CN109204603B - 四足仿生机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种四足仿生机器人，包括头颈部机构（100）、前身骨架（200）、后身骨架（300）、前腿机构（400）、后腿机构（500）、前腿肩部机构（600）、后腿肩部机构（700）、翅膀机构（800）、尾部装置（900）及微计算机。本发明实施例整个运动机构及部件的机械自由度十分丰富，克服机器人结构简单无法适应复杂地形问题，使机器人能实现跳跃、滑翔、攀爬各类复杂动作。

Description

四足仿生机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，尤其涉及一种四足仿生机器人。

背景技术

从中国三国时期诸葛亮发明的“木牛流马”到当今美国波士顿动力公司研发的LS3 绰号“阿尔法狗”机器人，机器人一直彰显着适应恶劣环境的能力，在军事运输及探测、矿山开采、水下建筑、核工业、搜救探测等领域发挥巨大的作用。

目前主流的机器人设计方案多为轮式机器人、舵机式机器人，其机械结构简单，无法适应野外复杂地形，且无法完成复杂的飞行动作。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种四足仿生机器人，以使能够适应野外复杂地形，且能够完成复杂的飞行动作。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种四足仿生机器人，包括头颈部机构100、前身骨架200、后身骨架300、前腿机构400、后腿机构500、前腿肩部机构600、后腿肩部机构700、翅膀机构800、尾部装置900及微计算机，其中：

所述头颈部机构100包括头部机壳101、眼睛102、鳞片103、颈部伸缩杆104、铰链A105及球铰支架106，头部机壳101与前身骨架200顶端通过球铰连，铰链A105连接在头部机壳101的颈部位置；鳞片103设在头部机壳101的颈部位置上；颈部伸缩杆104的一端与球铰支架106连接，另一端与铰链A105连接；球铰支架106固定连接在前身骨架200上；眼睛102为微型摄像头，设在头部机壳101上，且与微计算机电连接；

所述前身骨架200采用桁架结构，顶部与颈部伸缩杆104连接；

所述后身骨架300采用桁架结构，顶部与前身骨架200底部通过球铰链连接；

所述前腿机构400包括吸盘A401、掌部旋转电机402、前腿前臂403、前腿肘部伸缩杆404、前腿大臂405、腕部伸缩杆406、爪部A407、掌部机壳408及联接板A409，吸盘A401设在掌部机壳408上；掌部旋转电机402的机座固定在联接板A409上，掌部旋转电机402通过球铰链与前腿前臂403连接，掌部旋转电机402转动带动掌部旋转；前腿前臂403与前腿大臂405通过肘部铰链连接；前腿肘部伸缩杆404一端固定在前腿前臂403上，另一端固定在前腿大臂405上，前腿肘部伸缩杆404通过伸缩改变前腿大臂405与前腿前臂403之间的角度；腕部伸缩杆406由液压驱动，且腕部伸缩杆460与前腿前臂403通过铰链连接，腕部伸缩杆406与联接板A409通过球铰链连接；爪部A407通过铰链连接于掌部机壳408；

所述后腿机构500包括后腿大臂501、后腿前臂502、腕部电机503、掌部旋转电机504、爪部B505、吸盘B506、腕部伸缩杆507、后腿肘部伸缩杆508、联接板B509及腕部联接块510，后腿大臂501与后腿前臂502通过肘部铰链连接；腕部电机503的转动端与后腿前臂502固定相连，腕部电机503外部与腕部联接块510固定相连；掌部旋转电机504与腕部联接块510通过球铰链连接，掌部旋转电机504的机座固定在联接板B509上；腕部伸缩杆507由液压驱动，且一端与腕部联接块510通过铰链连接，另一端与联接板B509通过球铰链连接；后腿肘部伸缩杆508一端固设在后腿大臂501上，另一端固设在后腿前臂502上，通过伸缩改变后腿大臂501与后腿前臂502之间的角度；

所述前腿肩部机构600包括前臂电机601、齿轮A602、齿轮B603、蜗轮A604、电机A605、电机B606及蜗杆A607，其中，前臂电机601的转动端与齿轮B603固定相连，电机A605与齿轮A602相连且与蜗轮A604相固定，齿轮A602与齿轮B603啮合，电机B606驱动蜗杆A607，蜗杆A607驱动蜗轮A604；

所述后腿肩部机构700包括后臂电机701、齿轮C702、齿轮D703、蜗轮B704、电机C705、电机D706及蜗杆B707，其中，后臂电机701的转动端与齿轮D703固定相连，电机C705与齿轮C702相连且与蜗轮B704相固定，齿轮C702与齿轮D703啮合，电机D706驱动蜗杆B707；蜗杆B707驱动蜗轮B704；

