專利名稱：仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿生機(jī)構(gòu)，特別涉及一種仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，用于對(duì)蛇嘴運(yùn)動(dòng)模式的研究，并可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)醫(yī)療器械，進(jìn)行手術(shù)清創(chuàng)、活檢取樣等，屬于機(jī)器人技術(shù)與醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
仿生學(xué)是模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，是生物學(xué)、數(shù)學(xué)和工程技術(shù)學(xué)互相滲透而結(jié)合成的一門新興的邊緣科學(xué)。近年來(lái)仿生學(xué)、機(jī)器人學(xué)、生物解剖學(xué)、新型材料和驅(qū)動(dòng)裝置的進(jìn)步促進(jìn)了仿生蛇技術(shù)的發(fā)展。目前對(duì)蛇的仿生研究主要集中在蛇的無(wú)肢運(yùn)動(dòng)方面，美國(guó)、日本、德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等國(guó)家都開(kāi)展了蛇形機(jī)器人的研究工作，并研制出許多樣機(jī)。日本東京大學(xué)的Hirose教授第一個(gè)從仿生學(xué)的觀點(diǎn)研究蛇行機(jī)器人，在1972年研制了第一臺(tái)蛇形機(jī)器人樣機(jī)。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(kāi)發(fā)一種能夠模擬蛇嘴運(yùn)動(dòng)的仿生機(jī)構(gòu)具有重要意義，對(duì)目前專利技術(shù)的檢索尚未發(fā)現(xiàn)對(duì)蛇嘴仿生機(jī)構(gòu)研究的相關(guān)資料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有仿生蛇技術(shù)領(lǐng)域存在的空白，提供一種仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，其能夠逼真模仿蛇嘴的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)大空間范圍的張合，達(dá)到遠(yuǎn)程進(jìn)行多種抓取工作的目的。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用不銹鋼作為仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)材料，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)與滑輪機(jī)構(gòu)相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蛇嘴的上下顎張合運(yùn)動(dòng)、上顎尖牙運(yùn)動(dòng)和下顎前端分離運(yùn)動(dòng)的仿生模擬。本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的具體技術(shù)方案是一種仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，其包括能夠模仿蛇嘴運(yùn)動(dòng)的頭部框架系統(tǒng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分，其中，所述頭部框架系統(tǒng)包括上顎閉環(huán)鉸鏈機(jī)構(gòu)，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(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的連桿機(jī)構(gòu)，頂骨兩端分別通過(guò)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(guò)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(cè)連桿組成的左右兩側(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的連桿機(jī)構(gòu)，兩下顎尾部桿件通過(guò)連接軸分別鉸接兩方形骨桿件，兩下顎前端桿件通過(guò)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(guò)相互鉸接的兩側(cè)連桿用連接軸進(jìn)行連接；所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分位于所述仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端，其包括動(dòng)力源和帶動(dòng)頭部框架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的若干驅(qū)動(dòng)鋼絲；
