CN116605330A - 一种气动驱动的四足爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动驱动的四足爬行机器人，包括躯干组件，躯干组件的前端连接头部组件，后端连接尾部组件，头部组件和尾部组件的两侧分别连接腿部组件；腿部组件包括大腿灌封单元，大腿灌封单元的一端与头部组件或尾部组件的一侧连接，另一端通过大小腿连接件连接小腿灌封单元的一端；小腿灌封单元和大腿灌封单元通过内部气室供气膨胀驱动腿部抬起和迈步动作。本发明提高了传统四足爬行机器人运动速率，为后续研究人员对四足爬行机器人的推进机理和身体形态提供研究经验，一方面降低了传统电驱动两栖机器人维护成本。

Description

一种气动驱动的四足爬行机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种气动驱动的四足爬行机器人。

背景技术

从四足爬行动物原型的角度来说，动物的肌肉组织可以驱动躯干伸长收缩，从而使动物身体左右摆动和伸长，在与四足的配合运动下实现迈步步伐的最大和运动速率的最佳。

而目前一般的仿生四足爬行机器人通常只研究了仿生原型四肢的结构和四肢的步态规划，机体仅仅作为一个刚性结构用于连接四足，而没有充分发挥机体左右摆动对机器人运动性能的促进作用。

近几年，也有部分带有脊柱结构的仿生四足爬行机器人越来越多的被研究出来，通过脊柱的摆动与四足迈步实现复合运动，其中脊柱绝大多数通过伺服电机驱动，伺服电机的数量越多代表其脊柱的段数越多，机器人的运动就越灵活，这一定程度上模仿了爬行爬行动物运动特点-身体摆动与四足迈步的复合运动。但是伺服电机数量的增多势必会导致结构的繁琐复杂，控制系统设计困难。而且由于伺服电机为刚性结构，其仿生的脊柱结构也只能等长度的弯曲，无法模拟骨骼外部的肌肉组织的伸长收缩，这一定程度上也限制了迈步步伐的最大化。

动物肌肉组织伸长收缩的效果单纯靠骨骼无法实现，要想实现四足爬行动物躯干和四足共同配合而形成的运动步态，单靠多个串联伺服电机构建的仿生骨骼结构是远远不够的，这就需要设计一种软体肌肉结构来模仿真实动物肌肉的伸缩效果。

四足爬行机器人在近十年里得到了一个高速的发展，一方面随着陆上车辆和人形机器人技术的发展和传播，其相应技术也应用于四足爬行机器人，促进了四足爬行机器人的快速发展，使其更加灵活、稳健和高效。另一方面，人们对四足爬行动物的运动方式、形态外观、生理机理等的研究越来越深入，这些研究与现代神经网络控制技术、高精度传感器技术、三维视觉技术等的结合也驱动着新型智能化四足爬行机器人的兴起。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种气动驱动的四足爬行机器人，用于解决传统四足爬行机器人存在身体结构过于机械化、运动步态仿生性不足、漏电短路、维护成本高的技术问题，一方面提高传统四足爬行机器人运动速率，为后续研究人员对四足爬行机器人的推进机理和身体形态提供研究经验，另一方面用于降低传统电驱动两栖机器人维护成本。

本发明采用以下技术方案：

一种气动驱动的四足爬行机器人，包括躯干组件，躯干组件的前端连接头部组件，后端连接尾部组件，头部组件和尾部组件的两侧分别连接腿部组件；腿部组件包括大腿灌封单元，大腿灌封单元的一端与头部组件或尾部组件的一侧连接，另一端通过大小腿连接件连接小腿灌封单元的一端；小腿灌封单元和大腿灌封单元通过内部气室供气膨胀驱动腿部抬起和迈步动作。

