專利名稱：攀爬行走雙模式仿生貓爪機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械仿生領(lǐng)域，涉及是一種仿生貓爪機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在機(jī)器人領(lǐng)域，如何使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)爬壁一直是科研人員研究的問題，哈工大所研發(fā)的鉤爪式爬壁機(jī)器人就可以成功的實(shí)現(xiàn)這一目的。但其該機(jī)器人只針對于爬壁，四條腿均在身體前方，無法順利實(shí)現(xiàn)行走功能，且其鉤爪的工作方式為仿美國Rise機(jī)器人的手術(shù)針插入式，與真正的以勾爪實(shí)現(xiàn)攀爬仍有一定不同。同時，對于采取勾爪式爬壁的機(jī)器人， 在行走是若仍然采取勾爪著地的行走方式，則極易造成鉤爪的不必要磨損，從而減少機(jī)器人的使用壽命。同時由于其勾爪本身具有的特性，若勾爪無法收起，在野外場地行走時極易勾住野草等障礙物，從而造成機(jī)器人控制的不穩(wěn)定性，影響機(jī)器人的使用。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)無法同時實(shí)現(xiàn)粗糙面攀爬與穩(wěn)定行走的不足，本發(fā)明提供一種雙模式攀爬行走仿生貓爪機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可成功模擬貓科動物的足部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在粗糙表面攀爬與穩(wěn)定行走兩種活動的模式轉(zhuǎn)換，即貓科動物所特有的爪部收起穩(wěn)定行走模式與爪部伸出用力并能有效適應(yīng)極其粗糙的攀爬工作環(huán)境的攀爬模式。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括掌骨、第一指節(jié)骨、第二指節(jié)骨和第三指節(jié)骨，所述掌骨作為貓爪機(jī)構(gòu)的機(jī)架，在貓爪行進(jìn)方向的前端分叉，掌骨底部安裝有橡膠材質(zhì)的緩沖墊；第三指節(jié)骨一端鉸接貓爪掌骨的前端分叉，另一端鉸接第二指節(jié)骨的一端，第二指節(jié)骨另一端鉸接第一指節(jié)骨，第一指節(jié)骨前端為勾爪，動力裝置通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第三指節(jié)骨、第二指節(jié)骨和第一指節(jié)骨向下彎曲或向上伸展。所述的掌骨在貓爪行進(jìn)方向的前端分為四叉。所述的第三指節(jié)骨形狀為長方槽，可視為與機(jī)架相連的連桿A機(jī)構(gòu)，第二指節(jié)骨形狀為長方槽，可視為與上一連桿A相連的連桿B機(jī)構(gòu)，第一指節(jié)骨含仿生指甲，即鉤爪，形狀為彎曲的四棱錐槽，可視為與上一連桿B相連的連桿C機(jī)構(gòu)。所述的掌骨上固連有電機(jī)，電機(jī)輸出軸固連蝸桿，蝸輪固連第三指節(jié)骨和第二指節(jié)骨之間的鉸接桿，電機(jī)通過蝸桿帶動渦輪實(shí)現(xiàn)第一指節(jié)骨的收放；第三指節(jié)骨上固連有電機(jī)，電機(jī)輸出軸固連蝸桿，蝸輪固連第二指節(jié)骨和第一指節(jié)骨之間的鉸接桿，電機(jī)通過蝸桿帶動渦輪實(shí)現(xiàn)第一指節(jié)骨的收放；第一指節(jié)骨與第二指節(jié)骨之間為球形關(guān)節(jié)連接，電機(jī)與第二指節(jié)骨固連，驅(qū)動兩個繞線盤，兩根柔索的一頭分別與仿生第一指節(jié)骨的上下端連接，另一頭以相反方向纏繞于繞線盤上(此處以兩根柔索模仿控制貓爪收放的兩根肌肉)。 電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)時第一指節(jié)骨上端柔索放松，下端柔索收緊，向下拉動第一指節(jié)骨，從而實(shí)現(xiàn)貓爪伸出的攀爬模式；電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)時第一指節(jié)骨上端柔索收緊，下端柔索放松，向上拉動第一指節(jié)骨，從而實(shí)現(xiàn)貓爪收起的行走模式。