所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)鋼絲固定在頭部框架系統(tǒng)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(kāi)設(shè)有對(duì)驅(qū)動(dòng)鋼絲進(jìn)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(dǎo)向滑輪部件，包括方形骨導(dǎo)向滑輪和下顎導(dǎo)向滑輪，方形骨導(dǎo)向滑輪為滑輪并聯(lián)結(jié)構(gòu)，設(shè)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(duì)一驅(qū)動(dòng)鋼絲進(jìn)行導(dǎo)向，下顎導(dǎo)向滑輪設(shè)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(cè)同時(shí)對(duì)兩驅(qū)動(dòng)鋼絲進(jìn)行導(dǎo)向。本發(fā)明所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，其頭部框架系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分由不銹鋼制成，所述驅(qū)動(dòng)鋼絲采用直徑為0. 5mm的不銹鋼鋼絲；所述頂骨的長(zhǎng)度為60mm ；所述動(dòng)力源采用電機(jī)、人力手柄或其它液壓、氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)部件；所述方形骨導(dǎo)向滑輪由5個(gè)并列布置于連接軸上的滑輪組成，各滑輪之間獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)且通過(guò)套筒隔開(kāi)，該滑輪內(nèi)孔通過(guò)軸承穿置于所述連接軸上，該連接軸的后端設(shè)有止動(dòng)臺(tái)肩，前端擰固有鎖緊螺母，該滑輪直徑為10mm，厚度為 2mm，兩側(cè)設(shè)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(fā)明所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)采用兩組多連桿機(jī)構(gòu)與多組滑輪機(jī)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)了蛇嘴的運(yùn)動(dòng)模式，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，通過(guò)鋼絲牽引進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、運(yùn)動(dòng)空間大、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)小型化與遠(yuǎn)程操作的場(chǎng)合。所述仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)利用通過(guò)導(dǎo)輪導(dǎo)向與限位螺釘限位的鋼絲實(shí)現(xiàn)牽引運(yùn)動(dòng)，上顎驅(qū)動(dòng)鋼絲與下顎驅(qū)動(dòng)鋼絲穿過(guò)限位螺栓上的導(dǎo)孔與導(dǎo)輪固定在上顎與下顎上，六個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別帶動(dòng)仿生蛇嘴的上顎尖牙運(yùn)動(dòng)、下顎張開(kāi)收回運(yùn)動(dòng)與下顎前端分離運(yùn)動(dòng)；所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)左右顎呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，左右相同部位的驅(qū)動(dòng)鋼絲由同一動(dòng)力源控制，保證運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)平穩(wěn)性。所述仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)具有閉合體積小、容量大、簡(jiǎn)單方便的特點(diǎn)，不僅可用于微創(chuàng)手術(shù)醫(yī)療器械的開(kāi)發(fā)，進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)清創(chuàng)、活檢取樣等，而且可實(shí)現(xiàn)多種抓取用途，具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的立體示意圖。圖3為本發(fā)明鋼絲牽引方式示意圖。圖4為本發(fā)明方形骨導(dǎo)向滑輪結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1上顎閉環(huán)鉸鏈機(jī)構(gòu)，2方形骨桿件，3下顎部件，4頂骨，5-1、5_2尖牙桿件， 6-1、6-2上顎骨桿件，7-1、7-2下顎尾部桿件，8_1、8_2下顎前端桿件，9_1、9_2側(cè)連桿， 10方形骨導(dǎo)向滑輪，11限位槽，12下顎導(dǎo)向滑輪，13限位螺釘，14鋼絲固定螺母，15下顎尾部桿件上表面鋼絲固定螺釘，16下顎前端桿件鋼絲固定螺釘，17方形骨桿件鋼絲固定螺釘，18連接軸，19緊固螺母，20滑輪，21軸承擋圈，22螺釘，23軸承，M套筒，Cl 下顎部件閉合驅(qū)動(dòng)鋼絲，C2方形骨桿件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲，C3下顎部件側(cè)向張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲，C4下顎部件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲，C5下顎部件側(cè)向收回驅(qū)動(dòng)鋼絲，C6方形骨桿件收回驅(qū)動(dòng)鋼絲。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)包括能夠模仿蛇嘴運(yùn)動(dòng)模式的頭部框架系統(tǒng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分。