CN107351117B - 一种仿生机器人柔性尾部机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种仿生机器人柔性尾部机构，包括：主活动关节，通过球形副以及摆动支座与仿生机器人身体连接；以及副活动单元，通过弹簧以及关节连接件与主活动关节连接。本发明仿生机器人柔性尾部机构，为被动自由度，靠惯性摆动，靠弹簧实现复位，具有尾部摆动灵活，***控制简单的特点。

Description

一种仿生机器人柔性尾部机构
技术领域
本发明涉及一种仿生机器人，具体涉及一种仿生机器人柔性尾部机构。
背景技术
随着科学技术的发展，机器人的应用也越来越广泛，仿生机器人作为机器人发展应用的一个学科，也越来越受到人们的重视，发展也越来越快。
仿生机器人尾部作为其中仿生机器人的一个重要组成部分，其机构关节的特征、驱动方式、关节自由度等对机器人的稳定性起到很重要的影响。目前仿生机器人尾部机构相对存在控制***复杂，摆动不灵活等问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种仿生机器人柔性尾部机构。
本发明提供了一种仿生机器人柔性尾部机构，具有这样的特征，包括：主活动关节，为圆形结构，通过球形副以及摆动支座与仿生机器人身体连接；以及副活动单元，通过弹簧以及关节连接件与主活动关节连接。
在本发明提供的仿生机器人柔性尾部机构中，还可以具有这样的特征：其中，副活动单元包括多个副活动关节，多个副活动关节为大小依次递减并顺次连接的圆形结构。
在本发明提供的仿生机器人柔性尾部机构中，还可以具有这样的特征：其中，主活动关节还具有均匀分布在圆形结构上的弹簧支架定位孔。
在本发明提供的仿生机器人柔性尾部机构中，还可以具有这样的特征：其中，连接件，具有连接件本体以及向两侧延伸的延伸段，延伸段的水平方向设置有连接件定位孔与连接件摆动限位孔；十字铰连接件，一端具有与延伸段相匹配的凹槽，所述凹槽的两端的水平方向上设置有摆动定位孔以及圆弧状的凹形通孔；另一端的竖直方向设置有转动定位孔。摆动定位孔与连接件定位孔连接，用于实现尾部的上下摆动；凹形通孔与连接件摆动限位孔连接，用于限制尾部上下摆动的幅度；转动定位孔与主活动关节以及副活动单元连接，用于实现尾部的左右摆动。
在本发明提供的仿生机器人柔性尾部机构中，还可以具有这样的特征：其中，弹簧通过弹簧支架与弹簧支架定位孔对应连接。
在本发明提供的仿生机器人柔性尾部机构中，还可以具有这样的特征：其中，弹簧的弹性系数范围为0-100N/m。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的一种仿生机器人柔性尾部机构，因为仿生机器人柔性尾部机构的活动关节为圆形结构，并且大小依次递减，因而该尾部机构结构简单，稳定性好；主活动关节与副活动单元之间，以及各副活动关节之间均通过弹簧以及关节连接件连接，关节连接件连接可以实现尾部的上下左右摆动，且关节连接件上的凹形通孔可以限制尾部上下摆动的幅度，使仿生机器人的摆动更具仿生性；尾部活动为被动自由度，弹簧均匀分布在活动关节上，使得尾部机构稳定性好，尾部靠惯性摆动，靠弹簧实现复位，使得摆动更具柔韧性以及灵活形。只需通过一个外加的步进电机控制主活动关节，就可控制整个尾部的灵活摆动。所以，本发明仿生机器人柔性尾部机构具有结构简单，稳定性好，尾部摆动灵活，***控制简单的特点。
附图说明
图1是本发明的实施例中一种仿生机器人柔性尾部机构立体示意图；图2是本发明的实施例中主活动关节结构示意图；
图3是本发明的实施例中弹簧支架结构示意图；
图4是本发明的实施例中关节连接件结构示意图；
图5是本发明的实施例中连接件结构示意图；
