(19)中华人民共和国国家知识产权局 ▣张▣ (12)发明专利申请 (10)申请公布号CN105216900A (43)申请公布日2016.01.06 (21)申请号201510550506.4 (22)申请日2015.09.01 (71)申请人上海大学 地址200444上海市宝山区上大路99号 (72)发明人雷静桃蒋运旗师原 (74)专利代理机构上海上大专利事务所（普通 合伙)31205 代理人陆聪明 (51)1nt.Cl. B62D571032(2006.01) 权利要求书2页说明书3页附图4页 (54)发明名称 一种柔索驱动的仿生柔性机体机构 (57)摘要 本发明涉及一种柔索驱动的仿生柔性机体 机构，包括前机体组件、柔索驱动组件、仿生脊柱 和后机体组件：所述前机体组件和后机体组件为 框架结构：柔索驱动组件中定位支架一和定位支 架二通过螺钉与前机体固定连接，柔索驱动组件 中水平柔索和竖直柔索通过螺钉与后机体固定 连接：仿生脊柱前后端分别通过螺钉与前机体组 件、后机体固定连接。本发明可以侧向弯曲和上下 弯曲，具有结构简单紧凑、运动灵活、柔顺型和良 好的仿生效果等特点。适用于四足仿生机器人，能 提高四足机器人适应非结构化环境的机动性。 100697250真N
CN105216900A 权利要求书 1/2页 1.一种柔索驱动的仿生柔性机体机构，其特征在于，包括前机体组件(I)、柔索驱动组 件（Ⅱ）、仿生脊柱(I)和后机体组件(V):所述前机体组件(I)和后机体组件(IV)为框架 结构：柔索驱动组件（Ⅱ）中定位支架一(6)和定位支架二(25)通过螺钉与前机体(I)固定 连接，柔索驱动组件（Ⅱ）中水平柔索(13)和竖直柔索(16)通过螺钉与后机体(IV)固定连 接：仿生脊柱()前后端分别通过螺钉与前机体组件(I)、后机体(V)固定连接 2.根据权利要求1所述的柔索驱动的仿生柔性机体机构，其特征在于，所述前机体组 件(I)包括前机体框架(1)、转向滑轮一(2)、转向滑轮二(3)、转向滑轮三(4)和转向滑轮 四(5)：所述转向滑轮一(2)和转向滑轮四(5)水平安装在前机体框架(1)左右两侧，转向 滑轮二(3)、转向滑轮三(4)竖直安装在前机体框架(1)上下两端。 3.根据权利要求1所述的柔索驱动的仿生柔性机体机构，其特征在于，所述柔索驱动 组件（Ⅱ）包括定位支架一(6)、电机固定支架一(7)、水平支撑板(8)、定滑轮一(9)、电机一 (10)、导轮支撑板一(11)、导轮一(12)、水平柔索(13)、导轮支撑板二(14)、导轮二(15)、竖 直柔索(16)、电机二(17)、定滑轮二(18)、导轮三(19)、导轮支撑板三(20)、键二(21)、导 轮支撑板四(22)、电机固定支架二(23)、导轮四(24)、定位支架二(25)和键一(26)：所述 定位支架一(6)和定位支架二(25)通过螺钉与前机体框架(1)固定连接：定位支架一(6) 和定位支架二(24)分别通过螺栓依次与电机固定支架一(7)和电机固定支架二(23)固定 连接：电机固定支架一(7)和电机固定支架二(23)分别通过螺钉与水平支撑板(8)固定连 接：导轮支撑板一(11)、导轮支撑板二(14)、导轮支撑板三(20)和导轮支撑板四(22)分别 通过螺钉与水平支撑板(8)固定连接：导轮支撑板一(11)、导轮支撑板二(14)、导轮支撑板 三(20)和导轮支撑板四(22)分别与导轮一(12)、导轮二(15)、导轮三(19)和导轮四(24) 转动连接；电机一(10)和电机二(17)通过螺钉依次与水平支撑板(8)固定连接：所述水平 柔索(13)一端通过螺钉与后机体组件(IV)固定连接，另一端依次穿过仿生脊柱()水平方 向一侧的扇形孔、前机体框架(1)、导轮二(15)、导轮一(12)和定滑轮一(9)后，反向穿过导 