[发明专利]一种应用于机器人的仿生脊柱

说明书

一种机器人仿生脊柱，依据电磁力原理设计。在上圆盘架的边缘安装了3个互为120度角的圆锥形电磁铁，在下圆盘的边缘安装了3个互为120度角的圆槽型电磁铁，并且让3个圆锥分别落入3个圆槽中。从下圆盘架的中心固定一根立柱并穿过上圆盘架的中心孔，该立柱作为上圆盘架绕立柱在水平面的方位上偏离水平线的角度的原点。当下圆盘架的3个电磁铁的电流恒定时，对于上圆盘架的3个电磁铁来讲就是3个永磁体。当调整上圆盘架的3个电磁力合成的矢量值时，就可以使上圆盘架在任意方位产生任意倾角。当多个圆盘架竖向叠加并独立控制每个圆盘架的方位和倾角后，就能实现仿生脊柱的功能。

技术领域

本发明属于机器人动力应用领域，具体实现仿生机器人的脊柱运动功能。

背景技术

在仿生机器人研发中，要使一款仿生机器人具有类人的灵活度，给其配备一条仿生脊柱是必不可少的。目前机器人中应用仿生脊柱的较少，主要原因是功能不够灵活、没有通用接口、控制复杂度高。

发明内容

本发明提出了一种依据电磁原理驱动的仿生脊柱，具有通用的控制接口，控制简单方便，并且灵活度较高。

图1有(a)、(b)、(c)三幅图，分别表示圆柱形电磁铁的构造、顶视图、底视图。

图1(a)所示的圆柱形电磁铁是一个上有锥形凹槽下有锥形凸出的电磁铁，外形整体看上去是一个圆柱形加一个漏斗，各名称及功能如下。

凹磁感线，在由凹外铁芯、线圈凹面、凹内铁芯构成的锥形凹槽中，当线圈通电铁芯被磁化后，假设磁极是上N下S，则凹槽内的磁感线路线就是图1(a)中的路线，由铁芯出来进入凹外铁芯。

锥形凹槽，是一个虚构线，主要目的是便于直观的看到由凹外铁芯、线圈凹面、凹内铁芯构成的锥形凹槽。

凹外铁芯和凹内铁芯，为电磁铁的上半部分的外侧和内侧磁感线提供磁通路，同时可以有效的形成如图所示的均匀的凹形磁场。由图1(b)所示的顶视图可以看出，在凹内铁芯中，磁感线是最密集的，然后飞过线圈进入了凹外铁芯。所以，在线圈凹面附近，越接近线圈端面位置磁感线就越密集。另外，在凹内铁芯的底部是平底的，如图中的平底所示。

出线孔，线圈引线端的导线过孔，接外部的线圈驱动电路，是凹外铁芯的壁厚开孔。

线圈，图1(a)中嵌于凹外铁芯和凹内铁芯之间的圆柱形线圈，但是线圈的上下侧端面是漏斗状，上端面是凹形漏斗，下端是凸形漏斗。线圈在上下端面处的绕制需要特别注意贴合线圈骨架(虚线图形)，上端面是向内斜的，下端面是向外斜的。只有紧贴线圈骨架端面绕制的线圈，才会有漏斗形端面的磁场。否则当外部有磁场压制时，比如同性磁极排斥时，就会将端面的磁感线压制到内部形成了大量的漏磁，达不到端面作用力的效果。

凸外铁芯和凸内铁芯，为电磁铁的下半部分的外侧和内侧磁感线提供磁通路，同时可以有效的形成如图所示的均匀的锥形磁场。由图1(c)所示的底视图可以看出，在凸内铁芯中，磁感线是最密集的，然后飞过线圈进入了凸外铁芯。所以，在线圈凸面附近，越接近线圈端面位置磁感线就越密集。另外，在凸内铁芯的顶部是平顶的，如图中的平顶所示。

锥形凸出，是一个虚构线，主要目的是便于直观的看到由凸外铁芯、线圈凸面、凸内铁芯构成的锥形漏斗。

凸磁感线，在由凸外铁芯、线圈凸面、凸内铁芯构成的锥形凸出中，当线圈通电铁芯被磁化后，假设磁极是上N下S，则圆锥内的磁感线路线就是图1(c)中的路线，由凸外铁芯进入凸内铁芯。

图2是本发明用到的第二种电磁铁，它仅有凹形磁感线的端面，线圈的下端直接用铁芯作为磁回路进行连接，如图2中的磁回路所示，其凹槽的电磁特性与图1所示的上端面相同。在圆锥的底部有一部分是平底的，如图中的平底所指的位置。