機械關節及仿生機械恐龍的腿部結構制造技術

本發明專利技術公開了一種機械關節，機械關節，包括第一支架和第二支架，所述第一支架包括第一、第二側板以及伺服電機，所述第一、第二側板平行設置，所述伺服電機固定在所述第一、第二側板之間，所述伺服電機的輸出端固定連接一個蝸桿；所述第二支架的一端固定設有一轉軸，所述第一、第二側板的一端分別轉動設置在所述轉軸的兩端，所述轉軸的中部固定設有蝸輪，所述蝸輪與所述蝸桿嚙合。本發明專利技術，利用板式結構取代箱式結構，結構緊湊、簡單，大大降低了整體重量，并且傳動機構采用了蝸桿結構，具有自鎖性，提高了伺服電機的使用壽命。在此基礎上，本發明專利技術還提供了一種仿生機械恐龍的腿部結構。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及四足機器人，具體涉及機械關節及仿生機械恐龍的腿部結構。
技術介紹
機器人技術是近幾十年來迅速發展起來的一門高新技術，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。眾所周知，仿生機械恐龍的各種動作都是通過各個關節的運動實現的。其中，仿生機械恐龍最基本的動作是行走動作，行走動作的實現主要是通過腿部關節結構實現的。 現有機械恐龍的腿部結構主要由大腿關節和小腿關節兩個機械關節組成，用于實現大腿和小腿的屈伸，完成抬腿動作。但是，現有機械恐龍的腿部結構中的機械關節存在以下一些缺陷(I)結構笨重。現有的機械關節一般采用箱式結構，重量較大，因此需要選用大功率驅動電機，自重較重、成本較高。(2)安全性差。由于大型四足仿生機械恐龍的整體重量較大，因此，腿部結構中的機械關節多采用齒輪傳動以提高驅動力。但是，齒輪傳動不具有自鎖性，在運動過程中，容易出現倒轉等不穩定因素。(3)采用現有腿部結構的機械恐龍穩定性較差。對于大型四足仿生機械恐龍而言，行走的穩定性控制是非常重要的，現有的控制方法是通過調整腿部姿態控制整體重心位于立足點所圍區域內，但是，這種方式的調整難度較大，穩定性較差。有鑒于此，需要對大型四足仿生機械恐龍的腿部結構進行優化設計，使其具有結構簡單，重量輕，并且具有三個自由度，從而可以使機械恐龍通過左、右側傾來進一步調整重心，提高大型四足仿生機械恐龍行走的穩定性。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是解決如何簡化大型四足仿生機械恐龍的腿部結構，提聞行走穩定性的問題。為了解決上述技術問題，本專利技術所采用的技術方案是提供一種機械關節，包括第一支架和第二支架，所述第一支架包括第一、第二側板以及伺服電機，所述第一、第二側板平行設置，所述伺服電機固定在所述第一、第二側板之間，所述伺服電機的輸出端固定連接一個蝸桿；所述第二支架的一端固定設有一轉軸，所述第一、第二側板的一端分別轉動設置在所述轉軸的兩端，所述轉軸的中部固定設有蝸輪，所述蝸輪與所述蝸桿嚙合。在上述機械關節中，所述蝸輪具有一個軸套部和一個齒部，所述齒部為扇形不完全蝸輪，并通過扇形連接部與所述軸套部連接，所述扇形連接部的厚度小于齒部的厚度，且沿周向均布設有多個通孔。在上述機械關節中，所述轉軸的兩端分別設有滾動軸承，所述滾動軸承的兩側分別設有第一、二擋板，所述第一、第二側板的一端分別套裝在所述滾動軸承上并通過所述第一、第二擋板軸向限位。在上述機械關節中，所述伺服電機為減速電機。本專利技術還提供了一種仿生機械恐龍的腿部結構，包括依次連接的髖關節、大腿關節和小腿關節，所述髖關節、大腿關節和小腿關節采用如權利要求I所述的機械關節，所述大腿關節和小腿關節的轉軸軸線平行，所述髖關節的轉軸軸線與所述大腿關節的轉軸軸線垂直。在上述仿生機械恐龍腿部結構中，所述髖關節上的第二支架的兩端分別設有第一、第二缺口，所述第一、第二缺口上分別設有貫穿其缺口側壁的第一、第二貫穿通孔，所述第一、第二貫穿通孔的軸線相互垂直，所述轉軸穿裝在所述第一貫穿通孔內。在上述仿生機械恐龍腿部結構中，所述第一、第二側板的一端具有一個弧形凸出 部，另一端具有一個與所述弧形凸出部相適配的弧形凹陷部，所述弧形凸出部的一側設有一個矩形凸出部，所述伺服電機傾斜設置且固定在所述矩形凸出部上。在上述仿生機械恐龍腿部結構中，所述側板上以及所述矩形凸出部上分別開有通孔。