一種多自由度仿生機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其涉及一種多自由度仿生機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)適用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人多個(gè)維度的自由旋轉(zhuǎn)，以及用來制作蜻蜓、鳥類的翅膀等仿生機(jī)器人的關(guān)鍵部位。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的多學(xué)科交叉的前沿性研究課題，近幾年來發(fā)展非常迅速。機(jī)器人可以完成一些如軍事偵查、高空拍攝、核污染區(qū)域標(biāo)本采樣等任務(wù)。特別是對(duì)于軍用領(lǐng)域的機(jī)器人要求其具有靈活性高、自由度大、整體尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊性好、質(zhì)量輕便的特點(diǎn)，這些要求對(duì)機(jī)器人的設(shè)計(jì)具有極大的挑戰(zhàn)。在機(jī)器人中多自由度機(jī)構(gòu)的研發(fā)將決定機(jī)器人的整體性能，而且是整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)中開發(fā)難度最大的，因此設(shè)計(jì)輕便、靈活的多自由度機(jī)構(gòu)非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種多自由度仿生機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能夠用來模擬動(dòng)物翅膀的運(yùn)動(dòng)，比如可以模擬蜻蜓翅膀的擺動(dòng)、鳥類翅膀的振動(dòng)，并且能夠提供的運(yùn)動(dòng)自由度比動(dòng)物本身所具有的自由度更多。該機(jī)構(gòu)是一種能夠多自由度旋轉(zhuǎn)、多幅度移動(dòng)、速度范圍可調(diào)的仿生機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能夠用于仿生機(jī)器人以及工業(yè)機(jī)械手。該發(fā)明具有極大的靈活性和自由性，在空中能夠360度的旋轉(zhuǎn)。同時(shí)該發(fā)明具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、方便等特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005]一種多自由度仿生機(jī)構(gòu)，為保證該機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要使用三個(gè)獨(dú)立的電機(jī)分別為:齒輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)和下?lián)u臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該裝置的結(jié)構(gòu)組成主要包括連接機(jī)構(gòu)本體和振動(dòng)翼，所述振動(dòng)翼與機(jī)構(gòu)本體的轉(zhuǎn)動(dòng)臂相連接，所述連接機(jī)構(gòu)本體包括齒輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、導(dǎo)軌、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、轉(zhuǎn)動(dòng)箱體和轉(zhuǎn)動(dòng)臂，所述從動(dòng)齒輪通過從動(dòng)齒輪直線軸承安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，所述主動(dòng)齒輪與齒輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，齒輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，所述從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪嚙合且由主動(dòng)齒輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)齒輪上焊接了四根導(dǎo)軌，四根導(dǎo)軌與轉(zhuǎn)動(dòng)箱體相連，所述轉(zhuǎn)動(dòng)臂為一邊為開口的框狀結(jié)構(gòu)，與轉(zhuǎn)動(dòng)臂的開口邊相鄰的兩支臂通過銷釘與轉(zhuǎn)動(dòng)箱體連接，當(dāng)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)箱體的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)臂也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)。主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的連續(xù)性轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)臂實(shí)現(xiàn)正負(fù)360度的旋轉(zhuǎn)進(jìn)而同步帶動(dòng)連接在轉(zhuǎn)動(dòng)臂上的振動(dòng)翼實(shí)現(xiàn)正負(fù)360度的旋轉(zhuǎn)；
[0006]所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接通過聯(lián)軸器相連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)同方向轉(zhuǎn)動(dòng)。與轉(zhuǎn)動(dòng)臂的開口邊相鄰的兩支臂之間設(shè)置有兩根彼此平行的擺動(dòng)限位銷，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的前端伸入兩個(gè)擺動(dòng)限位銷之間，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的前端在兩個(gè)擺動(dòng)限位銷之間擺動(dòng)，由于擺動(dòng)限位銷具有一定的曲率，能夠使轉(zhuǎn)動(dòng)臂形成一定幅度的前后擺動(dòng)。
