一种四足奔跑仿生机器人
技术领域
本发明主要涉及仿生机器人
技术领域
，特指一种四足奔跑仿生机器人。背景技术
仿生机器人作为智能机器人领域中的热点之一，可以实现生物复杂的奔跑动作或姿态，从而实现快速的奔跑。现有技术中的奔跑机器人大都是在地面上快速滚动，没有在奔跑过程中足部离开地面，因此没有实现真正意义上的奔跑。因此，设计一种奔跑机器人具有十分重要的价值。
发明内容
本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单合理、单电机驱动两侧复合腿同步反向运动、奔跑稳定性更高、奔跑效率更好的四足奔跑仿生机器人。
为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种四足奔跑仿生机器人，包括矩形躯体架，装设在所述矩形躯体架四个角点上的左前复合腿、左后复合腿、右前复合腿和右后复合腿，平行所述矩形躯体架四条边装设于所述矩形躯体架上方的左腿驱动杆、右腿驱动杆、主动反向驱动杆和被动反向驱动杆，及装设于所述矩形躯体架上的奔跑电机。
所述奔跑电机固定装设在所述矩形躯体架的后侧板的中部，其输出轴垂直向上穿过装设于所述矩形躯体架上的滚动轴承并与所述主动反向驱动杆的中部固定相连；
所述矩形躯体架的左、右两侧板的中部各转动装设有一个复合绕线齿轮，所述复合绕线齿轮由同轴同步转动的齿轮A、齿轮B、绕线轮A和绕线轮B组成；奔跑施力牵引绳和奔跑腾空牵引绳的一端分别缠绕在所述绕线轮A和绕线轮B上，且绕线方向相反；所述矩形躯体架的左侧板上的施力牵引绳和奔跑腾空牵引绳的上端与所述左腿驱动杆的中部相连，所述矩形躯体架的右侧板上的施力牵引绳和奔跑腾空牵引绳的下端与所述右腿驱动杆的中部相连；
所述左前复合腿与左后复合腿、右前复合腿和右后复合腿结构完全相同，均包括：中上部转动装设在所述矩形躯体架上的机械大腿，转动装设在所述机械大腿下端上的机械小腿，转动装设在所述机械小腿下端的摩擦足，固定装设在所述机械小腿上端的小腿复合齿轮，固定装设在所述摩擦足上端的足部齿轮，两端分别与所述机械大腿和机械小腿相连的扭转弹簧A，两端分别与所述机械小腿和摩擦足相连的扭转弹簧B，与所述小腿复合齿轮、所述足部齿轮相连的同向传动链B，同向传动链A，及滑动套装在所述机械大腿上部的大腿套筒；
所述主动反向驱动杆的两端均滑动装设有驱动杆套筒，所述主动反向驱动杆中的两个驱动杆套筒分别与所述左后复合腿中的大腿套筒、所述右后复合腿中的大腿套筒铰接；
所述被动反向驱动杆的两端均滑动装设有驱动杆套筒，所述被动反向驱动杆中的两个驱动杆套筒分别与所述左前复合腿中的大腿套筒、所述右前复合腿中的大腿套筒铰接；
所述右后复合腿中的小腿复合齿轮与所述矩形躯体架右侧板上的齿轮A采用所述右后复合腿中的同向传动链A相连；所述右前复合腿中的小腿复合齿轮与所述矩形躯体架右侧板上的齿轮B采用所述右前复合腿中的同向传动链A相连；所述左后复合腿中的小腿复合齿轮与所述矩形躯体架左侧板上的齿轮A采用所述左后复合腿中的同向传动链A相连；所述左前复合腿中的小腿复合齿轮与所述矩形躯体架左侧板上的齿轮B采用所述左前复合腿中的同向传动链A相连；
所述右后复合腿的上端、所述右前复合腿的上端分别与所述右腿驱动杆的两端铰接，所述左后复合腿的上端、所述右前复合腿的上端分别与所述左腿驱动杆的两端铰接。
进一步地，所述奔跑电机为舵机。
进一步地，所述机械大腿沿铅垂方向时，所述机械小腿向前倾斜。
进一步地，所述小腿复合齿轮的轴线与所述机械大腿下端的转动轴线共线。
进一步地，所述足部齿轮的轴线与所述机械小腿下端的转动轴线共线。
进一步地，所述奔跑电机正向转动时，所述右腿驱动杆向后运动，所述左腿驱动杆向前运动；所述奔跑电机反向转动时，所述右腿驱动杆向前运动，所述左腿驱动杆向后运动。