所述翅膀机构800包括翅膀骨架801、电机E802、螺杆803、螺母滑块804、伸缩杆A805、铰链B806、铰链C807及翅膀皮层，其中：翅膀骨架801采用平行四杆机构；电机E802驱动螺杆803转动；螺母滑块804一端与铰链B806相固定，另一端连接在螺杆803上；伸缩杆A805与翅膀骨架801通过球铰链连接，并控制翅膀骨架801挥动；铰链C807一端与翅膀骨架801连接；及翅膀皮层覆盖设在翅膀骨架801上；

所述尾部装置900包括骨架A901、钢丝牵引机构902、骨架B903、骨架C904、骨架D905、尾部抓取机构、拉伸管A908、拉伸管B909、拉伸管C910、拉伸管D911、铰链D913及伸缩杆B914，其中：拉伸管A908、拉伸管B909、拉伸管C910及拉伸管D911的两端都分别固定在骨架A901与骨架E907上；作用于拉伸管A908的钢丝牵引机构902固定在骨架A901上；骨架A901通过球铰链连接伸缩杆B914，伸缩杆B914通过伸缩实现骨架A901上下左右摆动；为尾部塑型的骨架B903、骨架C904及骨架D905分别固定在拉伸管A908的三个位置上；

所述微计算机设在机器人前身腔内，控制整个机器人。

进一步地，所述头部机壳101采用内部中空机构，内部设有与微计算机电连接的温度传感器、湿度传感器及音频采集器。

进一步地，所述前腿前臂403、前腿大臂405、后腿大臂501及后腿前臂502外表面设有以碳纤维做成的“网状外骨骼”。

进一步地，所述蜗轮A604还包括内置的滑动轴承，滑动轴承连接机器人前身骨架200，所述蜗轮B704还包括内置的滑动轴承，滑动轴承连接机器人后身骨架300。

进一步地，所述翅膀皮层为两层材料合成，一层采用富有弹性及韧度的聚亚安酯，另一层采用碳纳米电致伸缩材料。

进一步地，所述钢丝牵引机构902由基座9021、电机9022、齿轮E9025、内齿轮9026、齿轮F9027、轴A9023、轴B9024、轴C9028、轴D9029、轴E9030构成，其中：电机9022固定在基座9021上，电机驱动轴E9030，齿轮F9027固定在轴E9030上，齿轮F9027与内齿轮9026啮合，内齿轮9026采用滑动轴承连接在基座9021中，内齿轮9026与齿轮E9025啮合。

进一步地，所述尾部抓取机构由骨架E907、尾部爪子906、伸缩杆C912、滑块915、连接件916、支杆917构成，其中：尾部爪子906通过铰链连接在骨架E907上且与支杆917通过铰链连接；支杆917与连接件916通过球铰链连接；连接件916与滑块915固定连接；滑块915的三条分支通过滑动轴承连接在骨架E907上；滑块915的末端与伸缩杆C912连接，伸缩杆C912固定在骨架E907上。

进一步地，所述拉伸管A908、拉伸管B909、拉伸管C910外层均为硅胶软管，管内为高弹性钢条与钢丝绳，且钢条两端都分别固定在所述骨架A901与骨架E907上；拉伸管D911外层为硅胶软管，管内为高弹性钢条及液压管，钢条两端固定在所述骨架A901与骨架E907上，液压管连接到伸缩杆C912上并驱动伸缩杆C912伸缩运动。

进一步地，所述机器人还包括腰部避震悬挂机构1000，腰部避震悬挂机构1000包括铰链E1001、弹簧1002、伸缩杆D1003、滑动杆1004、前身骨架200及后身骨架300，铰链E1001固定在前身骨架200上；伸缩杆D1003一端连接铰链E1001，另一端通过球铰链与滑动杆1004连接；滑动杆1004的左右两端通过内置轴承连接在后身骨架300上，同时弹簧1002向前压紧滑动杆1004的两端。

进一步地，所述机器人还包括覆设于整个机器人外部的外皮，所述外皮采用弹性硅胶制成，外皮表层还设有一层为机器人供电的微型太阳能金属板。

本发明实施例通过提出一种四足仿生机器人，包括头颈部机构100、前身骨架200、后身骨架300、前腿机构400、后腿机构500、前腿肩部机构600、后腿肩部机构700、翅膀机构800、尾部装置900及微计算机，整个运动机构及部件的机械自由度十分丰富，克服机器人结构简单无法适应复杂地形问题，使机器人能实现跳跃、滑翔、攀爬各类复杂动作。

