(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 可 (10)申请公布号CN105620582A (43)申请公布日2016.06.01 (21)申请号201610150579.9 (22)申请日2016.03.16 (71)申请人天津市银河飞跃科技有限公司 地址300000天津市滨海新区梅苑路5号金 座广场-502-14 (72)发明人戴建生唐昭张春松王清峰 (74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代 理事务所12201 代理人李丽萍 (51)nt.Cl. B62D57/032(2006.01) 权利要求书2页说明书7页附图7页 (54)发明名称 种腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器 人及驱动方法 (57)摘要 本发明公开了一种腰部使用八杆变胞机构的 四足仿生机器人，包括一个闭链和多条开链，闭链 是由第一至第八杆构成的一个八杆变胞杆机构； 3 第一、四、五、八杆的长度相同，第二、七杆长度相 同，第三、六杆的长度相同：每条开链的结构相 同，每条开链均为一2R串联机构且均分别通过一 转动铰链与闭链中一条杆件铰接，每条开链中的 21 各杆位于同一平面内。本发明将变胞八杆机构应 用到多足仿生机器人的腰部，利用变胞机构变构 态、变自由度的特性，通过不同的驱动方式实现多 足仿生机器人腰部变形，从而更好地模仿各类动 物的腰部结构，实现对多类动物仿生，集多类动物 优点于一身，提高多足仿生机器人的灵活性和对 不同地形环境的适应能力。 39900940m 石
CN105620582A 权利要求书 1/2页 1.一种腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人，包括一个闭链和四条开链，其特征 在于： 所述闭链是由顺次连接的第一杆(1)、第二杆(2)、第三杆(3)、第四杆(4)、第五杆(5)、 第六杆(6)、第七杆(7)和第八杆(8)所构成的一个八杆变胞机构； 第一杆(1)的两端分别通过第一转动铰链(9)和第二转动铰链(10)与第二杆(2)的一端 和第八杆(8)的一端相连，第一转动铰链(9)和第二转动铰链(10)的轴线相互垂直： 第五杆(5)的两端分别通过第三转动铰链(11)和第四转动铰链(12)与第四杆(4)的一 端和第六杆(6)的一端相连，第三转动较链(11)和第四转动铰链(12)的轴线相互垂直： 第三杆(3)的两端分别通过第五转动铰链(13)和第七转动铰链(15)与第四杆(4)的另 一端和第二杆(2)的另一端相连，第五转动铰链(13)与第七转动铰链(15)的轴线相互平行： 第七杆(7)的两端分别通过第六转动铰链(14)和第八转动铰链(16)与第六杆(6)的另 一端和第八杆(8)的另一端相连，第六转动铰链(14)与第八转动铰链(16)的轴线相互平行： 所述第一杆(1)、第八杆(8)、第五杆(5)和第四杆(4)长度相同，所述第三杆(3)和第六 杆(6)长度相同，所述第二杆(2)与第七杆(7)的长度相同： 四条开链的结构相同，每条开链的结构是：包括位于同一平面内的第九杆(17)、第十杆 (18)和第十一杆(19)，所述第十杆(18)的两端分别通过第九转动铰链(20)和第十转动铰链 (21)与第九杆(17)和第十一杆(19)相连，所述第九转动铰链(20)和第十转动铰链(21)的轴 线相互平行： 四条开链中的所述第九杆(17)均分别通过第十一转动铰链(22)与第二杆(2)、第三杆 (3)、第六杆(6)和第七杆(7)转动铰接，位于第二杆(2)和第三杆(3)的两个第十一转动铰链 (22)的轴线与第七转动铰链(15)的轴线平行、位于第六杆(6)和第七杆(7)的两个第十一转 动铰链(22)的轴线与第六转动铰链(14)的轴线平行：四个第十一转动铰链(22)均落在第九 杆(17)、第十杆(18)和第十一杆(19)所在的平面内。 