本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其立體結(jié)構(gòu)如圖2所示。所述仿生蛇頭部框架系統(tǒng)包括上顎閉環(huán)鉸鏈機(jī)構(gòu)1和下顎部件3。所述上顎閉環(huán)鉸鏈機(jī)構(gòu)1為左右兩側(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的四連桿搖桿機(jī)構(gòu)，其由頂骨4、對(duì)稱的兩尖牙桿件5-1和 5-2、對(duì)稱的兩上顎骨桿件6-1和6-2及兩方形骨桿件2組成。所述頂骨4為一框形構(gòu)件， 其長(zhǎng)度為60mm ；該頂骨4前端的左右兩側(cè)通過(guò)連接軸分別鉸接兩尖牙桿件5_1和5_2的一端，其后端的左右兩側(cè)通過(guò)連接軸分別鉸接兩方形骨桿件2的一端。所述兩上顎骨桿件6-1 和6-2的前端分別通過(guò)連接軸鉸接兩尖牙桿件5-1和5-2的另一端，其后端分別通過(guò)連接軸鉸接兩方形骨桿件2的另一端。從而，頂骨4、兩尖牙桿件5-1和5-2、兩上顎骨桿件6-1 和6-2及兩方形骨桿件2依次首尾銜接構(gòu)成一閉環(huán)的四連桿機(jī)構(gòu)，具體地說(shuō)，是以頂骨4、兩上顎骨桿件6-1和6-2為搖桿的雙搖桿機(jī)構(gòu)，其用以模擬蛇的上顎。所述下顎部件3為一兩側(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的空間連桿機(jī)構(gòu)，用以模擬蛇的下顎。該下顎部件3由對(duì)稱的兩下顎尾部桿件7-1和7-2、對(duì)稱的兩下顎前端桿件8-1和8-2及對(duì)稱的兩側(cè)連桿9-1和9-2組成。所述兩下顎尾部桿件7-1和7-2的后端通過(guò)連接軸分別鉸接兩方形骨桿件2的后端，以實(shí)現(xiàn)蛇嘴的張合運(yùn)動(dòng)；兩下顎前端桿件8-1和8-2的后端通過(guò)連接軸分別鉸接兩下顎尾部桿件7-1和7-2的前端，并且該連接軸的軸線垂直于兩下顎尾部桿件7-1和7-2與兩方形骨桿件2的連接軸的軸線，以實(shí)現(xiàn)兩下顎前端桿件8-1和8-2的左右擺動(dòng)；所述側(cè)連桿9-1和側(cè)連桿9-2通過(guò)連接軸相互鉸接，并且其兩端通過(guò)連接軸分別鉸接兩下顎前端桿件8-1和8-2的前端，從而實(shí)現(xiàn)蛇下顎的側(cè)向擴(kuò)張動(dòng)作。所述頭部框架系統(tǒng)的所有構(gòu)件由不銹鋼制成，其兩上顎骨桿件6-1和6-2的后端與模仿蛇體運(yùn)動(dòng)的柔性臂連接。所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分為實(shí)現(xiàn)所述仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源，其位于所述仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端，包括動(dòng)力源和帶動(dòng)頭部框架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的若干驅(qū)動(dòng)鋼絲。所述動(dòng)力源可采用電機(jī)、人力手柄或其他液壓、氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)部件，僅需要提供正反轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力即可，其用以牽動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)鋼絲。所述若干驅(qū)動(dòng)鋼絲采用直徑為0. 5mm的不銹鋼鋼絲，其通過(guò)所述柔性臂中的導(dǎo)孔連接遠(yuǎn)端的動(dòng)力源。請(qǐng)參閱圖3，所述若干驅(qū)動(dòng)鋼絲包括對(duì)稱相同的左、右兩組， 每一組驅(qū)動(dòng)鋼絲包括下顎部件閉合驅(qū)動(dòng)鋼絲Cl、方形骨桿件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C2、下顎部件側(cè)向張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C3、下顎部件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C4、下顎部件側(cè)向收回驅(qū)動(dòng)鋼絲C5和方形骨桿件收回驅(qū)動(dòng)鋼絲C6。所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分由不銹鋼制成，其用以實(shí)現(xiàn)所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分對(duì)所述頭部框架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力傳動(dòng)和控制，該運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分包括結(jié)構(gòu)對(duì)稱相同的左、右兩部，每一運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分包括鋼絲固定部件、鋼絲限位部件和鋼絲導(dǎo)向滑輪部件，以下以左運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分為例說(shuō)明其結(jié)構(gòu)，右運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分與左運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分對(duì)稱相同。所述鋼絲固定部件用以將所述驅(qū)動(dòng)鋼絲固定在所述頭部框架系統(tǒng)的各桿件表面上，其包括若干鋼絲固定螺釘下顎尾部桿件上表面鋼絲固定螺釘15，設(shè)置于所述下顎尾