附图说明

图1是本发明实施例的俯视结构示意图。

图2是本发明实施例的侧面结构示意图。

图3是本发明实施例的头颈部机构一个角度结构示意图。

图4是本发明实施例的头颈部机构另一个角度结构示意图。

图5是本发明实施例的头颈部机构侧面结构示意图。

图6是本发明实施例的前身骨架结构示意图。

图7是本发明实施例的后身骨架结构示意图。

图8是本发明实施例的前腿机构结构示意图。

图9是本发明实施例的后腿机构结构示意图。

图10是本发明实施例的前腿肩部机构一个角度结构示意图。

图11是本发明实施例的前腿肩部机构另一个角度结构示意图。

图12是本发明实施例的后腿肩部机构一个角度结构示意图。

图13是本发明实施例的后腿肩部机构另一个角度结构示意图。

图14是本发明实施例的翅膀机构一个角度结构示意图。

图15是本发明实施例的翅膀机构另一个角度结构示意图。

图16是本发明实施例的翅膀骨架结构示意图。

图17是本发明实施例的尾部装置立体结构示意图。

图18是本发明实施例的尾部末端A的放大的立体结构示意图。

图19是本发明实施例的尾部装置前端放大的立体结构示意图。

图20是本发明实施例的腰部避震悬挂机构一个角度结构示意图。

图21是本发明实施例的腰部避震悬挂机构一个角度结构示意图。

附图标号说明

头颈部机构100

头部机壳101

眼睛102

鳞片103

颈部伸缩杆104

铰链A105

球铰支架106

前身骨架200

后身骨架300

前腿机构400

吸盘A401

掌部旋转电机402

前腿前臂403

前腿肘部伸缩杆404

前腿大臂405

腕部伸缩杆406

爪部A407

掌部机壳408

联接板A409

后腿机构500

后腿大臂501

后腿前臂502

腕部电机503

掌部旋转电机504

爪部B505

吸盘B506

腕部伸缩杆507

后腿肘部伸缩杆508

联接板B509

腕部联接块510

前腿肩部机构600

前臂电机601

齿轮A602

齿轮B603

蜗轮A604

电机A605

电机B606

蜗杆A607

后腿肩部机构700

后臂电机701

齿轮C702

齿轮D703

蜗轮B704

电机C705

电机D706

蜗杆B707

翅膀机构800

翅膀骨架801

电机E802

螺杆803

螺母滑块804

伸缩杆A805

铰链B806

铰链C807

轴承支架809

尾部装置900

骨架A901

钢丝牵引机构902

骨架B903

骨架C904

骨架D905

尾部爪子906

骨架E907

拉伸管A908

拉伸管B909

拉伸管C910

拉伸管D911

伸缩杆C912

铰链D913

伸缩杆B914

滑块915

连接件916

支杆917

腰部避震悬挂机构1000

铰链E1001

弹簧1002

伸缩杆D1003

滑动杆1004。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

请参照图1～图3，本发明实施例的四足仿生机器人包括头颈部机构100、前身骨架200、后身骨架300、前腿机构400、后腿机构500、前腿肩部机构600、后腿肩部机构700、翅膀机构800、尾部装置900及微计算机。

头颈部机构100包括头部机壳101、眼睛102、鳞片103、颈部伸缩杆104、铰链A105及球铰支架106，头部机壳101与前身骨架200顶端通过球铰连，铰链A105连接在头部机壳101的颈部位置；鳞片103设在头部机壳101的颈部位置上；颈部伸缩杆104的一端与球铰支架106连接，另一端与铰链A105连接；球铰支架106固定连接在前身骨架200上。眼睛102为微型摄像头，设在头部机壳101上，且与微计算机电连接。眼睛102采用微型摄像头来采集周边的图片信息，并传输到微型计算机进行分析处理，实现对物体进行测距、定位及其他图形识别功能。头部机壳101的材料可以采用工程塑料，颈部伸缩杆104及铰链A105可采用普通的车铣刨磨来进行制造。

作为一种实施方式，头部机壳101采用内部中空机构，内部设有与微计算机电连接的温度传感器、湿度传感器及音频采集器，使头部还可以采集周围环境的温度、湿度及声音的信息。

作为一种实施方式，伸缩杆104数量为2条，整个头部的动作由两条颈部伸缩杆104的伸缩长度差异进行控制，可以实现头部上下左右多方位的扭动。

前身骨架200采用桁架结构，顶部与颈部伸缩杆104连接，前身骨架200的材料可采用铬合金。采用铬合金的桁架结构使得整体重量更轻，同时有提高整体结构的刚度及稳定性，不易变形。

后身骨架300采用桁架结构，顶部与前身骨架200底部通过球铰链连接。后身骨架300的材料可采用铬合金，采用铬合金的桁架结构使得整体重量更轻，同时有提高整体结构的刚度及稳定性，不易变形。

前腿机构400包括吸盘A401、掌部旋转电机402、前腿前臂403、前腿肘部伸缩杆404、前腿大臂405、腕部伸缩杆406、爪部A407、掌部机壳408及联接板A409。吸盘A401设在掌部机壳408上。掌部旋转电机402的机座固定在联接板A409上，掌部旋转电机402通过球铰链与前腿前臂403连接，掌部旋转电机402转动带动掌部旋转，使掌部可实现360度旋转。前腿前臂403与前腿大臂405通过肘部铰链连接。前腿肘部伸缩杆404一端固定在前腿前臂403上，另一端固定在前腿大臂405上，前腿肘部伸缩杆404通过伸缩改变前腿大臂405与前腿前臂403之间的角度，使前腿大臂405与前腿前臂403之间实现80º~170º的角度伸展变化。腕部伸缩杆406由液压驱动，且腕部伸缩杆460与前腿前臂403通过铰链连接，腕部伸缩杆406与联接板A409通过球铰链连接，腕部伸缩杆460通过伸缩，可实现带动掌部上下左右30度范围内的摆动。爪部A407通过铰链连接于掌部机壳408。