2.根据权利要求1所述腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人，其特征在于，当第一 杆(1)和第二杆(2)的夹角与第三杆(3)和第四杆(4)的夹角相等时，所述第二转动铰链(10) 的轴线与第三转动铰链(11)的轴线共线。 3.根据权利要求2所述腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人，其特征在于，所述第 二转动铰链(10)的轴线与第一杆(1)的上表面和第八杆(8)的上表面的交线重合；所述第三 转动铰链(11)的轴线与第四杆(4)的上表面和第五杆(5)的上表面的交线重合。 4.根据权利要求1所述腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人，其特征在于，所述第 转动铰链(9)、第四转动铰链(12)的轴线相互平行。 5.根据权利要求1所述腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人的驱动方法，其特征 在于，选择驱动第一转动铰链(9)、第四转动铰链(12)、第五转动铰链(13)、第六转动铰链 (14)、第七转动铰链(15)、第八转动铰链(16)中的任意三个再加上第二转动铰链(10)和第 三转动铰链(11)中的任意一个或两个即可驱动该闭链结构，同时，驱动每条开链中的所述 第九转动铰链(20)、第十转动铰链(21)和连接闭链和开链的第十一转动铰链(22)。 6.根据权利要求2所述腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人的驱动方法，其特征 在于， 首先，驱动第二转动铰链(10)转动一定角度或第三转动铰链(11)转动一定角度或同时 2
CN105620582A 权利要求书 2/2页 驱动第二转动铰链(10)和第三转动铰链(11)转动相同角度可使得第一杆(1)、第二杆(2)、 第三杆(3)、第四杆(4)所在平面围绕第二转动铰链(10)和第三转动铰链(11)所在轴线相对 与第五杆(5)、第六杆(6)、第七杆(7)、第八杆(8)所在平面旋转：然后，选择驱动第一转动铰 链(9)、第四转动铰链(12)、第五转动铰链(13)、第六转动铰链(14)、第七转动铰链(15)、第 八转动铰链(16)中的任意一个： 同时，驱动每条开链中的所述第九转动铰链(20)、第十转动铰链(21)和连接闭链和开 链的第十一转动铰链(22)。 7.根据权利要求3所述腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人的驱动方法，其特征 在于，当驱动第二转动铰链(10)转动180度或第三转动铰链(11)转动180度或同时驱动第二 转动铰链(10)和第三转动铰链(11)转动180度，使得第一杆(1)的上表面与第八杆(8)的上 表面重合、第二杆(2)的上表面与第七杆(7)的上表面重合、第三杆(3)的上表面与第六杆 (6)的上表面重合、第四杆(4)的上表面与第五杆(5)的上表面重合，第一转动铰链(9)的轴 线与第八转动铰链(16)的轴线重合、第四转动铰链(12)的轴线与第五转动铰链(13)的轴线 重合、第六转动铰链(14)的轴线与第七转动铰链(15)的轴线重合，位于第一杆(1)的第十一 转动较链(22)的轴线与位于第七杆(7)的第十一转动铰链(22)的轴线重合、位于第三杆(3) 的第十一转动铰链(22)的轴线与位于第六杆(6)的第十一转动铰链(22)的轴线重合： 选择驱动第一转动铰链(9)、第四转动铰链(12)、第五转动铰链(13)、第六转动铰链 (14)、第七转动铰链(15)、第八转动铰链(16)中的任意三个； 同时，驱动每条开链中的所述第九转动较链(20)、第十转动铰链(21)和连接闭链和开 链的第十一转动铰链(22)。 