一種應(yīng)用于四足機(jī)器人的仿生脊柱機(jī)構(gòu)及機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)，尤其涉及四足機(jī)器人仿生脊柱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]在發(fā)生火災(zāi)、礦難、核泄漏、恐怖襲擊等事件時(shí)，往往需要進(jìn)行搜救、反恐、排爆、偵察等危險(xiǎn)任務(wù)。為了減少人員傷亡，常借助于移動(dòng)機(jī)器人。由于地面環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)的輪式和履帶式機(jī)器人的適應(yīng)性較差，因此，在運(yùn)動(dòng)過程中和地面點(diǎn)接觸的四足機(jī)器人有很大的應(yīng)用前景。四足機(jī)器人是一種仿哺乳動(dòng)物的仿生機(jī)器人，其現(xiàn)實(shí)生活中的原型往往有運(yùn)動(dòng)靈活的脊柱，使得它們可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、靈活、高效的運(yùn)動(dòng)。比如，貓?jiān)谵D(zhuǎn)向時(shí)，脊柱會(huì)朝轉(zhuǎn)向的方向彎曲；獵豹奔跑時(shí)，脊柱會(huì)不停的向上和向下彎曲。現(xiàn)有的四足機(jī)器人有的沒有脊柱機(jī)構(gòu)，而有脊柱機(jī)構(gòu)的往往脊柱的運(yùn)動(dòng)方向單一、運(yùn)動(dòng)不靈活或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于四足機(jī)器人實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效的運(yùn)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有四足機(jī)器人的脊柱的運(yùn)動(dòng)方向單一、運(yùn)動(dòng)不靈活、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不足，提供一種應(yīng)用于四足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)靈活多變的仿生脊柱機(jī)構(gòu)。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明應(yīng)用于四足機(jī)器人的仿生脊柱機(jī)構(gòu)可采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種應(yīng)用于四足機(jī)器人的仿生脊柱機(jī)構(gòu)，包括第一轉(zhuǎn)盤、第二轉(zhuǎn)盤、第三轉(zhuǎn)盤、脊柱體;所述第一轉(zhuǎn)盤位于脊柱體的一端;第二轉(zhuǎn)盤、第三轉(zhuǎn)盤均位于脊柱體的另一端;所述脊柱體包括可橫向扭動(dòng)也可縱向扭動(dòng)的脊柱主體、固定在脊柱主體一端的第一支架、固定在脊柱主體另一端的第二支架;所述第二轉(zhuǎn)盤位于第三轉(zhuǎn)盤之上;第一轉(zhuǎn)盤上繞有第一繩索，該第一繩索的兩端形成兩個(gè)第一繩索分支，該兩個(gè)第一繩索分支自第一轉(zhuǎn)盤兩端橫向排列向第二支架方向延伸，且該兩個(gè)第一繩索分支穿過第一支架并固定在第二支架上;第二轉(zhuǎn)盤上繞有第二繩索，該第二繩索延伸出的一端穿過第二支架并固定在第一支架上;第三轉(zhuǎn)盤上繞有第三繩索，該第三繩索延伸出的一端穿過第二支架并固定在第一支架上;所述第二繩索位于第三繩索正上方，且第二繩索位于所述兩個(gè)第一繩索分支之上；而第三繩索位于所述兩個(gè)第一繩索分支之下。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的仿生脊柱機(jī)構(gòu)，利用繩索作為傳動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡單。通過控制第一轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第一繩索可以使脊柱主體橫向扭動(dòng);通過控制第二、第三轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第二、第三繩索可以使脊柱主體縱向扭動(dòng)。
