CN111452882B - 一种四足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四足机器人，其包括脊椎部分，所述的脊椎部分包括第一节脊椎、第二节脊椎、第三节脊椎和第四节脊椎；所述的第一节脊椎和第二节脊椎之间通过轴孔配合，且两者之间可相对转动，第一节脊椎和第二节脊椎之间还通过第一扭转弹簧连接；所述的第三节脊椎和第四节脊椎之间通过轴孔配合，且两者之间可相对转动，第三节脊椎和第四节脊椎之间还通过第二扭转弹簧连接；第二节脊椎与第三节脊椎之间用螺旋弹簧连接。

Description

一种四足机器人

技术领域

本发明涉及一种四足机器人。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

发明人发现现有的四足机器人的脊椎部分，大多是刚性脊椎，不能弯曲，个别的柔性脊椎设计不合理，弯曲控制不太方便，使得四足机器人在爬坡或奔跑时稳定性不足，容易翻到。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种新的四足机器人,其具有柔性脊椎，本发明的柔性脊椎可以上下弯曲，也可以扭转和水平弯曲，脊椎控制简单。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种四足机器人，其脊椎部分与现有技术不同，脊椎部分包括第一节脊椎、第二节脊椎、第三节脊椎和第四节脊椎；

所述的第一节脊椎和第二节脊椎之间通过轴孔配合，且两者之间可相对转动，第一节脊椎和第二节脊椎之间还通过第一扭转弹簧连接；

所述的第三节脊椎和第四节脊椎之间通过轴孔配合，且两者之间可相对转动，第三节脊椎和第四节脊椎之间还通过第二扭转弹簧连接；

第二节脊椎与第三节脊椎之间用螺旋弹簧连接。

作为进一步的技术方案，第一节脊椎的端部设有一个向外延伸的第一连接轴，沿第一连接轴的轴线方向设置一个孔，第二节脊椎的端部设有一个向外延伸的第二连接轴，所述的第二连接轴插在所述的孔内，该孔与第二连接轴之间装配有轴承；在第一节脊椎、第二节脊椎之间设有第一扭转弹簧，第一扭转弹簧套装在第一连接轴、第二连接轴上，第一扭转弹簧的两端分别固定在第一节脊椎和第二节脊椎的端面。

作为进一步的技术方案，第三节脊椎的端部设有一个向外延伸的第三连接轴，沿第三连接轴的轴线方向设置一个孔，第四节脊椎的端部设有一个向外延伸的第四连接轴，所述的第二连接轴插在所述的孔内，该孔与第四连接轴之间装配有轴承；在第三节脊椎、第四节脊椎之间设有第二扭转弹簧，第二扭转弹簧套装在第三连接轴、第四连接轴上，第二扭转弹簧的两端分别固定在第三节脊椎和第四节脊椎的端面；第一节脊椎与第二节脊椎、第三节脊椎与第四节脊椎可以分别相对转动，但需要克服扭转弹簧的阻力。

作为进一步的技术方案，第二节脊椎与第三节脊椎之间用螺旋弹簧连接；将螺旋弹簧的两端分别穿过两个盖板的孔，用螺栓将两个盖板压住螺旋弹簧的两端，并分别固定在两节脊椎的内侧面。

作为进一步的技术方案，所述的脊椎部分连接四足机器人的前机体和后机体，且在前机体上安装驱动圆盘，两根驱动绳的一端固定在后机体上，另一端固定在驱动圆盘上，所述的驱动圆盘通过电机驱动。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

1.转弯方便：通过控制电机的旋转，带动驱动圆盘旋转，驱动圆盘将带动驱动绳运动，而两根驱动绳的另一端连接前机体上，因此当驱动圆盘逆时针旋转时，左侧的驱动绳受拉力增大，右侧的驱动绳松动，而第二节脊椎与第三节脊椎之间的螺旋弹簧向左弯曲，因此两节脊椎将在左侧的驱动绳的拉力下向左弯曲，机器人整个躯体将向左弯曲，可以方便实现机器人向左转弯；当驱动圆盘顺时针旋转时，右侧的驱动绳受拉力增大，左侧的驱动绳松动，螺旋弹簧向右弯曲，因此脊椎总成将在右侧的驱动绳的拉力下向右弯曲，机器人整个躯体将向右弯曲，可以方便实现机器人向右转弯；

