CN103144101B - 一种仿生机器人的柔性机体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种仿生机器人的柔性机体，属于仿生机器人技术领域。本发明包括前躯体、后躯体、人工脊柱、气动人工肌肉。其中人工脊柱由若干节结构完全相同大小不同的仿生脊椎单元由小到大依次排列而成。每一节仿生脊椎单元由仿生椎骨、仿生椎间盘软垫、弹簧组成。发明所述的柔性机体可以辅助腿机构实现仿生机器人灵活原地转向功能，提高机器人适应复杂环境的机动性，具有柔性高，仿生效果好等特点。

Description

一种仿生机器人的柔性机体
技术领域
本发明涉及一种仿生机器人的柔性机体，属于仿生机器人的技术领域。
背景技术
       机器人动态步行的机动性和稳定性依赖于其机体机构。目前所设计的机器人，其机体结构有两种：第一种是将机体设计为一种刚性整体结构，忽略机体机构在动态稳定步行和原地转向中所起的作用。其不足之处是当四足机器人工作于复杂地面环境时，需要转弯或避障的情况下，只能依靠改变步态来实现，边走边转，导致转向半径大，转向速度慢，不是实现原地快速转向，同时也增加了控制的难度。第二种是将刚性机体分为前后两部分，通过位于机体中间的转动副将其连接，这种结构虽然在一定程度上解决了转向难的问题，然而机体依旧是刚性连接，不能实现类似四足动物那样的原地转向功能。同时，刚性机体引起步行震动，不能很好地模仿四足动物的运动，动作不够灵活。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的技术存在的不足，提供一种仿生机器人的柔性机体，模仿四足生物的躯体机构，克服了传统机器人运动过程中柔性差，仿生效果差的缺点。
本发明设计的方案是：柔性机体由前躯体、后躯体、人工脊柱（或脊椎）、气动人工肌肉构成。其中人工脊柱（或脊椎）由仿生椎骨、仿生椎间盘软垫、弹簧所组成的椎骨单元由小到大排列而成。所述的前躯体、后躯体为空间框架结构，两者由人工脊椎、气动人工肌肉连接成一个整体。
所述的四足仿生机器人的柔性机体：所述的人工脊柱由若干节结构完全相同大小不同的仿生脊椎单元由小到大依次排列而成。每一节仿生脊椎单元包括一个仿生椎骨、一个仿生椎间盘软垫和三根弹簧。前一节的仿生椎骨一个下关节面和后一节的仿生椎骨的一个上节突构成一个球副。前后相邻的两仿生椎骨间固定一个仿生椎间盘软垫，同时三根弹簧从仿生椎间盘软垫内部穿过。这样就可以使相邻两仿生椎骨绕前一节的椎骨下关节面和后一节的椎骨上节突所构成的球副在一定范围内进行上下及左右摆动。
所述的仿生机器人的柔性机体，其特征在于：所述的气动人工肌肉由气密弹性管和套在它外面的编织套组成。编织套的编织纤维与轴线成30o~60o角度，为编织角。当向气体人工肌肉内通入一定压力的气体时，气密弹性管在内压的作用下发生变形，带动编织套一起径向移动，编织角增大，编织套轴向缩短实现肌肉收缩的效果。反之排出气体，就会实现肌肉舒张的效果。
本发明所述机构与现有机体机构相比，具有如下显而易见的创新性特点：
一、本发明改变传统四足机器人刚性躯体的设计理念，将仿生脊椎和仿生人工肌肉驱动相结合，设计出一款具有柔性的四足机器人机体。可扩展用于其它仿生机器人设计中。
二、本发明使机器人更加具有仿生性，仿照四足生物脊椎设计出仿生椎骨、仿生椎间盘软垫和弹簧共同构成仿生脊椎，具有即符合仿生学，又有高柔性的特点。
三、本发明通过控制人工肌肉的进气或排气，使人工肌肉收缩或伸长，从而改变机体刚度，使其进行运动。具有控制简单，灵活等特点。
附图说明
图1是本发明一种仿生机器人的柔性机体结构示意图；
图2是本发明一种仿生机器人的仿生脊椎整体示意图；
图3是本发明一种仿生机器人的仿生脊柱（或脊椎）机构爆炸图；
图4是本发明一种仿生机器人的人工肌肉结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
如图1所示，一种仿生机器人的柔性机体，由前躯体（Ⅰ）、后躯体（Ⅳ）、人工脊椎（Ⅲ）、气动人工肌肉（Ⅱ）组成，其特征在于：所述的前躯体（Ⅰ）、后躯体（Ⅳ）为空间框架结构，两者由1条人工脊柱（或脊椎）（Ⅲ）、4条气动人工肌肉（Ⅱ）连接成一个整体。
实施例2：
参见图2和图3，本实施例与实施例1基本相同，特别之处是：所述的人工脊柱（或脊椎）（Ⅲ）由10节相同仿生脊椎单元组成由小到大依次排列而成。每一节仿生脊椎单元包括一个仿生椎骨（1）、一个仿生椎间盘软垫（2）和三根弹簧（3），它们在空间上交替排列。前一节的仿生椎骨（1）有一个下关节面（①）和后一节仿生椎骨的一个上节突（②）构成一个球副。相邻两椎骨间垫设有一仿生椎间盘软垫（2），同时三根弹簧（3）贯穿于仿生椎间盘软垫（2）内。这样就可以使相邻两仿生椎骨（1）可以绕前一节的椎骨下关节面（①）和后一节的椎骨上节突（②）构成的球副在一定范围内进行上下及左右摆动。
实施例3：
参见图4，本实施例与实施例1基本相同，特别之处是：所述的气体人工肌肉（Ⅱ）由气密弹性管（4）和套在它外面的编织套（5）组成。编织套（5）编织纤维与轴线成30o~60o角度，为编织角。当向气体人工肌肉（Ⅱ）内通入一定压力的气体时，气密弹性管在内压的作用下发生变形，带动编织套一起径向移动，编织角增大，编织套轴向缩短实现肌肉收缩的效果。反之排出气体，实现人工肌肉舒张的效果。
本发明所述的仿生机器人的柔性机体的工作原理，结合附图说明如下：要使机体侧弯，从人工肌肉(6)中排出气体，向人工肌肉(7)中通入气体，相邻人工脊椎的椎骨绕两者构成的球副旋转，驱动前、后躯体相对转动，实现人工脊椎侧弯。
本发明设计巧妙独特，柔性高且控制简单，灵活性强，且具有高度仿生性。

