一種可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體，屬于仿生機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明所述的仿生柔性機(jī)體由前機(jī)體、后機(jī)體、氣動(dòng)人工肌肉組件和仿生脊椎和滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成。氣動(dòng)人工肌肉組件通過(guò)滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)分別與前機(jī)體和后機(jī)體相連。仿生脊椎前端和后端分別通過(guò)螺釘與前機(jī)體和后機(jī)體相連。本發(fā)明所述仿生柔性機(jī)體可以實(shí)現(xiàn)側(cè)向彎曲和上下俯仰彎曲運(yùn)動(dòng)，具有柔順性、靈活性、仿生效果好等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】—種可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可側(cè)向彎曲和上下彎曲運(yùn)動(dòng)的仿生柔性機(jī)體，適用于四足仿生機(jī)器人，能提高四足機(jī)器人適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的機(jī)動(dòng)性。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，四足機(jī)器人向著更好的機(jī)動(dòng)性和高速動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性方向發(fā)展，如四足機(jī)器人需具備快速轉(zhuǎn)向或者奔跑等。通過(guò)觀察四足動(dòng)物(如獵豹、狗、馬)在轉(zhuǎn)向或奔跑時(shí)，其柔性機(jī)體呈現(xiàn)側(cè)向彎曲和俯仰運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。從生物運(yùn)動(dòng)機(jī)理啟發(fā)，為實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人的快速轉(zhuǎn)向或奔跑功能，其機(jī)體需具備一定的彎曲能力。
[0003]國(guó)內(nèi)外對(duì)四足機(jī)器人的研究多集中在環(huán)境感知、步態(tài)規(guī)劃、步行控制等方面，在四足機(jī)器人仿生柔性機(jī)體研究方面未見(jiàn)報(bào)道。本發(fā)明涉及一種具有側(cè)向彎曲和上下俯仰彎曲能力的仿生柔性機(jī)體機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有的技術(shù)存在的不足，提供一種可側(cè)向彎曲和上下彎曲運(yùn)動(dòng)的機(jī)體，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、運(yùn)動(dòng)靈活、柔順性和良好的仿生效果等特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體，由I個(gè)前機(jī)體、I個(gè)后機(jī)體、4組氣動(dòng)人工肌肉組件、I條仿生脊椎和4對(duì)滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。所述的前機(jī)體和后機(jī)體為空間框架結(jié)構(gòu)，4組氣動(dòng)人工肌肉組件通過(guò)4對(duì)滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)與前機(jī)體、后機(jī)體相連，其中2組安裝在機(jī)體左側(cè)，另外2組安裝在機(jī)體右側(cè)，同側(cè)的2組平行上下布置。仿生脊椎前后端分別通過(guò)螺釘與前機(jī)體、后機(jī)體相連。
[0006]所述的氣動(dòng)人工肌肉組件包括2個(gè)關(guān)節(jié)軸承、2個(gè)螺紋桿、I根氣動(dòng)人工肌肉和I個(gè)接氣件。關(guān)節(jié)軸承通過(guò)螺紋桿與氣動(dòng)人工肌肉相連；關(guān)節(jié)軸承通過(guò)螺紋桿和接氣件與氣動(dòng)人工肌肉相連；其中接氣件用于向氣動(dòng)人工肌肉中進(jìn)行充放氣。
[0007]所述的滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括前機(jī)體、氣缸、滑塊。前機(jī)體、后機(jī)體上分別開有與滑塊形成移動(dòng)副的矩形槽；氣缸固定于前機(jī)體上；氣缸的活塞與滑塊相連，通過(guò)給氣缸充放氣，就可以使滑塊在前機(jī)體的矩形槽上滑動(dòng)。
[0008]所述的仿生脊椎由若干節(jié)結(jié)構(gòu)完全相同大小不同的仿生脊椎單元，從小到大依次排列而成。每一節(jié)仿生脊椎單元包括一個(gè)仿生椎骨和三根彈簧。前一節(jié)的仿生椎骨和后一節(jié)的仿生椎骨形成球副連接。同時(shí)，前一節(jié)的仿生椎骨和后一節(jié)的仿生椎骨通過(guò)三根彈簧連接，使整個(gè)仿生脊椎具有柔性。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)