8.根据权利要求4所述腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人的驱动方法，其特征 在于，选择驱动第一转动铰链(9)、第四转动铰链(12)、第五转动铰链(13)、第六转动铰链 (14)、第七转动铰链(15)、第八转动铰链(16)中的任意三个：同时，驱动每条开链中的所述 第九转动铰链(20)、第十转动铰链(21)和连接闭链和开链的第十一转动铰链(22)。 3
CN105620582A 说明书 1/7页 一种腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人及驱动方法 技术领域 [0001] 本发明属于仿生机器人技术领域，涉及一种腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机 器人。 背景技术 [0002]多足仿生机器人结构简单且灵活，承载能力强、稳定性好，不仅能在复杂的非结构 路面上行走，轻易地跨过较大的障碍（如壕沟、岩石等），而且能以动态步态实现快速移动。 多足仿生机器人可以代替人完成许多危险作业，在军事、矿山开采、核能工业、星球探测、消 防营救、建筑业、农林采伐、教育娱乐等领域有着广阔的应用前景。 [0003]然而，传统多足仿生机器人在模仿动物时，关注点大多集中在腿部结构，而对于腰 部结构常常没有给予太多关注。传统多足仿生机器人腰部普遍采用刚性结构。其缺点在于： 1)腰部不可动，仅起支撑和载物平台的作用，对机器人的运动和姿势不起任何作用。2)多足 仿生机器人刚性结构的腰部，无法改变其形状，机器人各条腿的相对位置保持不变，机器人 只能通过改变腿部姿态来实现行走、奔跑、避障和转弯等动作，腰部对仿生机器人的运动和 适应性调节不起任何作用，而且刚性的腰部结构极大地限制了机器人整体工作空间和灵活 度。3)多足仿生机器人刚性腰部限制了机器人对自身重心的调节性能，使得机器人行走的 稳定裕度很小，步态中存在临界稳定状态，行走过程稳定性控制难度高。4)步态规划方面， 刚性腰的仿生机器人步态有限，无法实现类似于动物的上下弓腰、仰腰、扭腰的动作。5)刚 性腰部无法起到缓冲减震的作用，同时也限制了行走速度。6)传统仿生机器人只能模仿特 定的一种动物，不能同时模仿多种动物的形态。现有技术中有报道一种使用空间六杆变胞 机构的多足仿生机器人，该多足仿生机器人中的空间六杆变胞机构使用了两个虎克铰，虎 克铰难以直接驱动，需使用皮带、齿条等传动装置方能驱动，使其在机械运动效率方面有不 足。 发明内容 [0004]针对传统多足爬行机器人的局限性及多足仿生机器人中空间六杆变胞机构使用 两个虎克铰难以直接驱动的问题。本发明提供一种腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器 人，该仿生机器人腰部能左右弯曲和对折，具有变形灵活，自适应能力强的特点，而且可以 实现多种不同的直接驱动形式。 [005]为了解决上述技术问题，本发明提出的一种腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机 器人，包括一个闭链和四条开链，所述闭链是由顺次连接的第一杆、第二杆、第三杆、第四 杆、第五杆、第六杆、第七杆和第八杆所构成的一个八杆变胞机构：第一杆的两端分别通过 第一转动铰链和第二转动铰链与第二杆的一端和第八杆的一端相连，第一转动铰链和第二 转动铰链的轴线相互垂直；第五杆的两端分别通过第三转动铰链和第四转动铰链与第四杆 的一端和第六杆的一端相连，第三转动铰链和第四转动铰链的轴线相互垂直：第三杆的两 端分别通过第五转动铰链和第七转动铰链与第四杆的另一端和第二杆的另一端相连，第五
