CN114620162B - 一种四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，其包括连续体仿生脊柱、直线驱动装置、安装固定装置。连续体仿生脊柱通过钢丝绳的缩放实现脊柱的屈伸仿生运动，通过限位装置使得脊柱始终处于理想角度范围内下运动，通过布置转动副的轴向零件及其分布，消除可能产生的脊柱运动带来的轴向间隙，保证运动准确可靠性。同时，在各段连续体内设置弹簧为机体增加静态刚度，维持机体在未通电时的初始理想姿态，并且增大了机体的承载能力，在运动过程中通过存储释放能量提高了机体在复杂地面环境的运动稳定性、灵活性。本发明的优点在于:结构巧妙，具备柔顺性、变刚度等特性，仿生性强，承载能力强，运动准确、可靠。

Description

一种四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，其为一种以连续体为构造原理，基于腱驱动的四足机器人用单自由度仿生脊柱。

背景技术

行走机器人是机器人学的重要分支之一，着重于赋予机器人灵活移动的能力，从而使其可在复杂的环境中完成各项指定任务。常见的行走机器人行走方式有轮式、履带式、足式等，其中足式四足机器人是以自然界中四足生物为原型衍生而来，具有承载能力强、稳定性好、对复杂地面适应性强、结构简单、灵活等优点，在抢险救灾、军事、工业等领域具有很好的应用前景，其研制工作一直受到国内外学者的高度重视。

当前主流的四足机器人例如2005年波士顿动力公司开发的BigDog机器人等大多采用的是刚性身体结构，机体缺乏柔顺性，在高速运动过程中，机体姿态的动态调整比较困难，难以适应复杂地形或移动速度变化。此外，机体的刚性结构难以吸收步行过程中来自地面的接触冲击能量，无法发挥一定的缓冲作用，从而易导致四足机器人失稳，降低了四足机器人在复杂环境中的机动性与动态稳定性。

为了解决刚性机体带来的柔顺性不足的问题，业界学者提出了仿生脊柱的概念。以自然界中能够高速运动的动物例如猎豹、猫等动物为观察对象，可以发现它们在运动过程中脊柱表现出变刚度特性，在奔跑的过程中不断屈伸，在姿态的变换过程中起到缓冲储存能量，保持身体质心稳定的作用，同时脊柱关节提供了一定的附加自由度，从而增加在机体在运动过程中的灵活性、稳定性。早在1996年，美国麻省理工学院Leeser等研发出一款带有铰接式脊柱关节的平面四足机器人，并通过原型实验研究了机器人脊柱关节的作用，主要表现在增加有效腿长、储存/传递能量和为腿提供辅助动力等3个方面。而发展到现在，仿生脊柱的形态以及不再局限于通过关节连接前后机体，而是提出了整体柔顺脊柱的概念，其形态更加接近自然界的动物脊柱。而连续体结构的出现打破了传统机器人由离散的刚性关节、连杆连接而成的格局，其表现出来的柔顺性大大增强了机器人的灵活性，具备的连续变形、可屈伸、可存储能量等特点正符合仿生脊柱的应用场景，而基于腱驱动设计而成的连续体区别于气压、记忆合金驱动的连续体较大地提升了其承载能力，在仿生脊柱的领域具有较好的应用前景。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种基于腱驱动的单自由度连续体仿生脊柱结构，其能够在四足机器人身上实现脊柱单自由度方向0度到25度的主动弯曲，从而使脊柱部分在机体运动过程中能表现出一定的变刚度特性，起到帮助机体调整步长、缓冲储存能量、增强四足机器人运动稳定性、灵活性的作用。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，所述四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构包括：连续体仿生脊柱Ⅰ、直线驱动装置Ⅱ、安装固定装置Ⅲ；

具体而言，所述连续体仿生脊柱Ⅰ包括：钢丝绳固定绳鞘1、左侧钢丝绳锁套2、脊柱板3、左侧弹簧导套4、单脊柱连接件5、可拆卸式挡块6、双脊柱连接件7、右侧弹簧导套8、弹簧9、钢丝绳10、右侧钢丝绳锁套11、深沟球轴承12、轴套13、弹簧垫片14、T型轴套15、垫片16、螺母17、双头螺栓18；