轮四(24)、导轮三(19)、前机体框架(1)和仿生脊柱（Ⅲ）水平方向另一侧的扇形孔，最后通 过螺钉与后机体组件(V)固定连接：所述竖直柔索(16)的一端通过螺钉与后机体组件(V) 固定连接，另一端依次穿过仿生脊柱()竖直方向一侧的扇形孔和前机体框架(1)后，绕过 转向滑轮二(3)、转向滑轮一(2)和定滑轮二(18)后，再绕过转向滑轮四(5)和转向滑轮三 (4)后，穿过前机体框架(1)、仿生脊柱()竖直方向另一侧的扇形孔后，通过螺钉和后机体 组件(V)固定连接；定滑轮一(9)和定滑轮二(18)分别通过键一(26)和键二(21)依次与 电机一(10)和电机二(17)输出轴固定连接。 4.根据权利要求1所述的柔索驱动的仿生柔性机体机构，其特征在于，所述仿生脊柱 ()由若干节结构与大小完全相同的仿生脊柱单元依次排列而成：每一节仿生脊柱单元 包括一个仿生椎骨一(27)、缺口螺钉一(28)、缺口螺钉二(29)、弹簧一(30)、弹簧二(31)、 缺口螺钉五(32)、缺口螺钉六(33)、仿生椎骨二(34)、缺口螺钉八(35)、缺口螺钉七(36)、 弹簧三(37)、弹簧四(38)、缺口螺钉三(39)和缺口螺钉四(40)，前一节的仿生椎骨一(27) 与后一节的仿生椎骨二(34)中部形成球铰连接；同时，弹簧一(30)、弹簧二(31)、弹簧三 (37)、弹簧四(38)的一端依次通过缺口螺钉一(28)、缺口螺钉二(29)、缺口螺钉三(39)和 缺口螺钉四(40)与前一节的仿生椎骨一(27)固定连接：弹簧一(30)、弹簧二(31)、弹簧三 (37)、弹簧四(38)的另一端依次通过缺口螺钉五(32)、缺口螺钉六(33)、缺口螺钉八(35) 2
CN105216900A 权利要求书 2/2页 和缺口螺钉七(36)与后一节的仿生脊柱二(34)固定连接，实现仿生脊柱（Ⅲ）俯仰弯曲和 左右弯曲动作。 3
CN105216900A 说明书 1/3页 一种柔索驱动的仿生柔性机体机构 技术领域 [0001] 本发明涉及一种柔索驱动的仿生柔性机体机构，属于智能机器人领域。 背景技术 [0002]目前的四足机器人难以达到类似于四足生物那样的机动性和动态稳定性，四足机 器人应该具有适应非结构化环境的机动性。通过观察四足生物（如猎豹等）在转向或奔跑步 态，发现其柔性机体能侧向弯曲和俯仰弯曲。 [0003]国内外对四足机器人的研究多集中在环境感知、步态规划等方面。四足机器人的 机体有刚性和柔性的分别，刚性机体无法实现弯曲的动作，为了使得四足机器人具有快速 转向或者奔跑功能，其机体需要具备一定的柔性，以实现弯曲。目前四足机器人柔性机体方 面的研究很少。 发明内容 [0004]本发明的目的在于针对已有的技术存在的不足，提供一种柔索驱动的仿生柔性机 体机构，可以侧向弯曲和上下弯曲，具有结构简单紧凑、运动灵活、柔顺型和良好的仿生效 果等特点。适用于四足仿生机器人，能提高四足机器人适应非结构化环境的机动性。 [0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种柔索驱动的仿生柔性机体机构，包括前机体组件、柔索驱动组件、仿生脊柱和后机 体组件：所述前机体组件和后机体组件为框架结构：柔索驱动组件中定位支架一和定位支 架二通过螺钉与前机体固定连接，柔索驱动组件中水平柔索和竖直柔索通过螺钉与后机体 固定连接：仿生脊柱前后端分别通过螺钉与前机体组件、后机体固定连接。 [0006]所述前机体组件包括前机体框架、转向滑轮一、转向滑轮二、转向滑轮三和转向滑 轮四：所述转向滑轮一和转向滑轮四水平安装在前机体框架左右两侧，转向滑轮二、转向滑 轮三竖直安装在前机体框架上下两端。 [0007]所述柔索驱动组件包括定位支架一、电机固定支架一、水平支撑板、定滑轮一、电 机一、导轮支撑板一、导轮一、水平柔索、导轮支撑板二、导轮二、竖直柔索、电机二、定滑轮 二、导轮三、导轮支撑板三、键二、导轮支撑板四、电机固定支架二、导轮四、定位支架二和键 一：所述定位支架一和定位支架二通过螺钉与前机体框架固定连接；定位支架一和定位支 架二分别通过螺栓依次与电机固定支架一和电机固定支架二固定连接；电机固定支架一和 电机固定支架二分别通过螺钉与水平支撑板固定连接；导轮支撑板一、导轮支撑板二、导轮 支撑板三和导轮支撑板四分别通过螺钉与水平支撑板固定连接：导轮支撑板一、导轮支撑 板二、导轮支撑板三和导轮支撑板四分别与导轮一、导轮二、导轮三和导轮四转动连接：电 机一和电机二通过螺钉依次与水平支撑板固定连接：所述水平柔索一端通过螺钉与后机体 组件固定连接，另一端依次穿过仿生脊柱水平方向一侧的扇形孔、前机体框架、导轮二、导 轮一和定滑轮一后，反向穿过导轮四、导轮三、前机体框架和仿生脊柱水平方向另一侧的扇 形孔，最后通过螺钉与后机体组件固定连接；所述竖直柔索的一端通过螺钉与后机体组件 4
CN105216900A 说明书 2/3页 固定连接，另一端依次穿过仿生脊柱竖直方向一侧的扇形孔和前机体框架后，绕过转向滑 轮二、转向滑轮一和定滑轮二后，再绕过转向滑轮四和转向滑轮三后，穿过前机体框架、仿 生脊柱竖直方向另一侧的扇形孔后，通过螺钉和后机体组件固定连接；定滑轮一和定滑轮 二分别通过键一和键二依次与电机一和电机二输出轴固定连接 [0008]所述仿生脊柱由若干节结构与大小完全相同的仿生脊柱单元依次排列而成：每一 节仿生脊柱单元包括一个仿生椎骨一、缺口螺钉一、缺口螺钉二、弹簧一、弹簧二、缺口螺钉 五、缺口螺钉六、仿生椎骨二、缺口螺钉八、缺口螺钉七、弹簧三、弹簧四、缺口螺钉三和缺口 螺钉四，前一节的仿生椎骨一与后一节的仿生椎骨二中部形成球铰连接：同时，弹簧一、弹 簧二、弹簧三、弹簧四的一端依次通过缺口螺钉一、缺口螺钉二、缺口螺钉三和缺口螺钉四 与前一节的仿生椎骨一固定连接：弹簧一、弹簧二、弹簧三、弹簧四的另一端依次通过缺口 螺钉五、缺口螺钉六、缺口螺钉八和缺口螺钉七与后一节的仿生脊柱二固定连接，实现仿生 脊柱俯仰弯曲和左右弯曲动作。 [0009]本发明与现有技术相比，具有下列显而易见的突出的实质性特点和技术进步： 一、本发明改变传统四足机器人刚性机体的设计理念，提出一种柔索驱动的仿生机体 机构，用于四足仿生机器人，可实现侧向弯曲和俯仰弯曲运动。 「00101 二、本发明使四足机器人具有更好仿生性，仿照四足生物在转向时机体的弯曲，奔 跑时机体的俯仰运动，既符合仿生学，又具有柔性的特点 三、本发明针对柔索只能承受轴向力的局限，设计了一种补偿结构。该补偿结构为前机 体组件中的4个转向滑轮组合，通过柔索绕过4个转向滑轮使得柔索发生弯曲，从而承受不 同方向的轴向力。 附图说明 [0011] 图1是本发明一种柔索驱动的仿生柔性机体结构的初始状态示意图。 [0012] 图2是本发明一种柔索驱动的仿生柔性机体结构的前机体组件示意图。 [0013] 图3是本发明一种柔索驱动的仿生柔性机体结构的柔索驱动组件示意图。 [0014] 图4是本发明一种柔索驱动的仿生柔性机体结构的仿生椎骨整体示意图。 [0015] 图5是本发明一种柔索驱动的仿生柔性机体结构的仿生椎骨单元爆炸图。 具体实施方式 [0016]下面结合附图和优选实例对本发明左进一步的详细说明： 如图1所示，一种柔索驱动的仿生柔性机体机构，包括前机体组件I、柔索驱动组件 Ⅱ、仿生脊柱Ⅲ和后机体组件Ⅳ：所述前机体组件I和后机体组件V为框架结构：柔索驱 动组件Ⅱ中定位支架一6和定位支架二25通过螺钉与前机体I固定连接，柔索驱动组件Ⅱ 中水平柔索13和竖直柔索16通过螺钉与后机体V固定连接：仿生脊柱Ⅲ前后端分别通过 螺钉与前机体组件I、后机体V固定连接。 [0017]如图2所示，所述前机体组件I包括前机体框架1、转向滑轮一2、转向滑轮二3、 转向滑轮三4和转向滑轮四5；所述转向滑轮一2和转向滑轮四5水平安装在前机体框架1 左右两侧，转向滑轮二3、转向滑轮三4竖直安装在前机体框架1上下两端。 [0018] 如图3所示，所述柔索驱动组件Ⅱ包括定位支架一6、电机固定支架一7、水平支撑 5