[0007]所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的后端設(shè)有后端蓋、下?lián)u臂、拉桿和上搖臂，所述下?lián)u臂的一端與下?lián)u臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接，所述下?lián)u臂的另一端通過拉桿與上搖臂的一端連接，所述上搖臂的另一端與后端蓋連接，所述下?lián)u臂、拉桿、上搖臂與后端蓋之間形成一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)，所述上搖臂上還連接有一導(dǎo)向軸，所述后端蓋前方的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有移動(dòng)盤，所述導(dǎo)向軸的另一端的端面與移動(dòng)盤之間通過面面接觸相連接，移動(dòng)盤與導(dǎo)向軸面接觸的區(qū)域面是一個(gè)斜面，當(dāng)下?lián)u臂在下?lián)u臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的帶動(dòng)下開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上搖臂與下?lián)u臂同步轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)上搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與上搖臂連接的導(dǎo)向軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)下?lián)u臂由下往上運(yùn)動(dòng)時(shí)推動(dòng)移動(dòng)盤開始向遠(yuǎn)離后端蓋的方向移動(dòng)，；當(dāng)下?lián)u臂由上往下運(yùn)動(dòng)時(shí)移動(dòng)盤受到壓力彈簧的作用開始向靠近后端蓋的方向移動(dòng)；
[0008]所述移動(dòng)盤與后端直線軸承連接在一起，后端直線軸承與移動(dòng)盤一起向同方向移動(dòng)，后端直線軸承與推力軸套相連接，推力軸套與前端直線軸承相連接，前端直線軸承與壓力彈簧的后端相貼合。前端直線軸承與轉(zhuǎn)動(dòng)箱體之間為過盈配合，保證運(yùn)動(dòng)過程中前端直線軸承與壓力彈簧同步運(yùn)動(dòng)，壓力彈簧的前端與前端蓋貼合在一起，前端蓋固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，由移動(dòng)盤產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)動(dòng)臂上，轉(zhuǎn)動(dòng)臂產(chǎn)生與移動(dòng)盤相同的運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中壓力彈簧被壓緊。如果轉(zhuǎn)動(dòng)臂向左運(yùn)動(dòng)，使得擺動(dòng)限位銷與轉(zhuǎn)動(dòng)軸更大曲率處接觸，那么轉(zhuǎn)動(dòng)的幅值會(huì)變大。同理如果下?lián)u臂向下運(yùn)動(dòng)，那么上搖臂與下?lián)u臂同步轉(zhuǎn)動(dòng)，受壓縮的壓力彈簧推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)箱體向左運(yùn)動(dòng)，那么轉(zhuǎn)動(dòng)臂的擺動(dòng)幅值變小。因此起到調(diào)節(jié)擺動(dòng)幅值的作用。
[0009]本發(fā)明中的上搖臂連接有導(dǎo)向軸，當(dāng)下?lián)u臂接收到來自下?lián)u臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)，這一運(yùn)動(dòng)通過拉桿傳遞到上搖臂，上搖臂連接的導(dǎo)向軸跟著下?lián)u臂一起轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)向軸與移動(dòng)盤之間是一種點(diǎn)與點(diǎn)的接觸。移動(dòng)盤與導(dǎo)向軸之間接觸的是一個(gè)斜面，當(dāng)導(dǎo)向軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠推動(dòng)移動(dòng)盤沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸的方向移動(dòng)，移動(dòng)盤與轉(zhuǎn)動(dòng)箱體之間通過直線軸承連接，移動(dòng)盤產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)動(dòng)臂上，轉(zhuǎn)動(dòng)臂產(chǎn)生與移動(dòng)盤相同的運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)盤移動(dòng)時(shí)能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)臂的擺動(dòng)幅度。轉(zhuǎn)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接相連，轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可以決定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)速度，也就能夠控制轉(zhuǎn)動(dòng)臂擺動(dòng)的頻率。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
[0011]1、本發(fā)明的整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、安裝方便實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單；
[0012]2、該裝置的可靠性高；
[0013]3、本發(fā)明裝置能夠產(chǎn)生連續(xù)性正反方向360度旋轉(zhuǎn)；
[0014]4、本發(fā)明通過搖臂的旋轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)臂旋轉(zhuǎn)幅度的調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的機(jī)構(gòu)連接本體與振動(dòng)翼連接后的等軸測(cè)圖；
[0016]圖2是圖1的主視圖；
