CN110239644B - 一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，包括头部环境感知模块、控制及通讯模块、柔性脊柱以及支腿；本仿生四足机器人通过柔性脊柱以及在相应控制的协同作用下，可实现现有的四足机器人难以完成的动作，如大步幅的奔跑、原地转向等动作，由于柔性脊柱的作用，机器人能通过弹簧的弹性势能与前后腿部之间动能的循环转换，使躯干更平稳，减小了复杂地形上由于躯体的惯性而导致的运动失稳，提高稳定性。并且还将其运动性能与环境感知模块以及机器人控制及通讯模块的结合下，能实现四足机器人自主避障与路径规划的功能。

Description

一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人。

背景技术

足式机器人是目前机器人领域研究的热点，足式机器人主要分为双足机器人，四足机器人和多足机器人。其中以美国波士顿动力公司研发的系列机器狗代表着四足机器人的较高水平。但是目前四足机器人的研究主要集中于腿部运动及控制，绝大部分的四足机器人的躯干都是刚体结构。

专利文献CN201711260907.1公开了“能适应复杂崎岖地形的高负载能力的电驱动四足机器人”其采用12个自由度的电机驱动的四足机器人结构形式，其躯干为三根金属杆和两块前后板梁装配固定的结构形式，是比较常见的全刚性躯干结构，其躯干灵活性较差。

专利文献CN201810579078.1公开了“一种多自由度四足仿生机器人”，其躯干采用六自由度的并联机构和四个驱动器的躯干结构方案，躯干具有一定的柔性。但与动物只有一根柔性脊柱不同，这个专利有六根可伸缩及转动的并联机构交叉布置，结构体积较大，控制冗余且复杂，不适合于有高速奔跑需求的四足机器人。

目前绝大多数的四足机器人的躯干是刚体结构，要想提高四足机器人的奔跑速度就必须得提高机器人的电机转矩，但电机的转矩与电机的体积重量成正相关，在电机功率密度无法大幅提高的情况下，四足机器人的奔跑速度的提高很难实现。同时，刚体躯干的四足机器人转向不够灵活，环境适应能力不强，在崎岖不平的路面上行走或奔跑容易失稳，摔倒。而且刚性躯干的四足机器人能量利用率相对较低，对于需要携带锂电池的四足机器人来说，能量利用效率越高越好。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，具有高速奔跑能力，以及机器人躯体具有高度的灵活性、可控性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，包括头部环境感知模块、控制及通讯模块、柔性脊柱以及支腿；其中，

所述柔性脊柱由多块脊椎骨串接而成；所述脊椎骨包括头椎 骨、尾椎骨以及中间椎骨，头椎 骨与中间椎骨靠近尾椎骨的一面凸台上设有球关节，尾椎骨与中间椎骨靠近头椎 骨的一面凸台上开设有与球关节匹配的球形凹槽，球形凹槽上加设有两个通过螺钉固定的压垫，两个压垫组合形成垫圈，以组合球关节与凹槽，将每块脊椎骨两两连接；每块脊椎骨的侧面都凸设有四个凸台，每两块凸台位置一一对应并且之间连接有压簧，且凸台上均开设有通孔，用于穿设钢丝绳，钢丝绳在柔性脊柱的首端固定，另一端穿过所有脊椎骨上位于同一对应位置的凸台的通孔，柔性脊柱的尾端加设绳驱脊椎电机，钢丝绳在柔性脊柱的尾端穿出后连接至绳驱脊椎电机主轴上，在绳驱脊椎电机上安装有旋转编码器；在所述柔性脊柱首端、中部以及尾端分别装配安装有电子陀螺仪，安装在首端位置处的电子陀螺仪作为基点陀螺仪，三个电子陀螺仪用以测量仿生脊柱的姿态变化；在所述述柔性脊柱的首端和尾端均装配有力矩传感器；

