同方式，固定在后右腿组件的下套筒的圆柱体部分。

所述的仿生四足机器人，其特征在于：

所述脊柱后板的底板上，左竖板的左侧上部和左侧下部分别固定有上左限位块、下左限位块，右竖板的右侧上部和右侧下部分别固定有上右限位块、下右限位块，用于防止前躯干相对后躯干的过度上仰和下俯。

所述的仿生四足机器人，其特征在于：

所述前左腿组件中，所述底脚的脚轴上套有脚部扭簧，脚部扭簧一端固定在小腿杆上，另一端抵在底脚上，实现底脚相对于小腿杆转动时的缓冲作用；所述底脚的上表面和后边缘分别固定有前限位块、后限位块，共同用于限制底脚相对于小腿杆的转动范围，以保证底脚的正常踏地。

本发明中，前左腿组件、前右腿组件、后左腿组件、后右腿组件的结构相同，以前左腿组件为例，其大腿件和前躯干上的前左髋关节轴承配合，构成髋关节，前躯干上的左髋关节电机转动即可带动大腿件摆动；前躯干上的前左导线轮和前左腿组件的第一中腿杆、第二中腿杆、小腿杆以及上套筒、导线滑轮、下套筒和导线弹簧构成膝关节，前躯干上的前左导线轮电机带动前左导线轮转动，进而通过导线带动第一中腿杆、第二中腿杆相对大腿件摆动；小腿杆、底脚及其上的脚部扭簧和前、后限位块构成踝关节，踝关节在脚部扭簧的缓冲作用下实现底脚的被动运动，前、后限位块限制底脚相对小腿杆的转动范围，保证底脚的正常踏地。

本发明在前躯干和后躯干之间增加了柔性脊柱，整体外形与实际的四足生物更接近，行走时前躯干和后躯干通过脊柱的上仰或下俯摆动，能使前后步距更大，提高了机器人行走速度；

前左、前右、后左、后右髋关节电机以及前左、前右、后左、后右导线轮电机分别装置在前躯干和后躯干内，通过导线的拉线传导方式，减小了前左腿组件、前右腿组件、后左腿组件、后右腿组件的质量和转动惯量，使它们摆动更轻巧灵活，也有利于速度的提高；

脊柱内安装有脊柱左扭簧和脊柱右扭簧，构成膝关节的上套筒、导线滑轮、下套筒和导线弹簧形成弹簧拉压机构，构成踝关节的脚部扭簧，都能降低机器人运动中与地面碰撞带来的震动，吸收部分能量，改善整体的应力分布，提高运动稳定性，提高能量的利用效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1中前机身示意图；

图3是图1中后机身示意图；

图4是图1中脊柱的示意图；

图5是图1中脊柱的剖视图；

图6是图1中左前腿示意图；

图7是图1的髋关节局部剖视图；

图8是图1中弹簧拉线机构剖视图；

图9是图1中脊柱后板示意图；

图10是图1中脊柱左前板示意图；

图11是图1中的踝关节局部视图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明的实施例，由前躯干100、后躯干200、脊柱300以及前左腿组件400、前右腿组件500、后左腿组件600、后右腿组件700构成，前躯干100和后躯干200分别通过螺钉与脊柱前后两端连接，脊柱300能够带动前躯干相对后躯干转动；前左腿组件400、前右腿组件500、后左腿组件600、后右腿组件700的结构相同，前左腿组件400、前右腿组件500分别连接于前躯干100的左右两侧，后左腿组件600、后右腿组件700分别连接于后躯干200的左右两侧；

如图2、图3所示，所述前躯干100为框架式盒体，盒体左侧从前至后装有前左髋关节轴承110和前左导线轮轴承120，盒体右侧从前至后装有前右髋关节轴承130和前右导线轮轴承140；前左髋关节轴承110和前右髋关节轴承130关于盒体中轴线为对称，前左导线轮轴承120和前右导线轮轴承140关于盒体中轴线为对称；相应所述前左髋关节轴承110、前右髋关节轴承130位置，关于盒体中轴线为对称，前躯干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131；相应所述前左导线轮轴承120、前右导线轮轴承140位置，关于盒体中轴线为对称，前躯干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141；