CN105620582A 说明书 2/7页 转动铰链与第七转动铰链的轴线相互平行：第七杆的两端分别通过第六转动铰链和第八转 动铰链与第六杆的另一端和第八杆的另一端相连，第六转动铰链与第八转动铰链的轴线相 互平行：所述第一杆、第八杆、第五杆和第四杆长度相同，所述第三杆和第六杆长度相同，所 述第二杆与第七杆的长度相同：四条开链的结构相同，每条开链的结构是：包括位于同一平 面内的第九杆、第十杆和第十一杆，所述第十杆的两端分别通过第九转动较链和第十转动 铰链与第九杆和第十一杆相连，所述第九转动铰链和第十转动铰链的轴线相互平行；四条 开链中的所述第九杆均分别通过第十一转动铰链与第二杆、第三杆、第六杆和第七杆转动 铰接，位于第二杆和第三杆两个的第十一转动铰链的轴线与第七转动铰链的轴线平行、位 于第六杆和第七杆的两个第十一转动铰链的轴线与第六转动铰链的轴线平行：四个第十一 转动铰链均落在第九杆、第十杆和第十一杆所在的平面内。选择驱动第一转动铰链、第四转 动铰链、第五转动铰链、第六转动铰链、第七转动铰链、第八转动铰链中的任意三个再加上 第二转动铰链和第三转动铰链中的任意一个或两个即可驱动该闭链结构，同时，驱动每条 开链中的所述第九转动铰链、第十转动铰链和连接闭链和开链的第十一转动铰链。 [0006]进一步讲，当第一杆和第二杆的夹角与第三杆和第四杆的夹角相等时，所述第二 转动较链的轴线与第三转动铰链的轴线共线。驱动第二转动较链转动一定角度或第三转动 铰链转动一定角度或同时驱动第二转动铰链和第三转动铰链转动相同角度可使得第一杆、 第二杆、第三杆、第四杆所在平面围绕第二转动铰链和第三转动铰链所在轴线相对与第五 杆、第六杆、第七杆、第八杆所在平面旋转：然后，选择驱动第一转动铰链、第四转动铰链、第 五转动铰链、第六转动铰链、第七转动铰链、第八转动铰链中的任意一个：同时，驱动每条开 链中的所述第九转动铰链、第十转动铰链和连接闭链和开链的第十一转动铰链。 [0007]所述第二转动铰链的轴线与第一杆的上表面和第八杆的上表面的交线重合：所述 第三转动铰链的轴线与第四杆的上表面和第五杆的上表面的交线重合。当驱动第二转动铰 链转动180度或第三转动铰链转动180度或同时驱动第二转动铰链和第三转动铰链转动180 度，可使得第一杆的上表面与第八杆的上表面重合、第二杆的上表面与第七杆的上表面重 合、第三杆的上表面与第六杆的上表面重合、第四杆的上表面与第五杆的上表面重合，第一 转动铰链的轴线与第八转动铰链的轴线重合、第四转动铰链的轴线与第五转动铰链的轴线 重合、第六转动铰链的轴线与第七转动铰链的轴线重合，位于第一杆的第十一转动铰链的 轴线与位于第七杆的第十一转动铰链的轴线重合、位于第三杆的第十一转动铰链的轴线与 位于第六杆的第十一转动铰链的轴线重合：选择驱动第一转动铰链、第四转动铰链、第五转 动铰链、第六转动铰链、第七转动铰链、第八转动铰链中的任意三个：同时，驱动每条开链中 的所述第九转动铰链、第十转动铰链和连接闭链和开链的第十一转动铰链。 [0008]所述第一转动铰链、第四转动铰链的轴线相互平行。选择驱动第一转动铰链、第四 转动铰链、第五转动铰链、第六转动铰链、第七转动铰链、第八转动铰链中的任意三个；同 时，驱动每条开链中的所述第九转动铰链、第十转动铰链和连接闭链和开链的第十一转动 铰链。 [0009]与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0010]由于结构特点带来的好处，本发明中将变胞机构应用到多足仿生机器人的腰部， 通过不同的驱动方式使得变胞机构在运动过程中改变机构构态、自由度，实现了腰部构型 的改变，腰部能左右对折，从而更好地模仿各类动物的腰部结构，实现对多类动物仿生，集 5