图6是本发明的实施例中十字铰连接件结构示意图；
图7是本发明的实施例中第一副活动关节结构示意图；以及
图8是本发明的实施例中第五副活动关节结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明一种仿生机器人柔性尾部机构作具体阐述。
图1是本发明的实施例中一种仿生机器人柔性尾部机构立体示意图。
如图1所示，一种仿生机器人柔性尾部机构100包括主活动关节10、多个弹簧支架20、多个弹簧30、多个关节连接件40、以及副活动单元50。
图2是本发明的实施例中主活动关节结构示意图。
如图2所示，主活动关节10包括球形副11、摆动支座12、连接铰座13、弹簧支架定位孔14。
主活动关节10为圆形结构，内设两个十字交叉状支撑轴，支撑轴交点过圆心。
球形副11设置在主活动关节10靠近机器人身体一侧的圆心处，与仿生机器人身体连接。
摆动支座12设置在主活动关节10靠近机器人身体一侧，且设置在任意一个支撑轴的两端，与仿生机器人身体连接。
连接铰座13设置在主活动关节10远离机器人身体一侧的圆心处。
弹簧支架定位孔14设置在圆形结构上远离机器人身体的一侧，与多个弹簧支架20中的一个对应连接。在本实施例中，弹簧支架定位孔14的个数为4个，均匀分布在圆形结构中。
图3是本发明的实施例中弹簧支架结构示意图。
如图3所示，弹簧支架20为“T”型结构，水平方向上设置有两个通孔，垂直方向设置有一个通孔。弹簧支架20通过水平方向上的两个通孔与设置在主活动关节10上的多个弹簧支架定位孔14对应连接；通过垂直方向上的通孔与多个弹簧30对应连接。
弹簧30的弹性系数范围为0-100N/m，使用者可以根据实际情况选择该弹性系数范围内的值。
图4是本发明的实施例中关节连接件结构示意图。
如图4所示，关节连接件40包括连接件41与两个十字铰连接件42、43。关节连接件40一端与主活动关节10连接，另一端与副活动单元50连接。
图5是本发明的实施例中连接件结构示意图。
连接件41，具有连接件本体411以及向两侧延伸的延伸段412，延伸段412的水平方向设置有连接件定位孔4121与连接件摆动限位孔4122。连接件摆动限位孔4122处设置有定位销(图中未标明)。
两个十字铰连接件42、43结构以及与连接件41的连接关系均相同，以其中一个为例做详细描述。
图6是本发明的实施例中十字铰连接件结构示意图。
十字铰连接件42，一端具有与延伸段412相匹配的凹槽421，凹槽421的两端的水平方向上设置有摆动定位孔422以及圆弧状的凹形通孔423；另一端的竖直方向设置有转动定位孔424。
摆动定位孔422与连接件定位孔4121连接，组成一个摆动副，用于实现尾部的上下摆动。
凹形通孔423卡在连接件摆动限位孔4122上的定位销中，用于限制尾部上下摆动的幅度。
转动定位孔424与连接铰座13连接，组成一个转动副，用于实现尾部的左右摆动。
如图1所示，副活动单元50包括第一副活动关节51、第二副活动关节52、第三副活动关节53、第四副活动关节54以及第五副活动关节55。副活动单元50通过弹簧30以及关节连接件40与主活动关节连接10。
在本实施例中，第一副活动关节51、第二副活动关节52、第三副活动关节53以及第四副活动关节54的结构相似，大小依次递减，以第一副活动关节51为例做详细描述。
图7是本发明的实施例中第一副活动关节结构示意图。
如图7所示，第一副活动关节51为圆形结构，两侧均具有连接铰座511与均匀分布的多个弹簧支架定位孔512。
靠近主活动关节10一侧的多个弹簧支架定位孔512通过弹簧支座与多个弹簧40的另一端对应连接。
靠近主活动关节10一侧的连接铰座511与十字铰连接件43上的转动定位孔连接，形成一个转动副。
