一种仿生脊柱活动节段制造技术

本实用新型专利技术属于仿生机器人技术领域，特别涉及一种仿生脊柱活动节段。本实用新型专利技术包括上椎体、下椎体、第一竖肌、第二竖肌、第三竖肌、第四竖肌、第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌、钢丝绳、可回复式磁流变阻尼器组件、球铰、圆筒限位支架、电气比例阀、减压阀、气源和控制器；在气动肌肉的驱动下，上椎体可以实现四个自由度的运动，具有灵活、清洁和节能的优点；可回复式磁流变阻尼器组件的阻尼可调，不仅可以协助调整上椎体的运动姿态，而且还起到的支撑、减震的效果；通过调节气动肌肉内部的气压，还可以改变仿生脊柱的刚性。本实用新型专利技术很好的模拟了生物脊柱活动节段的特性，同时具有功能上的创新和扩展，值得应用。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于仿生机器人
，特别涉及一种仿生脊柱活动节段。
技术介绍
有足生物在进行步行、奔跑和跳跃等动作时一般具有很强的协调性和稳定性，这除了和其复杂的运动神经系统息息相关以外，还和其完善的躯干结构密不可分。当前的绝大多数足式仿生机器人都是在以刚性躯干为前提条件下进行的简化建模，而实际上有足生物的躯干在运动过程中会发生柔性变形，以保证生物运动的稳定性和协调性。尤其是当生物在进行奔跑和跳跃等剧烈运动时，如果还采用纯刚性躯干模型则不能合理复现生物运动的力学性能，从而使得对机器人在行走效率和稳定性的研宄上很难再有所突破。脊柱作为生物躯干的中轴支柱，是生物躯干的活动中心和力的传递枢纽，具有负重、减震、保护和运动等功能。因而探索仿生脊柱在足式机器人领域的应用具有重大的意义。气动肌肉是一种新型气动执行元件，与生物肌肉具有很大的相似性，且具有很高的功率重量比和功率体积比，同时还具有响应速度快、成本低廉等优点，在机器人、仿生机械等领域中有着广泛的应用。磁流变液是一种可控流体，它是由高磁导率、低磁滞性的微小磁性颗粒和非导磁性混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性。由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定相对应的关系，因此是一种性能优良的智能材料，被广泛应用于机械、土建、汽车等工程
经对现有技术的文献检索发现，中国专利文献公开了一种仿生机器人柔性机体，包括前驱体、后躯体、人工脊柱、气动人工肌肉。其中人工脊柱由若干节结构完全相同大小不同的仿生脊椎单元由小到大依次排列而成。每一节仿生脊椎单元由仿生椎骨、仿生椎间盘软垫、弹簧组成。上述专利技术具有一定的柔性，可以辅助腿机构实现仿生机器人灵活原地转向，但其主动自由度较少，难以实现复杂的运动仿生。中国专利文献公开了一种液压驱动二自由度仿生脊柱关节模块，包括上端盖、下端盖，上端盖和下端盖之间安装二自由度十字轴式刚性万向节和波纹管，二自由度十字轴式刚性万向节包括位于中间的十字轴、与十字轴连接的万向节叉、与端盖连接的万向轴基座，上端盖上安装相互连通的第一齿轮泵、第一二位四通电磁阀，下端盖上安装相互连通的第二齿轮泵、第二二位四通电磁阀，波纹管有四个，第一二位四通电磁阀分别连通第一、第二波纹管，第二二位四通电磁阀分别连通第三、第四波纹管。上述专利技术通过液压驱动模拟仿生脊柱关节的转动，可以实现多个自由度的运动。但由于是液压驱动，机构的刚性不可调节，且不够节能。
技术实现思路