5部桿件7-1的上表面，并且將所述驅(qū)動(dòng)鋼絲Cl固定在下顎尾部桿件7-1的上表面；下顎前端桿件鋼絲固定螺釘16，設(shè)置于所述下顎前端桿件8-1的下表面，并且將驅(qū)動(dòng)鋼絲C3、C5 固定在下顎前端桿件8-1的下表面；方形骨桿件鋼絲固定螺釘17，設(shè)置于所述方形骨桿件2 的外側(cè)表面，并且將驅(qū)動(dòng)鋼絲C2、C6固定在方形骨桿件2的外側(cè)表面。所述鋼絲限位部件用以對(duì)驅(qū)動(dòng)鋼絲進(jìn)行限位，其包括限位螺釘13和限位槽11。所述限位螺釘13擰固在所述下顎尾部桿件7-1的下表面，其頭部開(kāi)設(shè)有對(duì)驅(qū)動(dòng)鋼絲C3、C5進(jìn)行限位的通孔，該限位螺釘13通過(guò)螺紋連接鋼絲固定螺母14，該固定螺母14擰緊且與下顎尾部桿件7-1的下表面貼合，從而將驅(qū)動(dòng)鋼絲C4固定在下顎尾部桿件7-1的下表面。所述限位槽11為等深的平行槽，開(kāi)設(shè)于下顎尾部桿件7-1的后部且分布于同一圓柱表面上，其用以對(duì)下顎部件側(cè)向張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C3、下顎部件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C4和下顎部件側(cè)向收回驅(qū)動(dòng)鋼絲C5進(jìn)行限位。所述鋼絲導(dǎo)向滑輪部件用以對(duì)驅(qū)動(dòng)鋼絲進(jìn)行導(dǎo)向，其包括方形骨導(dǎo)向滑輪10和下顎導(dǎo)向滑輪12。所述方形骨導(dǎo)向滑輪10通過(guò)軸承設(shè)置于所述方形骨桿件2與上顎骨桿件6-1的連接軸18上。該方形骨導(dǎo)向滑輪10的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其為滑輪并聯(lián)結(jié)構(gòu)，由5 個(gè)結(jié)構(gòu)相同的滑輪20組成，該5個(gè)滑輪20平行并列布置于連接軸18上，各滑輪20相互獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，并且之間通過(guò)套筒M隔開(kāi)，該5個(gè)滑輪20分別對(duì)下顎部件閉合驅(qū)動(dòng)鋼絲Cl、方形骨桿件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C2、下顎部件側(cè)向張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C3、下顎部件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C4和下顎部件側(cè)向收回驅(qū)動(dòng)鋼絲C5進(jìn)行導(dǎo)向，每一滑輪20對(duì)一驅(qū)動(dòng)鋼絲進(jìn)行導(dǎo)向。所述滑輪20的直徑為10mm，厚度為2mm，該滑輪20的內(nèi)孔通過(guò)軸承23穿置于所述連接軸18上，其兩側(cè)設(shè)有軸承擋圈21，該軸承擋圈21由厚度為0. 5mm的不銹鋼片加工而成，其上開(kāi)有通孔，通過(guò)螺釘22固定在滑輪20的表面以對(duì)軸承23進(jìn)行軸向固定。所述連接軸18的后端設(shè)有止動(dòng)臺(tái)肩，前端設(shè)有螺紋，上面擰固有鎖緊螺母19以對(duì)滑輪組進(jìn)行軸向鎖緊。所述下顎導(dǎo)向滑輪 12設(shè)置于所述下顎尾部桿件7-1與下顎前端桿件8-1的連接軸上，其兩側(cè)用以同時(shí)對(duì)兩驅(qū)動(dòng)鋼絲C3和C5進(jìn)行導(dǎo)向。所述驅(qū)動(dòng)鋼絲的牽引方式如圖3所示。所述下顎部件側(cè)向張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C3與下顎部件側(cè)向收回驅(qū)動(dòng)鋼絲C5通過(guò)方形骨導(dǎo)向滑輪10和限位槽11的導(dǎo)向，穿過(guò)限位螺釘13 上的限位導(dǎo)孔，分別繞經(jīng)所述下顎導(dǎo)向滑輪12的兩側(cè)，由下顎前端桿件鋼絲固定螺釘16固定在下顎前端桿件8-1的下表面上，通過(guò)同一動(dòng)力源的正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)下顎部件3的側(cè)向張開(kāi)與收回運(yùn)動(dòng)。所述下顎部件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C4通過(guò)方形骨導(dǎo)向滑輪10和限位槽11的導(dǎo)向，由限位螺釘13上的鋼絲固定螺母14固定在下顎尾部桿件7-1的下表面，通過(guò)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)下顎部件3的張開(kāi)運(yùn)動(dòng)。所述下顎部件閉合驅(qū)動(dòng)鋼絲Cl通過(guò)方形骨導(dǎo)向滑輪10 的導(dǎo)向，由下顎尾部桿件上表面鋼絲固定螺釘15固定在下顎尾部桿件7-1的上表面，實(shí)現(xiàn)下顎部件3的閉合運(yùn)動(dòng)。所述方形骨桿件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C2通過(guò)方形骨導(dǎo)向滑輪10的導(dǎo)向， 由方形骨桿件鋼絲固定螺釘17固定在方形骨桿件2的外側(cè)表面，實(shí)現(xiàn)方形骨桿件2的張開(kāi)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)尖牙桿件5-1的伸出。