仿生機械恐龍的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種仿生機械恐龍，包括軀干部以及連接在所述軀干部上的頭頸部、尾部和四條機械腿，所述頭頸部和尾部上分別設有實現(xiàn)頸部和尾部全方位轉(zhuǎn)動的第一機械關(guān)節(jié)，每一條所述機械腿包括依次連接的髖關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)、小腿關(guān)節(jié)和足部減震裝置，所述小腿關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)分別包括用于改變小腿關(guān)節(jié)與大腿關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)以及機械腿與軀干部之間角度的第二機械關(guān)節(jié)、第三機械關(guān)節(jié)和第四機械關(guān)節(jié)，所述第一、第二、第三和第四機械關(guān)節(jié)均采用液壓缸驅(qū)動。本發(fā)明，各關(guān)節(jié)采用液壓缸驅(qū)動，具有高功率密度、高效的優(yōu)點。
【專利說明】仿生機械恐龍
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及四足機器人，具體涉及仿生機械恐龍。
【背景技術(shù)】
[0002]機器人技術(shù)是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一門高新技術(shù)，它綜合了機械、微電子與計算機、自動控制、傳感器與信息處理以及人工智能等多學科的最新研究成果，是機電一體化技術(shù)的典型載體。大型四足仿生機械恐龍是四足步行機器人的一種重要應用，廣泛應用于娛樂、影視等領域。
[0003]大型四足仿生機械恐龍的基本要求是要具備與實際恐龍關(guān)節(jié)一致的腿部關(guān)節(jié)，能夠靈活的實現(xiàn)邁腿動作；同時脖子、尾巴和嘴巴都可實現(xiàn)自由的運動。因此，實現(xiàn)上述功能的大型四足仿生機械恐龍實際上是一個多變量、強耦合、非線性和時變的復雜動力學系統(tǒng)。
[0004]眾所周知，行走穩(wěn)定性是四足機器人研制的難點和核心，穩(wěn)定性決定了四足機器人研制的成敗。目前，雖然可以通過安裝各類傳感設備，例如陀螺儀、傾角計、重心傳感器等提高步態(tài)穩(wěn)定性，但是還沒有達到理想的效果。對于真實的恐龍，由于頭尾部的重量較大，在行走過程中，重心的調(diào)整不僅靠四肢的配合實現(xiàn)，同時，軀體的左、右傾斜和搖頭、擺尾的相互配合也起著非常重要的作用，因此，對于大型四足仿生機械恐龍而言，機械結(jié)構(gòu)的設計至關(guān)重要，尤其是腿部關(guān)節(jié)和頭頸部、尾部關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)。
[0005]當前四足機器人均沒有考慮到頭尾部重量對行走穩(wěn)定性的影響，其機械結(jié)構(gòu)普遍存在以下一些缺陷:
[0006](I)腿部結(jié)構(gòu)笨重且穩(wěn)定性差?，F(xiàn)有的機械關(guān)節(jié)一般采用箱式結(jié)構(gòu)，重量較大，因此常選用大功率驅(qū)動電機，自重較重、成本較高；
[0007]由于大型四足仿生機械恐龍的整體重量較大，因此，腿部結(jié)構(gòu)中的機械關(guān)節(jié)多采用齒輪傳動以提高驅(qū)動力。但是，齒輪傳動不具有自鎖性，在運動過程中，容易出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)等不穩(wěn)定因素。
[0008](2)頭頸部和尾部一般采用電機驅(qū)動，這種方式其機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，關(guān)節(jié)多，在運動過程中仿生機械恐龍頭頸部和尾部的受力變化情況非常復雜，從而導致其行走時穩(wěn)定性很差，難以操控。
[0009](3)整體結(jié)構(gòu)一般采用電機驅(qū)動。但是電機驅(qū)動方式普遍存在轉(zhuǎn)速較高，減速困難；轉(zhuǎn)矩較小，因此大推力時需要花費的成本相應的也會偏高。