具体的，小腿灌封单元和大腿灌封单元中分别设置有两个气室，通过向一侧气室通入高压气体可实现腿部组件的弯曲。

进一步的，小腿单元前端气室和大腿单元下端气室之间，以及小腿单元后端气室和大腿单元上端气室之间分别连接一个电磁阀。

进一步的，大腿灌封单元上设置有大腿单元下端气室进气口和大腿单元上端气室进气口；小腿灌封单元上设置有小腿单元前端气室进气口和小腿单元后端气室进气口；大腿单元下端气室进气口和小腿单元后端气室进气口，以及大腿单元上端气室进气口和小腿单元前端气室进气口之间分别通过气室进气口连接气管连接。

具体的，小腿灌封单元或大腿灌封单元的灌封流程如下：

S1、上层模具A内部开有一个贯穿的空腔，下层模具B内部设置有两个突起，突起中间留有一条贯穿间隙用于隔离两气室，将上层模具A和下层模具B上下拼接形成设定的空腔间隙，将灌封材料Dragon skin 30A液和Dragon skin30B按照1：1混合并灌注入该空腔内部，待取模后便形成了一个带有两气室的半成品a，半成品a的状态为未封顶；

S2、向底层模具C里灌注Dragon skin 30A液和Dragon skin 30B液的1：1混合液，将步骤S1得到的半成品a倒扣入底层模具C中，底层模具C空腔内有两个圆柱突起便于为腿部单元留有进气口，待材料凝固后，对应得到带有两气室的小腿灌封单元或大腿灌封单元。

具体的，小腿灌封单元的另一端通过脚垫连接件连接硅胶防滑脚垫。

具体的，躯干组件采用一体化灌注制成。

进一步的，一体化灌注具体为：

S1、在上层模具A内部设置一个贯穿的空腔，在下层模具B内部设置多个突起，突起交叉放置且之间留有间隙用于多气室的互相隔离，将上层模具A和下层模具B上下拼接形成设定的空腔间隙，将灌封材料Dragon skin A液和Dragon skin 30B按照1：1混合并灌注入该空腔内部，待取模后便形成了一个带有两气室的半成品a，半成品a的状态为未封顶；

S2、向底层模具C中灌注Dragon skin 30A液和Dragon skin 30B液的1：1混合液，然后将步骤S1得到的半成品a倒扣入底层模具C中，底层模具C空腔内有多个圆柱突起便于为躯干每个气室留有进气口，待材料凝固后，得到带有多气室的躯干组件。

具体的，躯干组件包括八个躯干气室，八个躯干气室交叉放置，每个躯干气室内部含有一个躯干气室内腔，每个躯干气室内腔分别连接对应的气压进气口。

进一步的，右侧四个躯干气室上分别设置有躯干右侧气室进气口，左侧四个躯干气室上分别设置有躯干左侧气室进气口，躯干右侧气室进气口通过躯干右侧气室连接气管连接躯干右侧气管进气口，躯干左侧气室进气口通过躯干左侧气室连接气管连接躯干左侧气管进气口。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

一种气动驱动的四足爬行机器人，模仿自然界中蝾螈等四足爬行动物运动姿态，机器人的各运动部件(躯干组件及腿部组件)均由硅胶一体化灌制而成，通过充气放气从而达到伸缩的效果，可模仿动物真实肌肉的伸缩效果，通过躯干组件的左右摆动从而增大腿部组件的运动步伐和运动速率。极大程度的模仿了爬行动物的运动姿态及运动效果。

进一步的，小腿灌封单元和大腿灌封单元中分别设置有两个气室，当高压气体进入其中一个气室时，由于气体的压力从而使充气的气室发生膨胀进而使没有充气的气室收到另一个气室的作用力发生收缩，从而产生弯曲的效果，如图7所示该部件通过两个气室的交替膨胀从而模仿出动物肌肉的收缩效果。

进一步的，腿部控制方案中，采用了小腿单元前端气室和大腿单元下端气室之间，以及小腿单元后端气室和大腿单元上端气室之间分别连接一个电磁阀而没有采用小腿和大腿使用同一个两位四通电磁阀。此种设计可以实现在灌封单元的一个气室充气之前，使其配对的灌封单元的另一个气室提前接入低压，加快腿部的弯曲变形，提高机器人腿部的响应速度，提高运动效率。

