[發(fā)明專利]仿生機(jī)器鼠的前臂模擬裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410389842.0
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN104149091A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石青;宋永博;黃強(qiáng);福田敏男
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: B25J9/12
• 分類號: B25J9/12;B25J18/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;仇蕾安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿生機(jī)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種仿生機(jī)器鼠的模擬裝置。

背景技術(shù)

在“A?Rat-like?Robot?WR-5?for?Animal?Behavior?Research”一文中，作者提到了一種仿生機(jī)器鼠的結(jié)構(gòu)設(shè)計和實驗研究。該仿生機(jī)器鼠的前臂機(jī)構(gòu)如圖1所示，前臂的每側(cè)由三個超聲波電機(jī)所驅(qū)動，具有兩個自由度，超聲波電機(jī)是直線電機(jī)，輸出直線位移；肩的搖擺運(yùn)動需要兩個超聲波電機(jī)驅(qū)動：超聲波電機(jī)一和超聲波電機(jī)二共同作用推動超聲波電機(jī)結(jié)合件一的水平移動，通過搖桿一驅(qū)動肩的搖擺。超聲波電機(jī)三安裝在肩的后側(cè)，通過超聲波電機(jī)結(jié)合件二驅(qū)動軸部的搖擺運(yùn)動。

超聲波電機(jī)成本高，最重要的是，驅(qū)動能力不足，而且由于是直接驅(qū)動，沒有進(jìn)行任何減速處理，這樣就使得驅(qū)動不起來或者驅(qū)動電壓過大，造成浪費(fèi)電源等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：為了解決模擬仿生機(jī)器鼠前臂驅(qū)動能力不足、驅(qū)動成本高的問題，提出一種新型的仿生機(jī)器鼠的前臂模擬裝置；

本發(fā)明的技術(shù)方案是：仿生機(jī)器鼠的前臂模擬裝置，它包括：電機(jī)安裝支架、肩關(guān)節(jié)、三角形的肘關(guān)節(jié)、腳趾以及位于電機(jī)安裝支架左右兩側(cè)的傳動機(jī)構(gòu)；

每側(cè)的傳動機(jī)構(gòu)均包括：步進(jìn)電機(jī)A、減速齒輪、旋轉(zhuǎn)體、步進(jìn)電機(jī)B、搖桿、絲杠組件以及L型連接桿；旋轉(zhuǎn)體的外圈為齒輪結(jié)構(gòu)，在旋轉(zhuǎn)體一側(cè)圓面的非圓心位置設(shè)有軸承；步進(jìn)電機(jī)A安裝于電機(jī)安裝支架內(nèi)，其輸出軸套接減速齒輪；減速齒輪與旋轉(zhuǎn)體相嚙合；肩關(guān)節(jié)具有導(dǎo)向槽，肩關(guān)節(jié)的中部活動安裝在電機(jī)安裝支架的側(cè)面，下部與肘關(guān)節(jié)、L型連接桿活動連接；軸承位于肩關(guān)節(jié)的導(dǎo)向槽內(nèi)，在步進(jìn)電機(jī)A的驅(qū)動下，軸承隨旋轉(zhuǎn)體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并與肩關(guān)節(jié)的導(dǎo)向槽相配合，帶動肩關(guān)節(jié)擺動；步進(jìn)電機(jī)B與絲杠組件安裝于肩關(guān)節(jié)，絲杠組件中的絲杠副與搖桿的一端通過銷軸連接，搖桿的另一端通過銷軸同時連接L型連接桿、肘關(guān)節(jié)的一端；L型連接桿、肘關(guān)節(jié)的另一端通過銷軸連接有腳趾，在步進(jìn)電機(jī)B的驅(qū)動下，絲杠組件實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動到直線運(yùn)動的轉(zhuǎn)換，搖桿隨絲杠副上下擺動，并帶動肘關(guān)節(jié)擺動。

有益效果是：(1)本發(fā)明將原有的超聲波電機(jī)替換為普通的步進(jìn)電機(jī)，并利用齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行減速處理，采用旋轉(zhuǎn)搖擺傳動來代替之前的平移搖擺傳動，帶來了力矩增大的效果；另外，由于步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的連續(xù)性，使得肩關(guān)節(jié)可以進(jìn)行迅速的搖擺運(yùn)動，實現(xiàn)復(fù)雜高難度動作的模擬，更能代表真實的老鼠前臂運(yùn)動；

(2)本發(fā)明將對肘關(guān)節(jié)的驅(qū)動換成了絲杠傳動，代替超聲波電機(jī)，使得肘關(guān)節(jié)的負(fù)載相對減小，不需要進(jìn)行減速増力處理。

附圖說明

圖1為背景技術(shù)中所述的仿生機(jī)器鼠的前臂結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的右視圖；

圖4為本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-電機(jī)安裝支架、2-肩關(guān)節(jié)、3-三角形的肘關(guān)節(jié)、4-腳趾、5-步進(jìn)電機(jī)A、6-減速齒輪、7-旋轉(zhuǎn)體、9-步進(jìn)電機(jī)B、10-搖桿、11-絲杠組件、12-L型連接桿、13-軸承。

具體實施方式

參見附圖2，仿生機(jī)器鼠的前臂模擬裝置，它包括：電機(jī)安裝支架1、肩關(guān)節(jié)2、三角形的肘關(guān)節(jié)3、腳趾4以及位于電機(jī)安裝支架1左右兩側(cè)對稱的傳動機(jī)構(gòu)；

參見附圖3、4，每側(cè)的傳動機(jī)構(gòu)均包括：步進(jìn)電機(jī)A5、減速齒輪6、旋轉(zhuǎn)體7、步進(jìn)電機(jī)B9、搖桿10、絲杠組件11以及L型連接桿12；旋轉(zhuǎn)體7的外圈為齒輪結(jié)構(gòu)，在旋轉(zhuǎn)體7一側(cè)圓面的非圓心位置設(shè)有軸承13；步進(jìn)電機(jī)A5安裝于電機(jī)安裝支架1內(nèi)，其輸出軸套接減速齒輪6；減速齒輪6與旋轉(zhuǎn)體7相嚙合；肩關(guān)節(jié)2具有導(dǎo)向槽，肩關(guān)節(jié)2的中部活動安裝在電機(jī)安裝支架1的側(cè)面，下部與肘關(guān)節(jié)3、L型連接桿12活動連接；軸承13位于肩關(guān)節(jié)2的導(dǎo)向槽內(nèi)，在步進(jìn)電機(jī)A5的驅(qū)動下，軸承13隨旋轉(zhuǎn)體7做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并與肩關(guān)節(jié)2的導(dǎo)向槽相配合，帶動肩關(guān)節(jié)2擺動；步進(jìn)電機(jī)B9與絲杠組件11安裝于肩關(guān)節(jié)2，絲杠組件11中的絲杠副與搖桿10的一端通過銷軸連接，搖桿10的另一端通過銷軸同時連接L型連接桿12、肘關(guān)節(jié)3的一端；L型連接桿12、肘關(guān)節(jié)3的另一端通過銷軸連接有腳趾4，在步進(jìn)電機(jī)B9的驅(qū)動下，絲杠組件11實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動到直線運(yùn)動的轉(zhuǎn)換，搖桿10隨絲杠副上下擺動，并帶動肘關(guān)節(jié)3擺動。

最終，仿生機(jī)器鼠的前臂具有兩個自由度，即肘關(guān)節(jié)3的搖擺和肩關(guān)節(jié)2的搖擺。