一种四足机器人非线性刚度的脊柱模块.pdf

本发明的目的在于提供一种四足机器人非线性刚度的脊柱模块，包括前脊柱机构、后脊柱机构、动力传递装置，前脊柱机构包括前脊柱块、第一舵机，后脊柱机构包括后脊柱块，前脊柱块的端部过盈安装有轴承，后脊柱块的端部过盈安装有销轴，销轴安装在轴承里并与之过盈配合，前脊柱块里设置第一内槽，第一舵机固定在第一内槽里，第一舵机的输出轴上安装舵角，后脊柱机构上安装销钉和滑轮，动力传递装置包括拉簧、拉线，拉簧的一端连接舵角，另一端连接拉线，拉线绕过销钉并缠绕在滑轮上。本发明是通过舵机的来回转动实现脊柱模块的弯曲运动；通过对拉簧施加不同的预载荷来实现脊柱模块刚度的非线性。

权利要求书
1.  一种四足机器人非线性刚度的脊柱模块，其特征是：包括前脊柱机构、后脊柱机构、动力传递装置，前脊柱机构包括前脊柱块、第一舵机，后脊柱机构包括后脊柱块，前脊柱块的端部过盈安装有轴承，后脊柱块的端部过盈安装有销轴，销轴安装在轴承里并与之过盈配合，前脊柱块里设置第一内槽，第一舵机固定在第一内槽里，第一舵机的输出轴上安装舵角，后脊柱机构上安装销钉和滑轮，动力传递装置包括拉簧、拉线，拉簧的一端连接舵角，另一端连接拉线，拉线绕过销钉并缠绕在滑轮上。

2.  根据权利要求1所述的一种四足机器人非线性刚度的脊柱模块，其特征是：所述的后脊柱机构还包括第二舵机，后脊柱块里设置第二内槽，第二舵机固定在第二内槽里，滑轮安装在第二舵机的输出轴上。

说明书一种四足机器人非线性刚度的脊柱模块
技术领域
本发明涉及的是一种机器人，具体地说是仿生机器人。
背景技术
目前对四足机器人的研究在整个机器人研究领域中占了很大的比例，而带脊柱关节的四足机器人已经成为一个研究热点。由于真实动物的复杂性，生物学家在研究四足哺乳动物的过程中会遇到一定的困难，而带脊柱关节的四足机器人能够模拟真实的四足哺乳动物的动态特性，可以通过对四足机器人的研究来降低对四足哺乳动物研究的复杂性。
带非线性刚度脊柱的四足机器人能够适应非结构化、未知的环境，具有运动灵活、稳定性好的优势。四足哺乳动物的脊柱特性在运动的过程中呈现出非线性，因此非线性刚度的脊柱模块对四足机器人的发展具有促进作用。
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
本发明的目的在于提供模仿猫科动物脊柱结构的一种四足机器人非线性刚度的脊柱模块。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种四足机器人非线性刚度的脊柱模块，其特征是：包括前脊柱机构、后脊柱机构、动力传递装置，前脊柱机构包括前脊柱块、第一舵机，后脊柱机构包括后脊柱块，前脊柱块的端部过盈安装有轴承，后脊柱块的端部过盈安装有销轴，销轴安装在轴承里并与之过盈配合，前脊柱块里设置第一内槽，第一舵机固定在第一内槽里，第一舵机的输出轴上安装舵角，后脊柱机构上安 装销钉和滑轮，动力传递装置包括拉簧、拉线，拉簧的一端连接舵角，另一端连接拉线，拉线绕过销钉并缠绕在滑轮上。
本发明还可以包括：
1、所述的后脊柱机构还包括第二舵机，后脊柱块里设置第二内槽，第二舵机固定在第二内槽里，滑轮安装在第二舵机的输出轴上。
本发明的优势在于：本发明是通过舵机的来回转动实现脊柱模块的弯曲运动；通过对拉簧施加不同的预载荷来实现脊柱模块刚度的非线性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明前脊柱结构示意图；
图3为本发明后脊柱结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1～3，四足机器人非线性刚度的脊柱模块包含前脊柱、后脊柱和动力传递装置。前脊柱与后脊柱通过销轴4铰接在一起，前脊柱与轴承3为过盈配合，轴承3与销轴4为过盈配合，后脊柱与销轴4也为过盈配合。如图2所示，前脊柱包含前脊柱块1、第二舵机10、舵角11、轴承3、螺栓2，第二舵机10通过螺栓2固定在前脊柱块1上，舵角11固定在第二舵机10的输出轴上。如图3所示，后脊柱包含后脊柱块8、第一舵机7、滑轮6、销钉5、螺栓，第一舵机7通过螺栓安装在后脊柱块8上，滑轮6固定在第一舵机7的输出轴上，销钉5固定在后脊柱块8上。动力传递装置包含拉簧12、拉线13，拉簧12的一端勾在舵角11的一端，拉簧12的另一端与拉线13的一端相连，拉线13跨过销钉5，另一端与滑轮6相连。
本发明的工作过程如下：本发明在实际使用和操作过程中，第二舵机10来回转动使舵角11带动拉簧12运动，拉簧12带着拉线13也跟着运动，从而实现了前脊柱与后脊柱的相对转动。由于拉线13跨过销钉5，这样可以使前脊柱与后脊柱实现蜷曲与伸展，与动物的脊柱运动是相似的，这避免了当舵机往不同的方向转动时，而后脊柱却绕着前脊柱往一个方向转动。
第一舵机7带着滑轮6转动，滑轮6可以使线性拉簧12受到不同的预载荷， 这样可以使脊柱模块在蜷曲与伸展的过程中实现刚度的非线性。动物在实际运动中，脊柱的刚度在蜷曲与伸展过程中是不同的，而且也是非线性的，本实施方式是根据动物脊柱刚度的非线性而设计的。
一种四足机器人非线性刚度的脊柱模块，包括前脊柱、后脊柱和动力传递装置，其中前后脊柱通过销轴铰接在一起，动力传递装置传递动力使前后脊柱绕销轴相对转动。前脊柱包含前脊柱块、舵机、舵角、轴承、螺栓，舵机通过螺栓固定在前脊柱块上，舵角固定在舵机的输出轴上，轴承通过过盈配合安装在前脊柱块上。后脊柱包含后脊柱块、舵机、滑轮、销钉、螺栓，舵机通过螺栓安装在后脊柱块上，滑轮固定在舵机的输出轴上，销钉也固定在后脊柱块上。动力传递装置包含线性拉簧、拉线，通过线性拉簧和拉绳来实现动力的传递，使前后脊柱产生相对转动。