进一步的，大腿单元下端气室进气口和小腿单元后端气室进气口，以及大腿单元上端气室进气口和小腿单元前端气室进气口之间分别通过气室进气口连接气管连接，使得通入高压气体后大腿灌封下单元膨胀使腿部整体向上弯曲呈现出上抬效果，同时高压气体通过大腿上单元进入小腿灌封后单元使其膨胀从而小腿部分向前弯曲呈现出向前迈步效果如图8(a)，同样大腿灌封上单元和小腿灌封前单元相通，当通入高压气体后大小腿同时动作呈现出向后蹬地的效果如图8(b)。

进一步的，小腿单元和大腿单元均为硅胶灌封而成，小腿灌封单元或大腿灌封单元的灌封流程详细的描述了小腿单元和大腿单元的制作方法，灌封过程主要分为主体灌封和封底灌封，灌封完毕后即得到成品无需再做任何后续处理，一次成型省去各种连接措施，由灌封过程实现连接与成型。相比传统的刚性机器人，运动速率更快，结构简单，仿生效果更强，且灌封流程操作简单，耗材少，经济性高。

进一步的，小腿灌封单元的另一端通过脚垫连接件连接硅胶防滑脚垫增大与地面的摩擦力，机器人前进的主要作用力就是与地面的摩擦力，设置硅胶防滑脚垫、脚垫上的花纹增大了机器人与地面的摩擦力，从而使机器人腿部在蹬地的过程中产生更大的向前力，同时机器人的站立动作也主要是由于硅胶防滑脚垫向两侧的摩擦力作用。

进一步的，躯干组件采用一体化硅胶灌注制成，极大程度的简化了结构，相比于传统机器人的躯干结构复杂且控制困难，本机器人躯干组件一体化灌注而成，仅通过向躯干左右两侧分别供气即可实现躯干的左右弯曲运动，在简化结构和控制的同时实现了更为真实的仿真效果。

进一步的，躯干组件一体化灌注方法步骤详细的讲述了本机器人的躯干组件制作方法，且该灌封方法操作简单，第一步将主体部分灌封成型，第二部将主体部分封底，此方法操作简单、可借鉴性强、适用性强。

进一步的，机器人躯干组件使用比例伺服阀向躯干左侧气管进气口26和躯干右侧气管进气口27通入气压，并且通过调节比例伺服阀的输出压力，压力作用于躯干气室21内部来控制躯干气室21膨胀大小，四个躯干气室21膨胀相互挤压使得机器人躯干组件2弯曲变形，进而模仿动物身体左右摆动。

进一步的，如图6所示，当向躯干右侧气管进气口27通入高压气体时，躯干向左侧弯曲，通过剖视图可以看到，受到高压膨胀，单个躯干气室21的内腔变大并相互挤压，同样当向驱赶左侧进气口26通入高压气体时，躯干产生向右侧弯曲的效果。通过左右两侧交替供气即实现机器人的左右弯曲。

综上所述，本机器人在仿生结构方面：身体模拟真实四足爬行动物，通过机器人气动躯干组件来模拟四足爬行动物的躯干，通过机器人腿部组件来模拟四足爬行动物两自由度腿部，极大程度上对两栖动物躯干和腿部结构进行了仿生；本机器人在驱动方式方面：机器人的驱动方式使用纯气压驱动，响应迅速，通过供入气压的大小来控制气动肌肉的伸缩程度，并且使用纯气压驱动使得机器人摆脱电驱动，不会漏电、短路等，维护方便，能耗成本低；本机器人在运动步态方面：依托于机器人独特的仿生结构，陆上运动时，可以极大程度的还原两栖动物的复合运动姿态，相对于传统刚性身体的两栖机器人，运动速率更快，而相对于舵机驱动躯干的两栖机器人，结构简单，控制容易，可以模仿真实肌肉的伸缩。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为腿部结构示意图；