[0010]有鑒于此，需要對大型四足仿生機械恐龍的機械結(jié)構(gòu)及驅(qū)動動力進行優(yōu)化設計，使其具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，動態(tài)響應速度快的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)多種復雜的動作，并且方便進行重心調(diào)整，從而提高大型四足仿生機械恐龍的行走穩(wěn)定性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011 ] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決如何簡化大型四足仿生機械恐龍的機械結(jié)構(gòu)，提高行走穩(wěn)定性的問題。[0012]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種仿生機械恐龍，包括軀干部以及連接在所述軀干部上的頭頸部、尾部和四條機械腿，所述頭頸部和尾部上分別設有實現(xiàn)頸部和尾部全方位轉(zhuǎn)動的第一機械關(guān)節(jié)，每一條所述機械腿包括依次連接的髖關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)、小腿關(guān)節(jié)和足部減震裝置，所述小腿關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)分別包括用于改變小腿關(guān)節(jié)與大腿關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)以及機械腿與軀干部之間角度的第二機械關(guān)節(jié)、第三機械關(guān)節(jié)和第四機械關(guān)節(jié)，且小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線與大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線平行，大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線與髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線垂直，所述第一、第二、第三和第四機械關(guān)節(jié)均采用液壓缸驅(qū)動。
[0013]在上述方案中，所述第一機械關(guān)節(jié)包括頸部第一連接件、頸部第一液壓缸、頸部第二液壓缸和用于連接嘴巴或加長尾桿的頸部連桿，所述頸部第一液壓缸的缸體尾部和所述頸部連桿的一端分別與所述頸部第一連接件的一端鉸接，所述頸部第一液壓缸的活塞端與所述頸部連桿的另一端鉸接，所述頸部第二液壓缸的活塞端鉸接于所述頸部第一連接件的側(cè)壁上。
[0014]在上述方案中，所述第一機械關(guān)節(jié)還包括頸部第二連接件和頸部第三連接件，所述頸部第一連接件的另一端與所述頸部第二連接件固定，所述頸部第三連接件的一端鉸接于所述頸部第二連接件的一端，所述頸部第二連接件的另一端與所述頸部第二液壓缸的活塞立而絞接；
[0015]所述頭頸部或者所述尾部分別通過所述頸部第三連接件的自由端與所述頸部第二液壓缸的缸體尾部設置在所述軀干部的前端或者后端。
[0016]在上述方案中，所述頭頸部還包括實現(xiàn)嘴巴張合的第五機械關(guān)節(jié)，所述第五機械關(guān)節(jié)包括上顎部和下顎部，所述上顎部和所述下顎部呈水平設置的環(huán)形，從上到下依次穿裝于所述頸部連桿的自由端，嘴部液壓缸的缸體尾部與所述頸部連桿的側(cè)壁鉸接，所述嘴部液壓缸的活塞端與嘴部連接件的一端鉸接，所述下顎部與嘴部連接件的另一端穿裝固定
在一起。
[0017]在上述方案中，所述足部減震裝置通過小腿連接件設置在所述小腿關(guān)節(jié)的下端，所述足部減震裝置包括設置在所述小腿連接件上的彈簧支撐件，帶有連接桿的一體式腳掌插裝在所述彈簧支撐件的自由端，并通過限位螺母固定；一彈簧套裝在所述一體式腳掌的連接桿上，其一端抵至半球形腳掌部位，另一端套裝在所述彈簧支撐件上，且所述彈簧支撐件的外表面上設有用于調(diào)節(jié)所述彈簧松緊程度的預緊力調(diào)節(jié)螺母。
[0018]在上述方案中，所述第二機械關(guān)節(jié)包括:
[0019]小腿關(guān)節(jié)第一支架，為由直桿部和彎折部組成的折線形桿件，所述直桿部與所述彎折部的交匯處設有所述小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸，所述彎折部的自由端設有小腿關(guān)節(jié)第一銷軸；
[0020]小腿關(guān)節(jié)第二支架，呈直桿狀，下端通過所述小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與所述小腿關(guān)節(jié)第一支架鉸接連接，上部設有小腿關(guān)節(jié)第二銷軸；
[0021]小腿關(guān)節(jié)液壓缸，活塞端通過所述小腿關(guān)節(jié)第一銷軸與所述彎折部的自由端鉸接連接，缸體尾部通過所述小腿關(guān)節(jié)第二銷軸與所述小腿關(guān)節(jié)第二支架鉸接連接。
[0022]在上述方案中，所述第三機械關(guān)節(jié)包括:
[0023]大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸，所述小腿關(guān)節(jié)第二支架的兩端分別設有大腿關(guān)節(jié)第一、第二連接座，所述大腿關(guān)節(jié)第一、第二連接座的側(cè)壁上設有大腿關(guān)節(jié)第一、第二貫穿通孔，所述大腿關(guān)節(jié)第一、第二貫穿通孔的軸線相互平行，所述小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸穿裝在所述大腿關(guān)節(jié)第一貫穿通孔內(nèi)與所述小腿關(guān)節(jié)第一支架鉸接連接，所述大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸穿裝在所述大腿關(guān)節(jié)第二貫穿通孔內(nèi)；
[0024]大腿關(guān)節(jié)液壓缸，缸體尾部與所述軀干部鉸接，活塞端通過大腿關(guān)節(jié)銷軸與所述小腿關(guān)節(jié)第二支架鉸接。
[0025]在上述方案中，所述第四機械關(guān)節(jié)包括:
[0026]髖關(guān)節(jié)支架，具有一個四棱柱狀的第一支架主體，所述第一支架主體的兩端分別設有髖關(guān)節(jié)第一、第二連接座，所述髖關(guān)節(jié)第一連接座和所述髖關(guān)節(jié)第二連接座上分別設有貫穿其側(cè)壁的髖關(guān)節(jié)第一、第二貫穿通孔，所述髖關(guān)節(jié)第一、第二貫穿通孔的軸線相互垂直；所述大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸穿裝在所述髖關(guān)節(jié)第一貫穿通孔內(nèi)與所述小腿關(guān)節(jié)第二支架鉸接連接，所述髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸穿裝在所述髖關(guān)節(jié)第二貫穿通孔內(nèi)與所述軀干部鉸接連接；
[0027]髖關(guān)節(jié)液壓缸，缸體尾部與所述軀干部鉸接，活塞端通過髖關(guān)節(jié)銷軸轉(zhuǎn)動設置在髖關(guān)節(jié)支架的下端。
[0028]在上述方案中，所述髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、所述大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸和所述小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸上分別對應設有用于感應其對應轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度的旋轉(zhuǎn)電位器。
[0029]在上述方案中，所述軀干部包括構(gòu)成軀干外形的軀干支架，所述軀干支架采用三角形桁架，所述三角形桁架包括三條水平方向的支撐縱梁以及若干個沿仿生機械恐龍前后方向且通過所述支撐縱梁依次連接的三角形支架，所述三角形支架為等腰三角形支架。
[0030]大型四足仿生機械恐龍具有體積大、重量大且分散的特點，因此，本發(fā)明采用的軀干部的設計，既滿足了強度要求，而且結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。
[0031]總而言之，本發(fā)明提供的仿生機械恐龍具有以下突出的優(yōu)點:
[0032](I)在腿部結(jié)構(gòu)中，通過足部減震裝置、小腿關(guān)節(jié)和大腿關(guān)節(jié)相互配合實現(xiàn)機器人機體的前后和上下平穩(wěn)運動，通過足部減震裝置和髖關(guān)節(jié)相互作用實現(xiàn)機器人機體的左右平穩(wěn)運動。
[0033](2)頸部以及尾部都可以全方位的轉(zhuǎn)動，從而有利于輔助提高行走的穩(wěn)定性。
[0034](3)軀干部的設計采用三角桁架結(jié)構(gòu)，在保證仿生機械恐龍本身穩(wěn)定性的同時又減輕的重量，提高了材料利用率。
[0035](4)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。機械腿利用板式結(jié)構(gòu)取代箱式結(jié)構(gòu)，大大降低了整體重量。
[0036](5)各關(guān)節(jié)采用液壓缸驅(qū)動，具有高功率密度、高效的優(yōu)點。同時，液壓缸本身還具有體積小、重量輕、能夠?qū)崿F(xiàn)無極調(diào)速、以及換向容易的優(yōu)點，另外對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使其關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，便于操控，從而大大增強了仿生機械恐龍運動過程中的穩(wěn)定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明中仿生機械恐龍立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為本發(fā)明中第一機械關(guān)節(jié)立