进一步地，所述主动反向驱动杆与所述被动反向驱动杆在同一水平面内，所述左腿驱动杆与所述右腿驱动杆在同一水平面内。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明采用单个电机驱动左前复合腿与左后复合腿可以同步向前或向后转动，同时右前复合腿和右后复合腿同步向后或向前转动，简化了结构，节约了能耗；当左侧的两条复合腿向前转动腾空时，右侧的两条复合腿恰好实现向后蹬地动作，当左侧的两条复合腿向后蹬地时，右侧的两条复合腿恰好实现转动腾空。此外，本发明中的扭转弹簧A和扭转弹簧B一方面可以使得腾空的复合腿在落地时减小冲击力，增加落地时的稳定性，同时可以在腾空时储存一定的弹性势能使得其在向后蹬地时释放弹性势能，增加向后蹬地的作用力，进而增加奔跑效率。由此可知，本发明是一种结构简单合理、单电机驱动两侧复合腿同步反向运动、奔跑稳定性更高、奔跑效率更好的四足奔跑仿生机器人。
附图说明
图1是本发明的一种四足奔跑仿生机器人的主视结构原理示意图。
图2是本发明的一种四足奔跑仿生机器人的左视结构原理示意图。
图3是本发明的四根驱动杆的平面位置示意图。
图4是本发明的四条复合腿与矩形躯体架的相对位置示意图。
图中，1—矩形躯体架；11—奔跑电机；12—滚动轴承；21—左前复合腿；22—左后复合腿；23—右前复合腿；24—右后复合腿；31—左腿驱动杆；32—右腿驱动杆；33—主动反向驱动杆；331—驱动杆套筒；34—被动反向驱动杆；41—机械大腿；411—大腿套筒；42—机械小腿；421—小腿复合齿轮；43—摩擦足；431—足部齿轮；44—扭转弹簧A；45—扭转弹簧B；46—同向传动链A；47—同向传动链B；51—复合绕线齿轮；52—奔跑施力牵引绳；53—奔跑腾空牵引绳。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1、图2、图3和图4，本发明的一种四足奔跑仿生机器人，它包括矩形躯体架1，装设在矩形躯体架1四个角点上的左前复合腿21、左后复合腿22、右前复合腿23和右后复合腿24，平行矩形躯体架1四条边装设于矩形躯体架1上方的左腿驱动杆31、右腿驱动杆32、主动反向驱动杆33和被动反向驱动杆34，装设于矩形躯体架1上的奔跑电机11。
参见图2，奔跑电机11固定装设在矩形躯体架1的后侧板的中部，其输出轴垂直向上穿过装设于矩形躯体架1上的滚动轴承12并与主动反向驱动杆33的中部固定相连。
矩形躯体架1的左、右两侧板的中部各转动装设有一个复合绕线齿轮51，复合绕线齿轮51由同轴同步转动的齿轮A、齿轮B、绕线轮A和绕线轮B组成；奔跑施力牵引绳52和奔跑腾空牵引绳53的下端分别缠绕在绕线轮A和绕线轮B上，且绕线方向相反；矩形躯体架1的左侧板上的施力牵引绳52和奔跑腾空牵引绳53的上端与左腿驱动杆31的中部相连，矩形躯体架1的右侧板上的施力牵引绳52和奔跑腾空牵引绳53的上端与右腿驱动杆32的中部相连。
参见图1，左前复合腿21与左后复合腿22、右前复合腿23和右后复合腿24结构完全相同，均包括：中上部转动装设在矩形躯体架1上的机械大腿41，转动装设在机械大腿41下端上的机械小腿42，转动装设在机械小腿42下端的摩擦足43，固定装设在机械小腿42上端的小腿复合齿轮421，固定装设在摩擦足43上端的足部齿轮431，两端分别与机械大腿41和机械小腿42相连的扭转弹簧A44，两端分别与机械小腿42和摩擦足43相连的扭转弹簧B45，与小腿复合齿轮421、足部齿轮431相连的同向传动链B47，同向传动链A46，及滑动套装在机械大腿41上部的大腿套筒411。
主动反向驱动杆33的两端均滑动装设有驱动杆套筒331，主动反向驱动杆33中的两个驱动杆套筒331分别与左后复合腿22中的大腿套筒411、右后复合腿24中的大腿套筒411铰接。