[0007]進(jìn)一步的，所述脊柱主體包括若干串聯(lián)的關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)包括第一收容部、第二收容部、夾在第一、第二收容部之間的滾球，所述第一收容部及第二收容部均設(shè)有收容滾球的槽用以滾球在第一收容及第二收容部之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng);所述關(guān)節(jié)之間通過連桿固定串聯(lián)。使本發(fā)明的仿生脊柱機(jī)構(gòu)，應(yīng)用球形關(guān)節(jié)作為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，運(yùn)動(dòng)靈活。
[0008]進(jìn)一步的，所述第一收容部及第二收容部上均設(shè)有若干過孔，所述兩個(gè)第一繩索分支、第二繩索及第三繩索均對(duì)應(yīng)的通過過孔穿過第一、第二收容部。
[0009]進(jìn)一步的，所述相鄰兩個(gè)關(guān)節(jié)之間設(shè)有彈簧，該彈簧連接前一個(gè)關(guān)節(jié)的第二收容部及后一個(gè)關(guān)節(jié)的第一收容部，且所述連桿收容在彈簧內(nèi)。其中，在脊柱主體的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)上裝有彈簧，脊柱主體的轉(zhuǎn)動(dòng)引起彈簧的壓縮并存儲(chǔ)彈性勢(shì)能，在脊柱主體恢復(fù)原形時(shí)彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這有效的提高了脊柱主體的運(yùn)動(dòng)效率。本發(fā)明的仿生脊柱機(jī)構(gòu)，通過改變脊柱主體中彈簧的參數(shù)，可以改變脊柱主體的彎曲曲線，實(shí)現(xiàn)脊柱主體不同方向的彎曲。
[0010]本發(fā)明同時(shí)提供了一種使用上述仿生脊柱機(jī)構(gòu)的機(jī)器人。
[0011 ]本發(fā)明同時(shí)提供了一種上述仿生脊柱機(jī)構(gòu)的控制方法，包括:
[0012]脊柱主體橫向扭動(dòng)的控制，即控制第一轉(zhuǎn)盤順時(shí)針或者逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，拉扯兩個(gè)第一繩索分支的其中一個(gè)而放松另一個(gè)，并通過關(guān)節(jié)中滾球與第一、第二收容部之間的轉(zhuǎn)動(dòng)使脊柱主體橫向扭動(dòng)；
[0013]脊柱主體縱向扭動(dòng)的控制，包括控制第二轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)拉扯第二繩索同時(shí)第三轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)放松第三繩索，并通過關(guān)節(jié)中滾球與第一、第二收容部之間的轉(zhuǎn)動(dòng)使脊柱主體向上凸起扭動(dòng)；以及控制第三轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)拉扯第三繩索同時(shí)第二轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)放松第二繩索，并通過關(guān)節(jié)中滾球與第一、第二收容部之間的轉(zhuǎn)動(dòng)使脊柱主體向下凸起扭動(dòng)。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明具體實(shí)施的仿生脊柱機(jī)構(gòu)的示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明實(shí)施的仿生脊柱機(jī)構(gòu)的單關(guān)節(jié)脊柱模塊的示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施的仿生脊柱機(jī)構(gòu)的脊柱模塊的整體示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明實(shí)施的仿生脊柱機(jī)構(gòu)的脊柱模塊的分立零件示意圖。
[0018]圖5是本發(fā)明實(shí)施的仿生脊柱機(jī)構(gòu)的前視圖。
[0019]圖6是本發(fā)明實(shí)施的仿生脊柱機(jī)構(gòu)的右視圖。
