CN105479435B - 可变运动幅度和可变长度的脊柱模块 - Google Patents

可变运动幅度和可变长度的脊柱模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可变运动幅度和可变长度的脊柱模块，包括舵机、舵角、脊柱节一、脊柱模块、脊柱节二和连杆，舵机安装在脊柱节一的端部，连杆的一端通过转轴与设置在舵机上的舵角铰接，连杆的另一端通过销轴与脊柱节二铰接，脊柱节一与脊柱节二之间设置有脊柱模块，所述脊柱模块包括前脊柱节和后脊柱节，后脊柱节上设置有连接圆柱，前脊柱节上设置与连接圆柱配合的圆孔，且连接圆柱上套有弹簧且连接圆柱的端部设置有螺钉，脊柱节一、脊柱节二与脊柱模块之间的连接方式与前脊柱节和后脊柱节之间的连接方式相同。本发明结构简单，对机构的冲击小，能帮助四足机器人增加腿部的运动范围。

Description

可变运动幅度和可变长度的脊柱模块
技术领域
本发明涉及一种脊柱模块，尤其涉及一种可变运动幅度和可变长度的脊柱模块，适用于仿生机器人领域。
背景技术
目前关于绝大多数仿生多足机器人脊柱的研究，均是以刚性躯干为模型，并不考虑系统构件的变形，而且无法实现主动控制并驱动脊柱，只能实现被动驱动。而实际上运动生物的肌肉、腱和韧带像弹簧一样能够储存和释放能量，其运动过程中具有柔性变形，动力学形态复杂。特别是奔跑、跳跃的生物，如果采用纯刚性模型必定不能够合理地解释生物运动的力学性能，而且被动驱动脊柱模型，在运动过程中，必然导致能量的消耗较大，导致运动过程中能量的利用率下降，从而使机器人在快速行走的速度和效率提升上具有很大局限性。
中国专利(CN102673674A)公开的一种四足机器人仿生弹性脊柱机构，该机构在脊柱转动关节上安装两个左右对称的扭簧，脊柱关节的转动与扭簧的弯曲约束在一起，通过气动肌腱的主动伸缩来控制脊柱关节的转动。该机构采用伸缩运动来实现脊柱关节的弯曲运动，对机构的冲击比较大；通过改变动力源的运动行程来改变脊柱的弯曲大小；调节气动肌腱的伸缩速度来改变弹性脊柱的弹性系数。
发明内容
本发明针对现有技术的结构比较复杂、脊柱的长度不可变并参照猫科动物的脊柱结构，而提供一种可变运动幅度和可变长度的脊柱模块。
本发明的目的是这样实现的：包括舵机、舵角、脊柱节一、脊柱模块、脊柱节二和连杆，舵机安装在脊柱节一的端部，连杆的一端通过转轴与设置在舵机上的舵角铰接，连杆的另一端通过销轴与脊柱节二铰接，脊柱节一与脊柱节二之间设置有脊柱模块，所述脊柱模块包括前脊柱节和后脊柱节，后脊柱节上设置有连接圆柱，前脊柱节上设置与连接圆柱配合的圆孔，且连接圆柱上套有弹簧且连接圆柱的端部设置有螺钉，脊柱节一、脊柱节二与脊柱模块之间的连接方式与前脊柱节和后脊柱节之间的连接方式相同。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述脊柱模块至少有两个，脊柱模块之间的连接方式与每个脊柱模块的前脊柱节和后脊柱节之间的连接方式相同。