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖3為本發(fā)明中頭頸部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖4為本發(fā)明中尾部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖5為本發(fā)明中足部減震裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖6為本發(fā)明中圖5的分解示意圖；[0043]圖7為本發(fā)明中腿部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖8為本發(fā)明中小腿關(guān)節(jié)第一支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖9為本發(fā)明中髖關(guān)節(jié)支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖10為本發(fā)明中小腿關(guān)節(jié)第二支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖11為本發(fā)明中軀干部的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作出詳細的說明。
[0049]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種仿生機械恐龍，包括軀干部100以及連接在軀干部100上的頭頸部200、尾部300和四條機械腿400，頭頸部200和尾部300上分別設有實現(xiàn)頸部和尾部全方位轉(zhuǎn)動的第一機械關(guān)節(jié)1，每一條機械腿400包括依次連接的髖關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)、小腿關(guān)節(jié)和足部減震裝置6，小腿關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)分別包括用于改變小腿關(guān)節(jié)與大腿關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)以及機械腿與軀干部之間角度的第二機械關(guān)節(jié)2、第三機械關(guān)節(jié)3和第四機械關(guān)節(jié)4，且小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線與大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線平行，大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線與髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線垂直。第一、第二、第三和第四機械關(guān)節(jié)均采用液壓缸驅(qū)動。這種液壓缸驅(qū)動方式具有高功率密度、高效的優(yōu)點。
[0050]結(jié)合圖2、圖4所示，第一機械關(guān)節(jié)I包括頸部第一連接件11、頸部第一液壓缸12、頸部第二液壓缸13和用于連接嘴巴或加長尾桿的頸部連桿14，頸部第一液壓缸12的缸體尾部和頸部連桿14的一端分別與頸部第一連接件11的一端鉸接，頸部第一液壓缸12的活塞端與頸部連桿14的另一端鉸接，頸部第二液壓缸13的活塞端鉸接于頸部第一連接件11的側(cè)壁上。
[0051 ] 第一機械關(guān)節(jié)I還包括頸部第二連接件15和頸部第三連接件16，頸部第一連接件11的另一端與頸部第二連接件15固定，頸部第三連接件16的一端鉸接于頸部第二連接件15的一端，頸部第二連接件15的另一端與頸部第二液壓缸13的活塞端鉸接；
[0052]頭頸部200或者尾部300分別通過頸部第三連接件16的自由端與頸部第二液壓缸13的缸體尾部設置在軀干部100的前端或者后端。
[0053]結(jié)合圖3所示，頭頸部200還包括實現(xiàn)嘴巴張合的第五機械關(guān)節(jié)5，第五機械關(guān)節(jié)5包括上顎部51和下顎部52，上顎部51和下顎部52呈水平設置的環(huán)形，從上到下依次穿裝于頸部連桿14的自由端，嘴部液壓缸53的缸體尾部與頸部連桿14的側(cè)壁鉸接，嘴部液壓缸53的活塞端與嘴部連接件54的一端鉸接，下顎部52與嘴部連接件54的另一端穿裝
固定在一起。
[0054]如圖5至圖6所示，足部減震裝置6通過小腿連接件61設置在小腿關(guān)節(jié)的下端，足部減震裝置6包括設置在小腿連接件61上的彈簧支撐件62，帶有連接桿63的一體式腳掌64插裝在彈簧支撐件62的自由端，并通過限位螺母65固定；一彈簧66套裝在一體式腳掌64的連接桿63上，其一端抵至半球形腳掌部位，另一端套裝在彈簧支撐件62上，且彈簧支撐件62的外表面上設有用于調(diào)節(jié)彈簧松緊程度的預緊力調(diào)節(jié)螺母67。彈簧支撐件62通過卡裝或者螺紋連接的方式設置在小腿連接件61上。