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，

前右导线轮142穿过前右导线轮轴承140并与其配合，同时通过螺钉与前右导线轮电机141的法兰盘相连固定；

如图2、图3所示，所述后躯干200为框架式盒体，盒体左侧从前至后装有后左导线轮轴承210和后左髋关节轴承220，盒体右侧从前至后装有后右导线轮轴承230和后右髋关节轴承240；后左导线轮轴承210和后右导线轮轴承230关于盒体中轴线为对称，后左髋关节轴承220和后右髋关节轴承240关于盒体中轴线为对称；相应所述后左髋关节轴承220、后右髋关节轴承240位置，关于盒体中轴线为对称，后躯干200内左右部分分别固定有后左髋关节电机221和后右髋关节电机241；相应所述后左导线轮轴承210、后右导线轮轴承230位置，关于盒体中轴线为对称，后躯干200内左右部分分别固定有后左导线轮电机211和后右导线轮电机231；

后左导线轮212穿过后左导线轮轴承210并与其配合，同时通过螺钉与后左导线轮电机211的法兰盘相连固定，

后右导线轮232穿过后右导线轮轴承230并与其配合，同时通过螺钉与后右导线轮电机231的法兰盘相连固定；

如图4、图5所示，所述脊柱300包括脊柱后板310、脊柱左轴承321、脊柱右轴承322、脊柱电机330、脊柱左前板340、脊柱右前板350、脊柱左扭簧361、脊柱右扭簧362；

所述脊柱后板310的左部和右部关于中心线为对称分别装有脊柱左轴承321、脊柱右轴承322，脊柱左轴承321和脊柱右轴承322之间固定有脊柱电机330；

所述脊柱左前板340和脊柱右前板350的结构相同、形状左右对称；

所述脊柱左前板340通过脊柱左轴承321与所述脊柱后板310配合，所述脊柱右前板350通过脊柱右轴承322与所述脊柱后板310配合，所述脊柱电机330通过螺栓和法兰与所述脊柱左前板340或者所述脊柱右前板350连接；

所述脊柱左前板和脊柱右前板350分别通过螺栓与所述前躯干100的后端面固定，所述脊柱后板310通过螺栓与后躯干200的前端面固定，脊柱电机330转动能够使得前躯干100相对于后躯干200转动，形成上仰或下俯姿态；

所述脊柱左前板340和脊柱后板310之间装有脊柱左扭簧361，所述脊柱右前板350和脊柱后板310之间装有脊柱右扭簧362，当前躯干100相对后躯干200发生转动时，脊柱左、脊柱右扭簧起缓冲作用；

如图6所示，所述前左腿组件400包括大腿件410、第一中腿杆420、第二中腿杆430、小腿杆440、底脚450以及上套筒460、导线滑轮470、下套筒480和导线弹簧490；

如图7所示，所述大腿件410由一体的大腿头411和大腿杆412构成，大腿头411为筒状旋转体，其一端开放，另一端封闭，封闭端具有中心凸块411A，大腿头的轴线与大腿杆的轴线相互垂直；所述大腿头411的开放端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；如图6所示，所述第一中腿杆420和第二中腿杆430形状、尺寸相同且平行放置，所述第一中腿杆420的一端通过销轴与大腿杆412下端转动连接，第一中腿杆420的另一端通过销轴与小腿杆440的中部转动连接，所述第二中腿杆430的一端通过销轴与大腿杆412中部转动连接，第二中腿杆430的另一端通过销轴与小腿杆440的上端转动连接，所述底脚450通过脚轴451与小腿杆440的下端转动连接；

如图8所示，所述上套筒460的上部具有凹槽461，下部为具有空腔的圆筒462，凹槽461和圆筒462的空腔顶部通过线孔463连通，所述导线滑轮470通过销轴转动连接于所述凹槽461内；所述导线弹簧490套在所述圆筒462上，所述下套筒480的上部为圆柱体481，圆柱体481伸入所述圆筒462的空腔并与其滑动配合，导线弹簧490两端分别抵着上套筒460和下套筒480，所述上套筒460的上端通过销轴与左大腿头411封闭端的中心凸块411A转动连接，下套筒480的下端通过销轴与第一中腿杆420的中部转动连接；

