[發明專利]仿生蛇嘴機構

有效

• 申請號: 201110269056.3
• 申請日: 2011-09-13
• 公開（公告）號: CN102416622A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 付莊;劉子娟;費健;趙言正;李想;明志峰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J15/00;A61B10/02;A61B17/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

技術領域

本發明涉及一種仿生機構，特別涉及一種仿生蛇嘴機構，用于對蛇嘴運動模式的研究，并可進一步推廣應用于微創手術醫療器械，進行手術清創、活檢取樣等，屬于機器人技術與醫療技術領域。

背景技術

仿生學是模仿生物建造技術裝置的科學，是生物學、數學和工程技術學互相滲透而結合成的一門新興的邊緣科學。近年來仿生學、機器人學、生物解剖學、新型材料和驅動裝置的進步促進了仿生蛇技術的發展。

目前對蛇的仿生研究主要集中在蛇的無肢運動方面，美國、日本、德國、英國、法國等國家都開展了蛇形機器人的研究工作，并研制出許多樣機。日本東京大學的Hirose教授第一個從仿生學的觀點研究蛇行機器人，在1972年研制了第一臺蛇形機器人樣機。

蛇嘴能夠張大到吞下幾倍于自身體積的獵物，通常人嘴只能張大到30度，而蛇嘴卻能張大到150度，因此開發一種能夠模擬蛇嘴運動的仿生機構具有重要意義，對目前專利技術的檢索尚未發現對蛇嘴仿生機構研究的相關資料。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有仿生蛇技術領域存在的空白，提供一種仿生蛇嘴機構，其能夠逼真模仿蛇嘴的運動姿態，實現大空間范圍的張合，達到遠程進行多種抓取工作的目的。

為實現以上目的，本發明的技術方案中，采用不銹鋼作為仿生蛇嘴機構材料，通過連桿機構與滑輪機構相結合來實現對蛇嘴的上下顎張合運動、上顎尖牙運動和下顎前端分離運動的仿生模擬。

本發明為解決其技術問題所采取的具體技術方案是：

一種仿生蛇嘴機構，其包括能夠模仿蛇嘴運動的頭部框架系統、動力驅動部分和運動轉換部分，其中，

所述頭部框架系統包括：

上顎閉環鉸鏈機構，為由頂骨、兩尖牙桿件、兩上顎骨桿件和兩方形骨桿件組成的左右兩側結構對稱的連桿機構，頂骨兩端分別通過連接軸鉸接兩尖牙桿件和兩方形骨桿件，兩上顎骨桿件兩端分別通過連接軸鉸接兩尖牙桿件和兩方形骨桿件；

下顎部件，為由兩下顎尾部桿件、兩下顎前端桿件和兩側連桿組成的左右兩側結構對稱的連桿機構，兩下顎尾部桿件通過連接軸分別鉸接兩方形骨桿件，兩下顎前端桿件通過連接軸分別鉸接兩下顎尾部桿件，并且該連接軸線垂直于兩下顎尾部桿件與兩方形骨桿件的連接軸線，兩下顎前端桿件的前端通過相互鉸接的兩側連桿用連接軸進行連接；

所述動力驅動部分位于所述仿生蛇嘴機構的遠端，其包括動力源和帶動頭部框架系統運動的若干驅動鋼絲；

所述運動轉換部分包括：

鋼絲固定部件，包括若干鋼絲固定螺釘，其將所述驅動鋼絲固定在頭部框架系統的桿件表面上；

鋼絲限位部件，包括限位螺釘和限位槽，限位螺釘擰固在所述下顎尾部桿件的下表面，其頭部開設有對驅動鋼絲進行限位的通孔，限位槽為等深的平行槽，分布于下顎尾部桿件的同一圓柱表面上；

鋼絲導向滑輪部件，包括方形骨導向滑輪和下顎導向滑輪，方形骨導向滑輪為滑輪并聯結構，設置于所述方形骨桿件與上顎骨桿件的連接軸上，每一滑輪對一驅動鋼絲進行導向，下顎導向滑輪設置于所述下顎尾部桿件與下顎前端桿件的連接軸上，其兩側同時對兩驅動鋼絲進行導向。

本發明所述的仿生蛇嘴機構，其頭部框架系統和運動轉換部分由不銹鋼制成，所述驅動鋼絲采用直徑為0.5mm的不銹鋼鋼絲；所述頂骨的長度為60mm；所述動力源采用電機、人力手柄或其它液壓、氣動旋轉部件；所述方形骨導向滑輪由5個并列布置于連接軸上的滑輪組成，各滑輪之間獨立轉動且通過套筒隔開，該滑輪內孔通過軸承穿置于所述連接軸上，該連接軸的后端設有止動臺肩，前端擰固有鎖緊螺母，該滑輪直徑為10mm，厚度為2mm，兩側設有軸承擋圈，該軸承擋圈由厚度為0.5mm的不銹鋼片加工而成，

本發明所述的仿生蛇嘴機構采用兩組多連桿機構與多組滑輪機構相結合的結構，實現了蛇嘴的運動模式，機構簡單合理，通過鋼絲牽引進行運動控制，具有結構簡單、重量輕、運動空間大、易于操作等優點，能夠適應小型化與遠程操作的場合。所述仿生蛇嘴機構利用通過導輪導向與限位螺釘限位的鋼絲實現牽引運動，上顎驅動鋼絲與下顎驅動鋼絲穿過限位螺栓上的導孔與導輪固定在上顎與下顎上，六個驅動電機分別帶動仿生蛇嘴的上顎尖牙運動、下顎張開收回運動與下顎前端分離運動；所述的仿生蛇嘴機構左右顎呈對稱結構，左右相同部位的驅動鋼絲由同一動力源控制，保證運動的協調平穩性。