作为一种实施方式，前腿大臂405及前腿前臂403外部可采用塑料外壳，内部采用强度足够且体积小的铝合金杆件，杆件及塑料外壳之间的空间用于电缆走线及各类传感器布置。前腿大臂405及前腿前臂403的塑料外壳上附有以碳纤维做成的“网状外骨骼”，该网状机构起到吸收振动，提供机械抗疲劳强度的作用。

后腿机构500包括后腿大臂501、后腿前臂502、腕部电机503、掌部旋转电机504、爪部B505、吸盘B506、腕部伸缩杆507、后腿肘部伸缩杆508、联接板B509及腕部联接块510。后腿大臂501与后腿前臂502通过肘部铰链连接。腕部电机503的转动端与后腿前臂502固定相连，腕部电机503外部与腕部联接块510固定相连，腕部电机503的转动，控制腕部联接块510的左右转动。掌部旋转电机504与腕部联接块510通过球铰链连接，掌部旋转电机504的机座固定在联接板B509上，掌部旋转电机504转动带动掌部实现-170º~170º的旋转。腕部伸缩杆507为2个，由液压驱动，且一端与腕部联接块510通过铰链连接，另一端与联接板B509通过球铰链连接，通过两个腕部伸缩杆507的不同伸缩量实现联接板B509带动掌部实现上下左右30度范围内的摆动。后腿肘部伸缩杆508一端固设在后腿大臂501上，另一端固设在后腿前臂502上，通过伸缩改变后腿大臂501与后腿前臂502之间的角度，使后腿大臂501与后腿前臂502之间实现80º~170º的角度伸展变化。

作为一种实施方式，后腿大臂501及后腿前臂502外部可采用塑料外壳，内部采用强度足够且体积小的铝合金杆件，杆件及塑料外壳之间的空间用于电缆走线及各类传感器布置。后腿大臂501及后腿前臂502的塑料外壳上附有以碳纤维做成的“网状外骨骼”，该网状机构起到吸收振动，提供机械抗疲劳强度的作用。

腕部包括掌部基座411（图未示出）、掌部机壳408、爪部A407、弹簧412（图未示出）、吸盘A401、联接板A409、铰链410（图未示出）、腕部伸缩杆406、掌部旋转电机402及撑杆413（图未示出）。

前腿前臂403与掌部旋转电机402通过球铰链连接；掌部旋转电机402的机座固定在联接板A409上，并通过掌部旋转电机402的转动实现掌部的旋转；腕部伸缩杆406由液压驱动，且腕部伸缩杆460与前腿前臂403通过铰链410连接，腕部伸缩杆406与联接板A409通过球铰链连接，并通过左右两个腕部伸缩杆的不同伸缩量实现联接板A409带动掌部实现上下左右不同角度的摆动。掌部机壳408固定在掌部基座411上，掌部机壳408与爪部A407采用铰链连接；同时撑杆413通过液压作用向上撑起爪部A407的尾端，使爪部A407实现向前弯钩功能；弹簧412两端分别固定在掌部机壳408与爪部A407上，且弹簧412在装配时已经处于预压缩状态，使得弹簧412、爪部A407、撑杆413始终保持紧密接触，当撑杆413下降时，爪部A407在弹簧412的弹力作用下向后抬起。吸盘A401一端与掌部机壳408固定相连（相连部位可拆卸）。

作为一种实施方式，可在机器人的后身体腔内设置微型抽真空机，微型抽真空机作用于吸盘A401，增强吸盘A401的吸附性能。

前腿肩部机构600包括前臂电机601、齿轮A602、齿轮B603、蜗轮A604、电机A605、电机B606及蜗杆A607。前臂电机601的机壳及其减速器与前腿大臂405固定相连，前臂电机601的转动端与齿轮B603固定相连；通过前臂电机601的转动，控制前腿的左右转动。齿轮A602与电机A605相连，电机A605的转动驱动齿轮A602转动；齿轮A602与齿轮B603啮合，齿轮A602为主动轮，齿轮B603为从动轮；电机A605与蜗轮A604相固定；蜗轮A604通过内置的滑动轴承连接机器人前身骨架200，同时蜗轮A604由蜗杆A607驱动；蜗杆A607由电机B606驱动。齿轮B603可以平行纸面方向360度旋转，蜗轮A604可以垂直纸面方向-80º~80º旋转。

