[发明专利]一种适于丘陵地带的四足机器人柔顺脊柱结构

权利要求书

1.一种适于丘陵地带的四足机器人柔顺脊柱结构，其特征在于：所述脊柱结构包括液压缸驱动装置(1)、脊柱弯曲装置(2)、弹簧缓冲装置(3)、底座(4)以及控制器(5)，底座(4)分为前底座(4-1)和后底座(4-2)，形状相同为花边圆形，液压缸驱动装置(1)包括四个液压缸，分别相隔90度与前底座(4-1)和后底座(4-2)连接，形成一种并联结构，控制器(5)固定安装在前底座(4-1)上，且控制器(5)分别与四个液压缸控制连接；

所述液压缸驱动装置(1)包括液压缸Ⅰ(1-1)、液压缸Ⅱ(1-2)、液压缸Ⅲ(1-3)、液压缸Ⅳ(1-4)、联轴器Ⅰ(1-5)、联轴器Ⅱ(1-6)、联轴器Ⅲ(1-7)、联轴器Ⅳ(1-8)；四个液压缸的分布方式为三层分布，从液压缸驱动装置(1)的左视图看，从上下来看，液压缸Ⅰ(1-1)分布在最上层，液压缸Ⅱ(1-2)和液压缸Ⅲ(1-3)左右平行分布在中层，液压缸Ⅳ(1-4)分布在最下层，从左右来看，液压缸Ⅱ(1-2)分布在最左边，液压缸Ⅰ(1-1)和液压缸Ⅳ(1-4)上下平行分布在中层，液压缸Ⅲ(1-3)分布在最右边，四个液压缸连接方式相同，都是一端与后底座(4-2)球副连接，另一端通过联轴器与前底座(4-1)转动连接，以液压缸Ⅰ(1-1)的连接方式为例，液压缸Ⅰ(1-1)一端与后底座(4-2)球副连接，另一端通过联轴器Ⅰ(1-5)与前底座(4-1)转动连接，联轴器Ⅰ(1-5)一端与液压缸Ⅰ(1-1)固定连接，另一端与前底座(4-1)固定连接；

所述脊柱弯曲装置(2)包括大弹簧(2-1)、前单脊柱(2-2)、十字叉结构(2-3)以及后单脊柱(2-4)；大弹簧(2-1)一端与前底座(4-1)固定连接，另一端与前单脊柱(2-2)固定连接，前单脊柱(2-2)通过十字叉结构(2-3)与后单脊柱(2-4)转动连接，十字叉结构(2-3)一端与前单脊柱(2-2)固定连接，另一端与后单脊柱(2-4)固定连接，后单脊柱(2-4)与后底座(4-2)球副连接；

所述弹簧缓冲装置(3)包括八个相同的小弹簧；弹簧缓冲装置(3)中的四个小弹簧均匀分布连接前底座(4-1)和前单脊柱(2-2)，其它四个小弹簧均匀分布连接后单脊柱(2-4)和后底座(4-2)；

所述脊柱结构实现在丘陵运动的控制过程，其特征在于，包括以下运动功能：

脊柱实现在丘陵转向及俯仰动作调整的过程：液压缸驱动装置(1)的四个液压缸一端与后底座(4-2)球副连接，可以实现多方向偏转，另一端通过联轴器与前底座(4-1)转动连接，联轴器可以实现上下左右方向的偏转，四个液压缸的分布方式为三层分布，在脊柱进行转向或俯仰动作时，三层液压缸进行渐进伸长或者缩短，有利于对力进行缓冲，提高了脊柱运动的稳定性，脊柱弯曲装置(2)与后底座(4-2)也采用球副连接，结构中采用十字叉结构(2-3)可以实现脊柱弯曲装置(2)上下左右的偏转，同时，脊柱弯曲装置(2)与前底座(4-1)采用大弹簧(2-1)连接，在大弹簧(2-1)以及弹簧缓冲装置(3)的缓冲及复位作用下，增加了脊柱运动的柔顺性；以脊柱右转时为例，控制器(5)控制液压缸Ⅱ(1-2)的伸长量大于液压缸Ⅰ(1-1)和液压缸Ⅳ(1-4)的伸长量，且液压缸Ⅰ(1-1)和液压缸Ⅳ(1-4)的伸长量相同，同时，液压缸Ⅰ(1-1)和液压缸Ⅳ(1-4)的伸长量大于液压缸Ⅲ(1-3)的伸长量，同时，在弹簧缓冲装置(3)的缓冲作用下，脊柱弯曲装置(2)向右弯曲辅助脊柱实现在丘陵右转动作，右转偏转的量可由控制器(5)控制四个液压缸的伸缩量进行灵活调整，当脊柱恢复初始状态时，在弹簧缓冲装置(3)的复位作用下以及脊柱弯曲装置(2)的辅助下，四个液压缸分步进行缩短并缓慢减少右转趋势，直至恢复原始状态；以脊柱仰起为例，控制器(5)控制液压缸Ⅳ(1-4)的伸长量大于液压缸Ⅱ(1-2)和液压缸Ⅲ(1-3)的伸长量，且液压缸Ⅱ(1-2)和液压缸Ⅲ(1-3)的伸长量相同，同时，液压缸Ⅱ(1-2)和液压缸Ⅲ(1-3)的伸长量大于液压缸Ⅰ(1-1)的伸长量，同时，在弹簧缓冲装置(3)的缓冲作用下，脊柱弯曲装置(2)向上弯曲辅助脊柱实现在丘陵仰起动作，向上偏转的量可由控制器(5)控制四个液压缸的伸缩量进行灵活调整，当脊柱恢复初始状态时，在弹簧缓冲装置(3)的复位作用下以及脊柱弯曲装置(2)的辅助下，四个液压缸分步进行缩短并缓慢减少仰起趋势，直至恢复原始状态；

脊柱实现在丘陵扭转调整的过程：控制器(5)控制液压缸Ⅰ(1-1)、液压缸Ⅲ(1-3)、液压缸Ⅳ(1-4)、液压缸Ⅱ(1-2)顺时针伸长或液压缸Ⅰ(1-1)、液压缸Ⅱ(1-2)、液压缸Ⅳ(1-4)、液压缸Ⅲ(1-3)逆时针伸长，由于液压缸驱动装置(1)以及脊柱弯曲装置(2)与后底座(4-2)采用球副连接，可以实现转动，同时，在弹簧缓冲装置(3)的缓冲作用下，脊柱实现在丘陵的扭转过程，扭转量可由控制器(5)控制四个液压缸的伸缩量进行灵活调整，当脊柱恢复初始状态时，在弹簧缓冲装置(3)的复位作用下，四个液压缸分步进行缩短并缓慢减少扭转趋势，直至恢复原始状态；

脊柱在丘陵转向时实现被动扭转的过程：以脊柱右转为例，在脊柱右转时，脊柱弯曲装置(2)向右弯曲，脊柱弯曲装置(2)中的十字叉结构(2-3)向右弯曲，改变了受力方向，同时脊柱弯曲装置(2)以及液压缸驱动装置(1)与后底座(4-2)采用球副连接，机身随地形实现被动扭转时，脊柱在弹簧缓冲装置(3)的缓冲作用下同时实现被动扭转，扭转状态的恢复可根据地形以及在弹簧缓冲装置(3)的复位作用下进行恢复。