I K
少:
一、本發(fā)明改變傳統(tǒng)四足機(jī)器人剛性機(jī)體的設(shè)計(jì)理念，將仿生脊椎和仿生人工肌肉驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一款可彎曲俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)器人機(jī)體?？蓴U(kuò)展用于其它仿生機(jī)器人設(shè)計(jì)中。
[0010]二、本發(fā)明使機(jī)器人更加具有仿生性，仿照四足生物在轉(zhuǎn)向時(shí)機(jī)體的彎曲，奔跑時(shí)機(jī)體的俯仰運(yùn)動(dòng)，即符合仿生學(xué)，又有高柔性的特點(diǎn)。
[0011]三、本發(fā)明面對(duì)氣動(dòng)人工肌肉無(wú)法伸長(zhǎng)的應(yīng)用局限，提出一種長(zhǎng)度補(bǔ)償措施。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明一種可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體的初始狀態(tài)示意圖；
圖2是本發(fā)明一種可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體的氣動(dòng)人工肌肉組件圖；
圖3是本發(fā)明一種可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體的機(jī)體的滑塊圖；
圖4是本發(fā)明一種可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體的側(cè)向彎曲狀態(tài)示意圖；
圖5是本發(fā)明一種可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體的上下彎曲狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
實(shí)施例1
如圖f圖4所示，本發(fā)明一種可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體，由I個(gè)前機(jī)體(I )、1個(gè)后機(jī)體(V)、4組氣動(dòng)人工肌肉組件(II)、1條仿生脊椎(III)和4對(duì)滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)(IV)組成；其特征在于:所述的前機(jī)體(I )和后機(jī)體(V)為空間框架結(jié)構(gòu)；4組氣動(dòng)人工肌肉組件(II)通過(guò)4對(duì)滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)(IV)與前機(jī)體(I )、后機(jī)體(V)相連，其中2組安裝在機(jī)體左側(cè)，另外2組安裝在機(jī)體右側(cè)，同側(cè)的2組平行上下布置；仿生脊椎(III)前后端分別通過(guò)螺釘與前機(jī)體(I )、后機(jī)體(V)相連。
[0014]實(shí)施例2:
參見(jiàn)圖2，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，特別之處是:所述的氣動(dòng)人工肌肉組件(II)包括2個(gè)關(guān)節(jié)軸承(2、7)、2個(gè)螺紋桿(3、6)、I根氣動(dòng)人工肌肉(4)和I個(gè)接氣件(5)。其中一個(gè)關(guān)節(jié)軸承(2)通過(guò)一個(gè)螺紋桿(3)與氣動(dòng)人工肌肉(4)的一端相連；而另一個(gè)關(guān)節(jié)軸承(7 )通過(guò)另一個(gè)螺紋桿(6 )和接氣件(5 )與氣動(dòng)人工肌肉(4 )的另一端相連；其中接氣件
(5)有接氣孔連通氣動(dòng)人工肌肉(4)內(nèi)腔而對(duì)其進(jìn)行充放氣。
[0015]實(shí)施例3:
參見(jiàn)圖3，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，特別之處是:所述的4對(duì)滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)(IV)結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)(IV)包括前機(jī)體(I )、氣缸(8、26、25、24、16、17、19和20 )、滑塊(9、13、22、23、15、14、18和21)。前機(jī)體(I )、后機(jī)體(V)上分別開有與滑塊(9、13、22、23、15、14、18和21)形成移動(dòng)副的矩形槽;氣缸(8、26、25、24、16、17、19和20)固定于前機(jī)體(I )上；氣缸的活塞與滑塊相連，通過(guò)給氣缸充放氣，就可以使滑塊，分別在前機(jī)體(I )和后機(jī)體(V)的矩形槽上滑動(dòng)。
[0016]實(shí)施例4:
參見(jiàn)圖4，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，特別之處是:所述的仿生脊椎(III)由若干節(jié)結(jié)構(gòu)完全相同大小不同的仿生脊椎單元，從小到大依次排列而成；每一節(jié)仿生脊椎單元包括一個(gè)仿生椎骨(10)和三根彈簧(11),前一節(jié)的仿生椎骨(10)和后一節(jié)的仿生椎骨(12)形成球副連接；同時(shí)，前一節(jié)的仿生椎骨(10)和后一節(jié)的仿生椎骨(12)通過(guò)三根彈簧(11)連接，使整個(gè)仿生脊椎(III)具有柔性。
[0017]本發(fā)明一種可彎曲俯仰運(yùn)動(dòng)的機(jī)體工作原理結(jié)合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】如下:初始狀態(tài)時(shí)，8個(gè)氣缸(8、16、17、19、20、24、25、26)充氣，使他們的活塞處于收縮狀態(tài)。彎曲時(shí)，4個(gè)氣缸(8、16、17、26)放氣，其余氣缸保持不變。同時(shí)兩根氣動(dòng)人工肌肉(29、30)充氣，此時(shí)，4個(gè)滑塊(9、13、14、15)移動(dòng)，彌補(bǔ)兩氣動(dòng)人工肌肉(27、28)無(wú)法拉伸的長(zhǎng)度。俯仰時(shí)，4個(gè)氣缸(17、20、24、26 )放氣，其余氣缸保持不變。同時(shí)兩根氣動(dòng)人工肌肉(27、30 )充氣，此時(shí)，4個(gè)滑塊(13、14、21、23)移動(dòng)，彌補(bǔ)兩氣動(dòng)人工肌肉(28、29)無(wú)法拉伸的長(zhǎng)度。
【權(quán)利要求】
1.一種可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體，由I個(gè)前機(jī)體(I )、1個(gè)后機(jī)體(V)、4組氣動(dòng)人工肌肉組件(II )、I條仿生脊椎(III)和4對(duì)滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)(IV)組成，其特征在于:所述的前機(jī)體(I )和后機(jī)體(V)為空間框架結(jié)構(gòu)；4組氣動(dòng)人工肌肉組件(II)通過(guò)4對(duì)滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)(IV)與前機(jī)體(I )、后機(jī)體(V)相連，其中2組安裝在機(jī)體左側(cè)，另外2組安裝在機(jī)體右側(cè)，同側(cè)的2組平行上下布置；仿生脊椎(III)前后端分別通過(guò)螺釘(I)與前機(jī)體(I )、后機(jī)體(V)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體，其特征在于:所述的氣動(dòng)人工肌肉組件(II)包括2個(gè)關(guān)節(jié)軸承(2、7 )、2個(gè)螺紋桿(3、6 )、I根氣動(dòng)人工肌肉(4)和I個(gè)接氣件(5)，其中一個(gè)關(guān)節(jié)軸承(2)通過(guò)一個(gè)螺紋桿(3)與氣動(dòng)人工肌肉(4)的一端相連；而另一個(gè)關(guān)節(jié)軸承(7)通過(guò)另一個(gè)螺紋桿(6)和接氣件(5)與氣動(dòng)人工肌肉(4)的另一端相連；接氣件(5)有接氣孔連通氣動(dòng)人工肌肉(4)內(nèi)腔而對(duì)氣動(dòng)人工肌肉進(jìn)行充放氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體，其特征在于所述的4對(duì)滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)(IV)結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)滑塊移動(dòng)機(jī)構(gòu)(IV)包括前機(jī)體(I )、氣缸(8、26、25、24、16、17、19 和 20)、滑塊(9、13、22、23、15、14、18 和 21);前機(jī)體(I )、后機(jī)體(V)上分別開有與滑塊(9、13、22、23、15、14、18和21)形成移動(dòng)副的矩形槽；氣缸(8、26、25、24、16、17,19和20)固定于前機(jī)體(I )上；氣缸的活塞與滑塊相連，通過(guò)給氣缸充放氣，就可以使滑塊，分別在前機(jī)體(I )和后機(jī)體(V)的矩形槽上滑動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的可側(cè)向彎曲和上下彎曲的仿生柔性機(jī)體，其特征在于所述的仿生脊椎(III)由若干節(jié)結(jié)構(gòu)完全相同大小不同的仿生脊椎單元，從小到大依次排列而成；每一節(jié)仿生脊椎單兀包括一個(gè)仿生椎骨(10)和三根彈簧(11),前一節(jié)的仿生椎骨(10)和后一節(jié)的仿生椎骨(12)形成球副連接；同時(shí)，前一節(jié)的仿生椎骨(10)和后一節(jié)的仿生椎骨(12 )通過(guò)三根彈簧(11)連接，使整個(gè)仿生脊椎(III)具有柔性。
【文檔編號(hào)】B62D57/032GK103991490SQ201410223667
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】雷靜桃, 俞煌穎, 吳建東 申請(qǐng)人:上海大學(xué)