图3为躯干结构示意图；

图4为单个两气室腿部灌封单元剖视结构示意图；

图5为机器人躯干剖视结构示意图；

图6为机器人多气室躯干供气弯曲示意图，其中，(a)为正视图，(b)为剖视图；

图7为机器人两气室腿部单元供气弯曲示意图，其中，(a)为正视图，(b)为剖视图；

图8为机器人两气腿部组件两种运动模式，其中，(a)为抬腿同时向前迈步，(b)为踩下同时向后蹬地；

图9为机器人向前迈步运动示意图；

图10为机器人两气室腿部单元一体化灌封流程S1；

图11为机器人两气室腿部单元一体化灌封流程S2；

图12为机器人多气室躯干一体化灌封流程S1；

图13为机器人多气室躯干一体化灌封流程S2。

其中：1.腿部组件；11.脚垫；12.连接件；13.小腿灌封单元；14.大腿灌封单元；15.大小腿连接件；16.小腿单元前端气室进气口；17.小腿单元后端气室进气口；18.大腿单元下端气室进气口；19.大腿单元上端气室进气口；20.气室进气口连接气管；29.腿部灌封单元气室内腔；2.躯干组件；21.躯干气室；22.躯干右侧气室进气口；23.躯干左侧气室进气口；24.躯干右侧气室连接气管；25.躯干左侧气室连接气管；26.躯干左侧气管进气口；27.躯干右侧气管进气口；28.躯干气室内腔；3.头部组件；4.尾部组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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，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装置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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

近几年来，随着无人装备技术的发展，由于四足爬行机器人本身有着良好的隐蔽性、出色的环境适应能力和较为稳定的操控性能，使其可以很好的应用于军事、环境探索、承担特殊任务等方面，具体的需求有如下几个方面：

(1)实现从陆地发起的新型隐蔽式作业模式

由于四足爬行机器人本身存在的仿生推进噪音小、外观仿生的迷惑性、陆上天然屏障等优势，使其具有很好的隐蔽性。整个攻占过程可以从四足爬行机器人搭载母体(陆上无人车、空中运输机、水下潜艇)远距离自主释放开始。由于四足爬行机器人在复杂陆地环境中的良好运动性能和机动性，可以快速实现各类复杂的作业任务。

(2)实现陆地复杂地形的长时间环境探索、物资运输和侦察搜救

由于四足爬行机器人本身的特殊应用环境，使其存在太阳能、风能等多种可利用环境途径，能够实现在特殊复杂地形的长时间探索、运输和搜救工作，并且在无作业期间利用太阳能、风能等进行电能补给。

(3)承担排雷、排导等特殊任务

目前世界上仍有许多地雷存在沙滩、沼泽地、沙漠等复杂陆地环境而难以被发现拆除，四足爬行机器人通过搭载传感器、视觉系统等实现两栖地形的排雷、排导任务，可以高效的完成某一地区的探索任务。

请参阅图1，本发明一种气动驱动的四足爬行机器人，包括：腿部组件1、躯干组件2、头部组件3和尾部组件4。躯干组件2的前端连接头部组件3，后端连接尾部组件4，头部组件3和尾部组件4的两端分别连接腿部组件1。

其中，腿部组件1是机器人的驱动部件，包含：硅胶防滑脚垫11、脚垫连接件12、小腿灌封单元13、大腿灌封单元14、大小腿连接件15、小腿单元前端气室进气口16、小腿单元后端气室进气口17、大腿单元下端气室进气口18、大腿单元上端气室进气口19、气室进气口连接气管20、腿部灌封单元气室内腔29。