[0017]圖3是只含有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)連接本體的軸測(cè)圖；
[0018]圖4是圖3的主視圖；
[0019]圖5是圖4的剖視圖；
[0020]圖6是圖3的俯視圖。
[0021]圖中各標(biāo)號(hào)表不:
[0022]1、機(jī)構(gòu)連接本體2、振動(dòng)翼
[0023]3、轉(zhuǎn)動(dòng)軸4、導(dǎo)向軸
[0024]5、移動(dòng)盤6、后端直線軸承
[0025]7、從動(dòng)齒輪8、從動(dòng)齒輪直線軸承
[0026]9、推力軸套10、轉(zhuǎn)動(dòng)臂
[0027]11、擺動(dòng)限位銷12、連接銷
[0028]13、轉(zhuǎn)動(dòng)箱體14、前端蓋
[0029]15、前端滾動(dòng)軸承16、壓力彈簧
[0030]17、前端直線軸承18、軸套
[0031]19、下?lián)u臂20、拉桿
[0032]21、上搖臂22、后端蓋
[0033]23、主動(dòng)齒輪24、導(dǎo)軌
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0035]如圖1-圖6示，本發(fā)明提供了一種多自由度仿生機(jī)構(gòu)，包括連接機(jī)構(gòu)本體I和振動(dòng)翼2，所述振動(dòng)翼2與連接機(jī)構(gòu)本體I的轉(zhuǎn)動(dòng)臂10相連接，在不同的設(shè)備上使用可以選擇不同的振動(dòng)翼達(dá)到一個(gè)機(jī)構(gòu)多重使用的功效，并且更換、調(diào)整方便。
[0036]所述連接機(jī)構(gòu)本體包括齒輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主動(dòng)齒輪23、從動(dòng)齒輪7、導(dǎo)軌24、轉(zhuǎn)動(dòng)軸3、轉(zhuǎn)動(dòng)箱體13和轉(zhuǎn)動(dòng)臂10，所述從動(dòng)齒輪7通過從動(dòng)齒輪直線軸承8安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸3上，所述主動(dòng)齒輪23與齒輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，齒輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)齒輪23旋轉(zhuǎn)，所述從動(dòng)齒輪7與主動(dòng)齒輪23嚙合且由主動(dòng)齒輪23帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)齒輪7上焊接了四根導(dǎo)軌24，四根導(dǎo)軌24與轉(zhuǎn)動(dòng)箱體13相連，所述轉(zhuǎn)動(dòng)臂10為一邊為開口的框狀結(jié)構(gòu)，與轉(zhuǎn)動(dòng)臂的開口邊相鄰的兩支臂通過銷釘與轉(zhuǎn)動(dòng)箱體13連接，當(dāng)從動(dòng)齒輪7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠通過四根導(dǎo)軌24帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)箱體13的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)臂10也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)。主動(dòng)齒輪23以及從動(dòng)齒輪7的連續(xù)性轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)臂10實(shí)現(xiàn)正負(fù)360度的旋轉(zhuǎn)進(jìn)而同步帶動(dòng)連接在轉(zhuǎn)動(dòng)臂10上的振動(dòng)翼2實(shí)現(xiàn)正負(fù)360度的旋轉(zhuǎn)；
[0037]所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸3與轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接通過聯(lián)軸器相連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸3與轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)同方向轉(zhuǎn)動(dòng)。與轉(zhuǎn)動(dòng)臂10的開口邊相鄰的兩支臂之間設(shè)置有兩根彼此平行的擺動(dòng)限位銷11，轉(zhuǎn)動(dòng)軸3的前端伸入兩個(gè)擺動(dòng)限位銷11之間，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸3的前端在兩個(gè)擺動(dòng)限位銷11之間擺動(dòng)，由于擺動(dòng)限位銷3具有一定的曲率，能夠使轉(zhuǎn)動(dòng)臂10形成一定幅度的前后擺動(dòng)。
[0038]所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸3的后端設(shè)有后端蓋22、下?lián)u臂19、拉桿20和上搖臂21，所述下?lián)u臂19的一端與下?lián)u臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接，所述下?lián)u臂19的另一端通過拉桿2與上搖臂21的一端連接，所述上搖臂21的另一端與后端蓋連接，所述下?lián)u臂19、拉桿20、上搖臂21與后端蓋22之間形成一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)，所述上搖臂21上還連接有一導(dǎo)向軸4，所述后端蓋前方的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有移動(dòng)盤5，所述導(dǎo)向軸4的另一端的端面與移動(dòng)盤5之間通過面面接觸相連接，移動(dòng)盤5與導(dǎo)向軸4面接觸的區(qū)域面是一個(gè)斜面，當(dāng)下?lián)u臂19在下?lián)u臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的帶動(dòng)下開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上搖臂21與下?lián)u臂19同步轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)上搖臂21轉(zhuǎn)