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，并可成功模擬貓科動物的足部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在粗糙表面攀爬與穩(wěn)定行走兩種活動的模式轉(zhuǎn)換，即貓科動物所特有的爪部收起穩(wěn)定行走模式與爪部伸出用力并能有效適應(yīng)極其粗糙的攀爬工作環(huán)境的攀爬模式，適用于需要雙模式攀爬行走仿生貓爪機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器人，可用于日常生活等多種方面。

圖1是前掌骨仿生框架的結(jié)構(gòu)示意上視圖。圖2是前掌骨仿生框架的結(jié)構(gòu)示意側(cè)視圖。圖3是后掌骨仿生框架的結(jié)構(gòu)示意側(cè)視圖。圖4是后掌骨仿生框架的結(jié)構(gòu)示意下視圖。圖5是完整指節(jié)骨的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是一個掌骨蝸輪蝸桿的傳動結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是柔索繞線盤的結(jié)構(gòu)示意側(cè)視圖。圖8是柔索繞線盤的結(jié)構(gòu)示意斜視圖。圖中，1.仿生掌骨(前)，2.仿生第三指節(jié)骨(前)，3.仿生第二指節(jié)骨(前)， 4.仿生第一指節(jié)骨(前)，5.仿生掌骨緩沖墊(前)，6.仿生掌骨緩沖墊A(后)，7.仿生掌骨緩沖墊B (后)，8.仿生掌骨(后)，9.仿生第三指節(jié)骨(后)，10.仿生第二指節(jié)骨(后)， 11.仿生第一指節(jié)骨(后)，12·動力Al，13.動力輸入蝸桿Bi，14.蝸輪Cl及軸D1，15.動力Α2，16·動力輸入蝸桿Β2，17.蝸輪C2及軸D2，18.動力A3，19.柔索繞線盤E1，20.柔索固定桿，21.柔索繞線盤E2，22柔索Fl，23柔索F2。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明一種雙模式攀爬行走仿生貓爪機(jī)構(gòu)，包括貓掌骨仿生框架(分前后掌，其形狀為貓腳掌骨狀，前分四叉，為貓的四指根基，可看作機(jī)架)，仿生緩沖墊(兩組，橡膠質(zhì)地，形狀與貓腳掌骨相似，并與之貼合)，仿生第三指節(jié)骨(形狀為長方槽，內(nèi)裝傳動機(jī)構(gòu)與動力機(jī)構(gòu)，連于貓掌骨仿生框架上，可視為與機(jī)架相連的連桿A機(jī)構(gòu))，仿生第二指節(jié)骨(形狀為長方槽，內(nèi)裝傳動機(jī)構(gòu)與動力機(jī)構(gòu)，連于仿生第三指節(jié)骨上，可視為與上一連桿A相連的連桿B機(jī)構(gòu))，仿生第一指節(jié)骨(含仿生指甲，即鉤爪，形狀為彎曲的四棱錐槽，內(nèi)裝傳動機(jī)構(gòu)與動力機(jī)構(gòu)，連于仿生第二指節(jié)骨上，可視為與上一連桿B相連的連桿C機(jī)構(gòu))，蝸輪蝸桿傳動裝置，電機(jī)和柔索。仿生第三指節(jié)骨連接于貓掌骨仿生框架上，電機(jī)與蝸桿固連于仿生框架上，蝸輪與仿生第三指節(jié)骨固連，并以電機(jī)帶動蝸桿，蝸桿帶動蝸輪實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的收放。仿生第二指節(jié)骨連接于仿生第三指節(jié)骨上，電機(jī)與蝸桿固連于仿生第三指節(jié)骨，蝸輪與仿生第二指節(jié)骨固連，并以電機(jī)帶動蝸桿，蝸桿帶動蝸輪實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的收放。仿生第一指節(jié)骨連接于仿生第二指節(jié)骨上，且二者之間為球形關(guān)節(jié)連接，電機(jī)與仿生第二指節(jié)骨固連，在電機(jī)兩旁各有一個繞線盤，兩根柔索的一頭分別與仿生第一指節(jié)骨的上下端連接，另一頭以相反方向纏繞于繞線機(jī)上(此處一兩根柔索模仿控制貓爪收放的兩根肌肉)。