一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供的是一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)，包含前脊柱、后脊柱、扭簧和驅(qū)動組件，前脊柱和后脊柱之間用扭簧和驅(qū)動組件連接，前脊柱包括卡座、光軸、滑塊、彈簧和直線軸承，兩個卡座對稱固定安裝在前脊柱上，兩根光軸分別通過卡座上設(shè)置的光軸安裝孔安裝在兩個卡座之間，所述滑塊上有滑塊安裝孔，滑塊安裝孔中裝配直線軸承，滑塊通過直線軸承套在兩根光軸上，每根光軸的滑塊兩側(cè)各套有一根彈簧，后脊柱和前脊柱結(jié)構(gòu)相同。本實(shí)用新型將現(xiàn)有機(jī)器人脊柱的彎曲和伸縮運(yùn)動結(jié)合在一起，能夠更好的模擬哺乳動物的脊柱的彈性運(yùn)動，能夠使機(jī)器人的運(yùn)動更加穩(wěn)定、更加協(xié)調(diào)。
【專利說明】一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人的脊柱關(guān)節(jié)，尤其涉及一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)器人技術(shù)的迅猛發(fā)展，對能在復(fù)雜環(huán)境下行走的特種機(jī)器人的需求日益增力口，相比于輪式機(jī)器人，足式機(jī)器人在行進(jìn)中，能更好的適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化、未知的環(huán)境，特別是仿生多足機(jī)器人，具有運(yùn)動靈活、穩(wěn)定性好的優(yōu)勢，在整個足式機(jī)器人研究領(lǐng)域中占有很大比重。
[0003]目前關(guān)于絕大多數(shù)仿生多足機(jī)器人的研究，均是以剛性脊柱為模型，并不考慮系統(tǒng)構(gòu)件的變形。但實(shí)際上運(yùn)動生物的肌肉、腱和韌帶像彈簧一樣能夠儲存和釋放能量，其運(yùn)動過程中具有柔性變形，動力學(xué)形態(tài)復(fù)雜。特別是奔跑、跳躍的生物，如果采用純剛性模型必定不能夠合理地解釋生物運(yùn)動的力學(xué)性能，而且剛性模型，在運(yùn)動過程中，必然導(dǎo)致能量的消耗較大，導(dǎo)致運(yùn)動過程中能量的利用率下降，從而使機(jī)器人在快速行走的速度和效率提升上具有很大局限性。
[0004]中國專利(CN20121077805.4)公布的一種四足機(jī)器人仿生彈性脊柱機(jī)構(gòu)，包括前脊柱部分、后脊柱部分、彈性關(guān)節(jié)部分和氣動肌腱部分，其中所述前脊柱部分的一端通過彈性關(guān)節(jié)部分與后脊柱部分的一端連接，前脊柱部分的另一端通過氣動肌腱部分與后脊柱部分的另一端連接，能實(shí)現(xiàn)彈性脊柱關(guān)節(jié)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且控制精度不好。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是為了更好的模擬哺乳動物的脊柱運(yùn)動而提供一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)。
[0006]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包含前脊柱、后脊柱、扭簧和驅(qū)動組件，前脊柱和后脊柱之間用扭簧和驅(qū)動組件連接，前脊柱包括卡座、光軸、滑塊、彈簧和直線軸承，兩個卡座對稱固定安裝在前脊柱上，兩根光軸分別通過卡座上設(shè)置的光軸安裝孔安裝在兩個卡座之間，所述滑塊上有滑塊安裝孔，滑塊安裝孔中裝配直線軸承，滑塊通過直線軸承套在兩根光軸上，每根光軸的滑塊兩側(cè)各套有一根彈簧，后脊柱和前脊柱結(jié)構(gòu)相同。
[0007]本實(shí)用新型還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0008]1.所述驅(qū)動組件安裝在前、后脊柱的下方，包括固定安裝在前脊柱上的舵機(jī)、第一連桿、第二連桿和三個連桿基座，第一連桿的一端與舵機(jī)的輸出軸連接、另一端與第二連桿基座固連，第二連桿基座固定安裝在后脊柱上，第二連桿的一端與固定安裝在前脊柱上的第一連桿基座鉸接、另一端與固定安裝在后脊柱上的第三連桿基座鉸接。