请参阅图2，硅胶防滑脚垫11位于腿部组件1的最下端，用于机器人运动时增大摩擦力和缓解冲击，脚垫连接件12一端跟硅胶防滑脚垫11通过硅胶粘合剂紧密连接(由于机器人绝大多部分均为硅胶柔性材料，因此连接方式均为硅胶粘合剂，后面将不再描述)，另一端与小腿灌封单元13连接，脚垫连接件12用于支撑机器人，小腿灌封单元13和大腿灌封单元14为机器人的驱动部件，通过内部气室供气膨胀驱动腿部抬起和迈步等动作，两者通过大小腿连接件15进行连接，小腿单元前端气室进气口16和小腿单元后端气室进气口17位于小腿灌封单元13上，作为小腿灌封单元13两个气室的供气通道，同样大腿单元下端气室进气口18和大腿单元上端气室进气口19位于大腿灌封单元14上，作为大腿灌封单元14两个气室的供气通道，气室进气口连接气管20一根连接小腿单元前端气室进气口16和大腿单元上端气室进气口19，一根连接小腿单元后端气室进气口17和大腿单元下端气室进气口18，保证了小腿单元前端气室和大腿单元下端气室、小腿单元后端气室和大腿单元上端气室同时供气，提高运动效率。

请参阅图4，为小腿灌封单元13和大腿灌封单元14的腿部灌封单元气室内腔29。

本发明一种气动驱动的四足爬行机器人的两气室腿部单元一体化灌封方法具体为：

机器人两气室腿部单元灌封流程分为两步，如图10和11所示，

S1、模具分为上层模具A和下层模具B，上层模具A内部有一个贯穿的空腔，下层模具B内部有两个突起，突起中间留有一条贯穿间隙用于隔离两气室，将上层模具A和下层模具B上下拼接即可形成设定的空腔间隙，将灌封材料Dragon skin 30A液和Dragon skin30B按照1：1混合并灌注入该空腔内部，待取模后便形成了一个带有两气室的半成品a，其状态是未封顶的。

S2、在底层模具里灌注Dragon skin 30A液和Dragon skin 30B液的1：1混合液，将未封顶的半成品a倒扣入底层模具C中，底层模具C空腔内有两个圆柱突起便于为腿部单元留有进气口，待材料凝固后，便得到了带有两气室的腿部单元。

进一步的，本发明采用的灌封方法与传统腿部灌封方法相比可以同时灌封具有两气室的腿部单元，每个气室可以单独供气控制，因此可以仅由一个腿部单元即可实现左右弯曲。

躯干组件2是机器人的驱动部件和支撑部件，包含：躯干气室21、躯干右侧气室进气口22、躯干左侧气室进气口23、躯干右侧气室连接气管24、躯干左侧气室连接气管25、躯干左侧气管进气口26、躯干右侧气管进气口27、躯干气室内腔28。

请参阅图3，躯干组件2通过一体化灌封制作，主体由八个躯干气室21组成，每侧四个，交叉放置。

右侧每个躯干气室21上端带有一个躯干右侧气室进气口22，四个躯干右侧气室进气口22汇总到躯干右侧气室连接气管24上，同样左侧每个躯干气室21上端带有一个躯干左侧气室进气口23，四个躯干左侧气室进气口23汇总到躯干左侧气室连接气管25上，保证了每侧四个躯干气室21受到同样大小的气压作用，躯干气室21内部含有躯干气室内腔28，如图5所示，保证其充气膨胀使得机器人躯干组件2实现左右弯曲。其中，躯干左侧气管进气口26和躯干右侧气管进气口27分别为两侧的气压进气口。

本发明一种气动驱动的四足爬行机器人的多气室躯干一体化灌封方法具体如下：

与腿部单元灌封方法相似，机器人多气室躯干灌封流程分为两步，如图12和13所示，

S1、模具分为上层模具A和下层模具B，所述上层模具A内部有一个贯穿的空腔，所述下层模具内部有多个突起，突起交叉放置且之间留有间隙用于多气室的互相隔离，将上层模具A和下层模具B上下拼接即可形成设定的空腔间隙，将灌封材料Dragon skin 30A液和Dragon skin 30B按照1：1混合并灌注入该空腔内部，待取模后便形成了一个带有两气室的半成品a，其状态是未封顶的。

S2、首先在底层模具C中灌注Dragon skin 30A液和Dragon skin 30B1：1混合液，然后将未封顶的半成品a倒扣入底层模具C中，底层模具C空腔内有多个圆柱突起便于为躯干每个气室留有进气口，待材料凝固后，便得到了带有多气室的机器人躯干。