電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)時仿生第一指節(jié)骨上端柔索放松，下端柔索收緊，向下拉動仿生第一指節(jié)骨，從而實(shí)現(xiàn)貓爪伸出的攀爬模式；電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)時仿生第一指節(jié)骨上端柔索收緊，下端柔索放松，向上拉動仿生第一指節(jié)骨，從而實(shí)現(xiàn)貓爪收起的行走模式。一只仿生貓掌共與四個完整指節(jié)骨相連接。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。本發(fā)明包括仿生掌骨(前)1，仿生第三指節(jié)骨(前)2，仿生第二指節(jié)骨(前)3，仿生第一指節(jié)骨(前)4，仿生掌骨緩沖墊(前)5，仿生掌骨緩沖墊A(后)6，仿生掌骨緩沖墊 B(后)7，仿生掌骨(后)8，仿生第三指節(jié)骨(后)9，仿生第二指節(jié)骨(后)10，仿生第一指節(jié)骨(后)11，動力Al 12，動力輸入蝸桿Bl 13，蝸輪Cl及軸Dl 14，動力A2 15，動力輸入蝸桿B2 16，蝸輪Cl及軸Dl 17，動力A3 18，柔索繞線盤El 19，柔索固定桿20，柔索繞線盤 E2 21。實(shí)施例一仿生掌骨(前)1下安裝仿生掌骨緩沖墊(前)5。有其中仿生第三指節(jié)骨(前)2連接于仿生掌骨(前)1上，動力Al 12與動力輸入蝸桿Bl 13固連于仿生掌骨(前)上，蝸輪與仿生第三指節(jié)骨(前)2固連，并以動力Al 12帶動動力輸入蝸桿Bl 13，動力輸入蝸桿Bl 13帶動蝸輪Cl及軸Dl 14實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的收放。仿生第二指節(jié)骨(前)3連接于仿生第三指節(jié)骨(前)2，動力A2 15與動力輸入蝸桿B2 16固連于仿生第三指節(jié)骨(前)2，蝸輪C2及軸D2 17與第二指節(jié)骨固連，并以動力 A3 18帶動蝸桿B2 16，動力輸入蝸桿B2 16帶動蝸輪C2及軸D2 17實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的收放。仿生第一指節(jié)骨(前)4連接于仿生第二指節(jié)骨(前)3上，動力A3 18與仿生第二指節(jié)骨(前)3固連，在動力A3 18兩旁各有一個柔索繞線盤El 19，柔索繞線盤E2 21，兩根柔索，即柔索Fl 22與柔索F2 23的一頭分別與仿生第一指節(jié)骨(前)4的柔索固定桿20 連接，另一頭以相反方向纏繞于一個柔索繞線盤El 19，柔索繞線盤E2 21上。動力A3 18 順時針旋轉(zhuǎn)時仿生第一指節(jié)骨(前)4上端柔索Fl 22放松，下端柔索F2 23收緊，向下拉動仿生第一指節(jié)骨，從而實(shí)現(xiàn)鉤爪伸出的攀爬模式 ’動力A3 18逆時針旋轉(zhuǎn)時仿生第一指節(jié)骨(前)4上端柔索Fl 22收緊，下端柔索F2 23放松，向上拉動仿生第一指節(jié)骨(前)， 從而實(shí)現(xiàn)鉤爪收起的行走模式。實(shí)施例二仿生掌骨(后)8下安裝仿生掌骨緩沖墊A (后)6，仿生掌骨緩沖墊B (后)7。其中仿生第三指節(jié)骨(后)9連接于仿生掌骨(后)8上，動力Al 12與動力輸入蝸桿Bl 13固連于仿生掌骨(后)8上，蝸輪與仿生第三指節(jié)骨(后)9固連，并以動力Al 12 帶動動力輸入蝸桿Bl 13，動力輸入蝸桿Bl 13帶動蝸輪Cl及軸Dl 14實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的收放。仿生第二指節(jié)骨(后)10連接于仿生第三指節(jié)骨(后)9，動力A2 15與動力輸入蝸桿B2 16固連于仿生第三指節(jié)骨(后)9，蝸輪C2及軸D2 17與第二指節(jié)骨固連，并以動力A3 18帶動蝸桿B2 16，動力輸入蝸桿B2 16帶動蝸輪C2及軸D2 17實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的收放。