[0020]圖7是本發(fā)明實(shí)施的仿生脊柱機(jī)構(gòu)的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]請(qǐng)參閱圖1至圖7所示，本發(fā)明公開一種應(yīng)用于四足機(jī)器人的仿生脊柱機(jī)構(gòu)，目的在于在應(yīng)用于四足機(jī)器人時(shí)能夠使四足機(jī)器人在不同方向的彎曲。該仿生脊柱結(jié)構(gòu)包括第一轉(zhuǎn)盤110、第二轉(zhuǎn)盤152、第三轉(zhuǎn)盤112、脊柱體。所述第一轉(zhuǎn)盤110位于脊柱體的一端;第二轉(zhuǎn)盤152、第三轉(zhuǎn)盤112均位于脊柱體的另一端。所述脊柱體包括可橫向扭動(dòng)也可縱向扭動(dòng)的脊柱主體、固定在脊柱主體一端的第一支架122、固定在脊柱主體另一端的第二支架124。所述第二轉(zhuǎn)盤152位于第三轉(zhuǎn)盤112之上。其中，第一轉(zhuǎn)盤110上繞有第一繩索，該第一繩索的兩端形成兩個(gè)第一繩索分支134、136，該兩個(gè)第一繩索分支134、136自第一轉(zhuǎn)盤110兩端橫向排列向第二支架124方向延伸，且該兩個(gè)第一繩索分支134、136穿過第一支架122并固定在第二支架124上。而第二轉(zhuǎn)盤152上繞有第二繩索138，該第二繩索138延伸出的一端穿過第二支架124并固定在第一支架122上。第三轉(zhuǎn)盤112上繞有第三繩索140，該第三繩索140延伸出的一端穿過第二支架124并固定在第一支架122上。其中，該機(jī)構(gòu)中設(shè)有第一機(jī)體102及第二機(jī)體104，所述第一轉(zhuǎn)盤110、第一支架122安裝在第一機(jī)體102上，且第一轉(zhuǎn)盤110通過安裝在第一機(jī)體102上的第一驅(qū)動(dòng)裝置106驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng);所述第二轉(zhuǎn)盤152、第三轉(zhuǎn)盤112、第二支架124安裝在第二機(jī)體104上，且第二轉(zhuǎn)盤152、第三轉(zhuǎn)盤112通過安裝在第二機(jī)體上的第二驅(qū)動(dòng)裝置108驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng);所述脊柱主體橫跨在第一機(jī)體和第二機(jī)體之間。其中，由于第二轉(zhuǎn)盤152和第三轉(zhuǎn)盤112分別驅(qū)動(dòng)不同的繩索，故可以單獨(dú)進(jìn)行控制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)分別驅(qū)動(dòng)第二、第三繩索即可行。但是在在本實(shí)施方式中，為了使結(jié)構(gòu)更加簡化并緊湊，將所述第二轉(zhuǎn)盤152及第三轉(zhuǎn)盤112通過連接部153同軸連接；同時(shí)，為了使第二轉(zhuǎn)盤152及第三轉(zhuǎn)盤112在同向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠使第二繩索和第三繩索的運(yùn)動(dòng)相反，從而能夠使第二、第三繩索其中一個(gè)拉扯而另一個(gè)放松，采用的方式是將所述第二繩索138在第二轉(zhuǎn)盤152上的繞線方向與第三繩索140在第三轉(zhuǎn)盤112上的繞線方向相反。第一轉(zhuǎn)軸110繞軸線111轉(zhuǎn)動(dòng)，第二、第三轉(zhuǎn)軸152、112同時(shí)繞軸線113轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0023]進(jìn)一步的，為了使各個(gè)繩索的運(yùn)動(dòng)更加順暢，所述第一機(jī)體102上還設(shè)有位于第一轉(zhuǎn)盤110及第一支架122之間的第一滑輪架114。該第一滑輪架114上設(shè)有兩個(gè)橫向排列的第一滑輪116，所述兩個(gè)第一繩索分支134、136穿過第一滑輪架114并與對(duì)應(yīng)的第一滑輪116配合，從而使兩個(gè)第一繩索分支134、136在使用時(shí)定位且運(yùn)動(dòng)更加順暢。同樣的原因，所述第二機(jī)體104上還設(shè)有位于第二轉(zhuǎn)盤152與第二支架124之間的第二滑輪架118，所述第二滑輪架118上設(shè)有上下排列的第二滑輪和第三滑輪(第二滑輪和第三滑輪均標(biāo)號(hào)120)，所述第二繩索穿過第二滑輪架并與第