基于连杆传动的仿生鼠的腰部机构设计制造技术

本发明专利技术公开了一种基于连杆传动的仿生鼠的腰部机构设计，在电机(14)的驱动下，曲柄连杆带动俯仰并联连杆组(8)，当电机(14)转动时，可以实现仿生机器鼠腰部相对于车轮和前肢的上下俯仰运动，当电机(4)转动时，可以实现仿生机器鼠腰部相对于偏航方向的运动。本发明专利技术旨在解决模拟仿生机器鼠腰部机构自由度冗余，控制复杂，质量、体积偏大，运动范围受限，形态上不能很好的逼近真实的老鼠形态等问题。

Design of the waist mechanism of a bionic mouse based on connecting rod transmission

The invention discloses a waist mechanism design based on the bionic rat rod drive, the motor (14) driven by the crank driven pitch parallel linkage (8), (14) when the motor rotates, the waist can be achieved with respect to the wheel and bionic mouse forelimb on the pitching motion, when the motor (4) rotation, can realize the robot yaw direction relative to the waist in motion. The purpose of the invention is to solve the problem of redundancy, complex control, large mass and volume, limited range of motion, and improperly approaching the real mouse morphology.

【技术实现步骤摘要】
基于连杆传动的仿生鼠的腰部机构设计
本专利技术属于仿生机器人
，具体涉及一种基于多连杆传动的仿生机器鼠的模拟装置。
技术介绍
仿生机器人是指模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统，能从事生物特点工作的机器人。在非专利文献1(“DesignandControlofaBiomimeticRoboticRatforInteractionwithLaboratoryRats”，SHI，Qing等，IEEE/ASMETransactionsonMechatronics,2014.)中，作者提到了一种仿生机器鼠的结构设计和实验研究。该仿生机器鼠的腰部机构由四个电机、电机支架、差速齿轮箱以及轴承、紧固螺钉等构件组成；该腰部机构的四个电机通过电机支架定位，每个电机各自的输出轴与齿轮固定，作为差速齿轮箱的输入，前、后两个差速齿轮箱作为仿生机器鼠前、后关节俯仰与偏航方向的驱动。该仿生机器鼠的腰部机构基于差动齿轮的组合，使用四个电机驱动，导致腰部机构自由度冗余，控制复杂；差速齿轮箱作为腰部的输出结构，其质量和体积都较大，导致关节运动范围小，形态上不能很好的逼近真实老鼠的形态；此外，使用齿轮传动，仿生机器鼠的运动过程会伴有明显的噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的是：为了解决模拟仿生机器鼠腰部机构自由度冗余、控制复杂、质量与体积偏大的问题，提出一种新型的仿生机器鼠的腰部模拟装置。本专利技术的技术方案如下。一种基于多连杆传动的仿生机器鼠的腰部模拟装置，包括：俯仰并联连杆组、偏航并联连杆组、输出轴；其中，所述俯仰并联连杆组和偏航并联连杆组分别与所述仿生机器鼠的腰部前后关节连接，并且能够使所述前后关节相关联地进行上下俯仰、左右偏航转动，并且转动的方向相反。进一步地，所述俯仰并联连杆组包括：俯仰滑动连接杆、第一前连杆-滑动连接杆连接轴、第一后连杆-滑动连接杆连接轴、第一前连杆、第一后连杆、第一前曲柄-连杆连接轴、第二后曲柄-连杆连接轴、第一前曲柄，第一后曲柄；所述第一前曲柄和第一后曲柄基本关于所述俯仰滑动连接杆对称地转动。进一步地，所述第一前、后连杆分别与所述第一前、后曲柄-连杆连接轴固定，所述俯仰滑动连接杆与第一前、后连杆-滑动连接杆连接轴固定；所述俯仰并联连杆组固定在第一电机架与第二电机架上。进一步地，所述偏航并联连杆组包括：偏航滑动连接杆、第二前连杆-滑动连接杆连接轴、第二后连杆-滑动连接杆连接轴、第二前连杆、第二后连杆、第二前曲柄-连杆连接轴、第二后曲柄-连杆连接轴、第二前曲柄、第二后曲柄；所述第二前曲柄和第二后曲柄基本关于所述偏航滑动连接杆对称地转动。进一步地，所述第二前、后连杆分别与所述第二前、后曲柄-连杆连接轴固定，所述第二前、后连杆分别与所述第二前、后连杆-滑动连接杆连接轴固定，所述偏航并联连杆组固定在上电机架上。