作为一种实施方式，齿轮B603及蜗轮A604的材料均为40Cr，加工工艺为蜗轮与齿轮分别制造，然后采用冷焊接，把蜗轮、齿轮分别与其对应的剩余部分采用冷焊接。

后腿肩部机构700包括后臂电机701、齿轮C702、齿轮D703、蜗轮B704、电机C705、电机D706及蜗杆B707。后臂电机701的机壳及其减速器与后腿大臂501固定相连，后臂电机701的转动端与齿轮D703固定相连；通过后臂电机701的转动，控制后腿的左右转动。齿轮C702与电机C705相连，电机C705的转动驱动齿轮C702转动；齿轮C702与齿轮D703啮合，齿轮C702为主动轮，齿轮D703为从动轮；电机C705与蜗轮B704相固定；蜗轮B704通过内置的滑动轴承连接机器人后身骨架300，同时蜗轮B704由蜗杆B707驱动；蜗杆B707由电机D706驱动。齿轮D703可以平行纸面方向360度旋转，蜗轮B704可以垂直纸面方向-80º~80º旋转。

作为一种实施方式，齿轮B603、蜗轮A604、齿轮D703及蜗轮B704的材料均为40Cr，加工工艺为蜗轮与齿轮分别制造，然后采用冷焊接，把蜗轮、齿轮分别与其对应的剩余部分采用冷焊接。

翅膀机构800包括翅膀骨架801、电机E802、螺杆803、螺母滑块804、铰链B806、铰链C807、伸缩杆A805、轴承支架809及翅膀皮层。

翅膀骨架801采用平行四杆机构，不仅可以伸展收缩，在飞行时展开翅膀以获得足够大的受力面积，在不飞行时收缩翅膀以减小飞行机器人的整体体积，让机器人在不同环境下保持行动灵活性。

电机E802固定在机器人前身骨架200上，螺杆803的一端与电机E802固定连接，另一端安装在轴承支架809中；轴承支架809固定连接在机器人前身骨架200上。电机E802驱动螺杆803转动。螺母滑块804的一端通过内置轴承连接在机器人前身骨架200上，并与铰链B806相固定；螺母滑块804的另一端连接在螺杆803上，并随丝轴螺杆803的转动而前后移动。铰链B806通过内置轴承连接在机器人前身骨架200上，同时又与螺母滑块804相固定，所以当丝轴移动时，铰链B806也随着移动，从而控制翅膀骨架801的展开与收缩。铰链C807一端与翅膀骨架801连接，另一端通过内置轴承连接在机器人前身骨架200上，可以转动，但同时也由机器人前身骨架200限制了移动。伸缩杆A805与机器人前身骨架200通过球铰链连接，同时伸缩杆A805也与翅膀骨架801通过球铰链连接；伸缩杆A805通过伸缩控制翅膀骨架801的挥动。

作为一种实施方式，翅膀骨架801采用铬合金的桁架结构，使得翅膀机构刚度足，结构稳定，耐疲劳性强，抗风载能力强。翅膀骨架801在伸展与收缩的同时，还可以上下挥动。

作为一种实施方式，翅膀皮层为两层材料合成，第一层材料主要是聚亚安酯，富有弹性，及韧度；第二层主要是碳纳米电致伸缩材料（又称为介电弹性材料），这类材料很柔软，在电场作用下可以发生形变及硬化。当翅膀骨架801展开后，给翅膀皮层通电，使翅膀皮层硬化，从而机器人可以在空中滑翔；当翅膀骨架801收缩时，给翅膀皮层断电，使翅膀皮层顺利软化，从而有助于翅膀骨架801的收缩。翅膀皮层的通断电使翅膀起到滑翔翼的作用。

作为一种实施方式，所述伸缩杆A805为采用由液压系统驱动的伸缩杆或微型线型致动器驱动的伸缩杆。

尾部装置900包括骨架A901、钢丝牵引机构902、骨架B903、骨架C904、骨架D905、尾部抓取机构、拉伸管A908、拉伸管B909、拉伸管C910、拉伸管D911、铰链D913及伸缩杆B914。

拉伸管A908、拉伸管B909、拉伸管C910及拉伸管D911的两端都分别固定在骨架A901与骨架E907上。作用于拉伸管A908的钢丝牵引机构902固定在骨架A901上，钢丝牵引机构902通过牵引拉动拉伸管A908内部的钢丝绳，使作用在尾部机构上的力分配产生变化，从而促使尾部机构整体产生弯曲。骨架A901通过球铰链连接伸缩杆B914，伸缩杆B914通过伸缩实现骨架A901上下左右摆动；为尾部塑型的骨架B903、骨架C904及骨架D905分别固定在拉伸管A908的三个位置上。当机器人展开翅膀在空中滑翔时，机器人整个尾部机构（包含尾部抓取机构）对机器人的滑翔 起到“尾舵”的作用；控制中心通过控制，尾部机构的各个零部件，使尾部产生不同方向的摆动，从来在滑翔过程中对空气产生不同的空气力学作用，改变机器人的滑翔方向。

