[發(fā)明專利]仿生機(jī)械恐龍

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410171216.4
• 申請(qǐng)日: 2014-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN103963867A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓曉建;劉溢;孫宇;楊涌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中科宇博（北京）文化有限公司
• 主分類號(hào): B62D57/032
• 分類號(hào): B62D57/032
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務(wù)所(普通合伙) 11221
• 代理人: 王衛(wèi)東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及四足機(jī)器人，具體涉及仿生機(jī)械恐龍。

背景技術(shù)

機(jī)器人技術(shù)是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一門高新技術(shù)，它綜合了機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，是機(jī)電一體化技術(shù)的典型載體。大型四足仿生機(jī)械恐龍是四足步行機(jī)器人的一種重要應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于娛樂、影視等領(lǐng)域。

大型四足仿生機(jī)械恐龍的基本要求是要具備與實(shí)際恐龍關(guān)節(jié)一致的腿部關(guān)節(jié)，能夠靈活的實(shí)現(xiàn)邁腿動(dòng)作；同時(shí)脖子、尾巴和嘴巴都可實(shí)現(xiàn)自由的運(yùn)動(dòng)。因此，實(shí)現(xiàn)上述功能的大型四足仿生機(jī)械恐龍實(shí)際上是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性和時(shí)變的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。

眾所周知，行走穩(wěn)定性是四足機(jī)器人研制的難點(diǎn)和核心，穩(wěn)定性決定了四足機(jī)器人研制的成敗。目前，雖然可以通過安裝各類傳感設(shè)備，例如陀螺儀、傾角計(jì)、重心傳感器等提高步態(tài)穩(wěn)定性，但是還沒有達(dá)到理想的效果。對(duì)于真實(shí)的恐龍，由于頭尾部的重量較大，在行走過程中，重心的調(diào)整不僅靠四肢的配合實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，軀體的左、右傾斜和搖頭、擺尾的相互配合也起著非常重要的作用，因此，對(duì)于大型四足仿生機(jī)械恐龍而言，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，尤其是腿部關(guān)節(jié)和頭頸部、尾部關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)。

當(dāng)前四足機(jī)器人均沒有考慮到頭尾部重量對(duì)行走穩(wěn)定性的影響，其機(jī)械結(jié)構(gòu)普遍存在以下一些缺陷：

(1)腿部結(jié)構(gòu)笨重且穩(wěn)定性差。現(xiàn)有的機(jī)械關(guān)節(jié)一般采用箱式結(jié)構(gòu)，重量較大，因此常選用大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)，自重較重、成本較高；

由于大型四足仿生機(jī)械恐龍的整體重量較大，因此，腿部結(jié)構(gòu)中的機(jī)械關(guān)節(jié)多采用齒輪傳動(dòng)以提高驅(qū)動(dòng)力。但是，齒輪傳動(dòng)不具有自鎖性，在運(yùn)動(dòng)過程中，容易出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)等不穩(wěn)定因素。

(2)頭頸部和尾部一般采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這種方式其機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，關(guān)節(jié)多，在運(yùn)動(dòng)過程中仿生機(jī)械恐龍頭頸部和尾部的受力變化情況非常復(fù)雜，從而導(dǎo)致其行走時(shí)穩(wěn)定性很差，難以操控。

(3)整體結(jié)構(gòu)一般采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。但是電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式普遍存在轉(zhuǎn)速較高，減速困難；轉(zhuǎn)矩較小，因此大推力時(shí)需要花費(fèi)的成本相應(yīng)的也會(huì)偏高。

有鑒于此，需要對(duì)大型四足仿生機(jī)械恐龍的機(jī)械結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)動(dòng)力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)多種復(fù)雜的動(dòng)作，并且方便進(jìn)行重心調(diào)整，從而提高大型四足仿生機(jī)械恐龍的行走穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決如何簡(jiǎn)化大型四足仿生機(jī)械恐龍的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高行走穩(wěn)定性的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種仿生機(jī)械恐龍，包括軀干部以及連接在所述軀干部上的頭頸部、尾部和四條機(jī)械腿，所述頭頸部和尾部上分別設(shè)有實(shí)現(xiàn)頸部和尾部全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的第一機(jī)械關(guān)節(jié)，每一條所述機(jī)械腿包括依次連接的髖關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)、小腿關(guān)節(jié)和足部減震裝置，所述小腿關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)分別包括用于改變小腿關(guān)節(jié)與大腿關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)以及機(jī)械腿與軀干部之間角度的第二機(jī)械關(guān)節(jié)、第三機(jī)械關(guān)節(jié)和第四機(jī)械關(guān)節(jié)，且小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線與大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線平行，大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線與髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線垂直，所述第一、第二、第三和第四機(jī)械關(guān)節(jié)均采用液壓缸驅(qū)動(dòng)。

在上述方案中，所述第一機(jī)械關(guān)節(jié)包括頸部第一連接件、頸部第一液壓缸、頸部第二液壓缸和用于連接嘴巴或加長(zhǎng)尾桿的頸部連桿，所述頸部第一液壓缸的缸體尾部和所述頸部連桿的一端分別與所述頸部第一連接件的一端鉸接，所述頸部第一液壓缸的活塞端與所述頸部連桿的另一端鉸接，所述頸部第二液壓缸的活塞端鉸接于所述頸部第一連接件的側(cè)壁上。

在上述方案中，所述第一機(jī)械關(guān)節(jié)還包括頸部第二連接件和頸部第三連接件，所述頸部第一連接件的另一端與所述頸部第二連接件固定，所述頸部第三連接件的一端鉸接于所述頸部第二連接件的一端，所述頸部第二連接件的另一端與所述頸部第二液壓缸的活塞端鉸接；

所述頭頸部或者所述尾部分別通過所述頸部第三連接件的自由端與所述頸部第二液壓缸的缸體尾部設(shè)置在所述軀干部的前端或者后端。

在上述方案中，所述頭頸部還包括實(shí)現(xiàn)嘴巴張合的第五機(jī)械關(guān)節(jié)，所述第五機(jī)械關(guān)節(jié)包括上顎部和下顎部，所述上顎部和所述下顎部呈水平設(shè)置的環(huán)形，從上到下依次穿裝于所述頸部連桿的自由端，嘴部液壓缸的缸體尾部與所述頸部連桿的側(cè)壁鉸接，所述嘴部液壓缸的活塞端與嘴部連接件的一端鉸接，所述下顎部與嘴部連接件的另一端穿裝固定在一起。