CN105835981A - 一种可多向弯曲的仿生机体机构 - Google Patents

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雷静桃
蒋运旗
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
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Abstract

本发明涉及一种可多向弯曲的仿生机体机构，包括前机体组件、驱动组件、仿生脊柱组件和后机体组件；所述前机体组件和后机体组件为框架结构；驱动组件是六个电机分别驱动六个固定长度连杆，绕仿生脊柱组件圆周分布，分别通过螺钉与前机体组件和后机体组件固定连接；所述仿生脊柱组件两端通过螺钉分别与前机体组件、后机体组件固定连接。本发明所述一种可多向弯曲的仿生机体机构，模仿四足生物的躯体结构，可实现侧向弯曲和上下弯曲，具有良好仿生性和弯曲柔顺性，克服传统机器人机体结构不能实现灵活动态弯曲的不足。

Description

一种可多向弯曲的仿生机体机构
技术领域
本发明涉及一种可多向弯曲的仿生机体机构，可用于四足仿生机器人的机体，属于仿生机器人领域。
背景技术
四足机器人机体机构是影响其机动性和稳定性的重要因素。
目前所研发的四足机器人机体结构多采用刚性整体结构，整体式刚性机体忽略机体机构在动态高速运动和原地转向中所起的作用，在机器人转向以避障时只能通过调整步态，导致转向半径较大，缺乏灵活性和柔顺性，难以实现类似四足生物躯体那样的弯曲实现灵活转向。另一方面，生物躯体在不同的运动速度时，躯体可实现上下不同程度弯曲以适应不同的运动速度。所以，四足机器人的机体结构应具有一定柔性以适应快速转向和不同运动速度的需要。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术的不足，模仿四足生物的躯体结构，提供一种可多向弯曲的仿生机体机构，可以侧向弯曲和上下弯曲，具有良好仿生性和弯曲柔顺性，克服传统机器人机体结构不能实现灵活动态弯曲的不足。
解决上述问题采用如下技术方案：
一种可多向弯曲的仿生机体机构，包括前机体组件、驱动组件、仿生脊柱组件和后机体组件；所述前机体组件和后机体组件为框架结构；驱动组件是六个电机分别驱动六个固定长度连杆，绕仿生脊柱组件圆周分布，分别通过螺钉与前机体组件和后机体组件固定连接；所述仿生脊柱组件两端通过螺钉分别与前机体组件、后机体组件固定连接。
所述前机体组件包括前机体支架和前机体支架固定壳；所述后机体组件包括后机体支架和后机体支架固定板；所述前机体支架通过螺钉固定连接在前机体支架固定壳上；所述后机体支架和后机体支架固定板通过螺钉固定连接。
所述驱动组件包括六个结构完全相同的电机驱动连杆机构，由驱动电机、过渡板、前端连杆、过渡套筒、后端连杆和球形万向节组成；所述驱动电机放置在前机体支架固定壳内，和前机体支架固定壳的伸出端通过螺钉固定连接；过渡板通过销钉与驱动电机输出轴固定连接；前端连杆通过螺钉与过渡板进行非固定连接；过渡套筒通过螺纹与前端连杆进行固定连接；后端连杆前端同样通过螺纹与过渡套筒进行固定连接；后端连杆后端与球形万向节通过螺钉进行连接，球形万向节通过螺钉与后机体支架固定板进行固定连接。
所述仿生脊柱包括一根有外螺纹的柔性杆和若干结构与大小完全相同的仿生脊柱单元；柔性杆穿过所有仿生脊柱单元；每个仿生脊柱单元由一个仿生椎骨和椎骨两侧的轴套组成，轴套用以固定仿生椎骨在柔性杆上的位置，相邻两仿生脊柱单元间保持相等轴向间距；柔性杆前后端通过螺钉与前机体支架固定壳和后机体支架固定板进行固定连接，实现仿生脊柱俯仰弯曲和左右弯曲动作。
与现有技术相比，本发明具有以下明显优势：
1、本发明改进原有四足机器人整体式刚性机体，采用由仿生脊柱和6个电机连杆机构连接前机体和后机体，由6个电机驱动各自输出轴上通过销钉固定的过渡板转动，过渡板带动与之相连的连杆转动，通过控制各电机的转向和转角，能够实现各个连杆角度和方向不同的转动。连杆机构比较简单，质量较轻，且自身具有一定的刚度，起到增加机构运动稳定性的作用。
2、本发明采用简单的6组电机连杆机构，利用各连杆和过渡板长度（尺寸）不变的特性，通过控制电机转角，达到改变连杆转角进而改变连杆和过渡板连接处的空间位置的目的，最终达到改变电机和前机体支架固定壳连接处的空间位置，结合六组连接处的空间位置最终使前机体整体运动到一个确定的空间位置。
3、本发明连杆机构后端部与球形万向节连接，可以使连杆端部具有较大的自由度以实现朝各个方位转动，配合电机带动过渡板和过渡板带动连杆前端部的转动，从而实现侧向弯曲和俯仰弯曲，相对于传统整体式刚性结构具有更大的弯曲幅度。
4、本发明使用柔性杆贯穿仿生椎骨，充分利用了柔性杆自身可多向弯曲的特性，以实现整个仿生脊柱的俯仰和侧向弯曲。
5、本发明柔性杆外部加工螺纹，然后用两个有内螺纹的轴套对仿生椎骨进行轴向固定，且便于拆装。
附图说明
图1是本发明一种可多向弯曲的仿生机体机构的初始状态示意图。
图2是本发明一种可多向弯曲的仿生机体机构的前机体整体示意图。
图3是本发明一种可多向弯曲的仿生机体机构的前机体组件示意图。
图4是本发明一种可多向弯曲的仿生机体机构的后机体整体示意图。
图5是本发明一种可多向弯曲的仿生机体机构的后机体组件示意图。
图6是本发明一种可多向弯曲的仿生机体机构的驱动组件示意图。
图7是本发明一种可多向弯曲的仿生机体机构的仿生椎骨整体示意图。
图8是本发明一种可多向弯曲的仿生机体机构的仿生椎骨单元爆炸图。
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：
如图1所示，一种可多向弯曲的仿生机体机构，包括前机体组件Ⅰ、驱动组件Ⅱ、仿生脊柱组件Ⅲ和后机体组件Ⅳ；所述前机体组件Ⅰ和后机体组件Ⅳ为框架结构；驱动组件Ⅱ是六个电机分别驱动六个固定长度连杆，绕仿生脊柱组件Ⅲ圆周分布，分别通过螺钉与前机体组件Ⅰ和后机体组件Ⅳ固定连接；所述仿生脊柱组件Ⅲ两端通过螺钉分别与前机体组件Ⅰ、后机体组件Ⅳ固定连接。
如图2至图5所示，所述前机体组件Ⅰ包括前机体支架1和前机体支架固定壳2；所述后机体组件Ⅳ包括后机体支架13和后机体支架固定板12；所述前机体支架1通过螺钉固定连接在前机体支架固定壳2上；所述后机体支架13和后机体支架固定板12通过螺钉固定连接。
如图6所示，所述驱动组件Ⅱ包括六个结构完全相同的电机驱动连杆机构，由驱动电机3、过渡板4、前端连杆5、过渡套筒6、后端连杆7和球形万向节8组成；所述驱动电机3放置在前机体支架固定壳2内，和前机体支架固定壳2的伸出端通过螺钉固定连接；过渡板4通过销钉与驱动电机3输出轴固定连接；前端连杆5通过螺钉与过渡板4进行非固定连接；过渡套筒6通过螺纹与前端连杆5进行固定连接；后端连杆7前端同样通过螺纹与过渡套筒6进行固定连接；后端连杆7后端与球形万向节8通过螺钉进行连接，球形万向节8通过螺钉与后机体支架固定板12进行固定连接。
如图7和图8所示，所述仿生脊柱Ⅲ包括一根有外螺纹的柔性杆9和若干结构与大小完全相同的仿生脊柱单元；柔性杆9穿过所有仿生脊柱单元；每个仿生脊柱单元由一个仿生椎骨11和椎骨两侧的轴套10组成，轴套10用以固定仿生椎骨11在柔性杆9上的位置，相邻两仿生脊柱单元间保持相等轴向间距；柔性杆9前后端通过螺钉与前机体支架固定壳2和后机体支架固定板12进行固定连接，实现仿生脊柱Ⅲ俯仰弯曲和左右弯曲动作。