进一步地，还包括第一电机和第二电机，所述第一电机的输出轴通过第一曲柄与所述俯仰并联连杆组固定，所述第二电机的输出轴通过第二曲柄与所述偏航并联连杆组固定；在相应电机的驱动下，每个曲柄分别带动所述俯仰并联连杆组和所述偏航并联连杆组的滑动连接杆往复直线滑动；当俯仰连杆组的俯仰滑动连接杆往复直线滑动时，可以实现仿生机器鼠腰部的上下俯仰运动，当偏航连杆组的偏航滑动连接杆往复滑动时，可以实现仿生机器鼠腰部的左右偏航运动。进一步地，所述俯仰并联连杆组通过第一法兰轴承与支撑架固定，所述第一法兰轴承与支撑架之间的配合是间隙配合，俯仰并联连杆组通过微型滚珠衬套固定在第一电机架与第二电机架的滑槽内滑动，所述微型滚珠衬套与第一、第二电机架之间的配合是间隙配合；所述第一电机架和第二电机架分别开有孔，两个电机分别固定在两个电机架上，与相应的孔间隙配合，所述第一电机的输出轴与曲柄连杆固定；所述偏航并联连杆组与传动轴固定，所述传动轴通过第二法兰轴承固定在第一电机架与第二电机架上，所述第一电机架开有两个滑槽，偏航并联连杆组通过自润滑轴承固定在第一电机架滑槽内滑动，所述自润滑轴承与电机架滑槽为间隙配合。进一步地，所述的俯仰并联连杆组还包括：轴承、卡簧、微型滚珠衬套；所述俯仰滑动连接杆通过微型滚珠衬套与第一电机架和第二电机架的滑槽相配合，微型滚珠衬套与电机架滑槽的配合为间隙配合，微型滚珠衬套固定在第一电机架和第二电机架滑槽和所述端盖之间，微型滚珠衬套与俯仰滑动连接杆配合，所述第一前、后连杆的孔与微型滚珠衬套配合，所述第一前、后连杆分别与第一前、后曲柄-连杆连接轴固定，所述轴承固定在曲柄-连杆连接轴的轴肩和曲柄的凸台之间，所述第一前、后连杆的孔分别与第一前、后曲柄-连杆连接轴配合，端面与轴承接触，所述轴承与第一前、后曲柄-连杆连接轴通过卡簧固定。进一步地，所述的偏航并联连杆组还包括：轴承、卡簧；所述偏航滑动连接杆通过自润滑法兰轴承固定在上电机架滑槽内滑动，所述自润滑法兰轴承与上电机架滑槽之间为间隙配合；所述轴承固定在第二前、后连杆-滑动连接杆连接轴的轴肩和滑动连接杆的凸台之间，所述第二前、后连杆的孔与连杆-滑动连接杆连接轴配合，端面与轴承接触，所述轴承与第二前、后连杆-滑动连接杆连接轴通过卡簧固定，所述轴承固定在第二前、后曲柄-连杆连接轴的轴肩和曲柄的凸台之间，所述第二前、后连杆的孔分别与第二前、后曲柄-连杆连接轴配合，端面与轴承接触，所述轴承与第二前、后曲柄-连杆连接轴通过卡簧固定，所述第二前、后曲柄与所述传动轴固定，所述传动轴通过第二法兰轴承与第一电机架和第二电机架固定。本专利技术还提供了一种仿生机器鼠，包括车轮、前肢，其中，还包含根据以上技术方案中任一项所述的腰部模拟装置。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术将原有的差速齿轮箱替换为并联连杆机构，由连杆执行传动，减少了两个电机的使用，去除冗余自由度，能够使腰部前后关节联动，提高其仿生运动能力，更加逼近真实老鼠动作。(2)本专利技术减小了腰部机构的质量和体积，保证了腰部结构灵活性。附图说明图1为本专利技术的基于连杆传动的仿生机器鼠腰部结构示意图；图2，图3为本专利技术的俯仰并联连杆组局部结构示意图；图4为本专利技术的偏航并联连杆组局部结构示意图；其中，1-上电机架、2-偏航并联连杆组、3-曲柄连杆、4-第一电机、5-第一螺栓、6-支撑架、7-传动轴、8-俯仰并联连杆组、9-输出轴、10-第一法兰轴承、11-第二法兰轴承、12-端盖、13-第二螺栓、14-第二电机、15-下电机架、81-滑动连接杆、82-第一微型滚珠衬套、83-第二微型滚珠衬套、84-连杆、85-曲柄-连杆连接轴、86-轴承、87-第一卡簧、88-曲柄、89-轴承、810-滑槽、811-滑槽、91-滑动连接杆、92-连杆-滑动连接杆连接轴、93-第二卡簧、94-轴承、95-卡簧、96-曲柄、97-连杆、98-传动轴、99-曲柄-连杆连接轴、910-卡簧、911-轴承、912-轴承、913-滑槽。具体实施方式参见附图1，基于连杆传动的仿生机器鼠的腰部模拟装置，它包括：上电机架1、偏航并联连杆组2、曲柄连杆3、第一电机4、第一螺栓5、支撑架6、传动轴7、俯仰并联连杆组8、输出轴9、第一法兰轴承10、第二法兰轴承11、端盖12、第二螺栓13、电机14、下电机架15；支撑架6通过螺钉将上电机架1与下电机架15连接在一起，俯仰并联连杆组8通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多连杆传动的仿生机器鼠的腰部模拟装置，包括：俯仰并联连杆组(8)、偏航并联连杆组(2)、输出轴(9)；其特征在于，所述俯仰并联连杆组(8)和偏航并联连杆组(2)分别与所述仿生机器鼠的腰部前后关节连接，并且能够使所述前后关节相关联地进行上下俯仰、左右偏航转动，并且转动的方向相反。