所述支腿设置有四条，在所述柔性脊柱的首端和尾端各装配由两条；每一所述支腿具有三自由度，以实现髋关节侧摆、正摆以及膝关节转动，三个自由度的运动由三个支腿电机来驱动完成，在每一支腿电机中均安装有旋转编码器；在每一所述支腿的足端均安装有力矩传感器，用以收集足端的力矩变化；

所述头部环境感知模块用于监测机器人所处位置的周边障碍物情况，并根据周边障碍物情况生成机器人避障行走路线，用以传输至所述控制及通讯模块；

所述控制及通讯模块包括十六块电机驱动板以及机器人中央控制器；所述十六块电机驱动板由十二个支腿电机驱动板以及四个绳驱脊椎电机驱动板组成；所述机器人中央控制器用于接收各个电子陀螺仪、力矩传感器以及旋转编码器所检测到的信息，以生成下一时刻机器人的步态规划，所述机器人中央控制器还用于根据头部环境感知模块所监测到的障碍物情况来生成的机器人避障行走路线，并对绳驱脊椎电机驱动板及支腿电机驱动板下达控制指令实施上述所生成的步态规划以及机器人避障行走路线。

所述生成下一时刻机器人的步态规划通过位置控制和力矩控制实现。

所述位置控制包括：通过基点陀螺仪以及柔性脊柱中部、尾端的电子陀螺仪位姿数据推算得到柔性脊柱首尾两端的位姿状态，以及通过支腿电机上的旋转编码器所测量到的转动角度数据来计算得到前、后支腿足端的空间位置。

所述力矩控制包括：在每个支腿着地时刻，前后支腿足端的所受力矩与柔性脊柱首尾两端力矩的矢量差为髋关节和膝关节必须提供的最小力矩，并根据跃奔步态的仿真模拟确定柔性脊柱与四足耦合运动的动力学模型以确定腿部电机的力矩输出。

所述控制及通讯模块还包括电控箱体、电源管理电路板及锂电池，所述十六块电机驱动板、机器人中央控制器、电源管理电路板及锂电池均安装在电控箱体内，所述电控箱体安装在所述柔性脊柱中，所述电源管理电路板及锂电池用于对所述十六块电机驱动板及机器人中央控制器提供电能分配。

所述头部环境感知模块包括二自由度云台、双目摄像头、毫米波雷达以及处理器；所述二自由度云台安装在所述电控箱体的表面上，拥有俯仰和回转两个自由度；所述双目摄像头、毫米波雷达均安装在所述二自由度云台，以用于监测机器人所处位置的周边障碍物情况，并将所监测到的障碍物情况传输至处理器，由处理器生成机器人避障行走路线。

所述支腿包括髋关节正摆电机、大腿杆、小腿杆、膝关节电机、髋关节侧摆电机、膝关节摇杆以及膝关节驱动连杆；所述髋关节正摆电机的转子与支腿的大腿杆装配固定，大腿杆通过膝关节转轴与小腿杆装配连接，小腿杆相对于大腿杆转动；膝关节电机的转子主轴与膝关节摇杆通过平键过盈装配，膝关节驱动连杆通过转动销轴一端与膝关节摇杆装配连接一端与小腿杆装配连接；膝关节摇杆、膝关节驱动连杆及小腿杆组成一个双摇杆机构，当膝关节电机转子转动，膝关节摇杆同步转动，推动膝关节驱动连杆及小腿杆跟随运动；所述膝关节电机与髋关节正摆电机同轴，髋关节侧摆电机主轴与髋关节正摆电机主轴呈90°，两者由髋关节固定件将髋关节侧摆电机的转子和髋关节正摆电机的定子装配固定。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

a拥有一根智能仿生柔性脊柱，可以配合腿部运动增强四足机器人的运动性能：

1.增大步幅：仿生四足机器人充分利用了脊柱伸展及弯曲产生的身长变化来增加步长，进而提高奔跑速度。

2.储存和传输能量：在仿生机器人高速奔跑中，利用柔性脊柱结构中的大量压簧，将压簧的弹性势能与仿生机器人前后腿部之间动能的循环转换，协助腿部运动机构进行能量的吸收和释放，降低了足部接触力和能量损耗，从而提高能量的利用效率及奔跑速度。