[0055]如圖7至圖8所示，第二機械關(guān)節(jié)2包括:
[0056]小腿關(guān)節(jié)第一支架21，為由直桿部和彎折部組成的折線形桿件，直桿部與彎折部的交匯處設有小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸22，彎折部的自由端設有小腿關(guān)節(jié)第一銷軸23 ；
[0057]小腿關(guān)節(jié)第二支架24，呈直桿狀，下端通過小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸22與小腿關(guān)節(jié)第一支架21鉸接連接，上部設有小腿關(guān)節(jié)第二銷軸25 ；
[0058]小腿關(guān)節(jié)液壓缸26，活塞端通過小腿關(guān)節(jié)第一銷軸23與彎折部的自由端鉸接連接，缸體尾部通過小腿關(guān)節(jié)第二銷軸25與小腿關(guān)節(jié)第二支架24鉸接連接。通過小腿關(guān)節(jié)的小腿關(guān)節(jié)液壓缸26的伸長與收縮實現(xiàn)小腿關(guān)節(jié)的前后上下平穩(wěn)運動。
[0059]結(jié)合圖10所示，第三機械關(guān)節(jié)3包括:
[0060]大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸31，小腿關(guān)節(jié)第二支架24的兩端分別設有大腿關(guān)節(jié)第一、第二連接座32、33，大腿關(guān)節(jié)第一、第二連接座32、33的側(cè)壁上設有大腿關(guān)節(jié)第一、第二貫穿通孔34、35，大腿關(guān)節(jié)第一、第二貫穿通孔34、35的軸線相互平行，小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸22穿裝在大腿關(guān)節(jié)第一貫穿通孔34內(nèi)與小腿關(guān)節(jié)第一支架21鉸接連接，大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸31穿裝在大腿關(guān)節(jié)第二貫穿通孔35內(nèi)；
[0061]大腿關(guān)節(jié)液壓缸36，缸體尾部與軀干部100鉸接，活塞端通過大腿關(guān)節(jié)銷軸37與小腿關(guān)節(jié)第二支架24鉸接。通過大腿關(guān)節(jié)的大腿關(guān)節(jié)液壓缸36的伸長與收縮實現(xiàn)大腿關(guān)節(jié)的前后上下平穩(wěn)運動。
[0062]結(jié)合圖9所示，第四機械關(guān)節(jié)4包括:
[0063]髖關(guān)節(jié)支架41，具有一個四棱柱狀的第一支架主體，第一支架主體的側(cè)壁上分別設有貫通的矩形通孔42。既滿足了使用要求，又可以大大減輕髖關(guān)節(jié)的重量。第一支架主體的兩端分別設有髖關(guān)節(jié)第一、第二連接座43、44，髖關(guān)節(jié)第一連接座43和髖關(guān)節(jié)第二連接座44上分別設有貫穿其側(cè)壁的髖關(guān)節(jié)第一、第二貫穿通孔45、46，髖關(guān)節(jié)第一、第二貫穿通孔45、46的軸線相互垂直；大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸31穿裝在髖關(guān)節(jié)第一貫穿通孔45內(nèi)與小腿關(guān)節(jié)第二支架24鉸接連接，髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸47穿裝在髖關(guān)節(jié)第二貫穿通孔46內(nèi)與軀干部100鉸接連接；
[0064]髖關(guān)節(jié)液壓缸48，缸體尾部與軀干部100鉸接，活塞端通過髖關(guān)節(jié)銷軸轉(zhuǎn)動設置在髖關(guān)節(jié)支架的下端。通過髖關(guān)節(jié)的髖關(guān)節(jié)液壓缸48的伸長與收縮實現(xiàn)髖關(guān)節(jié)的左右平穩(wěn)運動。
[0065]髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸47、大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸31和小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸22上分別對應設有用于感應其對應轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度的旋轉(zhuǎn)電位器。