【技术特征摘要】
1.一种基于多连杆传动的仿生机器鼠的腰部模拟装置，包括：俯仰并联连杆组(8)、偏航并联连杆组(2)、输出轴(9)；其特征在于，所述俯仰并联连杆组(8)和偏航并联连杆组(2)分别与所述仿生机器鼠的腰部前后关节连接，并且能够使所述前后关节相关联地进行上下俯仰、左右偏航转动，并且转动的方向相反。2.根据权利要求1所述的基于多连杆传动的仿生机器鼠的腰部模拟装置，其特征在于，所述俯仰并联连杆组(8)包括：俯仰滑动连接杆(81)、第一前连杆-滑动连接杆连接轴(83)、第一后连杆-滑动连接杆连接轴、第一前连杆(84)、第一后连杆、第一前曲柄-连杆连接轴(85)、第一后曲柄-连杆连接轴、第一前曲柄(88)，第一后曲柄；所述第一前曲柄和第一后曲柄基本关于所述俯仰滑动连接杆对称地转动。3.根据权利要求2所述的基于多连杆传动的仿生机器鼠的腰部模拟装置，其特征在于，所述第一前、后连杆(84)分别与所述第一前、后曲柄-连杆连接轴(85)固定，所述俯仰滑动连接杆(81)与第一前、后连杆-滑动连接杆连接轴固定；所述俯仰并联连杆组(8)固定在第一电机架(1)与第二电机架(15)上。4.根据权利要求2或3所述的基于多连杆传动的仿生机器鼠的腰部模拟装置，其特征在于，所述偏航并联连杆组(2)包括：偏航滑动连接杆(91)、第二前连杆-滑动连接杆连接轴(92)、第二后连杆-滑动连接杆连接轴、第二前连杆(97)、第二后连杆、第二前曲柄-连杆连接轴(99)、第二后曲柄-连杆连接轴、第二前曲柄(96)、第二后曲柄；所述第二前曲柄和第二后曲柄基本关于所述偏航滑动连接杆对称地转动。5.根据权利要求4所述的基于多连杆传动的仿生机器鼠的腰部模拟装置，其特征在于，所述第二前、后连杆分别与所述第二前、后曲柄-连杆连接轴固定，所述第二前、后连杆分别与所述第二前、后连杆-滑动连接杆连接轴固定，所述偏航并联连杆组(2)固定在上电机架(1)上。6.根据权利要求5所述的基于多连杆传动的仿生机器鼠的腰部模拟装置，其特征在于，还包括第一电机(4)和第二电机(14)，所述第一电机的输出轴通过第一曲柄与所述俯仰并联连杆组(8)固定，所述第二电机的输出轴通过第二曲柄与所述偏航并联连杆组(2)固定；在相应电机的驱动下，每个曲柄分别带动所述俯仰并联连杆组(8)和所述偏航并联连杆组(2)的滑动连接杆往复直线滑动；当俯仰连杆组(8)的俯仰滑动连接杆往复直线滑动时，可以实现仿生机器鼠腰部的上下俯仰运动，当偏航连杆组(2)的偏航滑动连接杆往复滑动时，可以实现仿生机器鼠腰部的左右偏航运动。7.根据权利要求6所述的基于多连杆传动的仿生机器鼠的腰部模拟装置，其特征在于，所述俯仰并联连杆组(8)通过第一法兰轴承(11)与支撑架固定，所述第一法兰轴承与支撑架之间的配合是间隙配合，俯仰并联...

【专利技术属性】
技术研发人员：石青，李昌，麻孟超，邹明杰，王圣杰，黄强，福田敏男，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11