Claims (2)

1.一种仿生机器人的柔性机体，由前躯体（Ⅰ）、后躯体（Ⅳ）、人工脊柱（Ⅲ）、气动人工肌肉（Ⅱ）组成，其特征在于：所述的前躯体（Ⅰ）、后躯体（Ⅳ）为空间框架结构，两者由1条人工脊柱（Ⅲ）、4条气动人工肌肉（Ⅱ）连接构成机器人的柔性机体；所述的人工脊柱（Ⅲ）由若干节结构完全相同大小不同的仿生脊椎单元由小到大依次排列而成；每一节仿生脊椎单元包括一个仿生椎骨（1）、一个仿生椎间盘软垫（2）、和三根弹簧（3）；前一节的仿生椎骨（1）有一个下关节面（①）和后一节的仿生椎骨（1）的一个上节突（②）构成一个球副；相邻的前后两仿生椎骨（1）间固定一个仿生椎间盘软垫（2），同时三根弹簧（3）从仿生椎间盘软垫（2）内穿过；这样可以使相邻两仿生椎骨（1）绕前一节仿生椎骨的下关节面（①）和后一节仿生椎骨的上节突（②）所构成的球副进行上下及左右摆动。
2.根据权利要求书1所述的仿生机器人的柔性机体，其特征在于：所述的气动人工肌肉（Ⅱ）由气密弹性管（4）和套在它外面的编织套（5）组成；编织套（5）的编织纤维与轴线成30o~60o角度，为编织角；当向气动人工肌肉（Ⅱ）内通入压力气体时，气密弹性管（4）在内压的作用下发生变形，带动编织套（5）一起径向移动，编织角增大，编织套（5）轴向缩短实现肌肉收缩的效果；反之排出气体，就会实现肌肉舒张的效果。
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