前左腿组件400连接于前躯干100的左侧时，导线一端固定在所述前左导线轮122上，导线另一端绕过导线滑轮470，穿过线孔463和圆筒462的空腔，固定在下套筒480的圆柱体481部分，

前左导线轮电机121带动前左导线轮122转动，通过导线使下套筒480带动第一中腿杆420相对左大腿件410摆动，进而带动第二中腿杆430运动，从而实现小腿杆440的前后摆动；

所述前右腿组件500的组成、结构与前左腿组件400完全相同，区别仅在于，其位置和所述前左腿组件400右、左对称，连接于前躯干100的右侧，前右腿组件500大腿头的开放端穿过前右髋关节轴承130并与其配合，同时通过螺钉与前右髋关节电机131的法兰盘相连固定；

导线一端固定在所述前右导线轮142上，导线另一端以与前左腿组件400完全相同方式，固定在前右腿组件500的下套筒的圆柱体部分；

所述后左腿组件600的组成、结构与前左腿组件400完全相同，区别仅在于，其连接于后躯干200的左侧，后左腿组件600大腿头的开放端穿过后左髋关节轴承220并与其配合，同时通过螺钉与后左髋关节电机221的法兰盘相连固定；

导线一端固定在所述后左导线轮212上，导线另一端以与前左腿组件400完全相同方式，固定在后左腿组件600的下套筒的圆柱体部分；

所述后右腿组件700的组成、结构与前左腿组件400完全相同，区别仅在于，其位置和所述后左腿组件600右、左对称，连接于后躯干200的右侧，后右腿组件700大腿头的开放端穿过后右髋关节轴承240并与其配合，同时通过螺钉与后右髋关节电机241的法兰盘相连固定；

导线一端固定在所述后右导线轮232上，导线另一端以与前左腿组件400完全相同方式，固定在后右腿组件700的下套筒的圆柱体部分。

本实施例中，如图9所示，所述脊柱300中，所述脊柱后板310由左竖板311、右竖板312和底板313构成，左竖板311和右竖板312互相平行、与底板313垂直连为一体，左竖板311和右竖板312上分别具有安装孔，它们的圆心位于垂直于左、右竖板的同一直线上，左竖板311和右竖板312的安装孔内分别装有脊柱左轴承321、脊柱右轴承322；所述脊柱电机330通过螺栓固定于左竖板311和右竖板312之间；

如图10所示，所述脊柱左前板340由互相垂直且连为一体的左面板341和左直板342构成，所述左直板342左右侧分别具有同轴的左凸台342A、右凸台342B；

所述脊柱右前板350和脊柱左前板340的结构相同、形状左右对称，由互相垂直且连为一体的右面板和右直板构成，所述右直板左右侧分别具有同轴的左凸台、右凸台；

所述脊柱左前板340的右凸台342B穿过脊柱左轴承321并与其配合，所述脊柱右前板350的左凸台穿过脊柱右轴承322并与其配合，所述脊柱电机330通过螺栓和法兰与所述脊柱左前板340的右凸台342B端部或者所述脊柱右前板350的左凸台端部连接；

所述脊柱左前板340的左面板341和脊柱右前板350的右面板通过螺栓与所述前躯干100的后端面固定，所述脊柱后板310通过螺栓与后躯干200的前端面固定，脊柱电机330转动能够使得前躯干100相对于后躯干200转动，形成上仰或下俯姿态；

脊柱左扭簧361套在所述脊柱左前板340的左凸台342A上，脊柱左扭簧361一端通过螺栓固定在脊柱左前板340上，另一端通过螺栓固定在脊柱后板310上；脊柱右扭簧362套在所述脊柱右前板350的右凸台上，脊柱右扭簧362一端通过螺栓固定在脊柱右前板350上，另一端通过螺栓固定在脊柱后板310上；当前躯干100相对后躯干200发生转动时，脊柱左、脊柱右扭簧起缓冲作用。