[0066]如圖11所示，軀干部100包括構(gòu)成軀干外形的軀干支架，軀干支架采用三角形桁架，三角形桁架包括三條水平方向的支撐縱梁1001以及若干個沿仿生機械恐龍前后方向且通過支撐縱梁1001依次連接的三角形支架1002，三角形支架1002為等腰三角形支架。
[0067]在仿生機械恐龍的腿部結(jié)構(gòu)中，小腿部分一般是比較長的，故而采用本裝置中小腿關(guān)節(jié)第一支架的折線形設計，這樣，可以將小腿關(guān)節(jié)液壓缸活塞端直接連接在小腿關(guān)節(jié)第一支架靠近小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的端部位置，使得小腿關(guān)節(jié)在活動過程中小腿關(guān)節(jié)液壓缸伸長、收縮的尺寸較小，降低了液壓缸的成本，而且也提供了更大的驅(qū)動力矩。
[0068]仿生機械恐龍的腿部結(jié)構(gòu)(仿生機械恐龍的機械腿)，采用了開鏈式機構(gòu)，具有三個自由度，關(guān)節(jié)驅(qū)動方式為液壓驅(qū)動，由于液壓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，因此在液壓缸上不再需要減速機構(gòu)。液壓系統(tǒng)在驅(qū)動關(guān)節(jié)運動時，液壓缸相當于動物關(guān)節(jié)上的肌肉組織，通過液壓缸拉伸與收縮(相當于肌肉的張緊與放松)來驅(qū)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。采用這種驅(qū)動方式，體積小、重量輕，還可以實現(xiàn)無極調(diào)速；同時在行走時換向也比較容易。在腿部結(jié)構(gòu)中，液壓缸與兩個相對運動的零件相連，使得液壓缸與兩個運動部件(例如小腿關(guān)節(jié)第一支架和小腿關(guān)節(jié)第二支架)形成一個三角形，通過液壓缸的伸長與收縮實現(xiàn)兩個相對運動部件繞著他們的轉(zhuǎn)軸中心相對運動。
[0069]腿部結(jié)構(gòu)中，因其足底會與地面產(chǎn)生撞擊，從而對整個機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊，為減小沖擊，提高運動的可靠性和穩(wěn)定性，通過足部減震裝置實現(xiàn)減震功能；在此裝置中，將小腿連接件插入小腿關(guān)節(jié)第二支架下端，然后與小腿關(guān)節(jié)焊接連接。另外，對于足部減震裝置的設計要求是當仿生機械恐龍靜止時，腿部長度不發(fā)生變化，在此足部減震裝置中主要依靠其中的彈簧來吸收其沖擊力。
[0070]在頭頸部和尾部中采用液壓缸，用油缸代替電機驅(qū)動關(guān)節(jié)運動，同時對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使其關(guān)節(jié)少而結(jié)構(gòu)簡單，便于操控，從而大大增強了仿生機械恐龍運動過程中的穩(wěn)定性。
[0071]在空間內(nèi)建立X、Y 二相坐標系，通過頸部第一液壓缸活塞桿的伸縮，第一機械關(guān)節(jié)可實現(xiàn)X軸方向上的擺動，通過頸部第二液壓缸活塞桿的伸縮，第一機械關(guān)節(jié)可實現(xiàn)Y軸方向上的擺動。
[0072]包含有上述第一機械關(guān)節(jié)的仿生機械恐龍頭頸部結(jié)構(gòu)不僅能實現(xiàn)X、Y軸方向上的擺動，還可以通過嘴部液壓缸活塞桿的伸縮實現(xiàn)上、下顎的張開與閉合，同時因為優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，使其連接關(guān)節(jié)數(shù)量少且結(jié)構(gòu)簡單，并在一定程度上減輕了重量，從而使仿生機械恐龍運動的穩(wěn)定性更聞。
[0073]包含有上述第一機械關(guān)節(jié)的仿生機械恐龍尾部結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)上下左右方向上的擺動，比起電機驅(qū)動用油缸驅(qū)動的該仿生機械恐龍尾部結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)更少，結(jié)構(gòu)更簡單，重量也更輕，運動起來的穩(wěn)定性更好，操控起來更容易。
[0074]由于關(guān)節(jié)的運動是一個低速大扭矩的運動，因此在潤滑上采用滑動軸承加脂潤滑方式。仿生機械恐龍的結(jié)構(gòu)選擇密度小強度大的材料，如鋁合金、鎂鋁合金等。
[0075]在本發(fā)明中，液壓系統(tǒng)以液壓油作為工作介質(zhì)，電機或者內(nèi)燃機帶動液壓泵將常壓狀態(tài)的液壓油加壓成高壓油，然后高壓油推動液壓執(zhí)行元件(液壓缸)運動，油壓降低?；氐接拖?，液壓泵再將液壓油加壓，如此循環(huán)，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的連續(xù)工作。
[0076]本實施例中，軀干部的設計采用三角桁架結(jié)構(gòu)，在保證仿生機械恐龍本身穩(wěn)定性的同時又減輕的重量，提高了材料利用率。