进一步的，该机器人多气室躯干相对于现有的气动柔性身体躯干，不仅可以实现伸长还可以实现弯曲摆动，使机器人不仅仅局限于蠕动爬行，模仿爬行四足动物躯干实现复杂步态的运动。

本发明一种气动驱动的四足爬行机器人的驱动方法如下：

使用纯气压驱动，模仿自然界中蝾螈等四足爬行动物运动姿态，该动物的肌肉组织可以驱动躯干伸长收缩，从而使动物身体左右摆动来增大运动步伐和运动速率。为了模仿该动物的肌肉组织，设计了一种机器人躯干组件2来模拟肌肉的伸缩效果。机器人躯干组件2为一体化灌注制成，使用比例伺服阀向躯干左侧气管进气口26和躯干右侧气管进气口27通入气压，并且通过调节比例伺服阀的输出压力，压力作用于躯干气室21内部来控制躯干气室21膨胀大小，四个躯干气室21膨胀相互挤压使得机器人躯干组件2弯曲变形，进而模仿动物身体左右摆动，如图6所示，当向躯干右侧气管进气口27通入高压气体时，躯干向左侧弯曲，通过剖视图可以看到，受到高压膨胀，单个躯干气室21的内腔变大并相互挤压。

进一步的，机器人腿部组件1也是由纯气压驱动，机器人每个腿部组件1包含大腿灌封单元14和小腿灌封单元13两段组成，每个灌封单元内部含有两个气室，如图7所示，向一侧气室通入高压气体便可实现机器人腿部组件1的弯曲。

进一步的，通过使用两个两位三通电磁阀实现对单条腿部的运动控制，其中如图8所示，通过对两个电磁阀的不同时刻的供气放气控制实现单条腿部的抬腿同时向前迈步或者踩下同时向后蹬地两种运动方式。因此使用八个两位三通电磁阀对机器人四条腿进行控制，实现机器人腿部的多步态运动。在腿部的控制方案中，采用两个两位三通电磁阀而没有采用一个两位四通电磁阀。此种设计可以实现在灌封单元的一个气室充气之前，使其配对的灌封单元的另一个气室提前接入低压，加快腿部的弯曲变形，提高机器人腿部的响应速度，提高运动效率。

本方法仅通过一个电磁阀同时控制一条腿的抬起和向前迈步(踩下和向后蹬地)，相对于传统抬起-向前迈步-落下-向后等地，缩短了腿部控制步骤，控制方法简单快速。

请参阅图9，将机器人躯干弯曲与机器人腿部抬腿同时向前迈步相结合，机器人右腿抬起并往前伸，同时向躯干右侧气管进气口27通入高压气体时，躯干向左侧弯曲，带动头部向前伸长的同时向左摆头，这样是为了能让右前腿有一个更大的迈步幅度，如此将躯干左右摆动与四足步态相结合来模仿四足爬行动物的运动步态，提高了四足爬行机器人的运动速度，使其有更多的步态可以研究。

综上所述，本发明一种气动驱动的四足爬行机器人，具有以下优点：

1、机器人仿生结构方面

身体模拟真实四足爬行动物，通过机器人气动躯干组件来模拟四足爬行动物的躯干，通过机器人腿部组件来模拟四足爬行动物两自由度腿部，极大程度上对两栖动物躯干和腿部结构进行了仿生。

2、机器人驱动方式方面

机器人的驱动方式使用纯气压驱动，响应迅速，通过供入气压的大小来控制气动肌肉的伸缩程度，并且使用纯气压驱动使得机器人摆脱电驱动，不会漏电、短路等，维护方便，能耗成本低