钢丝牵引机构902由基座9021、电机9022、齿轮E9025、内齿轮9026、齿轮F9027、轴A9023、轴B9024、轴C9028、轴D9029、轴E9030构成（图未示出），其中：电机9022为偏心电机并固定在基座9021上，电机驱动轴E9030，齿轮F9027固定在轴E9030上，齿轮F9027与内齿轮9026啮合，内齿轮9026采用滑动轴承连接在基座9021中，内齿轮9026与齿轮E9025啮合。齿轮F9027与齿轮E9025的齿数、模数均相同，通过内齿轮9026的作用后，齿轮F9027与齿轮E9025的转动速度及转动方向均相同。齿轮E9025与轴A9023固定相连，当齿轮E9025转动，轴A9023也一起转动。轴A9023、轴B9024、轴C9028、轴D9029均通过两端的轴承固定在基座9021上，且这四根轴表面都设有一层增强摩擦的橡胶层；轴A9023、轴B9024、轴E9030的直径大小相同，且轴A9023与轴B9024之间的距离、轴C9028与轴D9029之间的距离均刚刚略小于拉伸管A908内部的钢丝绳的直径。此外，拉伸管A908内部的钢丝绳的一端固定在轴E9030上，并在轴E9030上缠绕足够多的圈数后，从同一侧绕过轴A9023，经过轴A9023与轴B9024之间的缝隙，再通过轴C9028与轴D9029之间的缝隙，最后通过拉伸管A908内部连接到骨架E907上。

轴E9030与轴A9023具有相同的转速与转动方向，同时由轴A9023、轴B9024、轴C9028、轴D9029对由拉伸管A908内部延伸出来的钢丝绳的限位作用。钢丝绳通过拉伸管A908拉伸与收缩时，其左右位置不会产生偏移，而前后拉伸或收缩的长度能得到精准的控制；并且钢丝绳能在一个较小的空间内实现有序的送出及回收功能，使得机器人的尾部结构更精简，占用空间更小。

尾部抓取机构由骨架E907、尾部爪子906、伸缩杆C912、滑块915、连接件916、支杆917构成，其中：尾部爪子906通过铰链连接在骨架E907上且与支杆917通过铰链连接；支杆917与连接件916通过球铰链连接；连接件916与滑块915固定连接；滑块915的三条分支通过滑动轴承连接在骨架E907上；滑块915的末端与伸缩杆C912连接，伸缩杆C912固定在骨架E907上。

拉伸管A908、拉伸管B909、拉伸管C910外层均为硅胶软管，管内为高弹性钢条与钢丝绳，且钢条两端都分别固定在所述骨架A901与骨架E907上；拉伸管D911外层为硅胶软管，管内为高弹性钢条及液压管，钢条两端固定在所述骨架A901与骨架E907上，液压管连接到伸缩杆C912上并驱动伸缩杆C912伸缩运动。

伸缩杆C912由液压缸、由液压控制前后移动的液压杆组成，其中，液压缸固定在骨架E907上，伸缩杆C912的移动部分液压杆与滑块915的末端相连接，液压杆可以由液压控制前后移动。

尾部爪子906是由橡胶制成，根部宽、末端窄，且中间部分分段镂空。当三支尾部爪子906抓取物体时，可以实现尾部爪子906的弯曲，使得爪子能够包裹住比爪子小的物体，防止物体滑落。机器人的尾部实现抓取物体的功能，这使得机器人可以在恶劣的环境下代替人类进行样品采集工作。

微计算机设在机器人前身腔内，控制整个机器人。

作为一种实施方式，机器人还包括腰部避震悬挂机构1000，腰部避震悬挂机构1000包括铰链E1001、弹簧1002、伸缩杆D1003、滑动杆1004、前身骨架200及后身骨架300。前身骨架200与后身骨架300之间通过球铰链连接。此外铰链E1001固定在前身骨架200上。伸缩杆D1003一端连接铰链E1001，另一端通过球铰链连接在滑动杆1004上。滑动杆1004的左右两端通过内置轴承连接在后身骨架300上；同时滑动杆1004的两端由弹簧1002（弹簧1002在装配时已提前进行预紧处理）向前压紧。微计算机通过控制两条伸缩杆D1003的伸缩量实现前身骨架200与后身骨架300之间的上下左右扭动，同时铰链E1001、弹簧1002、伸缩杆D1003、滑动杆1004还对整个腰部起到避震得悬挂效果。机器人的腰部避震悬挂机构1000可以提高机器人平衡性，配合运动轨迹自调整，可以实现机器人主体的平稳移动，以减少能耗，进而提升机器人整体性能。

