CN111168654B - 一种仿生机器人脊椎机构及仿生机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生机器人脊椎机构及仿生机器人，涉及脊椎机构技术领域，包括多个仿脊椎刚体和弹性垫，相邻的仿脊椎刚体之间夹有弹性垫，弹性垫与仿脊椎刚体之间固定连接，且弹性垫能够被相邻的仿脊椎刚体挤压或拉伸，每个仿脊椎刚体上均设有卡勾和卡槽，卡勾能够嵌入至相邻的仿脊椎刚体上的卡槽内，该仿生机器人脊椎机构能够安装于仿生机器人上，提高机器人的运动灵活性以及缓冲节能性能。

Description

一种仿生机器人脊椎机构及仿生机器人

技术领域

本发明涉及脊椎机构技术领域，具体是涉及一种仿生机器人脊椎机构及仿生机器人。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，步行机器人的应用领域也越来越广。机器人在非结构环境中具有较强的适应能力，而躯干结构是实现机器人高速奔跑的重要部位，尤其是对四足机器人高动态运动能力以及高承载能力提升具有重要意义。

但是在现有技术中，采用刚性躯干的足式机器人往往缺少了可以活动的腰部结构，其灵活性大大降低，同时在大跨步功能的实现以及能量利用方面具有较大劣势。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生机器人脊椎机构及仿生机器人，以解决上述现有技术存在的问题，使得该仿生机器人脊椎机构能够提高仿生机器人的运动灵活性及缓冲节能性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种仿生机器人脊椎机构，包括多个仿脊椎刚体和弹性垫，相邻的所述仿脊椎刚体之间夹有所述弹性垫，所述弹性垫与所述仿脊椎刚体之间固定连接，且所述弹性垫能够被相邻的所述仿脊椎刚体挤压或拉伸，每个所述仿脊椎刚体上均设有卡勾和卡槽，所述卡勾能够嵌入至相邻的所述仿脊椎刚体上的所述卡槽内。

优选地，所述仿脊椎刚体为带有厚度的六边形立体，且所述仿脊椎刚体上相对的面均平行，所述仿脊椎刚体包括两个相互平行的六边形端面和六个长方形侧面，多个所述仿脊椎刚体沿垂直于所述六边形端面的方向排列。

优选地，所述六边形端面的六个边包括三个长度分别相等的长边和三个长度分别相等的短边，所述长边与所述短边交错设置，所述长边的长度大于所述短边的长度。

优选地，所述长方形侧面包括第一长方形侧面和第二长方形侧面，所述第一长方形侧面上与所述六边形端面平行的两个边为所述短边，所述第二长方形侧面上与所述六边形端面平行的两个边为所述长边。

优选地，每个所述第一长方形侧面上均设有一所述卡勾和一所述卡槽，所述卡勾和所述卡槽分别靠近所述第一长方形侧面上的两个所述短边设置，用于连接相邻的所述仿脊椎刚体，且所述卡勾向远离所述卡槽的方向伸出所述第一长方形侧面。

优选地，所述卡勾的横截面为U型，且所述卡勾包括一个底板和两个侧板，两个所述侧板分别垂直设于所述底板的两端，一个所述侧板固定在所述第一长方形侧面上，另一个所述侧板向靠近相邻的所述仿脊椎刚体上的所述卡槽延伸，并能够嵌入至所述卡槽内。

优选地，所述六边形端面上靠近每个所述短边的位置分别设有一第一连通孔，所述第一连通孔在垂直于所述六边形端面的方向上贯通所述仿脊椎刚体，不同的所述仿脊椎刚体上的所述第一连通孔位置均分别对应，所述第一连通孔内用于穿过弹性绳；所述弹性垫与所述六边形端面的形状对应，且所述弹性垫上对应所述第一连通孔的位置设有第二连通孔，所述第二连通孔内用于穿过所述弹性绳，所述弹性绳的两端分别固定连接于位于最外侧的两个所述仿脊椎刚体的所述第一连通孔上。

优选地，所述弹性绳两端的外径大于所述第一连通孔的内径，所述弹性绳中部的外径不大于所述第一连通孔和所述第二连通孔的内径，所述弹性绳的两端均伸出位于最外侧的两个所述仿脊椎刚体的所述第一连通孔，且所述弹性绳的两端能够卡在最外侧的两个所述仿脊椎刚体的端面上。