3.提升运动的稳定性：通过控制柔性脊柱运动，改变了支撑腿的落地角度和落地位置，使得躯干的质心能够保持在一个平稳光滑的曲线上运动，躯体能够更快速的恢复到稳定状态，减小了复杂地形上由于躯体的惯性而导致的运动失稳，提高稳定性。

b:通过控制柔性脊柱的侧向弯曲及髋关节的侧摆运动可以实现控制四足机器人在狭窄地形下的原地转向运动。

c:通过主动控制柔性脊柱的俯仰弯曲可以控制四足机器人攀爬角度更为陡峭的山坡或者楼梯。

附图说明

图1为基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人的整体结构示意图；

图2为柔性脊柱的整体结构示意图；

图3为柔性脊柱的剖面结构示意图；

图4为中间椎骨的轴侧结构示意图；

图5为中间椎骨的仰视结构示意图；

图6为中间椎骨的俯视结构示意图；

图7为后方的支腿部分整体结构示意图(右后腿大腿部分剖开)；

图8为图7中A部分的放大结构示意图；

图9为仿生四足机器人的头部、环境感知模块以及机器人控制及通讯模块的连接结构示意图；

图10为机器人控制及通讯模块内部结构示意图；

图11为仿生机器人跃奔步态示意图一；

图12为仿生机器人跃奔步态示意图二；

图13为机器人中央控制器的控制原理图；

附图标记说明：1、二自由度云台；11、安装架；12、俯仰关节；13、安装座；14、回转关节；15、转动台；2、头部环境感知模块；21、双目摄像头；22、毫米波雷达；3、机器人控制及通讯模块；31、电控箱体；32、电源管理电路板；33、锂电池；34、十六块电机驱动板；35、机器人中央控制器；4、柔性脊柱；41、头椎 骨；42、尾椎骨；43、中间椎骨；431、球关节；432、凸块；433、球形凹槽；434、通孔；435、凸台；436、压垫；44、绳驱脊椎电机；45、电子陀螺仪；46、力矩传感器；47、钢丝绳；48、压簧；5、支腿；51、前腿固定板架；52、后腿固定板架；53、大腿；531、髋关节侧摆关节；532、髋关节固定件；533、髋关节正摆关节；534、大腿杆；54、小腿；541、小腿杆；542、膝关节；543、膝关节驱动连杆； 544、膝关节摇杆。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，包括柔性脊柱4、头部环境感知模块2、机器人控制及通讯模块3以及四条支腿5，机器人控制及通讯模块3设置在柔性脊柱4的首端，头部环境感知模块2设置机器人控制及通讯模块3上，柔性脊柱4的首端连接在机器人控制及通讯模块3的后方，机器人控制及通讯模块3的前方连接有前腿固定板架51，柔性脊柱4的尾端设有后腿固定板架52，四条支腿5在前腿固定板架51与后腿固定板架52 上均设有两条，柔性脊柱4的首端、中部以及尾端均安装有电子陀螺仪45(附图中未完全示意出)，安装在首端位置处的电子陀螺仪作为基点陀螺仪，三个电子陀螺仪用以测量仿生脊柱的姿态变化；柔性脊柱4的首端与尾端均设置有力矩传感器46(附图中未完全示意出)。