作为一种实施方式，机器人还包括覆设于整个机器人外部的外皮，所述外皮采用弹性硅胶制成，外皮表层还设有一层为机器人供电的微型太阳能金属板。微型太阳能金属板既可以保护机器人的内部，又不对机器人各运动部件的运动范围产生影响，同时由于可以吸收太阳能，所以在室外工作环境中，外皮还可以给机器人的电力系统进行太阳能充电，提高机器人续航能力。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (10)

1.一种四足仿生机器人，其特征在于，所述机器人包括头颈部机构（100）、前身骨架（200）、后身骨架（300）、前腿机构（400）、后腿机构（500）、前腿肩部机构（600）、后腿肩部机构（700）、翅膀机构（800）、尾部装置（900）及微计算机，其中：

所述头颈部机构（100）包括头部机壳(101)、眼睛(102)、鳞片(103)、颈部伸缩杆(104)、铰链A(105)及球铰支架(106)，头部机壳(101)与前身骨架(200)顶端通过球铰连，铰链A(105)连接在头部机壳(101)的颈部位置；鳞片(103)设在头部机壳(101)的颈部位置上；颈部伸缩杆(104)的一端与球铰支架(106)连接，另一端与铰链A(105)连接；球铰支架(106)固定连接在前身骨架(200)上；眼睛(102)为微型摄像头，设在头部机壳(101)上，且与微计算机电连接；

所述前身骨架（200）采用桁架结构，顶部与颈部伸缩杆(104)连接；

所述后身骨架（300）采用桁架结构，顶部与前身骨架（200）底部通过球铰链连接；

所述前腿机构（400）包括吸盘A(401)、掌部旋转电机(402)、前腿前臂(403)、前腿肘部伸缩杆(404)、前腿大臂(405)、腕部伸缩杆(406)、爪部A(407)、掌部机壳(408)及联接板A(409)，吸盘A(401)设在掌部机壳(408)上；掌部旋转电机(402)的机座固定在联接板A(409)上，掌部旋转电机(402)通过球铰链与前腿前臂(403)连接，掌部旋转电机(402)转动带动掌部旋转；前腿前臂(403)与前腿大臂(405)通过肘部铰链连接；前腿肘部伸缩杆(404)一端固定在前腿前臂(403)上，另一端固定在前腿大臂(405)上，前腿肘部伸缩杆(404)通过伸缩改变前腿大臂(405)与前腿前臂(403)之间的角度；腕部伸缩杆(406)由液压驱动，且腕部伸缩杆(460)与前腿前臂(403)通过铰链连接，腕部伸缩杆(406)与联接板A(409)通过球铰链连接；爪部A(407)通过铰链连接于掌部机壳(408)；

所述后腿机构(500)包括后腿大臂(501)、后腿前臂(502)、腕部电机(503)、掌部旋转电机(504)、爪部B(505）、吸盘B(506)、腕部伸缩杆(507)、后腿肘部伸缩杆(508)、联接板B(509)及腕部联接块(510)，后腿大臂(501)与后腿前臂(502)通过肘部铰链连接；腕部电机(503)的转动端与后腿前臂(502)固定相连，腕部电机(503)外部与腕部联接块(510)固定相连；掌部旋转电机(504)与腕部联接块(510)通过球铰链连接，掌部旋转电机(504)的机座固定在联接板B(509)上；腕部伸缩杆(507)由液压驱动，且一端与腕部联接块(510)通过铰链连接，另一端与联接板B(509)通过球铰链连接；后腿肘部伸缩杆(508)一端固设在后腿大臂(501)上，另一端固设在后腿前臂(502)上，通过伸缩改变后腿大臂(501)与后腿前臂(502)之间的角度；

所述前腿肩部机构（600）包括前臂电机(601)、齿轮A（602）、齿轮B(603)、蜗轮A(604)、电机A(605)、电机B(606)及蜗杆A(607)，其中，前臂电机(601)的转动端与齿轮B(603)固定相连，电机A(605)与齿轮A（602）相连且与蜗轮A(604)相固定，齿轮A（602）与齿轮B(603)啮合，电机B(606)驱动蜗杆A(607)，蜗杆A(607)驱动蜗轮A(604)；

所述后腿肩部机构(700)包括后臂电机(701)、齿轮C(702)、齿轮D(703)、蜗轮B(704)、电机C(705)、电机D(706)及蜗杆B(707)，其中，后臂电机(701)的转动端与齿轮D(703)固定相连，电机C(705)与齿轮C(702)相连且与蜗轮B(704)相固定，齿轮C(702)与齿轮D(703)啮合，电机D(706)驱动蜗杆B(707)；蜗杆B(707)驱动蜗轮B(704)；