[0009]2.所述卡座為分體式。
[0010]3.所述卡座上設(shè)置三個光軸安裝孔，光軸對應(yīng)有三根。
[0011]4.所述分體式卡座有三對，光軸對應(yīng)有三根。
[0012]5.所述的滑塊上設(shè)置有安裝對應(yīng)軀干的安裝孔。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型避免了傳統(tǒng)機(jī)器人的剛性軀干在運(yùn)動過程中會消耗大量的能量，而使得運(yùn)動過程中的能量的利用率下降，將現(xiàn)有機(jī)器人脊柱的彎曲和伸縮運(yùn)動結(jié)合在一起，在機(jī)器人運(yùn)動過程中，滑塊通過壓縮光軸兩端的彈簧模擬脊柱的伸縮運(yùn)動，并且伸縮運(yùn)動無需驅(qū)動機(jī)構(gòu)，是被動運(yùn)動；彎曲運(yùn)動時依靠舵機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動連桿實(shí)現(xiàn)前后脊柱關(guān)節(jié)產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，扭簧增加了脊柱關(guān)節(jié)的柔順性，因此，本實(shí)用新型能夠更好的模擬哺乳動物的脊柱的彈性運(yùn)動，能夠使機(jī)器人的運(yùn)動更加穩(wěn)定、更加協(xié)調(diào)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型驅(qū)動組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本實(shí)用新型滑塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本實(shí)用新型前脊柱部分組件示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]實(shí)施案例一:結(jié)合圖1和圖2:本實(shí)用新型提供的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)包括前脊柱2、后脊柱1、驅(qū)動組件9和扭簧4，前脊柱2和后脊柱I的結(jié)構(gòu)完全相同，前脊柱2和后脊柱I之間用扭簧4和驅(qū)動組件9連接，驅(qū)動組件9位于前脊柱2和后脊柱I連接位置的下方，扭簧4位于前脊柱2和后脊柱I連接位置的上方，則前脊柱2和后脊柱I在驅(qū)動組件9的驅(qū)動下能實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動，在驅(qū)動組件9之間還并聯(lián)了扭簧4來增加脊柱的柔順性。
[0020]如圖2所示:所述驅(qū)動組件9包括固定安裝在前脊柱上的舵機(jī)8、第一連桿7、第二連桿12和三個連桿基座6、10、11，其中6是第一連桿基座，10是第二連桿基座，11是第三連桿基座，第一連桿7的一端與舵機(jī)8的輸出軸連接、另一端與第二連桿基座10固連，第二連桿基座10固定安裝在后脊柱I上，第二連桿12的一端與固定安裝在前脊柱2上的第一連桿基座6鉸接、另一端與固定安裝在后脊柱I上的第三連桿基座11鉸接，連桿12主要起支撐作用。
[0021]如圖3和圖4所示:前脊柱2包括卡座21、卡座22、卡座23、卡座24、卡座25、卡座17、光軸19，滑塊3和彈簧18、彈簧20?？ㄗ稍O(shè)置成一體式或分體式，圖4所示的是具有分體式卡座的前脊柱的結(jié)構(gòu)示意圖，共有六個卡座，光軸19也相應(yīng)的設(shè)置成三根，用螺栓將卡座17、25、24、21、22、23成對稱排列固定在前脊柱2上，卡座17與21、卡座22與25、卡座23與24分別將三根相同的光軸19卡住，第一滑塊3上設(shè)置有與三根光軸配合的孔，則第一滑塊3通過按照在所述孔內(nèi)的直線軸承13、14、15套在三根光軸的中間，彈簧18、20套在光軸19的兩端，也即每根光軸19的第一滑塊3兩側(cè)各套有一根彈簧，滑塊3和直線軸承13、14、15之間為過盈配合，自然狀態(tài)下滑塊3與卡座剛好卡住彈簧18、20，且彈簧18、20處于自然長度，滑塊3可以在三根光軸上來回滑動。在模擬脊柱運(yùn)動時，通過滑塊3壓縮彈簧18、20來模擬脊柱的伸縮運(yùn)動，后脊柱I的結(jié)構(gòu)與前脊柱2完全一樣。這樣的結(jié)構(gòu)使得滑塊在運(yùn)動過程中更加穩(wěn)定、牢固，分體式卡座方便根據(jù)使用需求進(jìn)行選擇。
