[发明专利]一种仿生凸轮式主动弹性脊椎关节及其工作方法

摘要

本发明公开了一种仿生凸轮式主动弹性脊椎关节及其工作方法，包括前关节、后关节、凸轮机构。所述凸轮机构包括关节驱动电机、联轴器、上固定板、圆柱凸轮、伸缩柱、螺杆轴承、伸缩柱弹簧、弹簧压板。关节驱动电机端面连接于后关节，电机运转，通过联轴器带动前关节及圆柱凸轮绕后关节轴线回转。螺杆轴承外圆与圆柱凸轮下端面曲线轮廓相切，带动伸缩柱下移，伸缩柱弹簧压缩，将前关节回转动能转换为弹性势能存储。电机反转，伸缩柱弹簧放松回弹，将弹性势能补充到前关节回转的动能中，同时伸缩柱上移。本发明所设涉及的仿生脊椎关节，模仿躯干肌肉和肌腱的作用，进行主动驱动，并具有减小振动与节省能量的作用，可应用于仿生机器人上作为柔性关节。

主权项

1.一种仿生凸轮式主动弹性脊椎关节，其特征在于，包含第一连接机构、第二连接机构、旋转板、第一固定板、第二固定板、若干固定支柱、联轴器、驱动电机、电机安装座和弹性机构；所述第一连接机构、第二连接机构均包含安装板和若干磁座；所述若干磁座均匀设置在所述安装板的一个侧面上；所述若干固定支柱设置在所述第一固定板、第二固定板之间，两端分别和第一固定板、第二固定板垂直固连；所述第一固定板上设有供所述驱动电机输出轴穿过的通孔；所述电机安装座为圆柱体、设置在所述第二固定板上；所述驱动电机设在所述电机安装座上、其输出轴穿过所述第一固定板上的通孔和联轴器的一端同轴固连；所述旋转板上设有用于和所述联轴器相连的通孔；所述联轴器的另一端通过所述旋转板上的通孔和所述旋转板垂直固连；所述第一连接机构安装板未设置磁座的一面和所述旋转板垂直固连，所述第二连接机构安装板未设置磁座的一面和所述第一固定板垂直固连；所述弹性机构包含弹簧压板、圆柱凸轮、第一连接杆、第二连接杆、第一伸缩杆、第一弹簧、第一螺杆轴承、第一螺帽、第二伸缩杆、第二弹簧、第二螺杆轴承和第二螺帽；所述圆柱凸轮套在所述电机安装座外，和所述电机输出轴同轴设置，圆柱凸轮的上端面呈平面圆环状、柱壁的下端设有两个关于轴线对称的弧线缺口；所述第一固定板上设有关于联轴器轴线对称的第一限位槽、第二限位槽；所述第一连接杆一端和所述旋转板垂直固连，另一端穿过所述第一限位槽和所述圆柱凸轮的上端面固连；所述第二连接杆一端和所述旋转板垂直固连，另一端穿过所述第二限位槽和所述圆柱凸轮的上端面固连；所述第一限位槽、第二限位槽均呈弧线形，用于通过限制第一连接杆、第二连接杆的转动角度进而限制所述第一连接机构相对第二连接机构的转动角度；所述第一固定板、第二固定板上均设有第一导向孔、第二导向孔；所述第一伸缩杆一端穿过所述第一固定板上的第一导向孔，另一端穿过第二固定板上的第一导向孔；所述第二伸缩杆一端穿过所述第一固定板上的第二导向孔，另一端穿过第二固定板上的第二导向孔；所述第一伸缩杆、第二伸缩杆关于所述联轴器轴线对称设置，且第一伸缩杆、第二伸缩杆均平行于所述联轴器的轴线；所述弹簧压板上设有用于和所述第一伸缩杆相连的第一安装孔、用于和所述第二伸缩杆相连的第二安装孔、以及供所述电机安装座穿过的通孔，所述弹簧压板套在所述电机安装座上，所述第一伸缩杆、第二伸缩杆分别穿过所述弹簧压板上的第一安装孔、第二安装孔且和所述弹簧压板垂直固连；所述弹簧压板能够带动所述第一伸缩杆、第二伸缩杆在第一固定板、第二固定板之间沿联轴器的轴线自由滑动；所述第一弹簧、第二弹簧分别套在第一伸缩杆、第二伸缩杆上，均一端和所述弹簧压板相抵、另一端和所述第二固定板相抵；所述第一伸缩杆、第二伸缩杆上均设有螺纹孔；所述第一螺杆轴承的螺杆和所述第一伸缩杆螺纹相连、穿过所述第一伸缩杆后和所述第一螺帽螺纹相连；所述第二螺杆轴承的螺杆和所述第二伸缩杆螺纹相连、穿过所述第二伸缩杆后和所述第二螺帽螺纹相连；所述第一螺杆轴承、第二螺杆轴承的轴承外圈分别和所述圆柱凸轮柱壁的两个弧线缺口相抵。