CN105620582A 说明书 3/7页 多类动物优点于一身，包括哺乳类动物的速度、爬行类动物的灵活性以及昆虫类动物的稳 定性，进而提高多足仿生机器人的灵活性和对不同地形环境的适应能力，实现更多的应用。 针对现有技术中仿生机器人使用的空间六杆变胞机构中虎克较难以直接驱动的问题，提出 将虎克铰中两个相互垂直的转动轴线分开，独立放置，得出所有运动副均为转动铰链的空 间八杆变胞机构，使得所有转动铰链都可以方便地直接驱动，对提高机械运动效率大有裨 益。 附图说明 [0011们图1是本发明仿生机器人的闭链结构示意图： [0012] 图2是本发明仿生机器人的其中一开链的结构示意图： [0013] 图3是本发明仿生机器人实施例一腰部为平面构态模仿蜥蜴的结构示意图： [0014] 图4是本发明仿生机器人实施例一腰部为平面构态模仿小狗的结构示意图： [00151 图5是本发明仿生机器人实施例一腰部为平面构态模仿蜘蛛的结构示意图： [0016] 图6是本发明仿生机器人实施例一腰部为平面构态模仿竹节虫的结构示意图： [0017] 图7是本发明仿生机器人实施例二腰部左右弯曲的示例之一的结构示意图： [0018] 图8是本发明仿生机器人实施例二腰部左右弯曲的示例之二的结构示意图： [0019] 图9是本发明仿生机器人实施例二腰部左右弯曲的示例之三的结构示意图： [0020] 图10是本发明仿生机器人实施例三腰部左右对折模仿螳螂的结构示意图。 具体实施方式 [0021]下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，其描述仅是对 本发明的解释性说明，并不用以限制本发明。 [0022]如图1所示，第一杆1的两端分别通过第一转动铰链9和第二转动铰链10与第二杆2 的一端和第八杆8的一端相连，第一转动铰链9和第二转动铰链10的轴线相互垂直：第五杆5 的两端分别通过第三转动铰链11和第四转动铰链12与第四杆4的一端和第六杆6的一端相 连，第三转动较链11和第四转动铰链12的轴线相互垂直：第三杆3的两端分别通过第五转动 铰链13和第七转动铰链15与第四杆4的另一端和第二杆2的另一端相连，第五转动铰链13和 第七转动铰链15的轴线相互平行：第七杆7的两端分别通过第六转动铰链14和第八转动铰 链16与第六杆6的另一端和第八杆8的另一端相连，第六转动铰链14和第八转动铰链16的轴 线相互平行。所述第一杆1、第四杆4、第五杆5、第八杆8长度相同，所述第二杆2和第七杆7长 度相同，所述第四杆4与第六杆6的长度相同。而且，所述第一转动铰链9、第四转动铰链12、 第五转动铰链13、第六转动铰链14和第七转动铰链15的轴线相互平行。 [0023]如图2所示，四条开链的结构相同，每条开链均为一2R串联机构。其结构是每条开 链均分别包括第九杆17、第十杆18和第十一杆19，所述第九杆17、第十杆18和第十一杆19位 于同一平面内，所述第十杆18的两端分别通过第九转动铰链20和第十转动铰链21与第九杆 17和第十一杆19相连，所述第九转动铰链20和第十转动铰链21的轴线相互平行。 [0024]因为本发明变胞四足仿生机器人中闭链结构为一个变胞机构，因此可以通过改变 闭链构态以及相应调整四条开链的形态模仿多种动物形态。 [0025]本发明中，闭链结构共包含八个转动铰链，如图2所示，选择第一转动铰链9、第四 6
CN105620582A 说明书 4/7页 转动铰链12、第五转动铰链13、第六转动铰链14、第七转动铰链15、第八转动铰链16中的任 意三个作为驱动再加上第二转动铰链10和第三转动铰链11的任意一个或两个即可驱动该 闭链结构，同时，驱动每条开链中的所述第九转动铰链20、第十转动铰链21和连接闭链和开 链的第十一转动铰链22，从而使本发明多足仿生机器人模仿多种不同动物形态。 [0026]本发明中可以具有多种不同的驱动形式，实际应用中可以择优选用，其择优的原 则是：保证在各种构态下都能实现完全驱动，以及驱动过程中压力角较小，另外尽可能对称 分布，以保证整个闭链结构质量分布均匀。 [0027]实施例一、腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人，且腰部的八杆变胞机构处 于平面构态。 [0028]如图3、图4、图5、图6是本发明的腰部的八杆机构处于平面构态的实施例，包括一 个闭链和四条开链。所述闭链是由顺次连接的第一杆1、第二杆2、第三杆3、第四杆4、第五杆 5、第六杆6、第七杆7和第八杆8所构成的一个八杆变胞机构。 [0029]如图3、图4、图5、图6所示，四条开链中的第九杆17均分别通过第十一转动铰链22 与第二杆2、第三杆3、第六杆6和第七杆7转动铰接，四条开链与第二杆2、第三杆3、第六杆6 和第七杆7之间的四个第十一转动铰链22的轴线与第一转动铰链9的轴线平行，即位于第二 杆2和第三杆3两个的第十一转动铰链22的轴线与第七转动铰链15的轴线平行、位于第六杆 6和第七杆7的两个第十一转动铰链22的轴线与第六转动铰链14的轴线平行：四个第十一转 动铰链22均落在第九杆17、第十杆18和第十一杆19所在的平面内。 [0030]驱动第二转动铰链10和第三转动铰链11或同时驱动第二转动铰链10与第三转动 铰链11转动一定的相同角度，使得第四杆4与第五杆5保持共线且第一杆1与第八杆8共线， 第一转动铰链9的轴线与第四转动铰链12的轴线平行：以此将本发明变胞四足仿生机器人 腰部的八杆机构确定为平面构态。 [0031]本实施例中，选择第一转动铰链9、第四转动铰链12、第五转动铰链13、第六转动铰 链14、第七转动铰链15、第八转动铰链16中的任意三个作为驱动：同时，驱动每条开链中的 所述第九转动铰链20、第十转动铰链21和连接闭链和开链的第十·一转动铰链22 [0032]下面通过选取闭链中的第一转动铰链9、第四转动铰链12以及第八转动铰链16，开 链中的所述第九转动铰链20、第十转动铰链21和连接闭链和开链的第十一转动铰链22为驱 动关节进行说明。 [0033]驱动第一转动铰链9、第四转动铰链12、第8转动铰链16使得第一杆1与第二杆2垂 直，第五杆5和第六杆6垂直，第七杆7和第八杆8垂直，第二转动铰链10与第三转动铰链11的 轴线共线。这时闭链构态为如图3种所示的矩形。这时通过驱动各条开链中第九转动铰链 20、第十转动铰链21以及连接闭链与各个开链的第十一转动铰链22，使得第十杆18近似水 平，第十一杆19近似竖直，每条开链所在平面与闭链中连接该条开链的对应杆近似垂直。这 时变胞四足仿生机器人模仿的是蜥蜴的形态，如图3。 [0034]在图3基础上保持闭链的形态不变，驱动每条开链中的第九转动铰链20、第十转动 铰链21以及连接闭链与各个开链的第十一转动铰链22，使得第十杆18向下倾斜，第十一杆 19近似竖直，第十杆18与第十一杆19之间成特定角度，并且使得每条开链所在平面与闭链 中连接该条开链的对应杆近似平行。这时变胞四足仿生机器人模仿的是狗的形态，如图4。 [0035]在图3基础上驱动第一转动铰链9、第四转动铰链12、第八转动铰链16使得第一杆1
CN105620582A 说明 书 5/7页 和第二杆2的夹角与第三杆3和第四杆4的夹角相等时：驱动第一转动铰链9、第四转动铰链 12、第八转动铰链16使得第一杆1与第二杆2、第三杆3与第四杆4、第七杆7与第八杆8成120 度，使得第五杆5与第六杆6、第二杆2与第三杆3、第六杆6与第七杆7之间的夹角也为120度； 同时驱动每条开链中的第九转动铰链20、第十转动铰链21以及连接闭链与各个开链的第十 转动铰链22，使得第十杆18向上倾斜，第十杆18与第十一杆19之间夹角近似60度，并且使 得每条开链所在平面与闭链中连接该条开链的对应杆近似垂直。这时变胞四足仿生机器人 模仿的是蜘蛛的形态，如图5。 [0036]在图3基础上，对第二杆2、第三杆3、第六杆6、第七杆7做适当处理以消除可能的干 涉，驱动第一转动铰链9使得第一杆1与第二杆2夹角成170度、驱动第四转动铰链12使得第 五杆5与第六杆6夹角成170度、驱动第八转动铰链16使得第七杆7与第八杆8成170度，以致 第二杆2与第三杆3夹角成20度、第三杆3与第四杆4夹角成170、第六杆6与第七杆7之间的夹 角成20度：同时驱动每条开链中的第九转动铰链20、第十转动铰链21以及连接闭链与各个 开链的第十一转动铰链22，使得第十杆18向上倾斜，第十杆18与第十一杆19之间夹角近似 60度，并且使得每条开链所在平面与闭链中连接该条开链的对应杆近似垂直。这时变胞四 足仿生机器人模仿的是竹节虫的形态，如图6。 [0037]实施例二、腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人，且腰部的八杆变胞机构处 于空间构态，也即本发明变胞四足仿生机器人左右弯腰的情形。 [0038]如图7、图8、图9是本发明的腰部的八杆机构处于平面构态的实施例，包括一个闭 链和四条开链。所述闭链是由顺次连接的第一杆1、第二杆2、第三杆3、第四杆4、第五杆5、第 六杆6、第七杆7和第八杆8所构成的一个八杆变胞机构。 [0039]如图7、图8、图9所示，四条开链中的第九杆17均分别通过第十一转动铰链22与第 二杆2、第三杆3、第六杆6和第七杆7转动铰接，四条开链与第二杆2、第三杆3、第六杆6和第 七杆7之间的四个第十一转动铰链22的轴线与第一转动铰链9的轴线平行，即位于第二杆2 和第三杆3两个的第十一转动铰链22的轴线与第七转动铰链15的轴线平行、位于第六杆6和 第七杆7的两个第十一转动铰链22的轴线与第六转动铰链14的轴线平行：四个第十一转动 较链22均落在第九杆17、第十杆18和第十一杆19所在的平面内。 [0040]当第一杆1和第二杆2的夹角与第三杆3和第四杆4的夹角相等时，第二转动铰链10 的轴线与第三转动铰链11的轴线共线。 [0041]本实施例中，驱动第二转动铰链10和第三转动铰链11中的任意一个或同时驱动第 二转动铰链10与第三转动较链转动11相同角度，使得第一杆1、第二杆2、第三杆3、第四杆4 所在平面围绕第二转动铰链10和第三转动较链11所在轴线相对于第五杆5、第六杆6、第七 杆7、第八杆8所在平面转动，选择第一转动铰链9、第四转动铰链12、第五转动铰链13、第六 转动铰链14、第七转动铰链15、第八转动铰链16中的任意一个作为驱动：同时，驱动每条开 链中的所述第九转动铰链20、第十转动铰链21和连接闭链和开链的第十一转动铰链22。即 可完全驱动本发明变胞四足仿生机器人并形成左右弯腰的情形，如图7、图8、图9。 [0042] 实施例三、腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人，且腰部的八杆变胞机构处 于串联构态。也即本发明变胞四足仿生机器人腰部左右对折的情形。 [0043]第二转动铰链10的轴线与第一杆1的上表面和第八杆8的上表面的交线重合：第三 转动较链11的轴线与第四杆4的上表面和第五杆5的上表面的交线重合。当第一杆1和第二 8
CN105620582A 说明书 6/7页 杆2的夹角与第三杆3和第四杆4的夹角相等时，第二转动铰链10的轴线与第三转动铰链11 的轴线共线。 [0044]在图1的基础上，驱动第二转动较链10转动180度或第三转动较链11转动180度或 同时驱动第二转动铰链10和第三转动铰链11转动180度，可使得第一杆1的上表面与第八杆 8的上表面重合、第二杆2的上表面与第七杆7的上表面重合、第三杆3的上表面与第六杆6的 上表面重合、第四杆4的上表面与第五杆5的上表面重合，第一转动铰链9的轴线与第八转动 铰链16的轴线重合、第四转动铰链12的轴线与第五转动铰链13的轴线重合、第六转动铰链 14的轴线与第七转动铰链15的轴线重合，位于第一杆1的第十一转动铰链22的轴线与位于 第七杆7的第十一转动铰链22的轴线重合、位于第三杆3的第十一转动较链22的轴线与位于 第六杆6的第十一转动铰链22的轴线重合，此过程即完成机器人腰部的左右对折，这时闭链 结构折叠成串联2R构态。