优选地，所述仿脊椎刚体的数量为四个。

优选地，包括上述技术方案中任一项所述的仿生机器人脊椎机构。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的仿生机器人脊椎机构及仿生机器人，包括多个仿脊椎刚体和弹性垫，仿脊椎刚体用于形成整个仿生机器人脊椎机构的骨架，相邻的仿脊椎刚体之间夹有弹性垫，弹性垫与仿脊椎刚体之间固定连接，且弹性垫能够被相邻的仿脊椎刚体挤压或拉伸，弹性垫为仿猫椎间盘的高弹性高分子聚合物，达到与两侧仿脊椎刚体的紧密黏贴，也使得相邻的仿脊椎刚体之间的相对运动较灵活，能够实现多个方向的弯曲变形并在变形过程中将能量存储为弹性性能，同时也能够有效减缓相邻仿脊椎刚体之间的冲击力，提高整体结构的稳定性，也有效保护了仿脊椎刚体，防止相邻仿脊椎刚体之间由于碰撞而损坏，每个仿脊椎刚体上均设有卡勾和卡槽，卡勾能够嵌入至相邻的仿脊椎刚体上的卡槽内，相邻仿生脊椎刚体卡勾与凹槽的相互配合作用，起到了限制仿脊椎刚体的相对运动的作用，在仿生机器人脊椎机构的弯曲和伸展过程将能量进行存储和释放，从而达到储能的目的，也提高了该仿生机器人脊椎机构的缓冲节能性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的仿生机器人脊椎机构的结构示意图；

图2是图1提供的仿生机器人脊椎机构的俯视图；

图3是本发明提供的仿生机器人脊椎机构弯曲状态的示意图；

图4是本发明提供的仿生机器人脊椎机构中仿脊椎刚体的结构示意图；

图5是图1提供的仿生机器人脊椎机构中仿脊椎刚体的主视图；

图6是本发明提供的仿生机器人脊椎机构中弹性垫的结构示意图；

图7是本发明提供的仿生机器人脊椎机构中弹性绳的结构示意图；

图中：1-仿脊椎刚体，11-第一长方形侧面，12-第二长方形侧面，2-弹性垫，3-卡勾，4-卡槽，5-弹性绳，51-第一连通孔，52-第二连通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种仿生机器人脊椎机构及仿生机器人，以解决采用刚性躯干的足式仿生机器人缺少可以活动的腰部结构，导致其灵活性降低，且缓冲节能性能差的技术问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-7所示，本发明提供一种仿生机器人脊椎机构，包括多个仿脊椎刚体1和弹性垫2，仿脊椎刚体1用于形成整个仿生机器人脊椎机构的骨架，相邻的仿脊椎刚体1之间夹有弹性垫2，弹性垫2与仿脊椎刚体1之间固定连接，且弹性垫2能够被相邻的仿脊椎刚体1挤压或拉伸，弹性垫2为仿猫椎间盘的高弹性高分子聚合物，达到与两侧仿脊椎刚体1的紧密黏贴，也使得相邻的仿脊椎刚体1之间的相对运动较灵活，能够实现多个方向的弯曲变形并在变形过程中将能量存储为弹性势能，同时也能够有效减缓相邻仿脊椎刚体1之间的冲击力，提高整体结构的稳定性，也有效保护了仿脊椎刚体1，防止相邻仿脊椎刚体1之间由于碰撞而损坏，每个仿脊椎刚体1上均设有卡勾3和卡槽4，卡勾3能够嵌入至相邻的仿脊椎刚体1上的卡槽4内，相邻仿生脊椎刚体卡勾3与凹槽的相互配合作用，起到了限制仿脊椎刚体1的相对运动的作用，在仿生机器人脊椎机构的弯曲和伸展过程将能量进行存储和释放，从而达到储能的目的，也提高了该仿生机器人脊椎机构的缓冲节能性能。