所述连续体仿生脊柱Ⅰ为实现屈伸这一单自由度仿生运动的执行部件，所述连续体仿生脊柱Ⅰ的支架主体由六块相同的所述脊柱板3构成，所述六块脊柱板3相互平行依次设置，两两之间通过一组转动副进行连接，其中组成转动副的单脊柱连接件5、双脊柱连接件7上自带螺纹孔，与脊柱板3通过螺钉连接；所述六块脊柱板3中，首端的脊柱板3与末端的脊柱板3分别负责与前、后机体连接，中间的脊柱板3的角上均设有大通孔用于允许驱动腱通过同时限制钢丝绳10的径向移动，所述角上的大通孔周围设有若干个小孔用于实现左侧弹簧导套4和右侧弹簧导套8通过螺钉连接；

所述驱动腱由两根一端固定、另一端连接到直线驱动装置Ⅱ的钢丝绳10组成，钢丝绳10通过左侧钢丝绳锁套2后，由顶丝将左侧钢丝绳锁套2与钢丝绳10固定，并通过钢丝绳固定绳鞘1的内部预留空间将左侧钢丝绳锁套2用螺钉与脊柱板3连接，以限制钢丝绳10一端的移动，起到固定效果；所述直线驱动装置Ⅱ的运动与力矩大小通过两根钢丝绳10传递至连续体仿生脊柱Ⅰ从而带动整体实现屈伸运动；

同时为了保证连续体仿生脊柱Ⅰ在未通电下的初始状态，并且在受到前后两侧机体产生的迫使连续体仿生脊柱Ⅰ向下反向弯曲的弯矩作用后，能够维持所期望的初始的向上拱起弯曲的姿态，从而在各脊柱板3之间设置有上下两排弹簧9，弹簧9用于顶住两侧的脊柱板3，由左侧弹簧导套4与右侧弹簧导套8上的通孔导向以避免失稳，并设置为上排的弹簧9的刚度稍微大于下排弹簧9的刚度，以此增加连续体仿生脊柱Ⅰ的静态刚度，并维持连续体仿生脊柱Ⅰ为期望的初始姿态，即整体弯曲一定角度；

所述脊柱板3设置为六个，各个脊柱板3两两之间由一组转动副连接，转动副设置为五组，每组转动副包括：单个单脊柱连接件5、两个双脊柱连接件7、两个深沟球轴承12、双头螺栓18以及两套由小轴套13、弹簧垫片14、T型轴套15、平垫片16、螺母17构成的组合件；为限制脊柱的工作范围，所述单脊柱连接件5上设置了轴向凸起的挡块，用来与可拆卸式挡块6上的凸起配合，起到限制各个脊柱板3相互间相对转动角度的作用，从而将连续体仿生脊柱Ⅰ整体的弯曲角度限制为0度到25度；所述双脊柱连接件7上有与可拆卸挡块6上凸起对应配合的缺口，两者配合之后通过连接件连接侧边孔；

其中，所述两个双脊柱连接件7从上下方向分别通过一个深沟球轴承12及一组组合件来与单脊柱连接件5连接，连接状态下的单个单脊柱连接件5、两个双脊柱连接件7、两个深沟球轴承12以及两套组合件，通过一个双头螺栓18串接；所述转动副的垂直方向上的轴向间隙与位移通过所述两套组合件来进行限制；