所述翅膀机构（800）包括翅膀骨架(801)、电机E(802)、螺杆(803)、螺母滑块(804)、伸缩杆A(805)、铰链B(806)、铰链C(807)及翅膀皮层，其中，翅膀骨架(801)采用平行四杆机构；电机E(802)驱动螺杆(803)转动；螺母滑块(804)一端与铰链B(806)相固定，另一端连接在螺杆(803)上；伸缩杆A(805)与翅膀骨架(801)通过球铰链连接，并控制翅膀骨架(801)挥动；铰链C(807)一端与翅膀骨架(801)连接；及翅膀皮层覆盖设在翅膀骨架(801)上；

所述尾部装置（900）包括骨架A(901)、钢丝牵引机构(902)、骨架B(903)、骨架C(904)、骨架D(905)、尾部抓取机构、拉伸管A(908)、拉伸管B(909)、拉伸管C(910)、拉伸管D(911)、铰链D(913)及伸缩杆B(914)，其中，拉伸管A(908)、拉伸管B(909)、拉伸管C(910)及拉伸管D(911)的两端都分别固定在骨架A(901)与尾部抓取机构上；作用于拉伸管A(908)的钢丝牵引机构(902)固定在骨架A(901)上；骨架A(901)通过球铰链连接伸缩杆B(914)，伸缩杆B(914)通过伸缩实现骨架A(901)上下左右摆动；为尾部塑型的骨架B(903)、骨架C(904)及骨架D(905)分别固定在拉伸管A(908)的三个位置上；

所述微计算机设在机器人前身腔内，控制整个机器人。

2.如权利要求1所述的四足仿生机器人，其特征在于，所述头部机壳(101)采用内部中空机构，内部设有与微计算机电连接的温度传感器、湿度传感器及音频采集器。

3.如权利要求1所述的四足仿生机器人，其特征在于，所述前腿前臂(403)、前腿大臂(405)、后腿大臂(501)及后腿前臂(502)外表面设有以碳纤维做成的“网状外骨骼”。

4.如权利要求1所述的四足仿生机器人，其特征在于，所述蜗轮A(604)还包括内置的滑动轴承，滑动轴承连接机器人前身骨架(200)，所述蜗轮B(704)还包括内置的滑动轴承，滑动轴承连接机器人后身骨架(300)。

5.如权利要求1所述的四足仿生机器人，其特征在于，所述翅膀皮层为两层材料合成，一层采用富有弹性及韧度的聚亚安酯，另一层采用碳纳米电致伸缩材料。

6.如权利要求1所述的四足仿生机器人，其特征在于，所述钢丝牵引机构(902)由基座(9021)、电机(9022)、齿轮E(9025)、内齿轮(9026)、齿轮F(9027)、轴A(9023)、轴B(9024)、轴C(9028)、轴D(9029)、轴E(9030)构成，其中：电机(9022)固定在基座(9021)上，电机驱动轴E(9030)，齿轮F(9027)固定在轴E(9030)上，齿轮F(9027)与内齿轮(9026)啮合，内齿轮(9026)采用滑动轴承连接在基座(9021)中，内齿轮(9026)与齿轮E(9025)啮合。

7.如权利要求1所述的四足仿生机器人，其特征在于，所述尾部抓取机构由骨架E(907)、尾部爪子(906)、伸缩杆C(912)、滑块(915)、连接件(916)、支杆(917)构成，其中：尾部爪子(906)通过铰链连接在骨架E(907)上且与支杆(917)通过铰链连接；支杆(917)与连接件(916)通过球铰链连接；连接件(916)与滑块(915)固定连接；滑块(915)的三条分支通过滑动轴承连接在骨架E(907)上；滑块(915)的末端与伸缩杆C(912)连接，伸缩杆C(912)固定在骨架E(907)上。

8.如权利要求7所述的四足仿生机器人，其特征在于，所述拉伸管A(908)、拉伸管B(909)、拉伸管C(910)外层均为硅胶软管，管内为高弹性钢条与钢丝绳，且钢条两端都分别固定在所述骨架A(901)与骨架E(907)上；拉伸管D(911)外层为硅胶软管，管内为高弹性钢条及液压管，钢条两端固定在所述骨架A(901)与骨架E(907)上，液压管连接到伸缩杆C(912)上并驱动伸缩杆C(912)伸缩运动。

9.如权利要求1所述的四足仿生机器人，其特征在于，所述机器人还包括腰部避震悬挂机构(1000)，腰部避震悬挂机构(1000)包括铰链E(1001)、弹簧(1002)、伸缩杆D(1003)、滑动杆(1004)，铰链E(1001)固定在前身骨架(200)上；伸缩杆D(1003)一端连接铰链E(1001)，另一端通过球铰链与滑动杆(1004)连接；滑动杆(1004)的左右两端通过内置轴承连接在后身骨架(300)上，同时弹簧(1002)向前压紧滑动杆(1004)的两端。

10.如权利要求1所述的四足仿生机器人，其特征在于，所述机器人还包括覆设于整个机器人外部的外皮，所述外皮采用弹性硅胶制成，外皮表层还设有一层为机器人供电的微型太阳能金属板。

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