如图9。 [0045]此实施例中，选择第一转动铰链9、第四转动铰链12、第五转动铰链13、第六转动铰 链14、第七转动铰链15、第八转动铰链16中的任意三个作为驱动：同时，驱动每条开链中的 所述第九转动铰链20、第十转动铰链21和连接闭链和开链的第十一转动铰链22，即可完全 驱动此构态下的本发明。 [0046]下面通过选取闭链中的第一转动铰链9、第四转动铰链12以及第八转动铰链16，开 链中的所述第九转动铰链20、第十转动铰链21和连接闭链和开链的第十一转动铰链22为驱 动关节进行说明。 [0047]驱动第一转动铰链9和第八转动铰链16转动相同角度、第四转动铰链12与第五转 动铰链13转动相同角度、第六转动铰链14和第七转动铰链15相同角度，使得第一杆1与第二 杆2（及第八杆8与第七杆7）、第二杆2与第三杆3（及第七杆7与第六杆6）、第三杆3与第四杆4 (及第六杆6与第五杆5)夹角近似150度。这时变胞四足仿生机器人模仿的是螳螂的形态，如 图10。 [0048]本发明中，腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人中的空间八杆变胞机构（即 闭链)具有多种构态，每种构态下机构拓扑结构以及自由度不尽相同。 [0049]本发明变胞四足仿生机器人的腰部机构（闭链）可变形，可进行运动和适应性调 节。例如在遇到较窄弯道的时候，本发明可以使腰部扭转一个角度，能够顺利地拐过该弯 道，而如果是刚性腰的多足仿生机器人则不能做到这一点。 [0050]本发明变胞四足仿生机器人通过腰部机构（闭链）变形，可以调节腰部（闭链）整体 的重心，使得腰部的重心始终处在稳定域中最佳的位置，这样能使变胞仿生机器人运行更 加稳定。 [0051]本发明变胞四足仿生机器人通过腰部机构（闭链）的变形，可以实现左右弓腰、仰 腰，扭腰的动作，这些动作对仿生机器人运动适应性的调节是大有裨益的，这一点是刚性腰 机器人做不到的。 [0052]本发明变胞四足仿生机器人通过两个水平方向转动铰链的运动可以在奔跑过程 中起到缓冲和减震的作用，同时具有一定柔性的腰部可以大大提高机器人的奔跑速度，这 儿一点可以从模拟的马和猎豹的奔跑姿态和速度中得到证实。 [0053]本发明变胞四足仿生机器人通过腰部机构（闭链）的变化，机器人不仅能改变各条 腿（开链）之间的相对位置关系，同时还可以改变腰部本身的形态和刚度，并且综合以上两 9
CN105620582A 说明书 7/7页 种变化，可以组合出多类动物形态，实现对多种动物形态的仿生，进而可以集各类动物的特 点于一身，如爬行类动物的灵活性，昆虫类动物的稳定性，哺乳类动物的速度，节肢类动物 手脚共用特性。 [0054]通过分析自然界中的爬行动物腰部脊椎骨骼结构，其结构对应于本发明闭链中两 个水平方向转动铰链。同时考虑到各种动物的腿的相对位置关系，本发明中提出了可变腰 (可变闭链)的概念，即，将平面八杆机构中的两个转动铰链换成了两个共线的水平方向转 动铰链，得到了一种具有多种构态的空间八杆变胞机构。 [0055]前四条腰杆，包括第一杆1、第二杆2、第三杆3、第四杆4和第五杆5始终共面.同理， 后四条腰杆，包括第五杆5、第六杆6和第七杆7和第八杆8也始终共面。闭链中两个水平方向 转动铰链轴线都在这两个平面上。 [0056]通过将上述空间八杆变胞机构作为爬行动物腰部结构，并在空间八杆变胞机构杆 件中点处对称布置腿（开链）即可得到变胞仿生机器人。 [0057]尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施 方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本 发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的 保护之内。 10