所述直线驱动装置Ⅱ包括：滑块安装座19、钢丝绳套锁20、电机21、电机与丝杠滑台连接件22、电机与丝杠滑台连接盘23、联轴器24、丝杠滑台25；

其中，所述电机21为驱动一体化电机，用于提供转动的动力；丝杠滑台25为丝杠滑台机构，为滚珠丝杠滑块组、外壳固定装置一体化零件，用于将电机21传输的驱动力放大，同时将电机21的转动转化为丝杠滑台25内滑块的直线运动；所述电机21与丝杠滑台25通过电机与丝杠滑台连接件22与丝杠滑台连接盘23进行螺钉连接，电机输出轴与丝杠滑台输入轴之间的动力传输通过联轴器24实现；所述滑块安装座19与丝杠滑台25的滑块相连接，所述滑块安装座19右侧设置有钢丝绳套锁20，左侧设置所述右侧钢丝绳锁套11；所述右侧钢丝绳锁套11和钢丝绳套锁20用顶丝固定在钢丝绳10上，所述右侧钢丝绳锁套11和钢丝绳套锁20夹住滑块安装座19以此将钢丝绳10固定在滑块安装座19上，由此实现了钢丝绳10与驱动装置运动的同步性；

所述安装固定装置Ⅲ包括：丝杠滑台底座26和连接台27；

其中，所述连接台27用于通过螺钉对丝杠滑台底座26与最右侧的脊柱板3进行连接；所述丝杠滑台底座26上固定所述丝杠滑台25，同时设置有与滑块安装座19相配合的导轨，起到限制滑块径向位移的作用，保证了钢丝绳10运动的准确性、可靠性。

其中，所述上排的弹簧9的刚度稍微大于下排弹簧9的刚度，以此增加连续体仿生脊柱Ⅰ的静态刚度，并维持连续体仿生脊柱Ⅰ为期望的初始姿态，即整体弯曲25度。

其中，所述双脊柱连接件7与可拆卸挡块6两者配合之后通过螺钉连接侧边孔。

其中，在装配过程中为了装配弹簧9，需要先装配转动副，通过先将可拆卸挡块6与双脊柱连接件7的螺钉拆下，从而将可拆卸挡块6拆下，以增大两块相邻脊柱板3之间的活动范围，然后将弹簧9装进左侧弹簧导套4与右侧弹簧导套8后，再装上可拆卸挡块6。

其中，所述两个双脊柱连接件7与单脊柱连接件5连接的过程中，对于处于上下方向中任一方向的双脊柱连接件7、深沟球轴承12、组合件而言，所述深沟球轴承12外圈与单脊柱连接件5内孔配合，内圈与双头螺栓18相配合；所述T型轴套15外侧与双脊柱连接件7内孔配合，内侧与双头螺栓18相配合；所述深沟球轴承12与T型轴套15之间采用小轴套13连接，T型轴套15的挡圈端面与双脊柱连接件7端面之间加入弹簧垫片14以消除小轴套13、深沟球轴承12、T型轴套15间轴向间隙，T型轴套15的挡圈外侧则采用平垫片16与螺母17进行紧固。

其中，所述单自由度连续体仿生脊柱机构工作时：电机21上电后，通过联轴器24将转动传递至丝杠滑台25输入轴，产生丝杠滑台滑块的直线运动，并带动与丝杠滑台滑块相连的滑块安装座19同步运动，进而控制钢丝绳10的缩放；

钢丝绳再进一步带动各段脊柱板3发生相对转动，同时在可拆卸式挡块6的作用下限制各段脊柱板3的相对转动角度，从而驱动脊柱整体在一个理想的角度范围内完成屈伸仿生物运动。

其中，所述中间的脊柱板3的四个角上均设有大通孔用于允许驱动腱通过同时限制钢丝绳10的径向移动。

其中，所述中间的脊柱板3的四个角上的大通孔周围设有三个小孔用于实现左侧弹簧导套4和右侧弹簧导套8通过螺钉连接。

其中，所述电机21为市购的驱动一体化电机。

其中，所述丝杠滑台25为市购的丝杠滑台机构。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明提供一种单自由度脊柱结构，其结构契合自然界具备高速移动能力生物的脊柱结构，能实现脊柱在机体运动时单自由度方向的屈伸，从而在运动过程中起到协调四肢运动、调节身体姿态、缓冲存储能量的作用。同时脊柱结构中包含的限位结构能够有效地限制脊柱的弯曲角度，使其能够更加贴合自然界脊柱的弯曲规律。此外，在连续体内加入刚度不一的上下两组弹簧，为脊柱提供了一定的静态刚度，能够保持脊柱连接的稳定性，提高承载能力。

