[发明专利]仿生机械恐龙

说明书

技术领域

本发明涉及四足机器人，具体涉及仿生机械恐龙。

背景技术

机器人技术是近几十年来迅速发展起来的一门高新技术，它综合了机械、微电子与计算机、自动控制、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果，是机电一体化技术的典型载体。大型四足仿生机械恐龙是四足步行机器人的一种重要应用，广泛应用于娱乐、影视等领域。

大型四足仿生机械恐龙的基本要求是要具备与实际恐龙关节一致的腿部关节，能够灵活的实现迈腿动作；同时脖子、尾巴和嘴巴都可实现自由的运动。因此，实现上述功能的大型四足仿生机械恐龙实际上是一个多变量、强耦合、非线性和时变的复杂动力学系统。

众所周知，行走稳定性是四足机器人研制的难点和核心，稳定性决定了四足机器人研制的成败。目前，虽然可以通过安装各类传感设备，例如陀螺仪、倾角计、重心传感器等提高步态稳定性，但是还没有达到理想的效果。对于真实的恐龙，由于头尾部的重量较大，在行走过程中，重心的调整不仅靠四肢的配合实现，同时，躯体的左、右倾斜和摇头、摆尾的相互配合也起着非常重要的作用，因此，对于大型四足仿生机械恐龙而言，机械结构的设计至关重要，尤其是腿部关节和头颈部、尾部关节的结构。

当前四足机器人均没有考虑到头尾部重量对行走稳定性的影响，其机械结构普遍存在以下一些缺陷：

（1）腿部关节只有大腿关节和小腿关节两个自由度，这种结构只能实现抬腿、落腿动作，不能使躯体侧倾，无法协助进行稳定性调节；

（2）头颈部和尾部至多只有一个自由度，主要是在静止状态下实现俯仰动作。不能实现全方位的摇头、摆尾，以协助进行稳定性调节。

有鉴于此，需要对大型四足仿生机械恐龙的机械结构进行优化设计，使其具有结构简单，重量轻，能够实现多种复杂的动作，并且方便进行重心调整，从而提高大型四足仿生机械恐龙的行走稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决如何简化大型四足仿生机械恐龙的机械结构，提高行走稳定性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种仿生机械恐龙，包括躯干部以及连接在所述躯干部上的头颈部、尾部和四条机械腿，所述头颈部和尾部上分别设有实现颈部和尾部全方位转动的第一机械关节，每一条所述机械腿包括依次连接的髋关节、大腿关节和小腿关节，所述髋关节、大腿关节和小腿关节分别包括用于改变机械腿与躯干部、髋关节与大腿关节以及大腿关节与小腿关节之间角度的第二机械关节。

在上述方案中，所述第一机械关节包括颈部第一支架和颈部第二支架，所述颈部第一支架上固定设有颈部第一电机和颈部转轴，所述颈部第一电机与所述颈部转轴的轴线垂直但不相交，且所述颈部第一电机的电机轴上固定有用于连接嘴巴或加长尾杆的连接件；所述颈部第二支架上固定设有颈部第二电机，所述颈部第二电机与所述颈部转轴的轴线平行，所述颈部转轴转动设置在所述颈部第二支架上，且所述颈部转轴的一端穿出所述第二支架后固定设有颈部第一齿轮；所述颈部第一、第二电机的轴线相互垂直，所述颈部第二电机的电机轴上设有颈部第二齿轮，所述颈部第一、第二齿轮啮合。

在上述方案中，所述头颈部还包括实现嘴巴张合的第三机械关节，所述第三机械关节包括下颚部和转动设置在所述下颚部上的上颚部，所述下颚部上固定有嘴部伺服电机，所述嘴部伺服电机的输出轴上固定设有下颚第一齿轮，所述上颚部上固定设有上颚第一齿轮，所述上颚第一齿轮与所述下颚第一齿轮啮合；所述下颚部通过所述连接件与所述颈部第一支架固定。

在上述方案中，所述第二机械关节包括机械腿第一支架和机械腿第二支架，所述机械腿第一支架包括第一、第二侧板以及腿部伺服电机，所述第一、第二侧板平行设置，所述腿部伺服电机固定在所述第一、第二侧板之间，所述腿部伺服电机的输出端固定连接一个蜗杆；所述机械腿第二支架的一端固定设有腿部转轴，所述第一、第二侧板的一端分别转动设置在所述腿部转轴的两端，所述腿部转轴的中部固定设有腿部蜗轮，所述腿部蜗轮与所述蜗杆啮合；所述大腿关节和小腿关节的腿部转轴轴线平行，且各自的腿部伺服电机的轴线方向沿机械腿的纵向设置；所述髋关节的腿部转轴轴线与所述大腿关节的腿部转轴轴线垂直，且髋关节中的腿部伺服电机轴线朝向所述躯干部的内部。

在上述方案中，所述腿部蜗轮具有一个轴套部和一个齿部，所述齿部为扇形不完全蜗轮，并通过扇形连接部与所述轴套部连接，所述扇形连接部的厚度小于齿部的厚度，且沿周向均布设有多个通孔。