[0022]實(shí)施案例二:根據(jù)實(shí)施案例一所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)，將卡座21、卡座22、卡座23、卡座24、卡座25、卡座17設(shè)置成兩個一體式卡座，則兩個卡座對稱布置在前脊柱2上，在一體式卡座上設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的光軸安裝孔，則兩個一體式卡座將相應(yīng)數(shù)量的光軸卡住。
[0023]所述的光軸可以設(shè)置成兩個或三個，需要在卡座上設(shè)置于光軸數(shù)量對應(yīng)的光軸安裝孔，直線軸承的數(shù)量與光軸的數(shù)量相對應(yīng)。
[0024]動物在實(shí)際運(yùn)動過程中，脊柱關(guān)節(jié)的伸縮運(yùn)動和彎曲運(yùn)動是同時存在的。該發(fā)明在模擬動物脊柱運(yùn)動的過程中，前后脊柱會產(chǎn)生伸縮運(yùn)動，這種運(yùn)動為被動的，運(yùn)動是在前后脊柱的慣性下使第一滑塊3、第二滑塊5壓縮彈簧18和20來實(shí)現(xiàn)的。彎曲運(yùn)動為主動的，這種運(yùn)動是通過舵機(jī)8驅(qū)動連桿7、12使前后脊柱產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)脊柱關(guān)節(jié)的彎曲運(yùn)動，在前后脊柱之間加入扭簧4，增加了脊柱關(guān)節(jié)的柔順性。
【權(quán)利要求】
1.一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)，包含前脊柱、后脊柱、扭簧和驅(qū)動組件，前脊柱和后脊柱之間用扭簧和驅(qū)動組件連接，其特征在于:前脊柱包括卡座、光軸、滑塊、彈簧和直線軸承，兩個卡座對稱固定安裝在前脊柱上，兩根光軸分別通過卡座上設(shè)置的光軸安裝孔安裝在兩個卡座之間，所述滑塊上有滑塊安裝孔，滑塊安裝孔中裝配直線軸承，滑塊通過直線軸承套在兩根光軸上，每根光軸的滑塊兩側(cè)各套有一根彈簧，后脊柱和前脊柱結(jié)構(gòu)相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)，其特征在于:所述驅(qū)動組件安裝在前、后脊柱的下方，包括固定安裝在前脊柱上的舵機(jī)、第一連桿、第二連桿和三個連桿基座，第一連桿的一端與舵機(jī)的輸出軸連接、另一端與第二連桿基座固連，第二連桿基座固定安裝在后脊柱上，第二連桿的一端與固定安裝在前脊柱上的第一連桿基座鉸接、另一端與固定安裝在后脊柱上的第三連桿基座鉸接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)，其特征在于:所述卡座為分體式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)，其特征在于:所述卡座上設(shè)置三個光軸安裝孔，光軸對應(yīng)有三根。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)，其特征在于:所述分體式卡座有三對，光軸對應(yīng)有三根。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)，其特征在于:所述的滑塊上設(shè)置有安裝對應(yīng)軀干的安裝孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)，其特征在于:所述的滑塊上設(shè)置有安裝對應(yīng)軀干的安裝孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)，其特征在于:所述的滑塊上設(shè)置有安裝對應(yīng)軀干的安裝孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關(guān)節(jié)，其特征在于:所述的滑塊上設(shè)置有安裝對應(yīng)軀干的安裝孔。
【文檔編號】B25J17/00GK203919084SQ201420351012
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】陳東良, 王洪, 劉琦 申請人:哈爾濱工程大學(xué)