而且，本发明设置的驱动机构，采取将旋转运动转换为直线运动的方式，提高了驱动力，一定程度上增加了脊柱的承载能力，各种限位装置保证了驱动钢丝绳的稳定性，从而保证了运动的可靠性、准确性。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2是连续体仿生脊柱结构示意图；

图3是仿生脊柱直线驱动装置示意图；

图4是安装固定装置示意图；

图5是可拆卸挡块安装示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决上述技术问题，本发明提供一种四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，如图1所示，所述四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构包括：连续体仿生脊柱Ⅰ、直线驱动装置Ⅱ、安装固定装置Ⅲ；

具体而言，所述连续体仿生脊柱Ⅰ包括：钢丝绳固定绳鞘1、左侧钢丝绳锁套2、脊柱板3、左侧弹簧导套4、单脊柱连接件5、可拆卸式挡块6、双脊柱连接件7、右侧弹簧导套8、弹簧9、钢丝绳10、右侧钢丝绳锁套11、深沟球轴承12、轴套13、弹簧垫片14、T型轴套15、垫片16、螺母17、双头螺栓18；

如图2所示，所述连续体仿生脊柱Ⅰ为实现屈伸这一单自由度仿生运动的执行部件，所述连续体仿生脊柱Ⅰ的支架主体由六块相同的所述脊柱板3构成，其形状如图2所示，所述六块脊柱板3相互平行依次设置，两两之间通过一组转动副进行连接，其中组成转动副的单脊柱连接件5、双脊柱连接件7上自带螺纹孔，与脊柱板3通过螺钉连接；所述六块脊柱板3中，首端的脊柱板3与末端的脊柱板3分别负责与前、后机体连接，中间的脊柱板3的角上均设有大通孔用于允许驱动腱通过同时限制钢丝绳10的径向移动，所述角上的大通孔周围设有若干个小孔用于实现左侧弹簧导套4和右侧弹簧导套8通过螺钉连接；

所述驱动腱由两根一端固定、另一端连接到直线驱动装置Ⅱ的钢丝绳10组成，钢丝绳10通过左侧钢丝绳锁套2后，由顶丝将左侧钢丝绳锁套2与钢丝绳10固定，并通过钢丝绳固定绳鞘1的内部预留空间将左侧钢丝绳锁套2用螺钉与脊柱板3连接，以限制钢丝绳10一端的移动，起到固定效果；所述直线驱动装置Ⅱ的运动与力矩大小通过两根钢丝绳10传递至连续体仿生脊柱Ⅰ从而带动整体实现屈伸运动；

同时为了保证连续体仿生脊柱Ⅰ在未通电下的初始状态，并且在受到前后两侧机体产生的迫使连续体仿生脊柱Ⅰ向下反向弯曲的弯矩作用后，能够维持所期望的初始的向上拱起弯曲的姿态，从而在各脊柱板3之间设置有上下两排弹簧9，弹簧9用于顶住两侧的脊柱板3，由左侧弹簧导套4与右侧弹簧导套8上的通孔导向以避免失稳，并设置为上排的弹簧9的刚度稍微大于下排弹簧9的刚度，以此增加连续体仿生脊柱Ⅰ的静态刚度，并维持连续体仿生脊柱Ⅰ为期望的初始姿态，即整体弯曲一定角度；

所述脊柱板3设置为六个，各个脊柱板3两两之间由一组转动副连接，转动副设置为五组，每组转动副包括：单个单脊柱连接件5、两个双脊柱连接件7、两个深沟球轴承12、双头螺栓18以及两套由小轴套13、弹簧垫片14、T型轴套15、平垫片16、螺母17构成的组合件；为限制脊柱的工作范围，所述单脊柱连接件5上设置了轴向凸起的挡块，用来与可拆卸式挡块6上的凸起配合，起到限制各个脊柱板3相互间相对转动角度的作用，从而将连续体仿生脊柱Ⅰ整体的弯曲角度限制为0度到25度；所述双脊柱连接件7上有与可拆卸挡块6上凸起对应配合的缺口，如图5所示，两者配合之后通过连接件连接侧边孔；