所述方形骨桿件收回驅(qū)動(dòng)鋼絲C6由方形骨桿件鋼絲固定螺釘17固定在方形骨桿件2的外側(cè)表面，通過(guò)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方形骨桿件2的收回，帶動(dòng)尖牙桿件5-1的收回運(yùn)動(dòng)。通過(guò)分析計(jì)算對(duì)各導(dǎo)向滑輪的位置及半徑進(jìn)行設(shè)置，使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)以及驅(qū)動(dòng)鋼絲受力更加合理。兩側(cè)控制同一運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)鋼絲由同一動(dòng)力源控制，以保證運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性。
為方便敘述，下面以所述仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)的左側(cè)結(jié)構(gòu)作運(yùn)動(dòng)過(guò)程說(shuō)明，右側(cè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程與左側(cè)相同。本發(fā)明所述仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下所述仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)張開(kāi)時(shí)，下顎部件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C4拉緊，下顎部件閉合驅(qū)動(dòng)鋼絲Cl放松，通過(guò)動(dòng)力源帶動(dòng)下顎部件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C4，使仿生嘴張開(kāi)，上顎與下顎張開(kāi)夾角最大可達(dá)150。，之后方形骨桿件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C2拉緊，方形骨桿件收回驅(qū)動(dòng)鋼絲C6放松，帶動(dòng)尖牙桿件5-1向外伸出，下顎部件側(cè)向張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C3拉緊，同時(shí)下顎部件側(cè)向收回驅(qū)動(dòng)鋼絲C5放松，使下顎部件3實(shí)現(xiàn)側(cè)向擴(kuò)張。所述仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)閉合時(shí)，下顎部件閉合驅(qū)動(dòng)鋼絲Cl拉緊，下顎部件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C4放松，下顎部件3收回，下顎部件側(cè)向收回驅(qū)動(dòng)鋼絲C5拉緊，下顎部件側(cè)向張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C3放松，下顎部件3側(cè)向收回，閉合過(guò)程中通過(guò)方形骨桿件收回驅(qū)動(dòng)鋼絲C6拉緊和下顎部件張開(kāi)驅(qū)動(dòng)鋼絲C4放松來(lái)使尖牙桿件5-1 收回，將咬合目標(biāo)帶入仿生蛇嘴中。所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)兩側(cè)為完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，控制兩側(cè)相同運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)鋼絲由同一動(dòng)力源控制。本發(fā)明所述仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)的外層包覆具有彈性的仿生蛇皮，采用驅(qū)動(dòng)鋼絲帶動(dòng)仿生蛇嘴的張開(kāi)與咬合運(yùn)動(dòng)，通過(guò)各動(dòng)力源的協(xié)調(diào)控制使仿生蛇嘴實(shí)現(xiàn)各運(yùn)動(dòng)模式，能夠模仿蛇類頭部的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、運(yùn)動(dòng)空間大、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。所述仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)不僅可用于微創(chuàng)手術(shù)醫(yī)療器械的開(kāi)發(fā)，進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)清創(chuàng)、活檢取樣等，而且可用于多種工業(yè)抓取用途，具有閉合體積小、抓取容量大、簡(jiǎn)單方便的優(yōu)點(diǎn)， 