一种多自由度仿生机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人和工业自动化领域，尤其涉及一种多自由度仿生机构，该机构适用于实现机器人多个维度的自由旋转，以及用来制作蜻蜓、鸟类的翅膀等仿生机器人的关键部位。
【背景技术】
[0002]机器人是一个极具挑战性的多学科交叉的前沿性研究课题，近几年来发展非常迅速。机器人可以完成一些如军事侦查、高空拍摄、核污染区域标本采样等任务。特别是对于军用领域的机器人要求其具有灵活性高、自由度大、整体尺寸小、结构紧凑性好、质量轻便的特点，这些要求对机器人的设计具有极大的挑战。在机器人中多自由度机构的研发将决定机器人的整体性能，而且是整个机器人系统中开发难度最大的，因此设计轻便、灵活的多自由度机构非常重要。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种多自由度仿生机构，该机构能够用来模拟动物翅膀的运动，比如可以模拟蜻蜓翅膀的摆动、鸟类翅膀的振动，并且能够提供的运动自由度比动物本身所具有的自由度更多。该机构是一种能够多自由度旋转、多幅度移动、速度范围可调的仿生机构，该机构能够用于仿生机器人以及工业机械手。该发明具有极大的灵活性和自由性，在空中能够360度的旋转。同时该发明具有实现简单、方便等特点。
[0004]本发明的技术方案是:
[0005]一种多自由度仿生机构，为保证该机构的运转需要使用三个独立的电机分别为:齿轮驱动电机、转动轴驱动电机和下摇臂驱动电机。该装置的结构组成主要包括连接机构本体和振动翼，所述振动翼与机构本体的转动臂相连接，所述连接机构本体包括齿轮驱动电机、主动齿轮、从动齿轮、导轨、转动轴、转动箱体和转动臂，所述从动齿轮通过从动齿轮直线轴承安装在转动轴上，所述主动齿轮与齿轮驱动电机连接，齿轮驱动电机带动主动齿轮旋转，所述从动齿轮与主动齿轮啮合且由主动齿轮带动旋转，从动齿轮上焊接了四根导轨，四根导轨与转动箱体相连，所述转动臂为一边为开口的框状结构，与转动臂的开口边相邻的两支臂通过销钉与转动箱体连接，当从动齿轮转动时能够带动转动箱体的旋转，同时转动臂也跟着一起转动。主动齿轮和从动齿轮的连续性转动，能够驱动转动臂实现正负360度的旋转进而同步带动连接在转动臂上的振动翼实现正负360度的旋转；
[0006]所述转动轴与转动轴驱动电机直接通过联轴器相连接，转动轴驱动电机旋转时转动轴与转动轴驱动电机同方向转动。与转动臂的开口边相邻的两支臂之间设置有两根彼此平行的摆动限位销，转动轴的前端伸入两个摆动限位销之间，当转动轴转动时，转动轴的前端在两个摆动限位销之间摆动，由于摆动限位销具有一定的曲率，能够使转动臂形成一定幅度的前后摆动。
[0007]所述转动轴的后端设有后端盖、下摇臂、拉杆和上摇臂，所述下摇臂的一端与下摇臂驱动电机相连接，所述下摇臂的另一端通过拉杆与上摇臂的一端连接，所述上摇臂的另一端与后端盖连接，所述下摇臂、拉杆、上摇臂与后端盖之间形成一个四连杆机构，所述上摇臂上还连接有一导向轴，所述后端盖前方的转动轴上设有移动盘，所述导向轴的另一端的端面与移动盘之间通过面面接触相连接，移动盘与导向轴面接触的区域面是一个斜面，当下摇臂在下摇臂驱动电机的带动下开始转动时，上摇臂与下摇臂同步转动。当上摇臂转动时，与上摇臂连接的导向轴同步转动，当下摇臂由下往上运动时推动移动盘开始向远离后端盖的方向移动，；当下摇臂由上往下运动时移动盘受到压力弹簧的作用开始向靠近后端盖的方向移动；
