【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及機器人，具體涉及一種足式機器人六自由度柔性脊柱及其變剛度阻尼控制方法。
技術介紹
1、磁流變液在磁場下具有磁流變效應，即在外加磁場的作用下，磁流變液能夠由流體狀態轉化為類固體狀態，當外加磁場撤銷時，又可從類固體狀態轉變回流體狀態，并且這種轉化可控可逆，響應速度快，被廣泛應用于機械振動、土木工程、航空航天等重要領域。
2、目前，足式機器人具備的適應復雜地形的能力使其在抗災救援、崎嶇路段的物資輸送等工況下具有潛在的應用價值。但傳統足式機器人多采用剛性脊柱，大幅度降低了其行走過程中的靈活性，并且在不慎跌落或從空中跳下時無法及時調整落地姿態及無法抑制機身慣性引起的足端沖擊。
3、隨著人們對獵豹、馬等動物機身的研究，提出了基于仿生學的各類柔性脊柱，如采用柔性材料的連續性脊柱、多段彈簧的離散式脊柱等。但現有的柔性脊柱在復雜地形下仍無法實現機身剛度與阻尼的自適應，從而導致機器人足端沖擊較大。同時，針對于體積較大的足式機器人，機身內部結構復雜，零部件較多，無法保證柔性脊柱的承載能力及靈活性。因此，在設計柔性脊柱時，既要提高足式機器人較強的運動靈活性，以適應復雜的地形，降低足地沖擊，也需保證柔性脊柱的承載能力，實現大負載下的機身扭轉等多自由度運動。
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷中的至少一種而提供一種足式機器人六自由度柔性脊柱及其變剛度阻尼控制方法，通過設計六自由度柔性脊柱，使足式機器人機身結構更加穩定，承載能力強，提高了機
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：
3、本專利技術目的之一在于一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其應用于足式機器人的機身中，包括：
4、前支撐架，設有第一球鉸鏈底座；
5、后支撐架，設有第二球鉸鏈底座；
6、六個液壓阻尼執行器，每個液壓阻尼執行器的兩端分別連接所述第一球鉸鏈底座及第二球鉸鏈底座；每個所述液壓阻尼執行器斜置于前支撐架和后支撐架之間，相鄰所述液壓阻尼執行器鏡像對稱布置；
7、所述液壓阻尼執行器包括相連的油缸執行部和阻尼部，油缸執行部主要實現活塞桿伸出與收縮運動，阻尼部主要是實現對活塞桿運動的阻礙作用。
8、進一步地，所述油缸執行部包括：
9、一端敞開，另一端封閉的缸筒，其首尾側壁各設有與缸筒筒體內部相連通的油口；
10、第一活塞組、第二活塞組，所述第一活塞組和第二活塞組均包括相連的活塞和活塞桿，所述第一活塞組的活塞桿外壁套有與缸筒固定連接的端蓋，所述第二活塞組的活塞桿穿過缸筒的封閉端面，所述第一活塞組和第二活塞組的活塞相抵。
11、進一步地，所述阻尼部包括：
12、阻尼缸筒，其一端與缸筒的封閉端固定連接，另一端設有與其固定連接的阻尼端蓋；
13、位于阻尼缸筒內的阻尼活塞，其設于第二活塞組位于阻尼缸筒內活塞桿的端部。
14、進一步地，所述阻尼活塞包括：
15、線圈支架，其外壁設有環形凹槽，內設有多級流道；
16、線圈繞組，其套設于線圈支架的環形凹槽中；
17、導磁套筒，其套設于線圈支架外壁；
18、設于線圈支架兩側的端蓋板，其設有與多級流道相連通的流道孔。
19、進一步地，所述多級流道包括第一導磁環、第二導磁環，以及位于第一導磁環、第二導磁環之間的導磁片；
20、所述端蓋板包括阻尼活塞左端蓋和阻尼活塞右端蓋，所述阻尼活塞左端蓋與第二導磁環、阻尼活塞右端蓋與第一導磁環，以及導磁片與第一導磁環、第二導磁環之間的間隔構成磁流變液流道，磁流變液可在流道內流動。
21、進一步地，所述端蓋板朝向線圈支架的一側設有圓錐體，其上設有弧形過渡；所述導磁片兩端設有外倒角；所述導磁環朝向端蓋板的一側設有外倒角，朝向導磁片的一側設有內倒角；
22、所述弧形過渡與導磁環的外倒角的半徑一致，二者間的距離等于磁流變液間隙的寬度；
23、所述導磁片的外倒角與導磁環的內倒角的半徑一致，二者間的距離等于磁流變液間隙的寬度。更具體地，所述多級流道主要有導磁環/片組成，嵌于線圈支架內部并有左右阻尼活塞端蓋壓緊；所述導磁片與導磁環相間分布且兩兩之間設有磁流變液間隙，磁流變液可在間隙內流動，導磁片兩端倒角大小與流道間隙大小相等，所述導磁環一端的內孔設有外倒角，另一端的外環設有外倒角，倒角的半徑大小與流道間隙大小相等；所述流道間隙在拐角處仍然保持不變，不僅可以減小磁流變液在流道間隙內流動時的節流阻尼，而且使通過的內部磁場更加均勻；所述左/右端蓋設有流道孔，可使阻尼缸筒內部的磁流變液通過流道孔流入多流道內；所述左/右端蓋內側設有一定弧度的圓錐體，弧度半徑與留到間隙相等；所述線圈繞組纏繞在線圈支架上，在通入電流時，其可通過阻尼活塞左/右端蓋、導磁環/片、導磁套筒形成閉合磁場，磁感線垂直穿過阻尼流道間隙。
24、進一步地，所述液壓阻尼執行器的首尾兩端分別設有與第一球鉸鏈底座、第二球鉸鏈底座鉸接的球頭。
25、本專利技術目的之二在于一種如上所述足式機器人六自由度柔性脊柱的變剛度阻尼控制方法，所述足式機器人的機身包括前軀干、后軀干，以及用于連接二者的六自由度柔性脊柱；所述線圈支架、設于線圈支架內的多級流道和設于線圈支架兩側的端蓋板構成磁流變液流道；