本技术的目的就是针对现有技术的缺陷和不足，提出了一种仿生脊柱活动节段。为解决上述问题，本技术采用了以下技术方案:它包括上椎体、下椎体、第一竖肌、第二竖肌、第三竖肌、第四竖肌、第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌、钢丝绳、可回复式磁流变阻尼器组件、球铰、圆筒限位支架、电气比例阀、减压阀、气源和控制器；所述第一竖肌、第二竖肌、第三竖肌、第四竖肌、第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌和第四斜肌均为气动肌肉，圆筒限位支架一端固接在下椎体中心位置，可回复式磁流变阻尼器组件底部也固接在下椎体中心位置且被圆筒限位支架包围，可回复式磁流变阻尼器组件的顶部通过球铰与上椎体的中心位置铰接，第一竖肌、第二竖肌、第三竖肌、第四竖肌的一端依次沿逆时针方向分别与下椎体固接且固接点均布在下椎体的圆周上，第一竖肌、第二竖肌、第三竖肌、第四竖肌的另一端固接钢丝绳一端，钢丝绳的另一端分别与上椎体固接且固接点分别处在相对应的第一竖肌、第二竖肌、第三竖肌、第四竖肌的正上方，第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌的一端通过球铰依次沿逆时针方向分别与下椎体铰接且铰接点同样处在上述圆周上，第一斜肌、第二斜肌与下椎体的铰接点分别分布于第一竖肌与下椎体的固接点的两侧，第三斜肌、第四斜肌与下椎体的铰接点分别分布于第三竖肌与下椎体的固接点的两侧，第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌的另一端固接钢丝绳一端，第一斜肌和第四斜肌上的钢丝绳的另一端与上椎体固接且固接点和第四竖肌上的钢丝绳与上椎体的固接点重合，第二斜肌和第三斜肌上的钢丝绳的另一端与上椎体固接且固接点和第二竖肌上的钢丝绳与上椎体的固接点重合；所述第一竖肌、第二竖肌、第三竖肌、第四竖肌、第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌和第四斜肌的进气口分别与它们各自对应的电气比例阀的出气口相连通，电气比例阀的进气口均与减压阀的出气口相连通，减压阀的进气口与气源相连通，电气比例阀与控制器电连接。在上述的装置中，所述的可回复式磁流变阻尼器组件包括:底座、圆筒、回复弹簧、磁流变液、活塞、励磁线圈、活塞杆、垫圈、密封圈、支撑环和封盖；所述底座与圆筒的一端固接，底座与圆筒之间设置有垫圈，回复弹簧固接在底座上且与圆筒同轴设置，回复弹簧另一端上侧与封盖下侧之间设置有圆柱状活塞，且活塞的外径与圆筒的内径相同，活塞上同轴设置有励磁线圈，活塞上还设置有若干阻尼孔，阻尼孔处在与活塞同轴的圆周上，且圆周的直径大于励磁线圈的外径，活塞杆与活塞同轴固接，封盖穿过活塞杆与圆筒另一端固接，且封盖与圆筒之间设置有垫圈，封盖与活塞杆之间设置有密封圈和支撑环，活塞)和活塞杆内部还设置有导线通道，在活塞杆没有受到外力作用时，封盖的下端面与活塞的上端面保持接触。在上述的装置中，所述的可回复式磁流变阻尼器组件还包括距离传感器，所述距离传感器设置在活塞杆上。在上述的装置中，所述的距离传感器为超声波距离传感器。本技术采用气动肌肉驱动，可实现四个自由度的运动，具有灵活、清洁和节能的优点；可回复式磁流变阻尼器组件阻尼可以调节，使得仿生脊柱活动节段具有一定的负载能力和减震的功能；同时还可以根据需要锁定活塞杆的伸长量，同时调节气动肌肉内部的气压，进而改变仿生脊柱的刚性。本技术很好的模拟了生物脊柱活动节段的特性，同时具有功能上的创新和扩展，值得应用。【附图说明】图1是仿生脊柱活动节段的前视图；图2是仿生脊柱活动节段的局部结构示意图；图3是可回复式磁流变阻尼器组件的剖面图；图4是仿生脊柱活动节段控制系统的示意图。图中，1、上椎体；2、下椎体；3、第一竖肌；4、第二竖肌；5、第三竖肌；6、第四竖肌；7、第一斜肌；8、第二斜肌；9、第三斜肌；10、第四斜肌；11、钢丝绳；12、可回复式磁流变阻尼器组件；13、球铰；14、圆筒限位支架；15、电气比例阀；16、减压阀；17、气源；18、控制器；19、圆周;1201、底座;1202、圆筒;1203、回复弹簧；1204、磁流变液;1205、活塞;1206、励磁线圈；1207、活塞杆;1208、垫圈;1209、密封圈;1210、支撑环;1211、封盖;1212、阻尼孔；1213、导线通道；1214距离传感器。