2.适应不平地形：例如当机器人受不平地形影响，其左前腿和右前腿的地面接触点不在同一水平面时，因为机器人第一节脊椎与第二节脊椎（第三节脊椎与第四节脊椎）可相对转动，因此机器人前机体与后机体可以绕脊椎总成的轴线相对旋转一定角度，从而使机器人左前腿和右前腿两足端都能接触地面，增大机器人稳定性，对不平地面有较强适应性，当机器人行走回到水平面时，前后机体在扭转弹簧的弹力下恢复正常状态。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的机器人总装图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的脊椎总成结构图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的脊椎总成局部放大图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。图中；1-小腿， 2-小腿液压缸， 3-大腿， 4-大腿液压缸， 5-前机体， 6-凸起， 7-左侧绳， 8-右侧绳， 9-脊椎总成， 10-滑轮， 11-驱动圆盘， 12-电机， 13-后机体，9-1第一节脊椎，9-2 第二节脊椎， 9-3第三节脊椎， 9-4第四节脊椎，9-5扭转弹簧， 9-6固定块， 9-7盖板，9-8螺旋弹簧， 9-9螺栓， 9-10 轴承。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域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发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，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；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种四足机器人，所述的脊椎部分包括第一节脊椎、第二节脊椎、第三节脊椎和第四节脊椎；第一节脊椎和第二节脊椎之间通过轴孔配合，且两者之间可相对转动，第一节脊椎和第二节脊椎之间还通过第一扭转弹簧连接；

第三节脊椎和第四节脊椎之间通过轴孔配合，且两者之间可相对转动，第三节脊椎和第四节脊椎之间还通过第二扭转弹簧连接；第二节脊椎与第三节脊椎之间用螺旋弹簧连接。

本发明的一种典型的实施方式中，如图2所示，脊椎总成9由四节脊椎组成，分别是第一节脊椎9-1、第二节脊椎9-2、第三节脊椎9-3和第四节脊椎9-4；第一节脊椎9-1和第二节脊椎9-2之间的连接方式与第三节脊椎9-3和第四节脊椎9-4之间的连接方式相同。

如图2所示，以第四第四节脊椎9-4和第三节脊椎9-3之间的连接方式为例，进行说明：第四节脊椎9-4左侧伸出圆柱形的细轴，第三节脊椎9-3的右侧伸出圆柱形的粗轴，粗轴内有孔，细轴插入到该孔内，该孔与第四节脊椎9-4伸出的细轴之间装配有轴承9-10。第一节脊椎9-1和第二节脊椎9-2之间的连接也是如此。

与此同时，第一节脊椎9-1和第二节脊椎9-2之间、第三节脊椎9-3与第四节脊椎9-4之间分别安装两个扭转弹簧9-5，安装方式如图3所示，扭转弹簧9-5套在两节脊椎中间的轴的外侧，扭转弹簧两端分别伸出一段弹簧丝，用螺栓将两个固定块9-6连同伸出的弹簧丝分别固定在两节脊椎侧面。因此第一节脊椎9-1与第二节脊椎9-2、第三节脊椎9-3与第四节脊椎9-4可以分别相对转动，但需要克服扭转弹簧9-5的阻力。

第二节脊椎9-2与第三节脊椎9-3之间用螺旋弹簧9-8连接。安装方式如下：盖板9-7上有孔，将螺旋弹簧9-8的两端分别穿过两个盖板9-7的孔，用螺栓9-9将两个盖板9-7压住螺旋弹簧9-8的两端，并分别固定在两节脊椎的内侧面。

脊椎总成9与前机体5、后机体13的连接：

第一节脊椎9-1的外侧面焊接在前机体5的内侧面上侧中间，第四节脊椎9-4的外侧面焊接在后机体13的内侧面上侧中间。前机体5的上表面有两个对称的凸起6，凸起6中间有孔（左侧绳7、右侧绳8可以穿过）；后机体13上表面固定有电机12，驱动圆盘11通过键与电机12的输出轴连接，顶部用螺栓固定。驱动圆盘11上有两个竖直孔（左侧绳7、右侧绳8可穿过），两孔距离驱动圆盘11的中心线等距离，初始状态下该驱动圆盘11所处水平面垂直于机体侧面。在后机体13的上表面两边焊接两个短轴，轴上安装滑轮10，滑轮10与短轴中间有轴承，因此滑轮10可自由转动。将左侧绳7的一端穿过左侧凸起6的孔，穿过后将绳打结栓住，左侧绳7的另一端绕过后机体13上的左侧滑轮10，并从下向上穿过驱动圆盘11的左侧竖直孔，穿过后将绳7打结拴住；将右侧绳8的一端穿过右侧凸起6的孔，穿过后将绳打结拴住，右侧绳8的另一端绕过后机体13上的右侧滑轮10，向上穿过驱动圆盘11的右侧竖直孔，穿过后将右侧绳8打结拴住。安装完成后需保证左侧绳7、右侧绳8在同一水平面，并且左侧绳7、右侧绳8预拉力和受拉力部分的长度相同。

机器人的腿部由大腿3和小腿1组成，在前机体5的左右两侧各安装一个大腿3、后机体13的左右两侧各安装一个大腿3；4个大腿3与4个小腿1铰接；大腿液压缸4的两端分别铰接在大腿3和前机体5上，用于控制大腿3摆动；小腿液压缸2两端分别铰接在小腿1和大腿3上，用于控制小腿1相对大腿3的摆动。