如图2所示，柔性脊柱4由多块脊椎骨组成，脊椎骨包括头椎 骨41、尾椎骨42以及中间椎骨43，脊椎骨的数量可根据机器人需要进行选择，一般7到15块即可组成一个完整的仿生脊柱。如图3至图6所示，头椎 骨41与中间椎骨43靠近尾椎骨42的一面凸设有球关节431，尾椎骨42与中间椎骨43靠近头椎 骨41的一面凸设有凸块432，凸块432上开设有与球关节431匹配的球形凹槽433，球形凹槽433上可加设有2个通过螺钉固定的压垫436，2 个压垫436组合形成垫圈，以组合球关节431与凹槽433，将每块脊椎骨两两连接，整体柔性脊柱4可大幅度地弯曲。每块脊椎骨的侧面都凸设有四个凸台435，每两块凸台435位置一一对应并且之间连接有压簧48，且凸台435上均开设有通孔434，用于穿设钢丝绳47，钢丝绳47在柔性脊柱4的首端固定，另一端穿过所有脊椎骨上位于同一对应位置的凸台435的通孔434，柔性脊柱4的尾端加设绳驱脊椎电机44，钢丝绳47在柔性脊柱4的尾端穿出后连接至绳驱脊椎电机44主轴上，在绳驱脊椎电机44上安装有旋转编码器。这样能通过绳驱脊椎电机44来驱动钢丝绳47，通过拉动不同位置的钢丝绳47来主动驱动柔性脊柱4弯曲，进而可模拟动物肌肉，对脊柱进行弯曲的效果。

如图7所示，支腿5的选择，可多种多样，在本实施例中选用的是三自由度支腿。三自由度支腿主要包括大腿53以及小腿54，大腿53包括髋关节侧摆关节531、髋关节固定件532、髋关节正摆关节533以及大腿杆534，主要用于控制支腿5的侧摆以及正摆，以模拟仿真真实动物的运动模式；而小腿54则包括膝关节542以及小腿杆541，主要用于控制小腿54自身的摆动。每一个关节均装有伺服电机，由伺服电机来控制关节的转动或者摆动，也就是说支腿的三个自由度运动是由三个独立的伺服电机进行驱动的带动的，在每一个伺服电机上都安装有旋转编码器。

髋关节固定件532安装在前腿固定板架51或后腿固定板架52上，并通过髋关节侧摆关节531来实现转动；大腿杆534安装在髋关节固定件532上，并通过髋关节正摆关节533来实现转动。髋关节侧摆关节531的伺服电机安装在前腿固定板架51或后腿固定板架52上，以控制整个支腿5侧向摆动(即向机器人左右两侧的方向)；髋关节正摆关节533的伺服电机的主轴与髋关节侧摆关节531的伺服电机的主轴呈90°，以控制大腿杆534的正向摆动(即向机器人前后两侧的方向)。

如图8所示小腿杆541通过膝关节542与大腿杆534铰接，而出于对整个支腿5在运动过程中惯量与受力等情况分析，膝关节542的伺服电机与髋关节正摆关节533的伺服电机同轴设置，小腿杆541还连接有膝关节驱动连杆543与膝关节摇杆544，膝关节驱动连杆543的一端铰接在小腿杆541的端部，另一端与膝关节摇杆544的一端铰接，膝关节摇杆544的另一端与膝关节542的伺服电机转轴同轴转动，通过小腿杆541、膝关节542、膝关节驱动连杆543、膝关节摇杆544形成双摇杆机构，从而驱动小腿杆541正向摆动(即向机器人前后两侧的方向)。小腿杆541上用于踩踏地面的一端为足端，足端上装配有天然橡胶的足垫，可以减缓足端落地的冲击力以及增大行走时的摩擦力避免足端打滑。

该头部环境感知模块用于监测机器人所处位置的周边障碍物情况，并传输至该机器人控制及通讯模块3。

如图10所示，该机器人控制及通讯模块3包括电控箱体31以及安装在电控箱体内的电源管理电路板32、锂电池33、十六块电机驱动板34以及机器人中央控制器35；具体地，该十六块电机驱动板34由十二个支腿电机驱动板以及四个绳驱脊椎电机驱动板组成；如图13 所示，该机器人中央控制器35主要用于接收各个电子陀螺仪、力矩传感器以及旋转编码器所检测到的信息并和上位机进行通讯，以生成下一时刻机器人的步态规划，还用于根据头部环境感知模块所监测到的障碍物情况来生成的机器人避障行走路线，并对绳驱脊椎电机驱动板及支腿电机驱动板下达控制指令实施上述所生成的步态规划机器人避障行走路线；而该电控箱体31则安装在该柔性脊柱4中，该电源管理电路板32及锂电池33则用于对该十六块电机驱动板及机器人中央控制器35提供电能分配。