具体地，仿脊椎刚体1为带有厚度的立体六边形板体，且仿脊椎刚体1上相对的面均平行，仿脊椎刚体1具有两个相互平行的六边形端面和六个长方形侧面，多个仿脊椎刚体1沿垂直于六边形端面的方向排列，使得该仿生机器人脊椎机构能够向多个方向弯曲与伸展，提高了仿生机器人的灵活性，但本发明提供的仿脊椎刚体1的形状不限于立体六边形板体，只要能够使得该仿生机器人脊椎机构能够在多个方向弯曲与伸展，保证其运动的灵活性即可。

六边形端面的六个边包括三个长度分别相等的长边和三个长度分别相等的短边，长边与短边交错设置，长边的长度大于短边的长度，而六边形的设计不仅使得结构稳定，且受力分散更容易，实现多向弯曲缓冲，为了达到更好的运动灵活性与消能效果，采用长边与短边交错设置，能够弥补仿生机器人在运动过程中的不均匀受力，更优的，本发明提供的仿生机器人脊椎机构中长边选用49mm，短边选用16mm。

长方形侧面包括第一长方形侧面11和第二长方形侧面12，第一长方形侧面11上与六边形端面平行的两个边为短边，第二长方形侧面12上与六边形端面平行的两个边为长边，第一长方形侧面11与第二长方形侧面12也交错设置。

每个第一长方形侧面11上均设有一卡勾3和一卡槽4，卡勾3和卡槽4分别靠近第一长方形侧面11上的两个短边设置，用于连接相邻的仿脊椎刚体1，且卡勾3向远离卡槽4的方向伸出第一长方形侧面11，卡勾3与卡槽4的相互配合有效地限制了相邻仿脊椎刚体1之间由于相对运动，减小了相邻仿脊椎刚体1在运动过程中产生的作用力，从而防止仿生机器人脊椎机构在运动过程中由于变形过大而丧失性能。

卡勾3的横截面为U型，且卡勾3包括一个底板和两个侧板，两个侧板分别垂直固定设于底板的两端，一个侧板固定在第一长方形侧面11上，另一个侧板向靠近相邻的仿脊椎刚体1上的卡槽4延伸，并能够嵌入至卡槽4内，但本发明提供的仿生机器人脊椎机构中卡勾3的形状不限于上述限定，只要能够在仿生机器人脊椎机构运动时，保护仿脊椎刚体1，避免仿生机器人脊椎机构在运动过程中由于变形过大而丧失性能即可。

六边形端面上靠近每个短边的位置分别设有一第一连通孔51，第一连通孔51在垂直于六边形端面的方向上贯通仿脊椎刚体1，不同的仿脊椎刚体1上的第一连通孔51位置均分别对应，第一连通孔51内用于穿过弹性绳5，更优的，弹性绳5具有高弹性和高韧性，一方面限制仿生机器人脊椎机构运动中的过度变形，变形后也能有效复位，另一方面与弹性垫2混合使用增加缓冲作用，使得整个机构更有效地减缓运动过程中的冲击力；

如图6所示，弹性垫2与六边形端面的形状对应，且弹性垫2上对应第一连通孔51的位置设有第二连通孔52，第二连通孔52内用于穿过弹性绳5，即弹性绳5穿过整个仿生机器人脊椎机构，对该仿生机器人脊椎机构的整体结构起到保护的作用，弹性绳5的两端分别固定连接于位于最外侧的两个仿脊椎刚体1的第一连通孔51上。

如图7所示，弹性绳5两端的外径大于第一连通孔52的内径，弹性绳5中部的外径不大于第一连通孔51和第二连通孔52的内径，弹性绳5的两端均伸出位于最外侧的两个仿脊椎刚体1的第一连通孔52，且弹性绳5的两端能够卡在最外侧的两个仿脊椎刚体1的端面上，来固定弹性绳5的两端，防止弹性绳5从仿脊椎刚体1上脱落，但本发明提供的仿生机器人脊椎机构中弹性绳5的形状不限于上述限定，也可以在弹性绳5的两端分别固定一固定块，只要能够使弹性绳5的两端固定，防止弹性绳5脱离该仿生机器人脊椎机构，且对该仿生机器人脊椎机构的整体结构起到保护作用即可。

仿脊椎刚体1的数量为四个，但本发明提供的仿生机器人脊椎机构中仿脊椎刚体1的数量不限于四个，本领域技术人员能够根据实际仿生机器人的大小与缓冲储能需要改变仿脊椎刚体1的数量，以使得该仿生机器人脊椎机构更好的发挥作用。

