[实用新型]机械关节及仿生机械恐龙的腿部结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及四足机器人，具体涉及机械关节及仿生机械恐龙的腿部结构。

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。

众所周知，仿生机械恐龙的各种动作都是通过各个关节的运动实现的。其中，仿生机械恐龙最基本的动作是行走动作，行走动作的实现主要是通过腿部关节结构实现的。

但是，现有机械恐龙的腿部结构中的机械关节存在以下一些缺陷：

(1)结构笨重。现有的机械关节一般采用箱式结构，重量较大，因此需要选用大功率驱动电机，自重较重、成本较高。

(2)安全性差。由于大型四足仿生机械恐龙的整体重量较大，因此，腿部结构中的机械关节多采用齿轮传动以提高驱动力。但是，齿轮传动不具有自锁性，在运动过程中，容易出现倒转等不稳定因素。

(3)采用现有腿部结构的机械恐龙稳定性较差。对于大型四足仿生机械恐龙而言，行走的稳定性控制是非常重要的，现有的控制方法是通过调整腿部姿态控制整体重心位于立足点所围区域内，但是，这种方式的调整难度较大，稳定性较差。

(4)采用电机驱动方式。我们现在研究的大型四足仿生机械恐龙一般关节转动较慢，只有10r/min左右，而且在行走过程中要求关节保持一定的速度，并能进行位置、速度控制。但是这种驱动方式转速较高，减速困难；而且转矩较小，需要大转矩的时侯对应花费的成本也就会很高。

有鉴于此，需要对大型四足仿生机械恐龙的腿部结构进行优化设计，使其具有结构简单，重量轻，并且具有三个自由度，从而可以使机械恐龙通过左、右侧倾来进一步调整重心，提高大型四足仿生机械恐龙行走的稳定性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是解决大型四足仿生机械恐龙行走时转速控制不够灵活，而且稳定性差的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供一种机械关节，包括：

第一支架，为由直杆部和弯折部组成的折线形杆件，所述直杆部与所述弯折部的交汇处设有第一转轴，所述弯折部的自由端设有第一销轴；

第二支架，呈直杆状，下端通过所述第一转轴与所述第一支架铰接连接，上部设有第二销轴；

第一液压缸，活塞端通过所述第一销轴与所述弯折部的自由端铰接连接，缸体尾部通过所述第二销轴与所述第二支架铰接连接。

本实用新型还提供了一种仿生机械恐龙的腿部结构，包括依次连接的髋关节、大腿关节、小腿关节和足部减震装置，所述小腿关节采用如上述机械关节，小腿关节转轴轴线与大腿关节转轴轴线平行，大腿关节转轴轴线与髋关节转轴轴线垂直，所述第一转轴作为所述小腿关节转轴。

在上述方案中，所述足部减震装置通过小腿连接件设置在所述小腿关节的下端，所述足部减震装置包括设置在所述小腿连接件上的弹簧支撑件，带有连接杆的一体式脚掌插装在所述弹簧支撑件的自由端，并通过限位螺母固定；一弹簧套装在所述一体式脚掌的连接杆上，其一端抵至半球形脚掌部位，另一端套装在所述弹簧支撑件上，且所述弹簧支撑件的外表面上设有用于调节所述弹簧松紧程度的预紧力调节螺母。

在上述方案中，所述弹簧支撑件通过卡装或者螺纹连接的方式设置在所述小腿连接件上。

在上述方案中，所述大腿关节包括：

第二转轴，所述第二支架的两端分别设有第一、第二连接座，所述第一、第二连接座的侧壁上设有第一、第二贯穿通孔，所述第一、第二贯穿通孔的轴线相互平行，所述第一转轴穿装在所述第一贯穿通孔内与所述第一支架铰接连接，所述第二转轴作为所述大腿关节转轴，穿装在所述第二贯穿通孔内；

第二液压缸，缸体尾部与仿生机械恐龙的躯干铰接，活塞端通过第三销轴与所述第二支架铰接。

在上述方案中，所述髋关节包括：

第三支架，具有一个四棱柱状的第一支架主体，所述第一支架主体的两端分别设有第三、第四连接座，所述第三连接座和所述第四连接座上分别设有贯穿其侧壁的第三、第四贯穿通孔，所述第三、第四贯穿通孔的轴线相互垂直；所述第二转轴穿装在所述第三贯穿通孔内与所述第二支架铰接连接，第三转轴作为所述髋关节转轴，穿装在所述第四贯穿通孔内与仿生机械恐龙的躯干铰接连接；

第三液压缸，缸体尾部与仿生机械恐龙的躯干铰接，活塞端通过第四销轴转动设置在所述第三支架的下端。