具体地，如图9所示，该环境感知模块2包括一个二自由度云台1、双目摄像头21、毫米波雷达22以及处理器；该二自由度云台1安装在电控箱体31上，二自由度云台包括安装架11、俯仰关节12、安装座13、回转关节14以及转动台15，整体通过安装架11固定在电控箱体上，安装座13通过俯仰关节12安装在安装架11上，而转动台15通过回转关节14安装在安装座13并通过两伺服电机驱动，两伺服电机也都安装有旋转编码器，而两伺服电机的动作也是由中央控制器35控制的，从而实现头部1的俯仰以及转动两个自由度的运动。双目摄像头21则安装在二自由度云台上，双目摄像头21主要用于在光线充足没有遮挡的环境下对周围环境进行测距定位，然后通过处理器来合理规划行走路线及避障；毫米波雷达22主要用于在光线不够充足或存在视线遮挡的情况下通过处理器生成周围环境的三维地图并规划行走线路。环境感知模块2通过双目摄像头21以及毫米波雷达22的共同作用，两者的冗余感知能力可以使机器人的环境感知及定位能力更为精确，稳定性更高。

具体地，该生成下一时刻机器人的步态规划主要通过位置控制和力矩控制实现。

位置控制模式的具体原理如下：

通过在四足机器人的控制箱内壁装配有一个电子陀螺仪成为基点陀螺仪(即是安装在柔性脊柱4的首端的电子陀螺仪)，在柔性脊柱4的中间位置、尾端处各装配一个电子陀螺仪，可以通过这三个陀螺仪的位姿数据推算得到柔性脊柱4首尾两端的位姿状态，然后通过获取髋关节及膝关节三个电机的旋转编码器数据即可推算得到前后腿足端的空间位置，为仿生四足机器人的位置控制模式提供准确、及时的空间位置反馈信息。

力矩控制模式的具体原理如下：

通过在柔性脊柱4的首尾两端各装配一个微型力矩传感器46，在四条腿的足端各装配一个微型力矩传感器46。在每个腿着地时刻，前后腿足端的所受力矩与柔性脊柱4首尾两端力矩的矢量差即为髋关节和膝关节必须提供的最小力矩。可根据跃奔步态的仿真模拟确定柔性脊柱4与四足耦合运动的动力学模型以确定腿部电机的力矩输出，得到最好的力矩控制效果。

具体地，当仿生四足机器人在跃奔步态时，两条前腿的运动状态保持一致，两条后腿的运动状态保持一致，以下状态均为本申请的仿生四足机器人奔跑时候的动作状态：

状态1：当仿生四足机器人后腿将要着地时，如图11所示，后腿往躯干中心方向运动，前腿同样往躯干中心处运动，前后腿距离拉近，柔性脊柱4下端钢丝绳47收紧压簧48处于压缩状态，上端钢丝绳47放松压簧48处于拉伸状态，则柔性脊柱4呈中间高两端低的凸状态，柔性脊柱4内充满弹性势能。

状态2：当仿生四足机器人后腿着地时刻，后腿伺服电机给后腿一个蹬地力矩，同时柔性脊柱4下端钢丝绳47控制电机松开钢丝绳47，上端钢丝绳47控制电机收紧钢丝绳47，柔性脊柱4由中间高两端低的凸状态逐渐恢复到正常的长直装态，柔性脊柱4的弹性势能转换成前腿在空中往前迈步的动能，使仿生机器人跳的更高，往前迈步的步距更大。