3、机器人运动步态方面

依托于机器人独特的仿生结构，陆上运动时，可以极大程度的还原两栖动物的复合运动姿态，相对于传统刚性身体的两栖机器人，运动速率更快，而相对于舵机驱动躯干的两栖机器人，结构简单，控制容易，可以模仿真实肌肉的伸缩。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，包括躯干组件(2)，躯干组件(2)的前端连接头部组件(3)，后端连接尾部组件(4)，头部组件(3)和尾部组件(4)的两侧分别连接腿部组件(1)；腿部组件(1)包括大腿灌封单元(14)，大腿灌封单元(14)的一端与头部组件(3)或尾部组件(4)的一侧连接，另一端通过大小腿连接件(15)连接小腿灌封单元(13)的一端；小腿灌封单元(13)和大腿灌封单元(14)通过内部气室供气膨胀驱动腿部抬起和迈步动作。

2.根据权利要求1所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，小腿灌封单元(13)和大腿灌封单元(14)中分别设置有两个气室，通过向一侧气室通入高压气体可实现腿部组件(1)的弯曲。

3.根据权利要求2所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，小腿单元前端气室和大腿单元下端气室之间，以及小腿单元后端气室和大腿单元上端气室之间分别连接一个电磁阀。

4.根据权利要求2所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，大腿灌封单元(14)上设置有大腿单元下端气室进气口(18)和大腿单元上端气室进气口(19)；小腿灌封单元(13)上设置有小腿单元前端气室进气口(16)和小腿单元后端气室进气口(17)；大腿单元下端气室进气口(18)和小腿单元后端气室进气口(17)，以及大腿单元上端气室进气口(19)和小腿单元前端气室进气口(16)之间分别通过气室进气口连接气管(20)连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，小腿灌封单元(13)或大腿灌封单元(14)的灌封流程如下：

S1、上层模具A内部开有一个贯穿的空腔，下层模具B内部设置有两个突起，突起中间留有一条贯穿间隙用于隔离两气室，将上层模具A和下层模具B上下拼接形成设定的空腔间隙，将灌封材料Dragon skin 30A液和Dragon skin30B按照1：1混合并灌注入该空腔内部，待取模后便形成了一个带有两气室的半成品a，半成品a的状态为未封顶；

S2、向底层模具C里灌注Dragon skin 30A液和Dragon skin 30B液的1：1混合液，将步骤S1得到的半成品a倒扣入底层模具C中，底层模具C空腔内有两个圆柱突起便于为腿部单元留有进气口，待材料凝固后，对应得到带有两气室的小腿灌封单元(13)或大腿灌封单元(14)。

6.根据权利要求1所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，小腿灌封单元(13)的另一端通过脚垫连接件(12)连接硅胶防滑脚垫(11)。

7.根据权利要求1所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，躯干组件(2)采用一体化灌注制成。

8.根据权利要求7所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，一体化灌注具体为：

S1、在上层模具A内部设置一个贯穿的空腔，在下层模具B内部设置多个突起，突起交叉放置且之间留有间隙用于多气室的互相隔离，将上层模具A和下层模具B上下拼接形成设定的空腔间隙，将灌封材料Dragon skin(30)A液和Dragon skin 30B按照1：1混合并灌注入该空腔内部，待取模后便形成了一个带有两气室的半成品a，半成品a的状态为未封顶；

S2、向底层模具C中灌注Dragon skin 30A液和Dragon skin 30B液的1：1混合液，然后将步骤S1得到的半成品a倒扣入底层模具C中，底层模具C空腔内有多个圆柱突起便于为躯干每个气室留有进气口，待材料凝固后，得到带有多气室的躯干组件(2)。

9.根据权利要求1所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，躯干组件(2)包括八个躯干气室(21)，八个躯干气室(21)交叉放置，每个躯干气室(21)内部含有一个躯干气室内腔(28)，每个躯干气室内腔(28)分别连接对应的气压进气口。

10.根据权利要求9所述的气动驱动的四足爬行机器人，其特征在于，右侧四个躯干气室(21)上分别设置有躯干右侧气室进气口(22)，左侧四个躯干气室(21)上分别设置有躯干左侧气室进气口(23)，躯干右侧气室进气口(22)通过躯干右侧气室连接气管(24)连接躯干右侧气管进气口(27)，躯干左侧气室进气口(23)通过躯干左侧气室连接气管(25)连接躯干左侧气管进气口(26)。