本实施例中，所述脊柱后板310的底板313上，左竖板311的左侧上部和左侧下部分别固定有上左限位块371、下左限位块372，右竖板312的右侧上部和右侧下部分别固定有上右限位块381、下右限位块382，用于防止前躯干100相对后躯干200的过度上仰和下俯。

本实施例中，如图11所示，所述前左腿组件400中，所述底脚450的脚轴451上套有脚部扭簧452，脚部扭簧452一端固定在小腿杆440上，另一端抵在底脚450上，实现底脚450相对于小腿杆440转动时的缓冲作用；所述底脚450的上表面和后边缘分别固定有前限位块453、后限位块454，共同用于限制底脚450相对于小腿杆440的转动范围，以保证底脚450的正常踏地。

Claims (4)

1.一种具有储能效应的仿生四足机器人，包括前躯干(100)、后躯干(200)、前左腿组件(400)、前右腿组件(500)、后左腿组件(600)、后右腿组件(700)，所述前左腿组件(400)、前右腿组件(500)、后左腿组件(600)、后右腿组件(700)的结构相同，前左腿组件(400)、前右腿组件(500)分别连接于前躯干(100)的左右两侧，后左腿组件(600)、后右腿组件(700)分别连接于后躯干(200)的左右两侧，其特征在于：

前躯干(100)和后躯干(200)分别通过螺钉与脊柱(300)前后两端连接，所述脊柱(300)包括脊柱后板(310)、脊柱左轴承(321)、脊柱右轴承(322)、脊柱电机(330)、脊柱左前板(340)、脊柱右前板(350)、脊柱左扭簧(361)、脊柱右扭簧(362)；

所述脊柱后板(310)的左部和右部关于中心线为对称分别装有脊柱左轴承(321)、脊柱右轴承(322)，脊柱左轴承(321)和脊柱右轴承(322)之间固定有脊柱电机(330)；

所述脊柱左前板(340)和脊柱右前板(350)的结构相同、形状左右对称；

所述脊柱左前板(340)通过脊柱左轴承(321)与所述脊柱后板(310)配合，所述脊柱右前板(350)通过脊柱右轴承(322)与所述脊柱后板(310)配合，所述脊柱电机(330)通过螺栓和法兰与所述脊柱左前板(340)或者所述脊柱右前板(350)连接；

所述脊柱左前板和脊柱右前板(350)分别通过螺栓与所述前躯干(100)的后端面固定，所述脊柱后板(310)通过螺栓与后躯干(200)的前端面固定，脊柱电机(330)转动能够使得前躯干(100)相对于后躯干(200)转动，形成上仰或下俯姿态；

所述脊柱左前板(340)和脊柱后板(310)之间装有脊柱左扭簧(361)，所述脊柱右前板(350)和脊柱后板(310)之间装有脊柱右扭簧(362)，当 前躯干(100)相对后躯干(200)发生转动时，脊柱左、脊柱右扭簧起缓冲作用。

2.如权利要求1所述的仿生四足机器人，其特征在于：

A、所述前躯干(100)为框架式盒体，盒体左侧从前至后装有前左髋关节轴承(110)和前左导线轮轴承(120)，盒体右侧从前至后装有前右髋关节轴承(130)和前右导线轮轴承(140)；前左髋关节轴承(110)和前右髋关节轴承(130)关于盒体中轴线为对称，前左导线轮轴承(120)和前右导线轮轴承(140)关于盒体中轴线为对称；相应所述前左髋关节轴承(110)、前右髋关节轴承(130)位置，关于盒体中轴线为对称，前躯干(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(131)；相应所述前左导线轮轴承(120)、前右导线轮轴承(140)位置，关于盒体中轴线为对称，前躯干(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(141)；

