本發(fā)明涉及一種可轉(zhuǎn)彎和改變機(jī)體大小的脊柱機(jī)構(gòu)，屬于仿生機(jī)器人領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前關(guān)于絕大多數(shù)仿生多足機(jī)器人的研究，均是以剛性軀干為主，并不含有脊柱關(guān)節(jié)，不考慮脊柱關(guān)節(jié)在實(shí)際生物中的作用。轉(zhuǎn)彎是貓科動(dòng)物脊柱的主要功能之一?？紤]脊柱關(guān)節(jié)的，目前大多數(shù)的研究都集中在脊柱關(guān)節(jié)的蓄能和上下運(yùn)動(dòng)上，而不考慮脊柱關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)彎功能，導(dǎo)致脊柱關(guān)節(jié)一個(gè)重要的功能被埋沒。仿生機(jī)器人的靈活性取決于具有良好機(jī)械性能的身體結(jié)構(gòu)，目前許多仿生機(jī)器人都不具備轉(zhuǎn)彎功能，具有轉(zhuǎn)彎功能的一般都靠腿部電機(jī)的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)，這要經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算，而且電機(jī)的協(xié)同作用比較難實(shí)現(xiàn)，仿生機(jī)器人的步態(tài)也不好控制，總之效果都非常的有限，這樣還會(huì)導(dǎo)致腿部受到很大的應(yīng)力作用。

中國專利(CN102673674A)公開的一種四足機(jī)器人仿生彈性脊柱機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)在脊柱轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)上安裝兩個(gè)左右對(duì)稱的扭簧，脊柱關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)與扭簧的彎曲約束在一起，通過氣動(dòng)肌腱的主動(dòng)伸縮來控制脊柱關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這是比較成熟的脊柱關(guān)節(jié)，但是還是實(shí)現(xiàn)不了脊柱關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)彎功能，具有比較明顯的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，參照貓科動(dòng)物的脊柱結(jié)構(gòu)而提供一種可轉(zhuǎn)彎和改變機(jī)體大小的脊柱機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括兩個(gè)軀干板、呈左右對(duì)角對(duì)稱且設(shè)置在兩個(gè)軀干板端部間的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮模塊，每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮模塊包括電機(jī)座、安裝在電機(jī)座上的電機(jī)、通過聯(lián)軸器與電機(jī)輸出軸連接的絲杠、安裝在絲杠上的帶銷螺母、螺母座，所述帶銷螺母的兩個(gè)銷軸端分別通過軸承與螺母座連接，所述電機(jī)座上還設(shè)置有光杠，光杠端部設(shè)置有套管，套管外部設(shè)置有帶銷套管，帶銷套管的兩個(gè)銷軸端分別通過軸承與螺母座連接。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.帶銷螺母與帶銷固定套是平行設(shè)置的。

2.當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮模塊同時(shí)進(jìn)絲或退絲完成脊柱機(jī)構(gòu)大小的改變；當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮模塊一個(gè)進(jìn)絲、另一個(gè)退絲完成脊柱機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)彎。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：目前四足機(jī)器人大多都是不具有脊柱關(guān)節(jié)的，具有脊柱關(guān)節(jié)的大多都是上下運(yùn)動(dòng)的，不具備轉(zhuǎn)彎功能，從而忽略了動(dòng)物脊柱關(guān)節(jié)的一個(gè)重要作用。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人通過脊柱關(guān)節(jié)進(jìn)行不同方向的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)；本發(fā)明可以通過脊柱關(guān)節(jié)的伸縮來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人機(jī)體大小的改變；本發(fā)明通過改變脊柱關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方向，簡(jiǎn)化了四足機(jī)器人步態(tài)的計(jì)算。