其中，所述两个双脊柱连接件7从上下方向分别通过一个深沟球轴承12及一组组合件来与单脊柱连接件5连接，连接状态下的单个单脊柱连接件5、两个双脊柱连接件7、两个深沟球轴承12以及两套组合件，通过一个双头螺栓18串接；所述转动副的垂直方向上的轴向间隙与位移通过所述两套组合件来进行限制；

如图3所示，所述直线驱动装置Ⅱ包括：滑块安装座19、钢丝绳套锁20、电机21、电机与丝杠滑台连接件22、电机与丝杠滑台连接盘23、联轴器24、丝杠滑台25；

其中，所述电机21为驱动一体化电机，用于提供转动的动力；丝杠滑台25为丝杠滑台机构，为滚珠丝杠滑块组、外壳固定装置一体化零件，用于将电机21传输的驱动力放大，同时将电机21的转动转化为丝杠滑台25内滑块的直线运动；所述电机21与丝杠滑台25通过电机与丝杠滑台连接件22与丝杠滑台连接盘23进行螺钉连接，电机输出轴与丝杠滑台输入轴之间的动力传输通过联轴器24实现；所述滑块安装座19与丝杠滑台25的滑块相连接，所述滑块安装座19右侧设置有钢丝绳套锁20，左侧设置所述右侧钢丝绳锁套11；所述右侧钢丝绳锁套11和钢丝绳套锁20用顶丝固定在钢丝绳10上，所述右侧钢丝绳锁套11和钢丝绳套锁20夹住滑块安装座19以此将钢丝绳10固定在滑块安装座19上，由此实现了钢丝绳10与驱动装置运动的同步性；

如图4所示，所述安装固定装置Ⅲ包括：丝杠滑台底座26和连接台27；

其中，所述连接台27用于通过螺钉对丝杠滑台底座26与最右侧的脊柱板3进行连接；所述丝杠滑台底座26上固定所述丝杠滑台25，同时设置有与滑块安装座19相配合的导轨，起到限制滑块径向位移的作用，保证了钢丝绳10运动的准确性、可靠性。

其中，所述上排的弹簧9的刚度稍微大于下排弹簧9的刚度，以此增加连续体仿生脊柱Ⅰ的静态刚度，并维持连续体仿生脊柱Ⅰ为期望的初始姿态，即整体弯曲25度。

其中，所述双脊柱连接件7与可拆卸挡块6两者配合之后通过螺钉连接侧边孔。

其中，在装配过程中为了装配弹簧9，需要先装配转动副，通过先将可拆卸挡块6与双脊柱连接件7的螺钉拆下，从而将可拆卸挡块6拆下，以增大两块相邻脊柱板3之间的活动范围，然后将弹簧9装进左侧弹簧导套4与右侧弹簧导套8后，再装上可拆卸挡块6。

其中，所述两个双脊柱连接件7与单脊柱连接件5连接的过程中，对于处于上下方向中任一方向的双脊柱连接件7、深沟球轴承12、组合件而言，所述深沟球轴承12外圈与单脊柱连接件5内孔配合，内圈与双头螺栓18相配合；所述T型轴套15外侧与双脊柱连接件7内孔配合，内侧与双头螺栓18相配合；所述深沟球轴承12与T型轴套15之间采用小轴套13连接，T型轴套15的挡圈端面与双脊柱连接件7端面之间加入弹簧垫片14以消除小轴套13、深沟球轴承12、T型轴套15间轴向间隙，T型轴套15的挡圈外侧则采用平垫片16与螺母17进行紧固。

其中，所述单自由度连续体仿生脊柱机构工作时：电机21上电后，通过联轴器24将转动传递至丝杠滑台25输入轴，产生丝杠滑台滑块的直线运动，并带动与丝杠滑台滑块相连的滑块安装座19同步运动，进而控制钢丝绳10的缩放；

钢丝绳再进一步带动各段脊柱板3发生相对转动，同时在可拆卸式挡块6的作用下限制各段脊柱板3的相对转动角度，从而驱动脊柱整体在一个理想的角度范围内完成屈伸仿生物运动。