仿生第一指節(jié)骨(后)11連接于仿生第二指節(jié)骨(后)10上，動力A3 18與仿生第二指節(jié)骨(后)10固連，在動力A3 18兩旁各有一個柔索繞線盤El 19，柔索繞線盤E2 21，兩根柔索，即柔索Fl 22與柔索F2 23的一頭分別與仿生第一指節(jié)骨(后)11的柔索固定桿20連接，另一頭以相反方向纏繞于一個柔索繞線盤El 19，柔索繞線盤E2 21上。動力A3 18順時針旋轉(zhuǎn)時仿生第一指節(jié)骨(后)11上端柔索Fl 22放松，下端柔索F2 23收緊，向下拉動仿生第一指節(jié)骨，從而實(shí)現(xiàn)鉤爪伸出的攀爬模式 ’動力A3 18逆時針旋轉(zhuǎn)時仿生第一指節(jié)骨(后)11上端柔索Fl 22收緊，下端柔索F223放松，向上拉動仿生第一指節(jié)
5骨(后)11，從而實(shí)現(xiàn)鉤爪收起的行走模式。
權(quán)利要求1.一種攀爬行走雙模式仿生貓爪機(jī)構(gòu)，包括掌骨、第一指節(jié)骨、第二指節(jié)骨和第三指節(jié)骨，其特征在于所述掌骨作為貓爪機(jī)構(gòu)的機(jī)架，在貓爪行進(jìn)方向的前端分叉，掌骨底部安裝有橡膠材質(zhì)的緩沖墊；第三指節(jié)骨一端鉸接貓爪掌骨的前端分叉，另一端鉸接第二指節(jié)骨的一端，第二指節(jié)骨另一端鉸接第一指節(jié)骨，第一指節(jié)骨前端為勾爪，動力裝置通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第三指節(jié)骨、第二指節(jié)骨和第一指節(jié)骨向下彎曲或向上伸展。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攀爬行走雙模式仿生貓爪機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的掌骨在貓爪行進(jìn)方向的前端分為四叉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攀爬行走雙模式仿生貓爪機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的掌骨上固連有電機(jī)，電機(jī)輸出軸固連蝸桿，蝸輪固連第三指節(jié)骨和第二指節(jié)骨之間的鉸接桿，電機(jī)通過蝸桿帶動渦輪實(shí)現(xiàn)第一指節(jié)骨的收放；第三指節(jié)骨上固連有電機(jī)，電機(jī)輸出軸固連蝸桿，蝸輪固連第二指節(jié)骨和第一指節(jié)骨之間的鉸接桿，電機(jī)通過蝸桿帶動渦輪實(shí)現(xiàn)第一指節(jié)骨的收放；第一指節(jié)骨與第二指節(jié)骨之間為球形關(guān)節(jié)連接，電機(jī)與第二指節(jié)骨固連，驅(qū)動兩個繞線盤，兩根柔索的一頭分別與仿生第一指節(jié)骨的上下端連接，另一頭以相反方向纏繞于繞線盤上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種攀爬行走雙模式仿生貓爪機(jī)構(gòu)，包括掌骨和三個指節(jié)骨，掌骨作為貓爪機(jī)構(gòu)的機(jī)架，在貓爪行進(jìn)方向的前端分叉，掌骨底部安裝有橡膠材質(zhì)的緩沖墊；第三指節(jié)骨一端鉸接貓爪的前端分叉，另一端鉸接第二指節(jié)骨的一端，第二指節(jié)骨另一端鉸接第一指節(jié)骨，第一指節(jié)骨前端為勾爪，動力裝置通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第三指節(jié)骨、第二指節(jié)骨和第一指節(jié)骨向下彎曲或向上伸展。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)在粗糙表面攀爬與穩(wěn)定行走兩種活動的模式轉(zhuǎn)換。
文檔編號B25J15/10GK202185918SQ201120173209
公開日2012年4月11日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者于薇薇, 馮華山, 王潤孝, 王禹熙, 秦現(xiàn)生, 譚小群 申請人:西北工業(yè)大學(xué)