[發明專利]一種仿鱷魚爪的適應性足端機構

有效

• 申請號: 202210353917.4
• 申請日: 2022-04-06
• 公開（公告）號: CN114800582B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 吳嘉寧;梁穎琪;魏蔣坤;王翔;謝澤瑾;蔣建平
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J19/00
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 高冰

本發明公開了一種仿鱷魚爪的適應性足端機構，包括動力機構、自適應機構和機械爪；動力機構設有多條可沿其軸向往返移動的傳動齒條，多條傳動齒條圍繞動力機構的外周側布置，多條傳動齒條均嚙合有驅動齒輪，多個驅動齒輪均傳動連接有自適應機構；自適應機構包括定傳齒輪、中間齒輪和尾傳齒輪；定傳齒輪與驅動齒輪嚙合傳動連接，以使多個自適應機構均以可轉動的方式與動力機構的外壁連接；中間齒輪和定傳齒輪以可同步轉動的方式同軸連接；尾傳齒輪與中間齒輪嚙合傳動連接；多個機械爪分別與多個尾傳齒輪嚙合傳動連接；自適應機構與動力機構的轉動連接，當機械爪受到阻力，自適應機構轉動，使機械爪進一步收縮，從而可自適應抓取物體的輪廓。

技術領域

本發明涉及機器人領域，特別涉及一種仿鱷魚爪的適應性足端機構。

背景技術

目前的四足仿生機器人，雖然在機構設計和運動控制有一定進展，也提出了一系列新設計方法與新設計案例，但提出自適應仿生足機構在非結構化環境中應用和復雜地形上的自適應運動特性研究較少；要實現四足仿生機器人在復雜地形上的自適應運用，就需要提出一種能夠適應各種地形的足部機構。

現有的四足仿生機器人更多地偏重于控制設計，足部結構大多采用單一的、只能維持穩定性的普通結構，而沒有基于例如鱷魚等生物的爪子結構進行設計；即使有基于爪子結構的設計卻多用于抓取和夾持等用途，主要應用于工業生產和機械制造等行業。

在針對鱷魚的足部特性進行研究時，發現鱷魚爪對地面基質的抓取動作對運動至關重要；鱷魚在不同粒度基質環境下爬行，足部存在爬行力調控行為；結合威布爾最弱鏈接理論分析，實際散體顆粒中，法向力和摩擦力都隨著鱷魚爪部施加的水平壓裝內力增加而增加；若力過小，不足以維持散體顆粒鏈穩定，散體顆粒發生流動從而產生不平穩的摩擦力，不利于鱷魚平穩爬行；為了使散體顆粒發生流體固化，防止散體顆粒層間滑移，那么爪部可通過施加更大的水平壓裝內力來維持穩定，即較弱的鏈通過施加更大的力來穩定，從而提供鱷魚平穩爬行過程所需穩定的推進力；失效時的水平壓裝力隨顆粒大小D呈冪指數遞減；因此，要實現四足機器人在復雜環境下的自適應運動，實現機械爪與四足仿生機器人的統一，目前的技術無法解決足部機構在復雜地形上的自適應問題。

為此急需一種能夠解決足部機構在復雜地形上的自適應問題的技術方案。

發明內容

本發明的目的在于提供一種仿鱷魚爪的適應性足端機構，以解決現有足部機構無法在復雜地形上自適應的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種仿鱷魚爪的適應性足端機構，包括動力機構、自適應機構和機械爪；所述動力機構設有多條可沿其軸向往返移動的傳動齒條，多條所述傳動齒條圍繞所述動力機構的外周側布置，多條所述傳動齒條均嚙合有驅動齒輪，多個所述驅動齒輪均傳動連接有所述自適應機構；所述自適應機構包括定傳齒輪、中間齒輪和尾傳齒輪；所述定傳齒輪與所述驅動齒輪嚙合傳動連接，以使多個所述自適應機構均以可轉動的方式與所述動力機構的外壁連接；所述中間齒輪和所述定傳齒輪以可同步轉動的方式同軸連接；所述尾傳齒輪與所述中間齒輪嚙合傳動連接；多個所述機械爪分別與多個所述尾傳齒輪嚙合傳動連接。

在其中一個實施例中，所述動力機構包括外殼、驅動單元、齒條盤和絲桿；所述外殼中空，所述外殼周壁設有多個殼槽口，所述外殼端面設有過渡通孔；所述驅動單元安裝于所述外殼上，所述驅動單元與所述絲桿傳動連接；所述齒條盤設于所述外殼內；所述齒條盤設有螺紋通孔，所述齒條盤周壁設有所述傳動齒條，所述傳動齒條的長度方向與所述螺紋通孔的軸線方向平行；所述傳動齒條伸出所述殼槽口；所述絲桿穿過所述過渡通孔與所述螺紋通孔螺紋連接。

在其中一個實施例中，所述外殼設有端蓋，所述驅動單元安裝于所述端蓋上；所述端蓋設有所述過渡通孔。

在其中一個實施例中，所述動力機構還包括固定關節；所述驅動齒輪轉動安裝于所述固定關節內；所述固定關節一端與所述殼槽口連接固定，所述固定關節另一端與所述自適應機構轉動連接。