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龙图腾网获悉浙江工业大学申请的专利多自由度脊柱关节四足机器人及其刚度自适应控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116142349B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-04发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310148829.5，技术领域涉及：B62D57/032；该发明授权多自由度脊柱关节四足机器人及其刚度自适应控制方法是由艾青林;祝劭楦;刘元宵;宋国正设计研发完成，并于2023-02-22向国家知识产权局提交的专利申请。

本多自由度脊柱关节四足机器人及其刚度自适应控制方法在说明书摘要公布了：本发明公开了多自由度脊柱关节四足机器人及其刚度自适应控制方法，包括躯干,多自由度脊柱关节和机械腿；前躯干通过多自由度脊柱关节与后躯干连接，通过多自由度脊柱关节实现前躯干相对于后躯干进行俯仰与横滚运动；多自由度脊柱关节设置为三个关节，包含两个俯仰关节与一个横滚关节，每个关节均包含刚度自适应主动调节组件，所述多自由度脊柱关节与前后躯干铰接；机械腿设置为四组，本发明能够融合机体多传感器系统感知自身姿态以及周围地形的复杂变化，通过相关信息计算出各关节需要的刚度，可以减少地面对机器人的剧烈冲击，减小关节电机损耗，使机器人保持运动的稳定性，防止由于不规则地形空间变化或者环境扰动导致的倾覆问题。

本发明授权多自由度脊柱关节四足机器人及其刚度自适应控制方法在权利要求书中公布了：1.多自由度脊柱关节四足机器人的刚度自适应控制方法，基于多自由度脊柱关节四足机器人，其特征在于，多自由度脊柱关节四足机器人包括躯干、多自由度脊柱关节及机械腿；所述躯干包括前躯干及后躯干，所述前躯干通过多自由度脊柱关节与后躯干连接，通过多自由度脊柱关节实现前躯干相对于后躯干进行俯仰与横滚运动；所述机械腿设置为四组，并分别配置在前躯干与后躯干上； 刚度自适应控制方法，包括刚度自适应控制、不同路面下的刚度自适应控制以及不同运动状态下的刚度自适应控制； 其中，刚度自适应控制，具体过程如下： 四足机器人通过安装在前躯干的摄像头采集地形信息，安装在前、后躯干的惯性测量单元获得机器人实时姿态信息，安装在关节电机上的磁编码器获取电机角度以及转速信息，及安装在球状足端的足端压力传感器检测足端接触力信息；前躯干控制系统将采集获得的各信息通过系统内置算法计算出周围地形、机器人当前姿态与实时重心位置，再结合足端接触力，计算出各个关节所需要的刚度；后躯干控制系统经过计算将刚度转换成卷簧扭转量，再计算成各个刚度调节电机所需要转动的角度，将角度信号发送至各的刚度调节电机，刚度调节电机通过同步带轮组带动蜗轮蜗杆转动，蜗轮蜗杆带动卷簧连接件，再带动卷簧调节扭转量，从而实现动态调整各关节刚度； 其中，在不同路面下的刚度自适应控制，具体过程如下： 摄像头采集到的地形信息发生改变时，系统判断地形特性并根据地形平坦程度改变关节刚度，当前方路面为凹凸地面时减小多自由度脊柱关节和机械腿的各变刚度组件的刚度，利用变刚度组件为四足机器人的运动提供缓冲，减少运动中的冲击对关节电机和机器人躯干震动影响；反之前方路面为平坦地面时则增大各变刚度组件的刚度，利用多自由度脊柱关节增大机器人运动空间； 在不同运动状态下的刚度自适应控制，具体过程如下： 奔跑运动状态下：四足机器人在奔跑的过程中需要增加速度时，后躯干控制系统控制电机转速增大，同时增加电机转角范围，使得腿部运动范围变大，此时磁编码器感应安装在电机轴端面上磁铁的旋转运动得到电机转速，前、后躯干惯性测量单元检测到机器人运动速度变化，减小多自由度脊柱关节及机械腿的各变刚度组件的刚度，从而减少机器人运动过程中速度增加时地面对四足机器人产生的巨大冲击力，同时增大多自由度脊柱关节的各俯仰关节角度范围，提高机器人腿部可达空间与落足距离；当机器人在奔跑的过程中需要减小速度时，后躯干控制系统控制电机转速减小，同时减小电机转角范围，使得腿部范围变小，此时磁编码器感应安装在电机轴端面上磁铁的旋转运动得到电机转速，前、后躯干惯性测量单元检测到机器人运动速度变化，增大多自由度脊柱关节及机械腿的各变刚度关节的刚度，减小多自由度脊柱关节的各俯仰关节角度范围，使机器人落足距离变小； 跳跃运动状态下：四足机器人从高处跳跃向低处时，前躯干控制系统根据前、后躯干惯性测量单元获得机器人实时姿态信息，通过调节横滚关节、各俯仰关节以及各机械腿关节角度，使机器人前躯干向前方倾斜，俯视前方落差地形，摄像头采集地形信息，计算出地形落差高度，减小横滚关节角度、增大前后俯仰关节角度以及减小机械腿关节角度，降低机器人重心，使机器人前后躯干蜷缩运动，同时减小机械腿髋部和膝部变刚度组件的刚度，减轻跳跃运动中地面对机器人的冲击力，当四足机器人落地后通过足端压力传感器感知地面对机器人产生的作用力，结合惯性测量单元检测的姿态角实时调整各机械腿关节、横滚关节及各俯仰关节的角度，并增大机械腿髋部和膝部变刚度组件的刚度，使四足机器人能够在落地后保持稳定； 攀爬运动状态下：四足机器人在攀爬倾斜台阶时，前躯干控制系统通过摄像头获取地形信息，给左前腿各关节发送角度信号，通过机械腿侧摆关节组件，髋关节组件和膝关节组件上的磁编码器感知左前腿各关节转动位置，使左前腿达到倾斜台阶所需高度，当左前腿足端压力传感器检测到压力信号时，表示左前腿已经到达台阶，此时增大左前腿关节刚度，右前腿重复前述步骤直至右前腿足端压力传感器检测到压力信号；接着后躯干控制系统为横滚及各俯仰关节提供角度信号，通过横滚及各俯仰关节的磁编码器，以及前、后躯干的惯性测量单元，获得机器人实时运动姿态，并实时调整四足机器人攀爬倾斜台阶时的姿态，直至达到计算得到的最优姿态；此时后躯干控制系统给机器人提供步态信号，使其正常前进，到达设定距离时停止发送步态信号，通过磁编码器感知左前腿各关节转动位置，给机器人右后腿发送角度信号，使右后腿达到倾斜台阶所需高度，当右后腿足端压力传感器检测到压力信号时，增大右后腿关节刚度，此时增大刚度使机器人在攀爬过程中更加稳定，左后腿重复前述步骤；当四个足端压力传感器均检测到压力信号时，后躯干控制系统根据足端压力大小，并结合各关节电机的磁编码器，前、后躯干惯性测量单元所获得机器人的实时姿态信息，减小前、后躯干俯仰关节角度和横滚关节转角，实时调整机器人姿态，不断改变落足点，调整机器人的重心，来适应倾斜台阶，使四足机器人能在台阶上稳定运动。

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