第二副活动关节52与第一副活动关节51连接、第三副活动关节53与第二副活动关节52连接，第四副活动关节54与第三副活动关节53连接，连接方式均与第一副活动关节51以及主活动关节10间的连接方式相同。
图8是本发明的实施例中第五副活动关节结构示意图。
如图8所示，第五副活动关节55只在一侧设有连接铰座551与弹簧支架定位孔552。第五副活动关节55的大小最小，以相同的连接方式与第四副活动关节54连接。
仿生机器人柔性尾部机构100的工作过程为：外加一个步进电机(图中未标明)作为控制***，主活动关节10通过球形副11以及摆动支座12与仿生机器人身体连接；副活动单元20，通过弹簧30以及关节连接件40与主活动关节10连接；第一副活动关节51、第二副活动关节52、第三副活动关节53、第四副活动关节54以及第五副活动关节55，大小依次递减，并顺次连接，连接方式同副活动单元20与主活动关节10之间的连接方式相同。
通过外加的一个步进电机控制主活动关节10的摆动，靠惯性摆动，靠弹簧实现复位，来依次带动后面副活动单元20中第一副活动关节21、第二副活动关节22、第三副活动关节23、第四副活动关节24以及第五副活动关节25的灵活摆动，实现整个仿生机器人柔性尾部机构100的联动。
实施例的作用与效果
根据本发明所涉及的一种仿生机器人柔性尾部机构，因为仿生机器人柔性尾部机构的活动关节为圆形结构，并且大小依次递减，因而该尾部机构结构简单，稳定性好；主活动关节与副活动单元之间，以及各副活动关节之间均通过弹簧以及关节连接件连接，关节连接件连接可以实现尾部的上下左右摆动，且关节连接件上的凹形通孔可以限制尾部上下摆动的幅度，使仿生机器人的摆动更具仿生性；尾部活动为被动自由度，弹簧均匀分布在活动关节上，使得尾部机构稳定性好，尾部靠惯性摆动，靠弹簧实现复位，使得摆动更具柔韧性以及灵活形。只需通过一个外加的步进电机控制主活动关节，就可控制整个尾部的灵活摆动。所以，本发明仿生机器人柔性尾部机构具有结构简单，稳定性好，尾部摆动灵活，***控制简单的特点。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种仿生机器人柔性尾部机构，其特征在于，包括：
主活动关节，为圆形结构，通过球形副以及摆动支座与仿生机器人身体连接；以及
副活动单元，通过弹簧以及关节连接件与所述主活动关节连接，
其中，所述关节连接件，包括：
连接件，具有连接件本体以及向两侧延伸的延伸段，所述延伸段的水平方向设置有连接件定位孔与连接件摆动限位孔；以及
十字铰连接件，一端具有与所述延伸段相匹配的凹槽，所述凹槽的两端的水平方向上设置有摆动定位孔以及圆弧状的凹形通孔；另一端的竖直方向设置有转动定位孔，
所述摆动定位孔与所述连接件定位孔连接，用于实现尾部的上下摆动，
所述凹形通孔与所述连接件摆动限位孔连接，用于限制尾部上下摆动的幅度，
所述转动定位孔与所述主活动关节以及所述副活动单元连接，用于实现尾部的左右摆动。
2.根据权利要求1所述的仿生机器人柔性尾部机构，其特征在于：
其中，所述副活动单元包括多个副活动关节，多个所述副活动关节为大小依次递减并顺次连接的圆形结构。
3.根据权利要求1所述的仿生机器人柔性尾部机构，其特征在于：
其中，所述主活动关节还具有均匀分布在所述圆形结构上的弹簧支架定位孔。
4.根据权利要求3所述的仿生机器人柔性尾部机构，其特征在于：
其中，所述弹簧通过弹簧支架与所述弹簧支架定位孔对应连接。
5.根据权利要求1所述的仿生机器人柔性尾部机构，其特征在于：
其中，所述弹簧的弹性系数范围为0-100 N/m。
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