仿生机器人及其脊柱装置制造方法及图纸

一种仿生机器人及其脊柱装置，通过磁流变液填充于腔体的内腔、第一进出液管和第二进出液管，磁流变液用于向活塞杆的一端提供驱动力，以驱动活塞杆沿腔体的轴向运动；由于励磁线圈缠绕在第一进出液管，控制器在向励磁线圈提供可变电流后，可以使励磁线圈在第一进出液管产生可变磁场，从而使得磁流变液产生磁流变效应，表现出低流动性和高黏度性，继而，使活塞杆的传动速度发生变化，表现为阻尼特性，减少了脊柱装置的顿挫感，改善机器人的柔顺性，提高机器人的仿生性。

【技术实现步骤摘要】
仿生机器人及其脊柱装置
本技术涉及机器人
，具体涉及一种仿生机器人及其脊柱装置。
技术介绍
仿生机器人在特种环境下的应用越来越广泛，环境适应能力越来越强，更快、更准、更稳的完成机器人特种任务，这除了和复杂的运动神经元相关之外，还和其躯干结构密不可分。脊柱作为所有哺乳动物躯干的中轴支柱，是生物躯干的活动中心和力的传递枢纽，在奔跑时可以增加运动范围和吸收地面冲击的能量。近年来，国内外研究的大部分仿生机器人都是刚性躯体和被动柔顺脊柱，如用弹性体连接前后肢体作为被动脊柱，但是对于机器人转向、奔跑过程中脊柱变形无法进行主动控制，在一定程度上面限制了机器人的运行速度，而且现有机器人脊椎只能单方向变形，与动物脊柱相差甚远，目前也没有同时具备多自由度脊柱和柔顺躯干的仿生机器人。因而进一步探索研究仿生脊柱在仿生机器人领域的应用具有重大的意义。经过目前的文献检索发现，公开号为CN106956247A的中国专利公开了一种串并混联的四足机器人主动柔顺脊椎，包括底盘、球副连接件、转动连接件、非定轴椎间盘和若干直线驱动器，的直线驱动器一端通过球副连接件与非定轴椎间盘相连，另一端通过转动连接件与底盘相连，脊椎前后两个节段之间通过两个非定轴椎间盘错位固定连接。上述技术中需要分别给几个直线驱动器对应的数字量控制信号，才能输出固定的节律信号。而生物的脊柱是神经元的模拟量电信号，神经元之间也会激励和抑制，即神经元之间有耦合，通过数字量控制信号来输出节律信号会产生一定的顿挫感，不易调节，故而上述技术的仿生性不强。因此，如何减少脊柱装置的顿挫感，改善机器人的柔顺性，提高机器人的仿生性成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于减少脊柱装置的顿挫感，改善机器人的柔顺性，提高机器人的仿生性。为此，根据第一方面，本技术实施例公开了一种仿生机器人脊柱装置，包括：前脊柱底盘；后脊柱底盘；多个脊柱驱动装置，设置在前脊柱底盘和后脊柱底盘之间，用于驱动前脊柱底盘和/或后脊柱底盘运动；脊柱驱动装置包括：直线驱动器，包括腔体和活塞杆，活塞杆的一端设置在腔体的内腔内，活塞杆在外力的驱动下沿腔体的轴向往复运动；腔体包括：第一进出液管和第二进出液管，第一进出液管和第二进出液管分别与腔体的内腔流体导通，第一进出液管和第二进出液管分别设置在活塞杆的一端的两侧；磁流变液，填充于腔体的内腔、第一进出液管和第二进出液管，磁流变液用于向活塞杆的一端提供驱动力，以驱动活塞杆沿腔体的轴向运动；控制阀，分别与第一进出液管和第二进出液管连接，用于分别调整第一进出液管和第二进出液管内磁流变液的流量；励磁线圈，缠绕在第一进出液管；控制器，分别与励磁线圈和控制阀连接；控制器用于向控制阀提供用于表征调整第一进出液管和第二进出液管内磁流变液的流量的流量控制信号；控制器还用于向励磁线圈提供可变电流，以使励磁线圈在第一进出液管产生可变磁场。可选地，活塞杆的另一端通过第一转动副连接至前脊柱底盘；腔体远离活塞杆的另一端的一侧通过第二转动副连接至后脊柱底盘。可选地，第一转动副为球副；第二转动副为铰链接副。可选地，控制器包括：限流电阻，与励磁线圈串联；限流电阻和励磁线圈串联在可变电压的两端。可选地，控制器还包括：第一运算放大器，其正相输入端和输出端之间通过第一可变电阻和第一可变电容串联，以产生正弦自激振荡；第一运算放大器的正相输入端还通过第一电阻接地；第一运算放大器的反相输入端通过第一限流电阻接地；第一运算放大器的反相输入端和输出端之间还串联有第一反馈电阻；第二运算放大器，其正相输入端和输出端之间通过第二可变电阻和第二可变电容串联，以产生正弦自激振荡；第二运算放大器的正相输入端还通过第二电阻接地；第二运算放大器的反相输入端通过第二限流电阻接地；第二运算放大器的反相输入端和输出端之间还串联有第二反馈电阻；第一电容和第二电容，第一电容的一端连接至第一运算放大器的正相输入端和第一电阻之间；第二电容的一端连接至第二运算放大器的正相输入端和第二电阻之间；第一电容的另一端和第二电容的另一端连接；耦合电阻，连接至第一电容的另一端和第二电容的另一端的连接点和地之间；第一电容的另一端和第二电容的另一端的连接点与第二运算放大器的正相输入端之间的电位差用于提供可变电压。可选地，控制器还包括：耦合电感，与限流电阻以及励磁线圈串联。可选地，各个脊柱驱动装置通过各自的耦合电感分别耦合。根据第一方面，本技术实施例公开了一种仿生机器人，包括：机器人本体；上述第一方面公开的任一项仿生机器人脊柱装置，设置在机器人本体上；液源，用于向仿生机器人脊柱装置提供磁流变液。本技术技术方案，具有如下优点：本技术实施例提供的仿生机器人及其脊柱装置，通过磁流变液填充于腔体的内腔、第一进出液管和第二进出液管，磁流变液用于向活塞杆的一端提供驱动力，以驱动活塞杆沿腔体的轴向运动；由于励磁线圈缠绕在第一进出液管，控制器在向励磁线圈提供可变电流后，可以使励磁线圈在第一进出液管产生可变磁场，从而使得磁流变液产生磁流变效应，表现出低流动性和高黏度性，继而，使活塞杆的传动速度发生变化，表现为阻尼特性，减少了脊柱装置的顿挫感，改善机器人的柔顺性，提高机器人的仿生性。作为可选的技术方案，通过耦合电阻耦合第一运算放大器和第二运算放大器，第一电容的另一端和第二电容的另一端的连接点与第二运算放大器的正相输入端之间的电位差用于提供可变电压，相对于现有技术中分别给几个直线驱动器对应的数字量控制信号的方式，该方案实现了采用中枢模式发生器产生的振荡信号作为控制信号，该控制信号为模拟量信号，很好地模拟了哺乳动物的脊柱节律运动特性。并且通过串并联的电阻、电容，使得控制器输出的振荡信号可调节。附图说明为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例公开的一种仿生机器人脊柱装置结构示意图；图2为本技术实施例公开的一种脊柱驱动装置原理示意图；图3为本技术实施例示意的一种多个脊柱驱动装置耦合结构原理图；图4为本技术实施例公开的一种可变电压形成电路结构原理图。具体实施方式下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生机器人脊柱装置，其特征在于，包括：前脊柱底盘；后脊柱底盘；多个脊柱驱动装置，设置在所述前脊柱底盘和所述后脊柱底盘之间，用于驱动所述前脊柱底盘和/或所述后脊柱底盘运动；所述脊柱驱动装置包括：直线驱动器，包括腔体和活塞杆，所述活塞杆的一端设置在所述腔体的内腔内，所述活塞杆在外力的驱动下沿所述腔体的轴向往复运动；所述腔体包括：第一进出液管和第二进出液管，所述第一进出液管和第二进出液管分别与所述腔体的内腔流体导通，所述第一进出液管和第二进出液管分别设置在所述活塞杆的一端的两侧；磁流变液，填充于所述腔体的内腔、所述第一进出液管和所述第二进出液管，所述磁流变液用于向所述活塞杆的一端提供驱动力，以驱动所述活塞杆沿所述腔体的轴向运动；控制阀，分别与所述第一进出液管和所述第二进出液管连接，用于分别调整所述第一进出液管和所述第二进出液管内磁流变液的流量；励磁线圈，缠绕在所述第一进出液管；控制器，分别与所述励磁线圈和所述控制阀连接；所述控制器用于向所述控制阀提供用于表征调整所述第一进出液管和所述第二进出液管内磁流变液的流量的流量控制信号；所述控制器还用于向所述励磁线圈提供可变电流，以使所述励磁线圈在所述第一进出液管产生可变磁场。...