状态3：当仿生四足机器人的前腿将要着地时，如图12所示，前腿往前伸展，试图迈出更大的步距，后腿继续往后摆动。柔性脊柱4上端钢丝绳47收紧压簧48处于压缩状态，下端的钢丝绳47放松压簧48处于拉升状态，柔性脊柱4从长直状态变成中间低两端高的凹状态，柔性脊柱4内继续充满弹性势能。

状态4：当仿生四足机器人前腿着地时刻，前腿电机给前腿一个蹬地力矩，同时柔性脊柱4上端钢丝绳47控制电机松开钢丝绳47，下端钢丝绳47控制电机收紧钢丝绳47，柔性脊柱4由中间低两端高的凹状态逐渐恢复到正常的长直装态，柔性脊柱4的弹性势能转换成前后腿从躯干两端伸展状态往躯干中心收拢运动的动能。

当前腿再次离地时，回到已经描述的状态1过程，循环往复，即为基于柔性脊柱技术仿生四足机器人的跃奔步态。在整个仿生四足机器人落地、蹬地的奔跑过程中，柔性脊柱4内的弹性势能与四足机器人的动能不断转换，且在柔性脊柱4的弯曲状态不断变化过程中，四足机器人的重心变化曲线更为平滑，优化前后腿着地角度，减小足端冲击力及能量损失，优化四足机器人在高速奔跑时的运动稳定性，增大机器人奔跑步距及蹬腿弹跳高度，有效提高仿生四足机器人的奔跑速度。

在一些狭窄的楼道或障碍物前，基于柔性脊柱4的仿生四足机器人可以实现原地转向及以最小半径绕过障碍物继续行进。在转弯时，柔性脊柱4的左右两侧钢丝绳47控制电机可以控制柔性脊柱4的侧向弯曲形态，结合左右腿髋关节的侧摆运动，可以使仿生四足机器人更加柔顺的转弯或绕行障碍物。

本发明申请的仿生四足机器人，通过柔性脊柱4以及在相应控制的协同作用下，可实现现有的四足机器人难以完成的动作，如大步幅的奔跑、原地转向等动作，由于柔性脊柱4的作用，机器人能通过压簧48的弹性势能与前后腿部之间动能的循环转换，使躯干更平稳，减小了复杂地形上由于躯体的惯性而导致的运动失稳，提高稳定性。并且还将其运动性能与环境感知模块2以及机器人控制及通讯模块3的结合下，能自主完成各种不同的任务，从而为仿生四足机器人领域实现重大突破。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，其特征在于，包括头部环境感知模块、控制及通讯模块、柔性脊柱以及支腿；其中，

所述柔性脊柱由多块脊椎骨串接而成；所述脊椎骨包括头椎 骨、尾椎骨以及中间椎骨，头椎 骨与中间椎骨靠近尾椎骨的一面凸设有球关节，尾椎骨与中间椎骨靠近头椎 骨的一面凸设有凸块，凸块上开设有与球关节匹配的球面凹槽，球面凹槽上加设有两个通过螺钉固定的压垫，两个压垫组合形成垫圈，以装配组合球关节与凹槽，将每块脊椎骨两两连接；每块脊椎骨的侧平面都设有四个凸台，每两块脊椎骨的凸台位置一一对应并且之间连接有压簧，且凸台上均开设有通孔，用于穿设钢丝绳，钢丝绳在柔性脊柱的首端固定，另一端穿过所有脊椎骨上位于同一对应位置的凸台的通孔，柔性脊柱的尾端加设绳驱脊椎电机，钢丝绳在柔性脊柱的尾端穿出后连接至绳驱脊椎电机主轴上，在绳驱脊椎电机上安装有旋转编码器；在所述柔性脊柱首端、中部以及尾端分别装配安装有电子陀螺仪，安装在首端位置处的电子陀螺仪作为基点陀螺仪，三个电子陀螺仪用以测量柔性脊柱的姿态变化；在所述柔性脊柱的首端和尾端均装配有力矩传感器；