附圖說明

圖1為本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)圖示意圖；

圖2為本發(fā)明脊柱關(guān)節(jié)原始狀態(tài)示意圖；

圖3為本發(fā)明脊柱關(guān)節(jié)伸展?fàn)顟B(tài)示意圖；

圖4為本發(fā)明脊柱關(guān)節(jié)收縮狀態(tài)示意圖；

圖5為本發(fā)明脊柱關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)彎狀態(tài)示意圖。

圖中：1、電機(jī)座，2、電機(jī)，3、聯(lián)軸器，4、光杠，5、絲杠，6、套管，7、帶銷螺母，8、軸承，9、帶銷固定套，10、螺母座，11、機(jī)器人軀干板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明是一種可轉(zhuǎn)彎和改變機(jī)體大小的脊柱機(jī)構(gòu)，由左右對(duì)角對(duì)稱的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮模塊組成，兩個(gè)模塊由機(jī)器人的軀干板11相連接，然后作為機(jī)器人的一部分；其中一個(gè)模塊如圖1所示，上部分有絲杠螺母結(jié)構(gòu)組成，是主動(dòng)結(jié)構(gòu)，帶銷螺母7是帶有銷結(jié)構(gòu)的，通過軸承8與螺母座10相連接，可以實(shí)現(xiàn)螺母與螺母座的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠5的一端與螺母相連接，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，另一端通過聯(lián)軸器3實(shí)現(xiàn)與電機(jī)的連接，電機(jī)2為絲杠運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，電機(jī)安裝在電機(jī)座1上，與機(jī)器人軀干板11相連接；下部分由套管光杠滑動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，是被動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證脊柱關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠，套管一端與帶有銷結(jié)構(gòu)的固定套過盈配合，使其不會(huì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，帶有銷結(jié)構(gòu)的固定套9通過軸承與螺母座10相連接，實(shí)現(xiàn)套管的轉(zhuǎn)動(dòng)，光杠4一端與套管6連接，實(shí)現(xiàn)光杠4與套管6的相對(duì)滑動(dòng)，另一端固定在電機(jī)座1上。更為具體的說本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮模塊由上下軸平行的絲杠螺母結(jié)構(gòu)和套管光杠滑動(dòng)結(jié)構(gòu)組成；絲杠螺母結(jié)構(gòu)是由帶銷螺母7、絲杠5、聯(lián)軸器3、電機(jī)2組成，帶銷螺母7通過軸承8與螺母座10相連接，實(shí)現(xiàn)絲杠螺母結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠5與螺母7相配合，機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)絲杠螺母結(jié)構(gòu)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，螺母7與絲杠5的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了脊柱關(guān)節(jié)位置姿態(tài)的變化，絲杠5另一端與聯(lián)軸器3相連接，聯(lián)軸器3另一端與電機(jī)2相連接，電機(jī)2通過聯(lián)軸器3將動(dòng)力傳輸給絲杠5，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，電機(jī)2安裝在電機(jī)座1上邊，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的固定，電機(jī)座1還有肋板結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)電機(jī)座的強(qiáng)度，電機(jī)座1與機(jī)器人軀干板11剛性連接；套管光杠滑動(dòng)結(jié)構(gòu)是由帶銷固定套9、套管6、光杠4組成，帶銷固定套9通過軸承8與螺母座10相連接，可以實(shí)現(xiàn)帶銷固定套9的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶銷固定套9是和帶銷螺母7軸平行安裝的，保證兩個(gè)結(jié)構(gòu)的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，套管6是和帶銷固定套9過盈配合的，保證其剛性連接，光杠4可以在套管6內(nèi)滑動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)是被動(dòng)的，其動(dòng)力是來自于絲杠螺母的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，是為了保障脊柱關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，光杠4的另一端與電機(jī)座1相連接，這也實(shí)現(xiàn)了套管光杠滑動(dòng)結(jié)構(gòu)與絲杠螺母結(jié)構(gòu)的同步運(yùn)動(dòng)。

如圖2所示，此時(shí)為脊柱關(guān)節(jié)的原始狀態(tài)，留有一定的進(jìn)給余量是因?yàn)樵诩怪D(zhuǎn)彎時(shí)，需要兩邊進(jìn)行不同的動(dòng)作，這會(huì)在具體實(shí)施方式二中展現(xiàn)；圖3是脊柱關(guān)節(jié)的伸展?fàn)顟B(tài)，此時(shí)的機(jī)器人機(jī)體達(dá)到最大，由圖2到圖3，需要A部分的絲杠螺母結(jié)構(gòu)和B部分的絲杠螺母結(jié)構(gòu)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，相當(dāng)于退絲的過程，在這個(gè)過程中，機(jī)器人的機(jī)體是不斷變大的，到達(dá)圖3的狀態(tài)時(shí)，機(jī)器人的機(jī)體達(dá)到最大；圖4是脊柱關(guān)節(jié)的收縮狀態(tài)，此時(shí)的機(jī)器人機(jī)體達(dá)到最小，由圖2到圖4，需要A部分的絲杠螺母結(jié)構(gòu)和B部分的絲杠螺母結(jié)構(gòu)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，相當(dāng)于進(jìn)絲的過程，在這個(gè)過程中，機(jī)器人的機(jī)體是不斷變小的，到達(dá)圖3的狀態(tài)時(shí)，機(jī)器人的機(jī)體達(dá)到最小；在圖2到圖3到圖4的變化過程中，機(jī)器人機(jī)體的大小是不斷變化的，在這個(gè)過程中，可以根據(jù)需要選擇最佳的機(jī)器人機(jī)體的尺寸，已到達(dá)最優(yōu)的運(yùn)動(dòng)。

如圖5所示，為脊柱關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)彎時(shí)的狀態(tài)圖，由圖2到圖5，需要A部分的絲杠螺母結(jié)構(gòu)和B部分的絲杠螺母結(jié)構(gòu)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，但是A部分的絲杠螺母結(jié)構(gòu)為退絲過程，而B部分的絲杠螺母結(jié)構(gòu)為進(jìn)絲過程，帶銷螺母7和帶銷固定套9同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，保證A部分和B部分的平行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)脊柱關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)彎，也就是仿生機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎過程，A部分的絲杠螺母結(jié)構(gòu)和B部分的絲杠螺母結(jié)構(gòu)反向運(yùn)動(dòng)，就實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的直線行走；如果一開始A部分的絲杠螺母結(jié)構(gòu)和B部分的絲杠螺母結(jié)構(gòu)反向運(yùn)動(dòng)，就會(huì)實(shí)現(xiàn)脊柱關(guān)節(jié)向另一個(gè)方向的轉(zhuǎn)彎，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的不同方向的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。