【技术特征摘要】
1.一种仿生机器人脊柱装置，其特征在于，包括：前脊柱底盘；后脊柱底盘；多个脊柱驱动装置，设置在所述前脊柱底盘和所述后脊柱底盘之间，用于驱动所述前脊柱底盘和/或所述后脊柱底盘运动；所述脊柱驱动装置包括：直线驱动器，包括腔体和活塞杆，所述活塞杆的一端设置在所述腔体的内腔内，所述活塞杆在外力的驱动下沿所述腔体的轴向往复运动；所述腔体包括：第一进出液管和第二进出液管，所述第一进出液管和第二进出液管分别与所述腔体的内腔流体导通，所述第一进出液管和第二进出液管分别设置在所述活塞杆的一端的两侧；磁流变液，填充于所述腔体的内腔、所述第一进出液管和所述第二进出液管，所述磁流变液用于向所述活塞杆的一端提供驱动力，以驱动所述活塞杆沿所述腔体的轴向运动；控制阀，分别与所述第一进出液管和所述第二进出液管连接，用于分别调整所述第一进出液管和所述第二进出液管内磁流变液的流量；励磁线圈，缠绕在所述第一进出液管；控制器，分别与所述励磁线圈和所述控制阀连接；所述控制器用于向所述控制阀提供用于表征调整所述第一进出液管和所述第二进出液管内磁流变液的流量的流量控制信号；所述控制器还用于向所述励磁线圈提供可变电流，以使所述励磁线圈在所述第一进出液管产生可变磁场。2.如权利要求1所述的脊柱装置，其特征在于，所述活塞杆的另一端通过第一转动副连接至所述前脊柱底盘；所述腔体远离所述活塞杆的另一端的一侧通过第二转动副连接至所述后脊柱底盘。3.如权利要求2所述的脊柱装置，其特征在于，所述第一转动副为球副；所述第二转动副为铰链接副。4.如权利要求1-3任意一项所述的脊柱装置，其特征在于，所述控制器包括：限流电阻，与所述励磁线圈串联；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张科，王斌锐，于明洲，陈迪剑，金海龙，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33