所述支腿设置有四条，在所述柔性脊柱的首端和尾端各装配有两条；每一所述支腿具有三自由度，以实现髋关节侧摆、正摆以及膝关节转动，三个自由度的运动由三个支腿电机来驱动完成，在每一支腿电机中均安装有旋转编码器；在每一所述支腿的足端均安装有力矩传感器，用以收集足端的力矩变化；

所述头部环境感知模块用于监测机器人所处位置的周边障碍物情况，并传输至所述控制及通讯模块；

所述控制及通讯模块包括十六块电机驱动板以及机器人中央控制器；所述十六块电机驱动板由十二个支腿电机驱动板以及四个绳驱脊椎电机驱动板组成；所述机器人中央控制器用于接收各个电子陀螺仪、力矩传感器以及旋转编码器所检测到的信息，以生成下一时刻机器人的步态规划，所述机器人中央控制器还用于根据头部环境感知模块所监测到的障碍物情况来生成的机器人避障行走路线，并对绳驱脊椎电机驱动板及支腿电机驱动板下达控制指令实施所生成的上述步态规划以及机器人避障行走路线。

2.如权利要求1所述的基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，其特征在于，所述生成下一时刻机器人的步态规划通过位置控制和力矩控制实现。

3.如权利要求2所述的基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，其特征在于，所述位置控制包括：通过基点陀螺仪以及柔性脊柱中部、尾端的电子陀螺仪位姿数据推算得到柔性脊柱首尾两端的位姿状态，以及通过支腿电机上的旋转编码器所测量到的电机转动角度数据使用D-H矩阵参数法来计算得到前、后支腿足端的空间位置。

4.如权利要求2或3所述的基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，其特征在于，所述力矩控制包括：在每个支腿着地时刻，前后支腿足端的所受力矩与柔性脊柱首尾两端力矩的矢量差为髋关节和膝关节必须提供的最小力矩，并根据跃奔步态的仿真模拟确定柔性脊柱与四足耦合运动的动力学模型以确定腿部电机的力矩输出。

5.如权利要求1所述的基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，其特征在于，所述控制及通讯模块还包括电控箱体、电源管理电路板及锂电池，所述十六块电机驱动板、机器人中央控制器、电源管理电路板及锂电池均安装在电控箱体内，所述电控箱体安装在所述柔性脊柱前端，所述电源管理电路板及锂电池用于对所述十六块电机驱动板及机器人中央控制器提供电能分配。

6.如权利要求5所述的基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，其特征在于，所述头部环境感知模块包括二自由度云台、双目摄像头、毫米波雷达以及处理器；所述二自由度云台安装在所述电控箱体的表面上，拥有俯仰和回转两个自由度；所述双目摄像头、毫米波雷达均安装在所述二自由度云台，以用于监测机器人所处位置的周边障碍物情况，并将所监测到的障碍物情况传输至中央控制器，由中央控制器生成机器人避障行走路线。

7.如权利要求1所述的基于柔性脊柱技术的仿生四足机器人，其特征在于，所述支腿包括髋关节正摆电机、大腿杆、小腿杆、膝关节电机、髋关节侧摆电机、膝关节摇杆以及膝关节驱动连杆；所述髋关节正摆电机的转子与支腿的大腿杆装配固定，大腿杆通过膝关节转轴与小腿杆装配连接，小腿杆相对于大腿杆转动；膝关节电机的转子主轴与膝关节摇杆通过平键过盈装配，膝关节驱动连杆通过转动销轴一端与膝关节摇杆装配连接一端与小腿杆装配连接；膝关节摇杆、膝关节驱动连杆及小腿杆组成一个双摇杆机构，当膝关节电机转子转动，膝关节摇杆同步转动，推动膝关节驱动连杆及小腿杆跟随运动；所述膝关节电机与髋关节正摆电机同轴，髋关节侧摆电机主轴与髋关节正摆电机主轴呈90°，两者由髋关节固定件将髋关节侧摆电机的转子和髋关节正摆电机的定子装配固定。

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