26、該變剛度阻尼控制方法包括如下步驟：
27、當足式機器人受到的沖擊力通過機身作用于活塞桿，活塞桿帶動活塞和阻尼活塞分別在缸筒和阻尼器缸筒內部進行往復運動；
28、首先，通過調節缸筒內活塞兩端的油液壓差，進而控制活塞在缸筒內的位移目標，實現液壓阻尼執行器整體剛度的調節；
29、其次，阻尼活塞運動時，阻尼缸筒內部的磁流變液通過阻尼活塞由一端流入另一端，但當磁流變液流道內部有磁場作用時，流道內部的磁流變液由液態轉化成類固態，阻礙了磁流變液從阻尼活塞一端流入另一端，進而阻礙阻尼活塞的運動，實現液壓阻尼執行器整體阻尼的調節。
30、本專利技術目的之三在于一種足式機器人柔性脊柱運動姿態的調整方法，其利用如上所述的足式機器人六自由度柔性脊柱的變剛度阻尼控制方法；
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1.一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其應用于足式機器人的機身中，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其特征在于，所述油缸執行部包括：
3.根據權利要求2所述的一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其特征在于，所述阻尼部包括：
4.根據權利要求3所述的一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其特征在于，所述阻尼活塞(7)包括：
5.根據權利要求4所述的一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其特征在于，所述多級流道包括第一導磁環(7-6)、第二導磁環(7-8)，以及位于第一導磁環(7-6)、第二導磁環(7-8)之間的導磁片(7-7)；
6.根據權利要求5所述的一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其特征在于，所述端蓋板朝向線圈支架(7-5)的一側設有圓錐體，其上設有弧形過渡；所述導磁片(7-7)兩端設有外倒角；所述導磁環(7-8)朝向端蓋板的一側設有外倒角，朝向導磁片(7-7)的一側設有內倒角；
7.根據權利要求1所述的一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其特征在于，所述液壓阻尼執行器(3)的首尾兩端分
8.一種如權利要求1-7任一項所述足式機器人六自由度柔性脊柱的變剛度阻尼控制方法，其特征在于，
9.一種足式機器人柔性脊柱運動姿態的調整方法，其特征在于，其利用如權利要求8所述的足式機器人六自由度柔性脊柱的變剛度阻尼控制方法；
10.根據權利要求9所述的一種足式機器人柔性脊柱運動姿態的調整方法，其特征在于，所述足式機器人跳躍時，所述柔性脊柱上部的兩個液壓阻尼作動器①②收縮，下部四個液壓阻尼作動器③④⑤⑥伸出，通過改變前支撐架(2)和后支撐架(5)之間的角度以增大足式機器人前后腿之間的擺動角度，提高足式機器人的步態長度；在足式機器人跳躍后的著地瞬間，所述柔性脊柱的上部兩個液壓阻尼作動器①②伸出，下部四個液壓阻尼作動器③④⑤⑥收縮，減小足式機器人前后退之間的擺動角度，為下一次跳躍蓄力，進而使柔性脊柱輔助足式機器人完成跳躍運動。
...【技術特征摘要】
1.一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其應用于足式機器人的機身中，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其特征在于，所述油缸執行部包括：
3.根據權利要求2所述的一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其特征在于，所述阻尼部包括：
4.根據權利要求3所述的一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其特征在于，所述阻尼活塞(7)包括：
5.根據權利要求4所述的一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其特征在于，所述多級流道包括第一導磁環(7-6)、第二導磁環(7-8)，以及位于第一導磁環(7-6)、第二導磁環(7-8)之間的導磁片(7-7)；
6.根據權利要求5所述的一種足式機器人六自由度柔性脊柱，其特征在于，所述端蓋板朝向線圈支架(7-5)的一側設有圓錐體，其上設有弧形過渡；所述導磁片(7-7)兩端設有外倒角；所述導磁環(7-8)朝向端蓋板的一側設有外倒角，朝向導磁片(7-7)的一側設有內倒角；
7.根據權利要求1所述的一種...
【專利技術屬性】
技術研發人員：縱懷志，馬佰周，張軍輝，艾吉昆，劉津源，王丹丹，徐兵，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
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