[发明专利]仿生机器鼠的前臂模拟装置

说明书

技术领域

本发明属于仿生机器技术领域，具体涉及一种仿生机器鼠的模拟装置。

背景技术

在“A Rat-like Robot WR-5 for Animal Behavior Research”一文中，作者提到了一种仿生机器鼠的结构设计和实验研究。该仿生机器鼠的前臂机构如图1所示，前臂的每侧由三个超声波电机所驱动，具有两个自由度，超声波电机是直线电机，输出直线位移；肩的摇摆运动需要两个超声波电机驱动：超声波电机一和超声波电机二共同作用推动超声波电机结合件一的水平移动，通过摇杆一驱动肩的摇摆。超声波电机三安装在肩的后侧，通过超声波电机结合件二驱动轴部的摇摆运动。

超声波电机成本高，最重要的是，驱动能力不足，而且由于是直接驱动，没有进行任何减速处理，这样就使得驱动不起来或者驱动电压过大，造成浪费电源等问题。

发明内容

本发明的目的是：为了解决模拟仿生机器鼠前臂驱动能力不足、驱动成本高的问题，提出一种新型的仿生机器鼠的前臂模拟装置；

本发明的技术方案是：仿生机器鼠的前臂模拟装置，它包括：电机安装支架、肩关节、三角形的肘关节、脚趾以及位于电机安装支架左右两侧的传动机构；

每侧的传动机构均包括：步进电机A、减速齿轮、旋转体、步进电机B、摇杆、丝杠组件以及L型连接杆；旋转体的外圈为齿轮结构，在旋转体一侧圆面的非圆心位置设有轴承；步进电机A安装于电机安装支架内，其输出轴套接减速齿轮；减速齿轮与旋转体相啮合；肩关节具有导向槽，肩关节的中部活动安装在电机安装支架的侧面，下部与肘关节、L型连接杆活动连接；轴承位于肩关节的导向槽内，在步进电机A的驱动下，轴承随旋转体做旋转运动，并与肩关节的导向槽相配合，带动肩关节摆动；步进电机B与丝杠组件安装于肩关节，丝杠组件中的丝杠副与摇杆的一端通过销轴连接，摇杆的另一端通过销轴同时连接L型连接杆、肘关节的一端；L型连接杆、肘关节的另一端通过销轴连接有脚趾，在步进电机B的驱动下，丝杠组件实现旋转运动到直线运动的转换，摇杆随丝杠副上下摆动，并带动肘关节摆动。

有益效果是：(1)本发明将原有的超声波电机替换为普通的步进电机，并利用齿轮结构进行减速处理，采用旋转摇摆传动来代替之前的平移摇摆传动，带来了力矩增大的效果；另外，由于步进电机旋转的连续性，使得肩关节可以进行迅速的摇摆运动，实现复杂高难度动作的模拟，更能代表真实的老鼠前臂运动；

(2)本发明将对肘关节的驱动换成了丝杠传动，代替超声波电机，使得肘关节的负载相对减小，不需要进行减速増力处理。

附图说明

图1为背景技术中所述的仿生机器鼠的前臂结构示意图；

图2为本发明的立体结构示意图；

图3为本发明的右视图；

图4为本发明中旋转体的结构示意图；

其中，1-电机安装支架、2-肩关节、3-三角形的肘关节、4-脚趾、5-步进电机A、6-减速齿轮、7-旋转体、9-步进电机B、10-摇杆、11-丝杠组件、12-L型连接杆、13-轴承。

具体实施方式

参见附图2，仿生机器鼠的前臂模拟装置，它包括：电机安装支架1、肩关节2、三角形的肘关节3、脚趾4以及位于电机安装支架1左右两侧对称的传动机构；

参见附图3、4，每侧的传动机构均包括：步进电机A5、减速齿轮6、旋转体7、步进电机B9、摇杆10、丝杠组件11以及L型连接杆12；旋转体7的外圈为齿轮结构，在旋转体7一侧圆面的非圆心位置设有轴承13；步进电机A5安装于电机安装支架1内，其输出轴套接减速齿轮6；减速齿轮6与旋转体7相啮合；肩关节2具有导向槽，肩关节2的中部活动安装在电机安装支架1的侧面，下部与肘关节3、L型连接杆12活动连接；轴承13位于肩关节2的导向槽内，在步进电机A5的驱动下，轴承13随旋转体7做旋转运动，并与肩关节2的导向槽相配合，带动肩关节2摆动；步进电机B9与丝杠组件11安装于肩关节2，丝杠组件11中的丝杠副与摇杆10的一端通过销轴连接，摇杆10的另一端通过销轴同时连接L型连接杆12、肘关节3的一端；L型连接杆12、肘关节3的另一端通过销轴连接有脚趾4，在步进电机B9的驱动下，丝杠组件11实现旋转运动到直线运动的转换，摇杆10随丝杠副上下摆动，并带动肘关节3摆动。

最终，仿生机器鼠的前臂具有两个自由度，即肘关节3的摇摆和肩关节2的摇摆。