该机器人的结构优势：

1.转弯方便：通过控制电机12的旋转，带动驱动圆盘11旋转，驱动圆盘11将带动左侧绳7和右侧绳8运动，而左侧绳7和右侧绳8的另一端连接前机体5上的左、右凸起6，因此当驱动圆盘11逆时针旋转时，左侧绳7受拉力增大，绳8松动，而第二节脊椎9-2与第三节脊椎9-3之间的螺旋弹簧9-8向左弯曲，因此两节脊椎将在左侧绳7的拉力下向左弯曲，机器人整个躯体将向左弯曲，可以方便实现机器人向左转弯；当驱动圆盘11顺时针旋转时，右侧绳8受拉力增大，左侧绳7松动，螺旋弹簧9-8向右弯曲，因此脊椎总成9将在右侧绳8的拉力下向右弯曲，机器人整个躯体将向右弯曲，可以方便实现机器人向右转弯；

2.适应不平地形：例如当机器人受不平地形影响，其左前腿和右前腿的地面接触点不在同一水平面时，因为机器人第一节脊椎9-1与第二节脊椎9-2（第三节脊椎9-3与第四节脊椎9-4）可相对转动，因此机器人前机体5与后机体13可以绕脊椎总成9的轴线相对旋转一定角度，从而使机器人左前腿和右前腿两足端都能接触地面，增大机器人稳定性，对不平地面有较强适应性，当机器人行走回到水平面时，前后机体在扭转弹簧9-5的弹力下恢复正常状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种四足机器人，其包括脊椎部分，其特征在于，所述的脊椎部分包括第一节脊椎、第二节脊椎、第三节脊椎和第四节脊椎；

所述的第一节脊椎和第二节脊椎之间通过轴孔配合，且两者之间可相对转动，第一节脊椎和第二节脊椎之间还通过第一扭转弹簧连接；

所述的第一节脊椎的端部设有一个向外延伸的第一连接轴，沿第一连接轴的轴线方向设置一个第一孔，第二节脊椎的端部设有一个向外延伸的第二连接轴，所述的第二连接轴插在所述的第一孔内，该第一孔与第二连接轴之间装配有轴承；第一扭转弹簧套装在第一连接轴、第二连接轴上，第一扭转弹簧的两端分别固定在第一节脊椎和第二节脊椎的端面；

所述的第三节脊椎和第四节脊椎之间通过轴孔配合，且两者之间可相对转动，第三节脊椎和第四节脊椎之间还通过第二扭转弹簧连接；

第三节脊椎的端部设有一个向外延伸的第三连接轴，沿第三连接轴的轴线方向设置一个第二孔，第四节脊椎的端部设有一个向外延伸的第四连接轴，所述的第二连接轴插在所述的第二孔内，该第二孔与第四连接轴之间装配有轴承；第二扭转弹簧套装在第三连接轴、第四连接轴上，第二扭转弹簧的两端分别固定在第三节脊椎和第四节脊椎的端面；

第二节脊椎与第三节脊椎之间用螺旋弹簧连接；

机器人在不平地形上运动，且其左前腿和右前腿的地面接触点不在同一水平面，因为机器人第一节脊椎与第二节脊椎、第三节脊椎与第四节脊椎可相对转动，因此机器人前机体与后机体可以绕脊椎总成的轴线相对旋转一定角度，从而使机器人左前腿和右前腿两足端都能接触地面。

2.如权利要求1所述的四足机器人，其特征在于，所述的第一扭转弹簧两端分别伸出一段弹簧丝，用螺栓将两个固定块连同伸出的弹簧丝分别固定在第一节脊椎和第二节脊椎的侧面。

3.如权利要求1所述的四足机器人，其特征在于，所述的第二扭转弹簧两端分别伸出一段弹簧丝，用螺栓将两个固定块连同伸出的弹簧丝分别固定在第三节脊椎和第四节脊椎的侧面。

4.如权利要求1所述的四足机器人，其特征在于，所述螺旋弹簧的两端分别穿过两个盖板的孔，用螺栓将两个盖板压住螺旋弹簧的两端，两个盖板分别固定在第二节脊椎和第三节脊椎的内侧面。

5.如权利要求1所述的四足机器人，其特征在于，还包括第一机体和第二机体，所述的脊椎部分连接四足机器人的第一机体和第二机体。

6.如权利要求5所述的四足机器人，其特征在于，还包括控制装置，所述的控制装置包括驱动圆盘、电机和两根驱动绳；在第一机体上安装驱动圆盘，两根驱动绳的一端固定在第二机体上，另一端固定在驱动圆盘上，所述的驱动圆盘通过电机驱动。

7.如权利要求5所述的四足机器人，其特征在于，所述的第一机体包括本体，在本体的左右两侧各铰接一个大腿，每个大腿铰接一个小腿，大腿通过安装在本体上的大腿液压缸驱动，小腿通过安装在大腿上的小腿液压缸驱动。

8.如权利要求5所述的四足机器人，其特征在于，所述的第二机体包括本体，在本体的左右两侧各铰接一个大腿，每个大腿铰接一个小腿，大腿通过安装在本体上的大腿液压缸驱动，小腿通过安装在大腿上的小腿液压缸驱动。

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