其中，所述中间的脊柱板3的四个角上均设有大通孔用于允许驱动腱通过同时限制钢丝绳10的径向移动。

其中，所述中间的脊柱板3的四个角上的大通孔周围设有三个小孔用于实现左侧弹簧导套4和右侧弹簧导套8通过螺钉连接。

其中，所述电机21为市购的驱动一体化电机。

其中，所述丝杠滑台25为市购的丝杠滑台机构。

实施例1

本发明的直线驱动包括直流电机、电机与丝杠滑台连接件、弹性联轴器、KK50丝杠滑台、滑块安装座、钢丝绳锁套。

其中电机为滚珠丝杠提供动力，通过连接件将电机与丝杠滑台固定端相连，起到固定电机与丝杠滑台的作用。电机与丝杠滑台的动力传递通过联轴器实现，且由滚珠丝杠组将电机传递的转动转化为丝杠滑块的直线运动。滑块安装座与丝杠滑台的滑块相连接，在滑块安装座上安装有钢丝绳锁套，用以将钢丝绳穿入并且一端固定，从而起到将滑台的左右运动与钢丝绳的伸缩相匹配的作用，用钢丝绳的伸缩便可以实现脊柱的屈伸，同时，滑块安装座设置有导轨，且钢丝绳锁套具有限制钢丝绳的作用，从而保证了运动的可靠性。

本发明安装固定装置为丝杠滑台底座和连接台，连接台将脊柱与底座相连。底座通过螺栓与丝杠滑台相连接，起到了固定丝杠滑台以及固定与滑台相连电机的作用，限制了丝杠滑台可能出现的轴向与径向位移。底座设有导轨，与滑块安装座相配合，从而限制了滑块的径向窜动，保证了钢丝绳运动的稳定性、准确性。

本发明的基于连续体的单自由度腱驱动仿生脊柱工作时：首先，将脊柱两端脊柱板通过连接台与机器人前后两侧机体相连，同时固定脊柱与直线驱动部分，在未通电状态下，分割盘之间的弹簧提供了一定的静态刚度，同时上排弹簧刚度略大于下排，使得脊柱的初始姿态为向上拱起25度状态，即脊柱的弯曲姿态。通电后，在丝杠滑台的作用下，将电机的旋转运动转化为钢丝绳的直线转动，提供较大的驱动力，使得各段连续体逐渐恢复至水平状态，以此方式达到控制脊柱屈伸的仿生运动，同时，脊柱的限位装置能够限制各段连续体的相对转动，从而将脊柱整体的弯曲度限制在一个合理的范围之内，保证了脊柱的正常运动。

综上，本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，其包括连续体仿生脊柱，直线驱动装置，安装固定装置。连续体仿生脊柱的驱动方式为腱驱动，通过钢丝绳的缩放实现脊柱的屈伸仿生运动，通过限位装置使得脊柱始终处于理想角度范围内下运动，通过合理地布置转动副的轴向零件及其分布，消除了可能产生的脊柱运动带来的轴向间隙，保证了运动的准确性、可靠性。同时，在各段连续体内设置的弹簧为机体增加了一定的静态刚度，维持了机体在未通电时的初始理想姿态，并且增大了机体的承载能力，在运动过程中通过存储释放能量提高了机体在复杂地面环境的运动稳定性、灵活性。本发明的优点在于:结构巧妙，具备柔顺性、变刚度等特性，仿生性强，承载能力强，运动准确、可靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，其特征在于，所述四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构包括：连续体仿生脊柱（Ⅰ）、直线驱动装置（Ⅱ）、安装固定装置（Ⅲ）；

具体而言，所述连续体仿生脊柱（Ⅰ）包括：钢丝绳固定绳鞘（1）、左侧钢丝绳锁套（2）、脊柱板（3）、左侧弹簧导套（4）、单脊柱连接件（5）、可拆卸式挡块（6）、双脊柱连接件（7）、右侧弹簧导套（8）、弹簧（9）、钢丝绳（10）、右侧钢丝绳锁套（11）、深沟球轴承（12）、小轴套（13）、弹簧垫片（14）、T型轴套（15）、平垫片（16）、螺母（17）、双头螺栓（18）；