2.所述的脊柱节一、脊柱节二、前脊柱节和后脊柱节均是三角形脊柱节。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过动力源的转动实现了脊柱模块的弯曲运动，对机构的冲击小；本发明可以通过改变三角形脊柱模块的数量来改变脊柱长度大小；本发明可以改变脊柱模块的运动幅度和三角形脊柱模块的数量，帮助四足机器人增加腿部的运动范围。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的脊柱模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图2，本发明包括舵机1，固定孔一2，舵角3，转轴4，脊柱节一5，连杆6，脊柱模块7，销轴8，脊柱节二9，固定孔二10，弹簧11，螺钉12，前脊柱节13，后脊柱节14，连接圆柱15。具体的说是：如图1所示，舵机1上一侧有固定孔一2可固定在四足机器人的躯干前端上，另一侧固定在脊柱节一5上。连杆6的一端通过转轴4与舵角3连接，另一端通过销轴8与脊柱节二9连接。脊柱节二9通过固定孔二10固定在四足机器人的躯干后端。舵机1通过舵角3带动连杆6绕转轴4转动，从而使脊柱弯曲运动。脊柱节一5与脊柱模块7、脊柱节二9与脊柱模块7、多个脊柱模块之间也是通过弹簧11和螺钉12连接，通过改变脊柱模块7的数量可以改变脊柱的长度，进而实现可变长度。
脊柱模块7组成方式如图2所示，脊柱模块7主要由弹簧11、螺钉12、前脊柱节13、后脊柱节14组成。前脊柱节13与后脊柱节14的连接通过连接圆柱15与螺钉12相互配合实现，并且连接圆柱15上套有弹簧11。由于弹簧11的具有弹性变形的特点，因而脊柱节之间可以发生轻微的弯曲运动。
本发明的工作过程如下：本发明在实际使用和操作过程中，舵机1逆时针转动一定的度数，通过舵角3带动连杆6绕转轴4转动，由于舵机1与脊柱节一5连接，连杆的另一侧通过销轴8与脊柱节二8连接，从而使脊柱发生弯曲运动。并且可以通过改变舵机1的转动幅度从而改变脊柱弯曲运动的幅度，通过改变脊柱模块7的数量来改变脊柱的长度，从而帮助四足机器人增加腿部的运动范围。
一种可变运动幅度和可变长度的脊柱模块，包括三角形脊柱模块和驱动模块，其中驱动模块固定在三角形脊柱模块端部，带动三角形脊柱模块运动。三角形脊柱模块包含三角形脊柱节，螺钉，弹簧，三角形脊柱节之间通过螺钉连接在一起，并在连接圆柱上套有弹簧。同时增加三角形脊柱模块的个数可以改变脊柱的长度大小。驱动模块由舵机，舵角，转轴，销轴，连杆组成，舵机与舵角连接在一起，连杆一端通过转轴与舵角连接，连杆的另一端通过销轴与末端的三角形脊柱节连接。舵机发生转动，从而使脊柱发生弯曲运动，同时改变舵机的运动幅度可以调节脊柱的弯曲运动幅度。

Claims (3)

1.可变运动幅度和可变长度的脊柱模块，其特征在于：包括舵机、舵角、脊柱节一、脊柱模块、脊柱节二和连杆，舵机安装在脊柱节一的端部，连杆的一端通过转轴与设置在舵机上的舵角铰接，连杆的另一端通过销轴与脊柱节二铰接，脊柱节一与脊柱节二之间设置有脊柱模块，所述脊柱模块包括前脊柱节和后脊柱节，后脊柱节上设置有连接圆柱，前脊柱节上设置与连接圆柱配合的圆孔，且连接圆柱上套有弹簧且连接圆柱的端部设置有螺钉，脊柱节一、脊柱节二与脊柱模块之间的连接方式与前脊柱节和后脊柱节之间的连接方式相同。
2.根据权利要求1所述的一种可变运动幅度和可变长度的脊柱模块，其特征在于：所述脊柱模块至少有两个，脊柱模块之间的连接方式与每个脊柱模块的前脊柱节和后脊柱节之间的连接方式相同。
3.根据权利要求1或2所述的一种可变运动幅度和可变长度的脊柱模块，其特征在于：所述的脊柱节一、脊柱节二、前脊柱节和后脊柱节均是三角形脊柱节。
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