[0077]大型四足仿生機械恐龍具有體積大、重量大且分散的特點，因此，本發(fā)明采用的軀干部的設計，既滿足了強度要求，而且結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。
[0078]總而言之，本發(fā)明提供的仿生機械恐龍具有以下突出的優(yōu)點:
[0079](I)在腿部結(jié)構(gòu)中，通過足部減震裝置、小腿關(guān)節(jié)和大腿關(guān)節(jié)相互配合實現(xiàn)機器人機體的前后和上下平穩(wěn)運動，通過足部減震裝置和髖關(guān)節(jié)相互作用實現(xiàn)機器人機體的左右平穩(wěn)運動。
[0080](2)頸部以及尾部都可以全方位的轉(zhuǎn)動，從而有利于提高行走的穩(wěn)定性。
[0081](3)軀干部的設計采用三角桁架結(jié)構(gòu)，在保證仿生機械恐龍本身穩(wěn)定性的同時又減輕的重量，提高了材料利用率。
[0082](4)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。機械腿利用板式結(jié)構(gòu)取代箱式結(jié)構(gòu)，大大降低了整體重量。[0083](5)各關(guān)節(jié)采用液壓缸驅(qū)動，具有高功率密度、高效的優(yōu)點。同時，液壓缸本身還具有體積小、重量輕、能夠?qū)崿F(xiàn)無極調(diào)速、以及換向容易的優(yōu)點，另外對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使其關(guān)節(jié)少而結(jié)構(gòu)簡單，便于操控，從而大大增強了仿生機械恐龍運動過程中的穩(wěn)定性。
[0084]本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.仿生機械恐龍，包括軀干部以及連接在所述軀干部上的頭頸部、尾部和四條機械腿，其特征在于，所述頭頸部和尾部上分別設有實現(xiàn)頸部和尾部全方位轉(zhuǎn)動的第一機械關(guān)節(jié)，每一條所述機械腿包括依次連接的髖關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)、小腿關(guān)節(jié)和足部減震裝置，所述小腿關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)分別包括用于改變小腿關(guān)節(jié)與大腿關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)以及機械腿與軀干部之間角度的第二機械關(guān)節(jié)、第三機械關(guān)節(jié)和第四機械關(guān)節(jié)，且小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線與大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線平行，大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線與髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線垂直，所述第一、第二、第三和第四機械關(guān)節(jié)均采用液壓缸驅(qū)動。
2.如權(quán)利要求1所述的仿生機械恐龍，其特征在于，所述第一機械關(guān)節(jié)包括頸部第一連接件、頸部第一液壓缸、頸部第二液壓缸和用于連接嘴巴或加長尾桿的頸部連桿，所述頸部第一液壓缸的缸體尾部和所述頸部連桿的一端分別與所述頸部第一連接件的一端鉸接，所述頸部第一液壓缸的活塞端與所述頸部連桿的另一端鉸接，所述頸部第二液壓缸的活塞端鉸接于所述頸部第一連接件的側(cè)壁上。
3.如權(quán)利要求2所述的仿生機械恐龍，其特征在于，所述第一機械關(guān)節(jié)還包括頸部第二連接件和頸部第三連接件，所述頸部第一連接件的另一端與所述頸部第二連接件固定，所述頸部第三連接件的一端鉸接于所述頸部第二連接件的一端，所述頸部第二連接件的另一端與所述頸 部第二液壓缸的活塞端鉸接； 所述頭頸部或者所述尾部分別通過所述頸部第三連接件的自由端與所述頸部第二液壓缸的缸體尾部設置在所述軀干部的前端或者后端。
4.如權(quán)利要求2所述的仿生機械恐龍，其特征在于，所述頭頸部還包括實現(xiàn)嘴巴張合的第五機械關(guān)節(jié)，所述第五機械關(guān)節(jié)包括上顎部和下顎部，所述上顎部和所述下顎部呈水平設置的環(huán)形，從上到下依次穿裝于所述頸部連桿的自由端，嘴部液壓缸的缸體尾部與所述頸部連桿的側(cè)壁鉸接，所述嘴部液壓缸的活塞端與嘴部連接件的一端鉸接，所述下顎部與嘴部連接件的另一端穿裝固定在一起。