所述连续体仿生脊柱（Ⅰ）为实现屈伸这一单自由度仿生运动的执行部件，所述连续体仿生脊柱（Ⅰ）的支架主体由六块相同的所述脊柱板（3）构成；所述六块脊柱板（3）相互平行依次设置，两两之间通过一组转动副进行连接，其中组成转动副的单脊柱连接件（5）、双脊柱连接件（7）上自带螺纹孔，与脊柱板（3）通过螺钉连接；所述六块脊柱板（3）中，首端的脊柱板（3）与末端的脊柱板（3）分别负责与前、后机体连接，中间的脊柱板（3）的角上均设有大通孔用于允许驱动腱通过同时限制钢丝绳（10）的径向移动，所述角上的大通孔周围设有若干个小孔用于实现左侧弹簧导套（4）和右侧弹簧导套（8）通过螺钉连接；

所述驱动腱由两根一端固定、另一端连接到直线驱动装置（Ⅱ）的钢丝绳（10）组成，钢丝绳（10）通过左侧钢丝绳锁套（2）后，由顶丝将左侧钢丝绳锁套（2）与钢丝绳（10）固定，并通过钢丝绳固定绳鞘（1）的内部预留空间将左侧钢丝绳锁套（2）用螺钉与脊柱板（3）连接，以限制钢丝绳（10）一端的移动，起到固定效果；所述直线驱动装置（Ⅱ）的运动与力矩大小通过两根钢丝绳（10）传递至连续体仿生脊柱（Ⅰ）从而带动整体实现屈伸运动；

同时为了保证连续体仿生脊柱（Ⅰ）在未通电下的初始状态，并且在受到前后两侧机体产生的迫使连续体仿生脊柱（Ⅰ）向下反向弯曲的弯矩作用后，能够维持所期望的初始的向上拱起弯曲的姿态，从而在各脊柱板（3）之间设置有上下两排弹簧（9），弹簧（9）用于顶住两侧的脊柱板（3），由左侧弹簧导套（4）与右侧弹簧导套（8）上的通孔导向以避免失稳，并设置为上排的弹簧（9）的刚度稍微大于下排弹簧（9）的刚度，以此增加连续体仿生脊柱（Ⅰ）的静态刚度，并维持连续体仿生脊柱（Ⅰ）为期望的初始姿态，即整体弯曲一定角度；

所述脊柱板（3）设置为六个，各个脊柱板（3）两两之间由一组转动副连接，转动副设置为五组，每组转动副包括：单个单脊柱连接件（5）、两个双脊柱连接件（7）、两个深沟球轴承（12）、双头螺栓（18）以及两套由小轴套（13）、弹簧垫片（14）、T型轴套（15）、平垫片（16）、螺母（17）构成的组合件；为限制脊柱的工作范围，所述单脊柱连接件（5）上设置了轴向凸起的挡块，用来与可拆卸式挡块（6）上的凸起配合，起到限制各个脊柱板（3）相互间相对转动角度的作用，从而将连续体仿生脊柱（Ⅰ）整体的弯曲角度限制为0度到25度；所述双脊柱连接件（7）上有与可拆卸式挡块（6）上凸起对应配合的缺口，两者配合之后通过连接件连接侧边孔；

其中，所述两个双脊柱连接件（7）从上下方向分别通过一个深沟球轴承（12）及一组组合件来与单脊柱连接件（5）连接，连接状态下的单个单脊柱连接件（5）、两个双脊柱连接件（7）、两个深沟球轴承（12）以及两套组合件，通过一个双头螺栓（18）串接；所述转动副的垂直方向上的轴向间隙与位移通过所述两套组合件来进行限制；

所述直线驱动装置（Ⅱ）包括：滑块安装座（19）、钢丝绳套锁（20）、电机（21）、电机与丝杠滑台连接件（22）、电机与丝杠滑台连接盘（23）、联轴器（24）、丝杠滑台（25）；