具備廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，其特征在于所述機(jī)構(gòu)包括能夠模仿蛇嘴運(yùn)動(dòng)的頭部框架系統(tǒng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分，其中，所述頭部框架系統(tǒng)包括上顎閉環(huán)鉸鏈機(jī)構(gòu)，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(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的連桿機(jī)構(gòu)，頂骨兩端分別通過(guò)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(guò)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(cè)連桿組成的左右兩側(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的連桿機(jī)構(gòu)，兩下顎尾部桿件通過(guò)連接軸分別鉸接兩方形骨桿件，兩下顎前端桿件通過(guò)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(guò)相互鉸接的兩側(cè)連桿用連接軸進(jìn)行連接；所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分位于所述仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端，其包括動(dòng)力源和帶動(dòng)頭部框架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的若干驅(qū)動(dòng)鋼絲；所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)鋼絲固定在頭部框架系統(tǒng)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(kāi)設(shè)有對(duì)驅(qū)動(dòng)鋼絲進(jìn)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(dǎo)向滑輪部件，包括方形骨導(dǎo)向滑輪和下顎導(dǎo)向滑輪，方形骨導(dǎo)向滑輪為滑輪并聯(lián)結(jié)構(gòu)，設(shè)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(duì)一驅(qū)動(dòng)鋼絲進(jìn)行導(dǎo)向，下顎導(dǎo)向滑輪設(shè)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(cè)同時(shí)對(duì)兩驅(qū)動(dòng)鋼絲進(jìn)行導(dǎo)向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，其特征在于所述方形骨導(dǎo)向滑輪由5個(gè)并列布置于連接軸上的滑輪組成，各滑輪之間獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)且通過(guò)套筒隔開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，其特征在于所述滑輪內(nèi)孔通過(guò)軸承穿置于所述連接軸上，該滑輪兩側(cè)設(shè)有軸承擋圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，其特征在于所述軸承擋圈由厚度為0.5mm 的不銹鋼片加工而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，其特征在于所述連接軸的后端設(shè)有止動(dòng)臺(tái)肩，前端擰固有鎖緊螺母。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，其特征在于所述滑輪直徑為10mm，厚度為2mm ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，其特征在于所述頭部框架系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分由不銹鋼制成，所述驅(qū)動(dòng)鋼絲采用直徑為0. 5mm的不銹鋼鋼絲。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，其特征在于所述頂骨的長(zhǎng)度為60mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，其特征在于所述動(dòng)力源采用電機(jī)、人力手柄或其它液壓、氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)部件。
全文摘要
一種仿生蛇嘴機(jī)構(gòu)，包括能夠模仿蛇類顎部運(yùn)動(dòng)的頭部框架系統(tǒng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分的動(dòng)力源通過(guò)驅(qū)動(dòng)鋼絲，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部分的限位與導(dǎo)向之后，牽引頭部框架系統(tǒng)上顎閉環(huán)鉸鏈機(jī)構(gòu)和下顎部件運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)仿生蛇嘴的張開(kāi)與咬合。本發(fā)明能很好的模仿蛇嘴的運(yùn)動(dòng)模式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)空間大、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，可用于微創(chuàng)手術(shù)器械的開(kāi)發(fā)，能夠進(jìn)行手術(shù)清創(chuàng)、活檢取樣等，并可推廣用于多種抓取機(jī)械手。
文檔編號(hào)B25J11/00GK102416622SQ20111026905
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者付莊, 劉子娟, 明志峰, 李想, 費(fèi)健, 趙言正 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)