CN105216900A 说明书 3/3页 板8、定滑轮一9、电机一10、导轮支撑板一11、导轮一12、水平柔索13、导轮支撑板二14、导 轮二15、竖直柔索16、电机二17、定滑轮二18、导轮三19、导轮支撑板三20、键二21、导轮支 撑板四22、电机固定支架二23、导轮四24、定位支架二25和键一26；所述定位支架一6和定 位支架二25通过螺钉与前机体框架1固定连接：定位支架一6和定位支架二24分别通过 螺栓依次与电机固定支架一7和电机固定支架二23固定连接；电机固定支架一7和电机固 定支架二23分别通过螺钉与水平支撑板8固定连接；导轮支撑板一11、导轮支撑板二14、 导轮支撑板三20和导轮支撑板四22分别通过螺钉与水平支撑板8固定连接：导轮支撑板 一11、导轮支撑板二14、导轮支撑板三20和导轮支撑板四22分别与导轮一12、导轮二15、 导轮三19和导轮四24转动连接；电机一10和电机二17通过螺钉依次与水平支撑板8固 定连接：所述水平柔索13一瑞通过螺钉与后机体组件Ⅳ固定连接，另一端依次穿过仿生脊 柱Ⅲ水平方向一侧的扇形孔、前机体框架1、导轮二15、导轮一12和定滑轮一9后，反向穿 过导轮四24、导轮三19、前机体框架1和仿生脊柱Ⅲ水平方向另一一侧的扇形孔，最后通过螺 钉与后机体组件V固定连接；所述竖直柔索16的一端通过螺钉与后机体组件V固定连接， 另一端依次穿过仿生脊柱Ⅲ竖直方向一侧的扇形孔和前机体框架1后，绕过转向滑轮二3、 转向滑轮一2和定滑轮二18后，再绕过转向滑轮四5和转向滑轮三4后，穿过前机体框架 1、仿生脊柱Ⅱ竖直方向另一侧的扇形孔后，通过螺钉和后机体组件Ⅳ固定连接：定滑轮一 9和定滑轮二18分别通过键一26和键二21依次与电机一10和电机二17输出轴固定连 接 [0019]如图4和图5所示，所述仿生脊柱Ⅲ由若干节结构与大小完全相同的仿生脊柱单 元依次排列而成：每一节仿生脊柱单元包括一个仿生椎骨一27、缺口螺钉一28、缺口螺钉 二29、弹簧一30、弹簧二31、缺口螺钉五32、缺口螺钉六33、仿生椎骨二34、缺口螺钉八35、 缺口螺钉七36、弹簧三37、弹簧四38、缺口螺钉三39和缺口螺钉四40，前一节的仿生椎骨 一27与后一节的仿生椎骨二34中部形成球铰连接；同时，弹簧一30、弹簧二31、弹簧三37、 弹簧四38的一端依次通过缺口螺钉一28、缺口螺钉二29、缺口螺钉三39和缺口螺钉四40 与前一节的仿生椎骨一27固定连接：弹簧一30、弹簧二31、弹簧三37、弹簧四38的另一端 依次通过缺口螺钉五32、缺口螺钉六33、缺口螺钉八35和缺口螺钉七36与后一节的仿生 脊柱二34固定连接，实现仿生脊柱Ⅲ俯仰弯曲和左右弯曲动作。 6
CN105216900A 说明书附图 1/4页 136 图1 7
CN105216900A 说明书附图 2/4页 3 5 梦 0 图2 8
CN105216900A 说明书附图 3/4页 131415 16 17 10 18 9 19 20 8 21 2 23 6 26 2524 图3 9
CN105216900A 说明书附图 4/4页 图4 3233 34 31 35 30 36 29 28 27 看套爱 37 38 39 40 图5 10