Claims (4)

1.一种可多向弯曲的仿生机体机构，其特征在于，包括前机体组件（Ⅰ）、驱动组件（Ⅱ）、仿生脊柱组件（Ⅲ）和后机体组件（Ⅳ）；所述前机体组件（Ⅰ）和后机体组件（Ⅳ）为框架结构；驱动组件（Ⅱ）是六个电机分别驱动六个固定长度连杆，绕仿生脊柱组件（Ⅲ）圆周分布，分别通过螺钉与前机体组件（Ⅰ）和后机体组件（Ⅳ）固定连接；所述仿生脊柱组件（Ⅲ）两端通过螺钉分别与前机体组件（Ⅰ）、后机体组件（Ⅳ）固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种可多向弯曲的仿生机体机构，其特征在于，所述前机体组件（Ⅰ）包括前机体支架（1）和前机体支架固定壳（2）；所述后机体组件（Ⅳ）包括后机体支架（13）和后机体支架固定板（12）；所述前机体支架（1）通过螺钉固定连接在前机体支架固定壳（2）上；所述后机体支架（13）和后机体支架固定板（12）通过螺钉固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种可多向弯曲的仿生机体机构，其特征在于，所述驱动组件（Ⅱ）包括六个结构完全相同的电机驱动连杆机构，由驱动电机（3）、过渡板（4）、前端连杆（5）、过渡套筒（6）、后端连杆（7）和球形万向节（8）组成；所述驱动电机（3）放置在前机体支架固定壳（2）内，和前机体支架固定壳（2）的伸出端通过螺钉固定连接；过渡板（4）通过销钉与驱动电机（3）输出轴固定连接；前端连杆（5）通过螺钉与过渡板（4）进行非固定连接；过渡套筒（6）通过螺纹与前端连杆（5）进行固定连接；后端连杆（7）前端同样通过螺纹与过渡套筒（6）进行固定连接；后端连杆（7）后端与球形万向节（8）通过螺钉进行连接，球形万向节（8）通过螺钉与后机体支架固定板（12）进行固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种可多向弯曲的仿生机体机构，其特征在于，所述仿生脊柱（Ⅲ）包括一根有外螺纹的柔性杆（9）和若干结构与大小完全相同的仿生脊柱单元；柔性杆（9）穿过所有仿生脊柱单元；每个仿生脊柱单元由一个仿生椎骨（11）和椎骨两侧的轴套（10）组成，轴套（10）用以固定仿生椎骨（11）在柔性杆（9）上的位置，相邻两仿生脊柱单元间保持相等轴向间距；柔性杆（9）前后端通过螺钉与前机体支架固定壳（2）和后机体支架固定板（12）进行固定连接，实现仿生脊柱（Ⅲ）俯仰弯曲和左右弯曲动作。
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