[发明专利]液压驱动二自由度仿生脊柱关节模块

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机器人，具体地说是机器人的脊柱关节模块。

背景技术

随着机器人技术的迅猛发展，对能在复杂环境下行走的特种机器人的需求日益增加，相比于轮式机器人，足式机器人在行进中，能更好的适应非结构化、未知的环境，特别是仿生多足机器人，具有运动灵活、稳定性好的优势，在整个足式机器人研究领域中占有很大比重。

目前关于绝大多数仿生多足机器人的研究，均是以刚性躯干为模型，并不考虑系统构件的变形。但实际上运动生物的肌肉、腱和韧带像弹簧一样能够储存和释放能量，其运动过程中具有柔性变形，动力学形态复杂。特别是奔跑、跳跃的生物，如果采用纯刚性模型必定不能够合理地解释生物运动的力学性能，而且刚性模型，在运动过程中，必然导致能量的消耗较大，导致运动过程中能量的利用率下降，从而使机器人在快速行走的速度和效率提升上具有很大局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供模拟脊柱关节的运动方式并可以实现两个自由度方向上的转动的液压驱动二自由度仿生脊柱关节模块。

本发明的目的是这样实现的：

本发明液压驱动二自由度仿生脊柱关节模块，其特征是：包括脊柱单元，脊柱单元包括上端盖、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，所述的波纹管有四个，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。

本发明还可以包括：

1、所述的波纹管为可伸缩的不锈钢波纹管，伸缩过程为柔性变形过程。

2、脊柱单元之间通过各自的上端盖和下端盖相连从而组成脊柱关节。

本发明的优势在于：本发明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之间的变化，有效增强仿生脊柱关节的运动能力。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明部分元件的示意图；

图4为本发明液压油路连接图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，本液压驱动二自由度仿生脊柱关节模块由以下几部分组成：上端盖1、波纹管2、波纹管3、下端盖4、二位四通电磁阀5、液压油管6、齿轮泵7、波纹管8、波纹管9、二自由度十字轴式刚性万向节10、二位四通电磁阀11、齿轮泵12。其中，上下端盖组件由完全相同的上下两端盖组成。波纹管为可伸缩的不锈钢波纹管，伸缩过程为柔性变形过程。二自由度十字轴式刚性万向节组件10包括中间的十字轴，与十字轴连接的万向节叉，和与端盖连接的万向轴基座。液压组件包括齿轮泵12和二位四通电磁阀11。

上端盖1与下端盖4中间通过二自由度十字轴式刚性万向节10连接，二自由度十字轴式刚性万向节10中部的十字轴，可以实现两个转动方向的自由度变化。上端盖1与下端盖4的内侧均匀地连接着波纹管2、波纹管3、波纹管8、波纹管9。上端盖1上固定有一套齿轮泵12和二位四通电磁阀11，下端盖4上固定有一套齿轮泵7和二位四通电磁阀5。齿轮泵12、二位四通电磁阀11、上端盖1、波纹管3和波纹管8通过液压油管6连接。齿轮泵7、二位四通电磁阀5、下端盖4、波纹管2和波纹管7也通过对称的液压油管6连接，实现液压油的流动。

上端盖1跟齿轮泵12和二位四通电磁阀11相互作用，当二位四通电磁阀11在正向工作位置时，可以通过齿轮泵的作用，将液压油从波纹管3流向波纹管9，波纹管3由于液压油的减少，将发生收缩弯曲变形，波纹管9由于液压油的增加，将发生伸长弯曲变形，从而综合导致上端盖1和下端盖4沿着二自由度十字轴式刚性万向节10上的一个自由度方向转动，实现一个自由度的变化。当二位四通电磁阀11在负向工作位置时，此自由度可以往相反方向转动。

同理，下端盖上的齿轮泵7和二位四通电磁阀5相互作用，当二位四通电磁阀5在正向工作位置时，可以通过齿轮泵的作用，将液压油从波纹管2流向波纹管8，波纹管2由于液压油的减少，将发生收缩弯曲变形，波纹管8由于液压油的增加，将发生伸长弯曲变形，从而综合导致上端盖1和下端盖4沿着二自由度十字轴式刚性万向节10上的另一个自由度方向转动，实现第二个自由度的变化。当二位四通电磁阀5在负向工作位置时，此自由度可以往相反方向转动。多个液压驱动二自由度仿生脊柱关节模块之间，由于上端盖1和下端盖4均上开有四个螺栓孔，可以通过螺栓连接方式，将各套液压驱动二自由度仿生脊柱关节模块的上端盖与下一套模块之间的下端盖固连，综合作用实现更多自由度的变化。