一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供的是一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節，包含前脊柱、后脊柱、扭簧和驅動組件，前脊柱和后脊柱之間用扭簧和驅動組件連接，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各套有一根彈簧，后脊柱和前脊柱結構相同。本實用新型將現有機器人脊柱的彎曲和伸縮運動結合在一起，能夠更好的模擬哺乳動物的脊柱的彈性運動，能夠使機器人的運動更加穩定、更加協調。
【專利說明】一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種機器人的脊柱關節，尤其涉及一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節。
【背景技術】
[0002]隨著機器人技術的迅猛發展，對能在復雜環境下行走的特種機器人的需求日益增力口，相比于輪式機器人，足式機器人在行進中，能更好的適應非結構化、未知的環境，特別是仿生多足機器人，具有運動靈活、穩定性好的優勢，在整個足式機器人研究領域中占有很大比重。
[0003]目前關于絕大多數仿生多足機器人的研究，均是以剛性脊柱為模型，并不考慮系統構件的變形。但實際上運動生物的肌肉、腱和韌帶像彈簧一樣能夠儲存和釋放能量，其運動過程中具有柔性變形，動力學形態復雜。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動的力學性能，而且剛性模型，在運動過程中，必然導致能量的消耗較大，導致運動過程中能量的利用率下降，從而使機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)公布的一種四足機器人仿生彈性脊柱機構，包括前脊柱部分、后脊柱部分、彈性關節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節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，能實現彈性脊柱關節，但其結構復雜，且控制精度不好。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是為了更好的模擬哺乳動物的脊柱運動而提供一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節。
[0006]本實用新型的目的是這樣實現的:包含前脊柱、后脊柱、扭簧和驅動組件，前脊柱和后脊柱之間用扭簧和驅動組件連接，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各套有一根彈簧，后脊柱和前脊柱結構相同。
[0007]本實用新型還包括這樣一些結構特征:
[0008]1.所述驅動組件安裝在前、后脊柱的下方，包括固定安裝在前脊柱上的舵機、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.所述卡座上設置三個光軸安裝孔，光軸對應有三根。
[0011]4.所述分體式卡座有三對，光軸對應有三根。
[0012]5.所述的滑塊上設置有安裝對應軀干的安裝孔。
[0013]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型避免了傳統機器人的剛性軀干在運動過程中會消耗大量的能量，而使得運動過程中的能量的利用率下降，將現有機器人脊柱的彎曲和伸縮運動結合在一起，在機器人運動過程中，滑塊通過壓縮光軸兩端的彈簧模擬脊柱的伸縮運動，并且伸縮運動無需驅動機構，是被動運動；彎曲運動時依靠舵機實現驅動連桿實現前后脊柱關節產生相對轉動，扭簧增加了脊柱關節的柔順性，因此，本實用新型能夠更好的模擬哺乳動物的脊柱的彈性運動，能夠使機器人的運動更加穩定、更加協調。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型整體結構示意圖；
[0015]圖2是本實用新型驅動組件結構示意圖；
[0016]圖3是本實用新型滑塊結構示意圖；
[0017]圖4是本實用新型前脊柱部分組件示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細描述。
[0019]實施案例一:結合圖1和圖2:本實用新型提供的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節包括前脊柱2、后脊柱1、驅動組件9和扭簧4，前脊柱2和后脊柱I的結構完全相同，前脊柱2和后脊柱I之間用扭簧4和驅動組件9連接，驅動組件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在驅動組件9的驅動下能實現相對轉動，在驅動組件9之間還并聯了扭簧4來增加脊柱的柔順性。
[0020]如圖2所示:所述驅動組件9包括固定安裝在前脊柱上的舵機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。卡座可設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構示意圖，共有六個卡座，光軸19也相應的設置成三根，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。在模擬脊柱運動時，通過滑塊3壓縮彈簧18、20來模擬脊柱的伸縮運動，后脊柱I的結構與前脊柱2完全一樣。這樣的結構使得滑塊在運動過程中更加穩定、牢固，分體式卡座方便根據使用需求進行選擇。
[0022]實施案例二:根據實施案例一所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節，將卡座21、卡座22、卡座23、卡座24、卡座25、卡座17設置成兩個一體式卡座，則兩個卡座對稱布置在前脊柱2上，在一體式卡座上設置相應數量的光軸安裝孔，則兩個一體式卡座將相應數量的光軸卡住。
[0023]所述的光軸可以設置成兩個或三個，需要在卡座上設置于光軸數量對應的光軸安裝孔，直線軸承的數量與光軸的數量相對應。
[0024]動物在實際運動過程中，脊柱關節的伸縮運動和彎曲運動是同時存在的。該發明在模擬動物脊柱運動的過程中，前后脊柱會產生伸縮運動，這種運動為被動的，運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來實現的。彎曲運動為主動的，這種運動是通過舵機8驅動連桿7、12使前后脊柱產生相對轉動，從而實現脊柱關節的彎曲運動，在前后脊柱之間加入扭簧4，增加了脊柱關節的柔順性。
【權利要求】
1.一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節，包含前脊柱、后脊柱、扭簧和驅動組件，前脊柱和后脊柱之間用扭簧和驅動組件連接，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各套有一根彈簧，后脊柱和前脊柱結構相同。
2.根據權利要求1所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節，其特征在于:所述驅動組件安裝在前、后脊柱的下方，包括固定安裝在前脊柱上的舵機、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.根據權利要求1或2所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節，其特征在于:所述卡座為分體式。
4.根據權利要求1或2所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節，其特征在于:所述卡座上設置三個光軸安裝孔，光軸對應有三根。
5.根據權利要求3所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節，其特征在于:所述分體式卡座有三對，光軸對應有三根。
6.根據權利要求1或2所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節，其特征在于:所述的滑塊上設置有安裝對應軀干的安裝孔。
7.根據權利要求3所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節，其特征在于:所述的滑塊上設置有安裝對應軀干的安裝孔。
8.根據權利要求4所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節，其特征在于:所述的滑塊上設置有安裝對應軀干的安裝孔。
9.根據權利要求5所述的一種具有彎曲和伸縮功能的脊柱關節，其特征在于:所述的滑塊上設置有安裝對應軀干的安裝孔。
【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 優先權日:2014年6月26日
【發明者】陳東良, 王洪, 劉琦 申請人:哈爾濱工程大學