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，

前右导线轮(142)穿过前右导线轮轴承(140)并与其配合，同时通过螺钉与前右导线轮电机(141)的法兰盘相连固定；

B、所述后躯干(200)为框架式盒体，盒体左侧从前至后装有后左导线轮轴承(210)和后左髋关节轴承(220)，盒体右侧从前至后装有后右导线轮轴承(230)和后右髋关节轴承(240)；后左导线轮轴承(210)和后右导线轮轴承(230)关于盒体中轴线为对称，后左髋关节轴承(220)和后右髋关节轴承(240)关于盒体中轴线为对称；相应所述后左髋关节轴承(220)、后右髋关节轴承(240)位置，关于盒体中轴线为对称，后躯干(200)内左右部分分别固定有后左髋关节电机(221)和后右髋关节电机(241)；相应所述后左导线轮轴承(210)、后右导线轮轴承(230)位置，关于盒体中轴线为对 称，后躯干(200)内左右部分分别固定有后左导线轮电机(211)和后右导线轮电机(231)；

后左导线轮(212)穿过后左导线轮轴承(210)并与其配合，同时通过螺钉与后左导线轮电机(211)的法兰盘相连固定，

后右导线轮(232)穿过后右导线轮轴承(230)并与其配合，同时通过螺钉与后右导线轮电机(231)的法兰盘相连固定；

C、所述脊柱(300)中，所述脊柱后板(310)由左竖板(311)、右竖板(312)和底板(313)构成，左竖板(311)和右竖板(312)互相平行、与底板(313)垂直连为一体，左竖板(311)和右竖板(312)上分别具有安装孔，它们的圆心位于垂直于左、右竖板的同一直线上，左竖板(311)和右竖板(312)的安装孔内分别装有脊柱左轴承(321)、脊柱右轴承(322)；所述脊柱电机(330)通过螺栓固定于左竖板(311)和右竖板(312)之间；

所述脊柱左前板(340)由互相垂直且连为一体的左面板(341)和左直板(342)构成，所述左直板(342)左右侧分别具有同轴的左凸台(342A)、右凸台(342B)；

所述脊柱右前板(350)和脊柱左前板(340)的结构相同、形状左右对称，由互相垂直且连为一体的右面板和右直板构成，所述右直板左右侧分别具有同轴的左凸台、右凸台；

所述脊柱左前板(340)的右凸台(342B)穿过脊柱左轴承(321)并与其配合，所述脊柱右前板(350)的左凸台穿过脊柱右轴承(322)并与其配合，所述脊柱电机(330)通过螺栓和法兰与所述脊柱左前板(340)的右凸台(342B)端部或者所述脊柱右前板(350)的左凸台端部连接；

所述脊柱左前板(340)的左面板(341)和脊柱右前板(350)的右面板通过螺栓与所述前躯干(100)的后端面固定，所述脊柱后板(310)通过螺栓与后躯干(200)的前端面固定，脊柱电机(330)转动能够使得前躯干(100)相对于后躯干(200)转动，形成上仰或下俯姿态；

脊柱左扭簧(361)套在所述脊柱左前板(340)的左凸台(342A)上，脊柱左扭簧(361)一端通过螺栓固定在脊柱左前板(340)上，另一端通过螺栓固定在脊柱后板(310)上；脊柱右扭簧(362)套在所述脊柱右前板(350)的右凸台上，脊柱右扭簧(362)一端通过螺栓固定在脊柱右前板(350)上，另一端通过螺栓固定在脊柱后板(310)上；当前躯干(100)相对后躯干(200)发生转动时，脊柱左、脊柱右扭簧起缓冲作用；

D、所述前左腿组件(400)包括大腿件(410)、第一中腿杆(420)、第二中腿杆(430)、小腿杆(440)、底脚(450)以及上套筒(460)、导线滑轮(470)、下套筒(480)和导线弹簧(490)；所述大腿件(410)由一体的大腿头(411)和大腿杆(412)构成，大腿头(411)为筒状旋转体，其一端开放，另一端封闭，封闭端具有中心凸块(411A)，大腿头的轴线与大腿杆的轴线相互垂直；所述大腿头(411)的开放端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；所述第一中腿杆(420)和第二中腿杆(430)形状、尺寸相同且平行放置，所述第一中腿杆(420)的一端通过销轴与大腿杆(412)下端转动连接，第一中腿杆(420)的另一端通过销轴与小腿杆(440)的中部转动连接，所述第二中腿杆(430)的一端通过销轴与大腿杆(412)中部转动连接，第二中腿杆(430)的另一端通过销轴与小腿杆(440)的上端转动连接，所述底脚(450)通过脚轴(451)与小腿杆(440)的下端转动连接；