被动反向驱动杆34的两端均滑动装设有驱动杆套筒331，被动反向驱动杆34中的两个驱动杆套筒331分别与左前复合腿21中的大腿套筒411、右前复合腿23中的大腿套筒411铰接。
右后复合腿24中的小腿复合齿轮421与矩形躯体架1右侧板上的齿轮A采用右后复合腿24中的同向传动链A46相连；右前复合腿23中的小腿复合齿轮421与矩形躯体架1右侧板上的齿轮B采用右前复合腿23中的同向传动链A46相连；左后复合腿22中的小腿复合齿轮421与矩形躯体架1左侧板上的齿轮A采用左后复合腿22中的同向传动链A46相连；左前复合腿21中的小腿复合齿轮421与矩形躯体架1左侧板上的齿轮B采用左前复合腿21中的同向传动链A46相连。
右后复合腿24的上端、右前复合腿23的上端分别与右腿驱动杆32的两端铰接，左后复合腿22的上端、右前复合腿21的上端分别与左腿驱动杆31的两端铰接。
作为优选地，奔跑电机11为舵机。舵机正、反方向转动，带动主动反向驱动杆33正、反向转动，进而带动左后复合腿22中的机械大腿41、右后复合腿22中的机械大腿41同步反向转动，并分别借助左前驱动杆31、右腿驱动杆32同时驱动左前复合腿21和右前复合腿23运动。
作为优选地，机械大腿11沿铅垂方向时，机械小腿42向前倾斜。
作为优选地，小腿复合齿轮421的轴线与机械大腿41下端的转动轴线共线。
作为优选地，足部齿轮431的轴线与机械小腿42下端的转动轴线共线。
作为优选地，奔跑电机11正向转动时，右腿驱动杆32向后运动，左腿驱动杆31向前运动；奔跑电机11反向转动时，右腿驱动杆32向前运动，左腿驱动杆31向后运动。
作为优选地，主动反向驱动杆33与被动反向驱动杆34在同一水平面内，左腿驱动杆31与右腿驱动杆32在同一水平面内。
本发明的工作原理如下：参阅图1，奔跑电机11正向转动，通过主动反向驱动杆33正向转动，驱动左后复合腿22绕左后复合腿22与矩形躯体架1的铰接轴顺时针方向转动、右后复合腿24绕右后复合腿24与矩形躯体架1的铰接轴逆时针方向转动，从而使得左腿驱动杆31向前运动，右腿驱动杆32向后运动。左腿驱动杆31向前运动，矩形躯体架1左侧板上的复合绕线齿轮51缠绕奔跑施力牵引绳52，同时释放奔跑腾空牵引绳53，因此复合绕线齿轮51顺时针方向转动，通过相应的同步传动链A46带动左后复合腿22和左前复合腿21中的小腿复合齿轮421顺时针方向转动，从而使得左后复合腿22和左前复合腿21中的机械小腿42相对于机械大腿41顺时针向后转动；小腿复合齿轮421顺时针方向转动，带动足部齿轮431顺时针方向转动，进而使得左后复合腿22和左前复合腿21中的摩擦足43相对于机械小腿42向后转动，从而对地面产生一个向后的摩擦力，根据作用力与反作用力定律，地面给与左后复合腿22和左前复合腿21中的摩擦足43一个向前的作用力，推动本发明的机器人向前蹬地奔跑。按照类似的原理，右腿驱动杆32向后运动，矩形躯体架1右侧板上的复合绕线齿轮51逆时针方向转动，从而使得右后复合腿24和右前复合腿23中的机械小腿42相对于机械大腿41向前转动，同时带动右后复合腿24和右前复合腿23中的摩擦足43相对于机械小腿42向前转动离开地面腾空。
本发明的工作过程如下：奔跑电机11正向转动，使得本发明的机器人左侧两条复合腿向后蹬地面，产生向前的作用力，同时右侧两条复合腿向前转动腾空，完成奔跑的一个动作；奔跑电机11反向转动，使得本发明的机器人右侧两条复合腿向后蹬地面，产生向前的作用，同时左侧两条复合腿向前转动腾空，完成奔跑的另一个动作。奔跑电机11往复正反向转动，本发明的机器人可以在地面上连续奔跑。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。
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