5.如權(quán)利要求1所述的仿生機械恐龍，其特征在于，所述足部減震裝置通過小腿連接件設置在所述小腿關(guān)節(jié)的下端，所述足部減震裝置包括設置在所述小腿連接件上的彈簧支撐件，帶有連接桿的一體式腳掌插裝在所述彈簧支撐件的自由端，并通過限位螺母固定；一彈簧套裝在所述一體式腳掌的連接桿上，其一端抵至半球形腳掌部位，另一端套裝在所述彈簧支撐件上，且所述彈簧支撐件的外表面上設有用于調(diào)節(jié)所述彈簧松緊程度的預緊力調(diào)節(jié)螺母。
6.如權(quán)利要求1所述的仿生機械恐龍，其特征在于，所述第二機械關(guān)節(jié)包括: 小腿關(guān)節(jié)第一支架，為由直桿部和彎折部組成的折線形桿件，所述直桿部與所述彎折部的交匯處設有所述小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸，所述彎折部的自由端設有小腿關(guān)節(jié)第一銷軸； 小腿關(guān)節(jié)第二支架，呈直桿狀，下端通過所述小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與所述小腿關(guān)節(jié)第一支架鉸接連接，上部設有小腿關(guān)節(jié)第二銷軸； 小腿關(guān)節(jié)液壓缸，活塞端通過所述小腿關(guān)節(jié)第一銷軸與所述彎折部的自由端鉸接連接，缸體尾部通過所述小腿關(guān)節(jié)第二銷軸與所述小腿關(guān)節(jié)第二支架鉸接連接。
7.如權(quán)利要求1所述的仿生機械恐龍，其特征在于，所述第三機械關(guān)節(jié)包括: 大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸，所述小腿關(guān)節(jié)第二支架的兩端分別設有大腿關(guān)節(jié)第一、第二連接座，所述大腿關(guān)節(jié)第一、第二連接座的側(cè)壁上設有大腿關(guān)節(jié)第一、第二貫穿通孔，所述大腿關(guān)節(jié)第一、 第二貫穿通孔的軸線相互平行，所述小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸穿裝在所述大腿關(guān)節(jié)第一貫穿通孔內(nèi)與所述小腿關(guān)節(jié)第一支架鉸接連接，所述大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸穿裝在所述大腿關(guān)節(jié)第二貫穿通孔內(nèi)； 大腿關(guān)節(jié)液壓缸，缸體尾部與所述軀干部鉸接，活塞端通過大腿關(guān)節(jié)銷軸與所述小腿關(guān)節(jié)第二支架鉸接。
8.如權(quán)利要求1所述的仿生機械恐龍，其特征在于，所述第四機械關(guān)節(jié)包括: 髖關(guān)節(jié)支架，具有一個四棱柱狀的第一支架主體，所述第一支架主體的兩端分別設有髖關(guān)節(jié)第一、第二連接座，所述髖關(guān)節(jié)第一連接座和所述髖關(guān)節(jié)第二連接座上分別設有貫穿其側(cè)壁的髖關(guān)節(jié)第一、第二貫穿通孔，所述髖關(guān)節(jié)第一、第二貫穿通孔的軸線相互垂直；所述大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸穿裝在所述髖關(guān)節(jié)第一貫穿通孔內(nèi)與所述小腿關(guān)節(jié)第二支架鉸接連接，所述髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸穿裝在所述髖關(guān)節(jié)第二貫穿通孔內(nèi)與所述軀干部鉸接連接； 髖關(guān)節(jié)液壓缸，缸體尾部與所述軀干部鉸接，活塞端通過髖關(guān)節(jié)銷軸轉(zhuǎn)動設置在所述髖關(guān)節(jié)支架的下端。
9.如權(quán)利要求1所述的仿生機械恐龍，其特征在于，所述髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、所述大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸和所述小腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸上分別對應設有用于感應其對應轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度的旋轉(zhuǎn)電位器。
10.如權(quán)利要求1所述的仿生機械恐龍，其特征在于，所述軀干部包括構(gòu)成軀干外形的軀干支架，所述軀干支架采用三角形桁架，所述三角形桁架包括三條水平方向的支撐縱梁以及若干個沿仿生機械恐龍前后方向且通過所述支撐縱梁依次連接的三角形支架，所述三角形支架為等腰三角形支架。
【文檔編號】B62D57/032GK103963867SQ201410171216
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】韓曉建, 劉溢, 孫宇, 楊涌 申請人:中科宇博（北京）文化有限公司