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步的说明。如图1、图2和图4所示，本技术包括上椎体1、下椎体2、第一竖肌3、第二竖肌4、第三竖肌5、第四竖肌6、第一斜肌7、第二斜肌8、第三斜肌9、第四斜肌10、钢丝绳11、可回复式磁流变阻尼器组件12、球铰13、圆筒限位支架14、电气比例阀15、减压阀16、气源17和控制器18 ;所述第一竖肌3、第二竖肌4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生脊柱活动节段，包括上椎体（1）、下椎体（2）、第一竖肌（3）、第二竖肌（4）、第三竖肌（5）、第四竖肌（6）、第一斜肌（7）、第二斜肌（8）、第三斜肌（9）、第四斜肌（10）、钢丝绳（11）、可回复式磁流变阻尼器组件（12）、球铰（13）、圆筒限位支架（14）、电气比例阀（15）、减压阀（16）、气源（17）和控制器（18），其特征在于：所述第一竖肌（3）、第二竖肌（4）、第三竖肌（5）、第四竖肌（6）、第一斜肌（7）、第二斜肌（8）、第三斜肌（9）和第四斜肌（10）均为气动肌肉，圆筒限位支架（14）一端固接在下椎体（2）中心位置，可回复式磁流变阻尼器组件（12）底部也固接在下椎体（2）中心位置且被圆筒限位支架（14）包围，可回复式磁流变阻尼器组件（12）的顶部通过球铰（13）与上椎体（1）的中心位置铰接，第一竖肌（3）、第二竖肌（4）、第三竖肌（5）、第四竖肌（6）的一端依次沿逆时针方向分别与下椎体（2）固接且固接点均布在下椎体（2）的圆周（19）上，第一竖肌（3）、第二竖肌（4）、第三竖肌（5）、第四竖肌（6）的另一端固接钢丝绳（11）的一端，钢丝绳（11）的另一端分别与上椎体（1）固接且固接点分别处在相对应的第一竖肌（3）、第二竖肌（4）、第三竖肌（5）、第四竖肌（6）的正上方，第一斜肌（7）、第二斜肌（8）、第三斜肌（9）、第四斜肌（10）的一端通过球铰（13）依次沿逆时针方向分别与下椎体（2）铰接且铰接点同样处在圆周（19）上，第一斜肌（7）、第二斜肌（8）与下椎体（2）的铰接点分别分布于第一竖肌（3）与下椎体（2）的固接点的两侧，第三斜肌（9）、第四斜肌（10）与下椎体（2）的铰接点分别分布于第三竖肌（5）与下椎体（2）的固接点的两侧，第一斜肌（7）、第二斜肌（8）、第三斜肌（9）、第四斜肌（10）的另一端固接钢丝绳（11）一端，第一斜肌（7）和第四斜肌（10）上的钢丝绳（11）的另一端与上椎体（1）固接且固接点和第四竖肌（6）上的钢丝绳（11）与上椎体（1）的固接点重合，第二斜肌（8）和第三斜肌（9）上的钢丝绳（11）的另一端与上椎体（1）固接且固接点和第二竖肌（4）上的钢丝绳（11）与上椎体（1）的固接点重合；所述第一竖肌（3）、第二竖肌（4）、第三竖肌（5）、第四竖肌（6）、第一斜肌（7）、第二斜肌（8）、第三斜肌（9）和第四斜肌（10）的进气口分别与它们各自对应的电气比例阀（15）的出气口相连通，电气比例阀（15）的进气口均与减压阀（16）的出气口相连通，减压阀（16）的进气口与气源（17）相连通，电气比例阀（15）与控制器（18）电连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：干苏，王斌锐，鲍春雷，张斌，金英连，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：新型
国别省市：浙江;33