其中，所述电机（21）为驱动一体化电机，用于提供转动的动力；丝杠滑台（25）为丝杠滑台机构，为滚珠丝杠滑块组、外壳固定装置一体化零件，用于将电机（21）传输的驱动力放大，同时将电机（21）的转动转化为丝杠滑台（25）内滑块的直线运动；所述电机（21）与丝杠滑台（25）通过电机与丝杠滑台连接件（22）与电机与丝杠滑台连接盘（23）进行螺钉连接，电机输出轴与丝杠滑台输入轴之间的动力传输通过联轴器（24）实现；所述滑块安装座（19）与丝杠滑台（25）的滑块相连接，所述滑块安装座（19）右侧设置有钢丝绳套锁（20），左侧设置所述右侧钢丝绳锁套（11）；所述右侧钢丝绳锁套（11）和钢丝绳套锁（20）用顶丝固定在钢丝绳（10）上，所述右侧钢丝绳锁套（11）和钢丝绳套锁（20）夹住滑块安装座（19）以此将钢丝绳（10）固定在滑块安装座（19）上，由此实现了钢丝绳（10）与驱动装置运动的同步性；

所述安装固定装置（Ⅲ）包括： 丝杠滑台底座（26）和连接台（27）；

其中，所述连接台（27）用于通过螺钉对丝杠滑台底座（26）与最右侧的脊柱板（3）进行连接；所述丝杠滑台底座（26）上固定所述丝杠滑台（25），同时设置有与滑块安装座（19）相配合的导轨，起到限制滑块径向位移的作用，保证了钢丝绳（10）运动的准确性、可靠性。

2.如权利要求1所述的四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，其特征在于，所述上排的弹簧（9）的刚度稍微大于下排弹簧（9）的刚度，以此增加连续体仿生脊柱（Ⅰ）的静态刚度，并维持连续体仿生脊柱（Ⅰ）为期望的初始姿态，即整体弯曲25度。

3.如权利要求1所述的四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，其特征在于，所述双脊柱连接件（7）与可拆卸式挡块（6）两者配合之后通过螺钉连接侧边孔。

4.如权利要求1所述的四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，其特征在于，在装配过程中为了装配弹簧（9），需要先装配转动副，通过先将可拆卸式挡块（6）与双脊柱连接件（7）的螺钉拆下，从而将可拆卸式挡块（6）拆下，以增大两块相邻脊柱板（3）之间的活动范围，然后将弹簧（9）装进左侧弹簧导套（4）与右侧弹簧导套（8）后，再装上可拆卸式挡块（6）。

5.如权利要求1所述的四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，其特征在于，所述两个双脊柱连接件（7）与单脊柱连接件（5）连接的过程中，对于处于上下方向中任一方向的双脊柱连接件（7）、深沟球轴承（12）、组合件而言，所述深沟球轴承（12）外圈与单脊柱连接件（5）内孔配合，内圈与双头螺栓（18）相配合；所述T型轴套（15）外侧与双脊柱连接件（7）内孔配合，内侧与双头螺栓（18）相配合；所述深沟球轴承（12）与T型轴套（15）之间采用小轴套（13）连接，T型轴套（15）的挡圈端面与双脊柱连接件（7）端面之间加入弹簧垫片（14）以消除小轴套（13）、深沟球轴承（12）、T型轴套（15）间轴向间隙，T型轴套（15）的挡圈外侧则采用平垫片（16）与螺母（17）进行紧固。

6.如权利要求1所述的四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，其特征在于，所述中间的脊柱板（3）的四个角上均设有大通孔用于允许驱动腱通过同时限制钢丝绳（10）的径向移动。

7.如权利要求1所述的四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，其特征在于，所述中间的脊柱板（3）的四个角上的大通孔周围设有三个小孔用于实现左侧弹簧导套（4）和右侧弹簧导套（8）通过螺钉连接。

8.如权利要求1所述的四足机器人用单自由度连续体仿生脊柱机构，其特征在于，所述电机（21）为驱动一体化电机。

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