[發明專利]一種仿生機器人的柔性機體

有效

• 申請號: 201310099132.X
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103144101A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 雷靜桃;王峰;俞煌穎
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種仿生機器人的柔性機體，屬于仿生機器人的技術領域。

背景技術

???????機器人動態步行的機動性和穩定性依賴于其機體機構。目前所設計的機器人，其機體結構有兩種：第一種是將機體設計為一種剛性整體結構，忽略機體機構在動態穩定步行和原地轉向中所起的作用。其不足之處是當四足機器人工作于復雜地面環境時，需要轉彎或避障的情況下，只能依靠改變步態來實現，邊走邊轉，導致轉向半徑大，轉向速度慢，不是實現原地快速轉向，同時也增加了控制的難度。第二種是將剛性機體分為前后兩部分，通過位于機體中間的轉動副將其連接，這種結構雖然在一定程度上解決了轉向難的問題，然而機體依舊是剛性連接，不能實現類似四足動物那樣的原地轉向功能。同時，剛性機體引起步行震動，不能很好地模仿四足動物的運動，動作不夠靈活。

發明內容

本發明的目的在于針對已有的技術存在的不足，提供一種仿生機器人的柔性機體，模仿四足生物的軀體機構，克服了傳統機器人運動過程中柔性差，仿生效果差的缺點。

本發明設計的方案是：柔性機體由前軀體、后軀體、人工脊柱（或脊椎）、氣動人工肌肉構成。其中人工脊柱（或脊椎）由仿生椎骨、仿生椎間盤軟墊、彈簧所組成的椎骨單元由小到大排列而成。所述的前軀體、后軀體為空間框架結構，兩者由人工脊椎、氣動人工肌肉連接成一個整體。

所述的四足仿生機器人的柔性機體：所述的人工脊柱由若干節結構完全相同大小不同的仿生脊椎單元由小到大依次排列而成。每一節仿生脊椎單元包括一個仿生椎骨、一個仿生椎間盤軟墊和三根彈簧。前一節的仿生椎骨一個下關節面和后一節的仿生椎骨的一個上節突構成一個球副。前后相鄰的兩仿生椎骨間固定一個仿生椎間盤軟墊，同時三根彈簧從仿生椎間盤軟墊內部穿過。這樣就可以使相鄰兩仿生椎骨繞前一節的椎骨下關節面和后一節的椎骨上節突所構成的球副在一定范圍內進行上下及左右擺動。

所述的仿生機器人的柔性機體，其特征在于：所述的氣動人工肌肉由氣密彈性管和套在它外面的編織套組成。編織套的編織纖維與軸線成30^o~60^o角度，為編織角。當向氣體人工肌肉內通入一定壓力的氣體時，氣密彈性管在內壓的作用下發生變形，帶動編織套一起徑向移動，編織角增大，編織套軸向縮短實現肌肉收縮的效果。反之排出氣體，就會實現肌肉舒張的效果。

本發明所述機構與現有機體機構相比，具有如下顯而易見的創新性特點：

一、本發明改變傳統四足機器人剛性軀體的設計理念，將仿生脊椎和仿生人工肌肉驅動相結合，設計出一款具有柔性的四足機器人機體。可擴展用于其它仿生機器人設計中。

二、本發明使機器人更加具有仿生性，仿照四足生物脊椎設計出仿生椎骨、仿生椎間盤軟墊和彈簧共同構成仿生脊椎，具有即符合仿生學，又有高柔性的特點。

三、本發明通過控制人工肌肉的進氣或排氣，使人工肌肉收縮或伸長，從而改變機體剛度，使其進行運動。具有控制簡單，靈活等特點。

附圖說明

圖1是本發明一種仿生機器人的柔性機體結構示意圖；

圖2是本發明一種仿生機器人的仿生脊椎整體示意圖；

圖3是本發明一種仿生機器人的仿生脊柱（或脊椎）機構爆炸圖；

圖4是本發明一種仿生機器人的人工肌肉結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和優選實施例對本發明作進一步詳細說明：

實施例1：

如圖1所示，一種仿生機器人的柔性機體，由前軀體（Ⅰ）、后軀體（Ⅳ）、人工脊椎（Ⅲ）、氣動人工肌肉（Ⅱ）組成，其特征在于：所述的前軀體（Ⅰ）、后軀體（Ⅳ）為空間框架結構，兩者由1條人工脊柱（或脊椎）（Ⅲ）、4條氣動人工肌肉（Ⅱ）連接成一個整體。

實施例2：

參見圖2和圖3，本實施例與實施例1基本相同，特別之處是：所述的人工脊柱（或脊椎）（Ⅲ）由10節相同仿生脊椎單元組成由小到大依次排列而成。每一節仿生脊椎單元包括一個仿生椎骨（1）、一個仿生椎間盤軟墊（2）和三根彈簧（3），它們在空間上交替排列。前一節的仿生椎骨（1）有一個下關節面（①）和后一節仿生椎骨的一個上節突（②）構成一個球副。相鄰兩椎骨間墊設有一仿生椎間盤軟墊（2），同時三根彈簧（3）貫穿于仿生椎間盤軟墊（2）內。這樣就可以使相鄰兩仿生椎骨（1）可以繞前一節的椎骨下關節面（①）和后一節的椎骨上節突（②）構成的球副在一定范圍內進行上下及左右擺動。

實施例3：