所述上套筒(460)的上部具有凹槽(461)，下部为具有空腔的圆筒(462)，凹槽(461)和圆筒(462)的空腔顶部通过线孔(463)连通，所述导线滑轮(470)通过销轴转动连接于所述凹槽(461)内；所述导线弹簧(490)套在所述圆筒(462)上，所述下套筒(480)的上部为圆柱体(481)，圆柱体(481)伸入所述圆筒(462)的空腔并与其滑动配合，导线弹簧(490)两端分别抵着上套筒(460)和下套筒(480)，所述上套筒(460)的上端通过销轴与左大腿头(411)封闭端的中心凸块(411A)转动连接，下套筒(480)的下端 通过销轴与第一中腿杆(420)的中部转动连接；

前左腿组件(400)连接于前躯干(100)的左侧时，导线一端固定在所述前左导线轮(122)上，导线另一端绕过导线滑轮(470)，穿过线孔(463)和圆筒(462)的空腔，固定在下套筒(480)的圆柱体(481)部分，

前左导线轮电机(121)带动前左导线轮(122)转动，通过导线使下套筒(480)带动第一中腿杆(420)相对左大腿件(410)摆动，进而带动第二中腿杆(430)运动，从而实现小腿杆(440)的前后摆动；

E、所述前右腿组件(500)的组成、结构与前左腿组件(400)完全相同，区别仅在于，其位置和所述前左腿组件(400)右、左对称，连接于前躯干(100)的右侧，前右腿组件(500)大腿头的开放端穿过前右髋关节轴承(130)并与其配合，同时通过螺钉与前右髋关节电机(131)的法兰盘相连固定；

导线一端固定在所述前右导线轮(142)上，导线另一端以与前左腿组件(400)完全相同方式，固定在前右腿组件(500)的下套筒的圆柱体部分；

F、所述后左腿组件(600)的组成、结构与前左腿组件(400)完全相同，区别仅在于，其连接于后躯干(200)的左侧，后左腿组件(600)大腿头的开放端穿过后左髋关节轴承(220)并与其配合，同时通过螺钉与后左髋关节电机(221)的法兰盘相连固定；

导线一端固定在所述后左导线轮(212)上，导线另一端以与前左腿组件(400)完全相同方式，固定在后左腿组件(600)的下套筒的圆柱体部分；

G、所述后右腿组件(700)的组成、结构与前左腿组件(400)完全相同，区别仅在于，其位置和所述后左腿组件(600)右、左对称，连接于后躯干(200)的右侧，后右腿组件(700)大腿头的开放端穿过后右髋关节轴承(240)并与其配合，同时通过螺钉与后右髋关节电机(241)的法兰盘相连固定；

导线一端固定在所述后右导线轮(232)上，导线另一端以与前左腿组件(400)完全相同方式，固定在后右腿组件(700)的下套筒的圆柱体部分。

3.如权利要求2所述的仿生四足机器人，其特征在于：

所述脊柱后板(310)的底板(313)上，左竖板(311)的左侧上部和左侧下部分别固定有上左限位块(371)、下左限位块(372)，右竖板(312)的右侧上部和右侧下部分别固定有上右限位块(381)、下右限位块(382)，用于防止前躯干(100)相对后躯干(200)的过度上仰和下俯。

4.如权利要求2或3所述的仿生四足机器人，其特征在于：

所述前左腿组件(400)中，所述底脚(450)的脚轴(451)上套有脚部扭簧(452)，脚部扭簧(452)一端固定在小腿杆(440)上，另一端抵在底脚(450)上，实现底脚(450)相对于小腿杆(440)转动时的缓冲作用；所述底脚(450)的上表面和后边缘分别固定有前限位块(453)、后限位块(454)，共同用于限制底脚(450)相对于小腿杆(440)的转动范围，以保证底脚(450)的正常踏地。