实施例二

本实施例提供了一种仿生机器人，包括实施例一中的仿生机器人脊椎机构，在实际使用过程中，该仿生机器人通过外部驱动实现仿生机器人脊椎机构的旋转运动、屈曲伸展运动、左右侧弯运动，总体实现了脊椎机构三种典型运动姿态，且通过实施例一中的仿生机器人脊椎机构，增大了上述各种运动的运动范围。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种仿生机器人脊椎机构，其特征在于：包括多个仿脊椎刚体和弹性垫，相邻的所述仿脊椎刚体之间夹有所述弹性垫，所述弹性垫与所述仿脊椎刚体之间固定连接，且所述弹性垫能够被相邻的所述仿脊椎刚体挤压或拉伸，每个所述仿脊椎刚体上均设有卡勾和卡槽，所述卡勾能够嵌入至相邻的所述仿脊椎刚体上的所述卡槽内，相邻所述仿脊椎刚体的所述卡勾与所述卡槽的相互配合作用，起到了限制所述仿脊椎刚体的相对运动的作用，在所述仿生机器人脊椎机构的弯曲和伸展过程中将能量进行存储和释放，从而达到储能的目的，也提高了所述仿生机器人脊椎机构的缓冲节能性能；

所述仿脊椎刚体为立体六边形板体，且所述仿脊椎刚体上相对的面均平行，所述仿脊椎刚体包括两个相互平行的六边形端面和六个长方形侧面，多个所述仿脊椎刚体沿垂直于所述六边形端面的方向排列；

所述六边形端面的六个边包括三个长度分别相等的长边和三个长度分别相等的短边，所述长边与所述短边交错设置，所述长边的长度大于所述短边的长度；

所述六边形端面上靠近每个所述短边的位置分别设有一第一连通孔，所述第一连通孔在垂直于所述六边形端面的方向上贯通所述仿脊椎刚体，不同的所述仿脊椎刚体上的所述第一连通孔位置均分别对应，所述第一连通孔内用于穿过弹性绳；所述弹性垫与所述六边形端面的形状对应，且所述弹性垫上对应所述第一连通孔的位置设有第二连通孔，所述第二连通孔内用于穿过所述弹性绳，所述弹性绳的两端分别固定连接于位于最外侧的两个所述仿脊椎刚体的所述第一连通孔上。

2.根据权利要求1所述的仿生机器人脊椎机构，其特征在于：所述长方形侧面包括第一长方形侧面和第二长方形侧面，所述第一长方形侧面上与所述六边形侧面平行的两个边为所述短边，所述第二长方形侧面上与所述六边形侧面平行的两个边为所述长边。

3.根据权利要求2所述的仿生机器人脊椎机构，其特征在于：每个所述第一长方形侧面上均设有一所述卡勾和一所述卡槽，所述卡勾和所述卡槽分别靠近所述第一长方形侧面上的两个所述短边设置，用于连接相邻的所述仿脊椎刚体，且所述卡勾向远离所述卡槽的方向伸出所述第一长方形侧面。

4.根据权利要求3所述的仿生机器人脊椎机构，其特征在于：所述卡勾的横截面为U型，且所述卡勾包括一个底板和两个侧板，两个所述侧板分别垂直固定设于所述底板的两端，一个所述侧板固定在所述第一长方形侧面上，另一个所述侧板向靠近相邻的所述仿脊椎刚体上的所述卡槽延伸，并能够嵌入至所述卡槽内。

5.根据权利要求1所述的仿生机器人脊椎机构，其特征在于：所述弹性绳两端的外径大于所述第一连通孔的内径，所述弹性绳中部的外径不大于所述第一连通孔和所述第二连通孔的内径，所述弹性绳的两端均伸出位于最外侧的两个所述仿脊椎刚体的所述第一连通孔，且所述弹性绳的两端能够卡在最外侧的两个所述仿脊椎刚体的端面上。

6.根据权利要求1所述的仿生机器人脊椎机构，其特征在于：所述仿脊椎刚体的数量为四个。

7.一种仿生机器人，其特征在于：包括权利要求1-6中任一项所述的仿生机器人脊椎机构。

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