在上述仿生機械恐龍腿部結構中，所述髖關節的第二支架具有一個四棱柱狀的支架主體，所述第一、第二缺口分別設置在所述支架主體的兩端，所述支架主體的側壁上分別設有貫通的矩形通孔。在上述仿生機械恐龍腿部結構中，所述轉軸通過鍵與所述第一貫穿通孔連接。本專利技術，利用板式結構取代箱式結構，結構緊湊、簡單，大大降低了整體重量，并且傳動機構采用了蝸桿結構，具有自鎖性，提高了伺服電機的使用壽命。附圖說明圖I為本專利技術提供的機械關節立體結構示意圖；圖2為圖I所示的機械關節內部結構示意圖；圖3為圖I所示的機械關節側視圖；圖4為本專利技術中的第一支架的結構示意圖；圖5為本專利技術中的第二支架的結構示意圖；圖6為圖5所示第二支架與轉軸、齒輪的分解裝配構示意圖；圖7為本專利技術中的齒輪結構示意圖；圖8為本專利技術提供的仿生機械恐龍腿部結構結構示意圖。具體實施例方式本專利技術提供的機械關節具有結構簡單、緊湊，體積小，重量輕等優點，而且該機械關節具有三個自由度，非常適合應用于大型四足仿生機械恐龍。下面結合附圖和具體實施例對本專利技術作出詳細的說明。圖I為本專利技術提供的機械關節立體結構示意圖，圖2為圖I所示的機械關節內部結構示意圖(除去第一或第二側板)，圖3為圖I所示的機械關節側視圖，如圖I、圖2、圖3所示，機械關節包括第一支架10和第二支架20。第一支架10的結構如圖4所示，包括第一、第二側板11、12以及伺服電機13，第一、第二側板11、12平行設置，伺服電機13固定在第一、第二側板11、12之間，伺服電機13為減速電機，其輸出端固定連接一個蝸桿14。第二支架20的下端固定設有一轉軸21，第二支架20的上端設有與相鄰關節連接的安裝孔，轉軸21的兩端分別轉動設置在第一、第二側板11、12上，轉軸21的中部通過鍵連接固定設有蝸輪22，蝸輪22與蝸桿14嚙合。伺服電機13轉動時，通過蝸桿14帶動蝸輪22轉動，由于蝸輪22與第二支架20固定，因此，第二支架20隨伺服電機13的轉動而轉動，使第一支架10與第二支架20之間的夾角增大或減小。再參見圖5、圖6，圖5為本專利技術中的第二支架的結構示意圖，圖6為圖5所示第二支架的分解結構示意圖。第二支架20的下端設有第一缺口 27，蝸輪22位于第一缺口 27內且與轉軸21通過鍵連接，同時，鍵也將轉軸21和第二支架20連接。轉軸21的兩端伸出第二支架20后分別設有滾動軸承23，滾動軸承23的兩側分別設有第一、二擋板24、25，第一擋板24呈圓片狀，第二擋板25具有一個圓片狀擋板本體251，且擋板本體251的中心處設有一個軸套252，第一、二擋板24、25分別設置在第一缺口 27的一個側壁的兩側，第一、第 二側板11、12的上端分別套裝在滾動軸承23上，且第二擋板25上的軸套252同時套裝在滾動軸承23的外圈上，蓋板26設置在第二擋板25的外側，第一、第二擋板24、25以及蓋板26均固定在第一缺口 27的側壁上，第一擋板24通過轉軸21上的軸肩進行軸向限位，第一、第二擋板24、25用于防止第一、第二側板11、12沿轉軸21的軸向移動,蓋板26用于封堵轉軸21上的鍵，防止鍵滑出，滾動軸承23的內圈則通過轉軸21上的彈簧擋圈限位。第二擋板25的結構，可以使第一、第二側板的厚度小于滾動軸承的厚度，減輕了第一、第二側板的重量。為了減輕機械關節重量，本專利技術對蝸輪21的結構進行了優化設計，如圖7所示，蝸輪21具有一個軸套部211和一個齒部212，軸套部211用于與轉軸21連接，齒部212用于與蝸桿14嚙合。齒部212為扇形不完全蝸輪，并通過扇形連接部213與軸套部211連接，扇形連接部213的厚度小于齒部212的厚度，且沿周向均布設有多個通孔214，通過扇形本文檔來自技高網...

【技術保護點】
機械關節，其特征在于，包括：第一支架，所述第一支架包括第一、第二側板以及伺服電機，所述第一、第二側板平行設置，所述伺服電機固定在所述第一、第二側板之間，所述伺服電機的輸出端固定連接一個蝸桿；第二支架，其一端固定設有一轉軸，所述第一、第二側板的一端分別轉動設置在所述轉軸的兩端，所述轉軸的中部固定設有蝸輪，所述蝸輪與所述蝸桿嚙合。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓曉建，朱位，孫宇，齊威，
申請(專利權)人：中科宇博北京文化有限公司，
類型：發明
國別省市：