[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

权利要求书

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，和所述驱动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。

2.根据权利要求1所述的仿生凸轮式主动弹性脊椎关节，其特征在于，所述圆柱凸轮柱壁的两个弧线缺口均呈抛物线状；

所述驱动电机未工作时，所述第一连接机构安装板中心、第二连接机构安装板中心的连线经过所述联轴器的轴线，且所述第一螺杆轴承、第二螺杆轴承的轴承外圈分别抵在圆柱凸轮柱壁两个弧线缺口的顶点处。

3.基于权利要求2所述的仿生凸轮式主动弹性脊椎关节的工作方法，其特征在于，包括以下过程：

驱动电机工作时，其输出轴通过联轴器带动旋转板转动，使得第一连接机构、第二连接机构之间的转动角度变化，同时通过第一连接杆、第二连接杆带动圆柱凸轮转动；

当第一连接机构、第二连接机构之间的转动角度变大时，所述第一螺杆轴承、第二螺杆轴承的轴承外圈在圆柱凸轮的压迫下转动，使得第一伸缩杆、第二伸缩杆压迫第一弹簧、第二弹簧发生位移；第一弹簧、第二弹簧产生弹性势能，完成蓄能；

当第一连接机构、第二连接机构之间的转动角度变小时，所述第一弹簧、第二弹簧释放其弹性势能，通过第一螺杆轴承、第二螺杆轴承的轴承外圈驱动圆柱凸轮转动，对驱动电机产生助力。