[0008]所述移动盘与后端直线轴承连接在一起，后端直线轴承与移动盘一起向同方向移动，后端直线轴承与推力轴套相连接，推力轴套与前端直线轴承相连接，前端直线轴承与压力弹簧的后端相贴合。前端直线轴承与转动箱体之间为过盈配合，保证运动过程中前端直线轴承与压力弹簧同步运动，压力弹簧的前端与前端盖贴合在一起，前端盖固定在转动轴上，由移动盘产生的直线运动传递到转动臂上，转动臂产生与移动盘相同的运动，在这个运动过程中压力弹簧被压紧。如果转动臂向左运动，使得摆动限位销与转动轴更大曲率处接触，那么转动的幅值会变大。同理如果下摇臂向下运动，那么上摇臂与下摇臂同步转动，受压缩的压力弹簧推动转动箱体向左运动，那么转动臂的摆动幅值变小。因此起到调节摆动幅值的作用。
[0009]本发明中的上摇臂连接有导向轴，当下摇臂接收到来自下摇臂驱动电机的驱动时，这一运动通过拉杆传递到上摇臂，上摇臂连接的导向轴跟着下摇臂一起转动，导向轴与移动盘之间是一种点与点的接触。移动盘与导向轴之间接触的是一个斜面，当导向轴在转动时能够推动移动盘沿转动轴的方向移动，移动盘与转动箱体之间通过直线轴承连接，移动盘产生的直线运动传递到转动臂上，转动臂产生与移动盘相同的运动，移动盘移动时能够调节转动臂的摆动幅度。转动轴与转动轴驱动电机直接相连，转动轴驱动电机的转动速度可以决定转动轴的旋转速度，也就能够控制转动臂摆动的频率。
[0010]本发明的有益效果:
[0011]1、本发明的整个装置结构简单、质量小、安装方便实现方式简单；
[0012]2、该装置的可靠性高；
[0013]3、本发明装置能够产生连续性正反方向360度旋转；
[0014]4、本发明通过摇臂的旋转能够实现转动臂旋转幅度的调节。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的机构连接本体与振动翼连接后的等轴测图；
[0016]图2是图1的主视图；
[0017]图3是只含有内部结构的机构连接本体的轴测图；
[0018]图4是图3的主视图；
[0019]图5是图4的剖视图；
[0020]图6是图3的俯视图。
[0021]图中各标号表不:
[0022]1、机构连接本体2、振动翼
[0023]3、转动轴4、导向轴
[0024]5、移动盘6、后端直线轴承
[0025]7、从动齿轮8、从动齿轮直线轴承
[0026]9、推力轴套10、转动臂
[0027]11、摆动限位销12、连接销
[0028]13、转动箱体14、前端盖
[0029]15、前端滚动轴承16、压力弹簧
[0030]17、前端直线轴承18、轴套
[0031]19、下摇臂20、拉杆
[0032]21、上摇臂22、后端盖
[0033]23、主动齿轮24、导轨
【具体实施方式】
[0034]下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0035]如图1-图6示，本发明提供了一种多自由度仿生机构，包括连接机构本体I和振动翼2，所述振动翼2与连接机构本体I的转动臂10相连接，在不同的设备上使用可以选择不同的振动翼达到一个机构多重使用的功效，并且更换、调整方便。
[0036]所述连接机构本体包括齿轮驱动电机、主动齿轮23、从动齿轮7、导轨24、转动轴3、转动箱体13和转动臂10，所述从动齿轮7通过从动齿轮直线轴承8安装在转动轴3上，所述主动齿轮23与齿轮驱动电机连接，齿轮驱动电机带动主动齿轮23旋转，所述从动齿轮7与主动齿轮23啮合且由主动齿轮23带动旋转，从动齿轮7上焊接了四根导轨24，四根导轨24与转动箱体13相连，所述转动臂10为一边为开口的框状结构，与转动臂的开口边相邻的两支臂通过销钉与转动箱体13连接，当从动齿轮7转动时能够通过四根导轨24带动转动箱体13的旋转，同时转动臂10也跟着一起转动。主动齿轮23以及从动齿轮7的连续性转动，能够驱动转动臂10实现正负360度的旋转进而同步带动连接在转动臂10上的振动翼2实现正负360度的旋转；
[0037]所述转动轴3与转动轴驱动电机直接通过联轴器相连接，转动轴驱动电机旋转时转动轴3与转动轴驱动电机同方向转动。与转动臂10的开口边相邻的两支臂之间设置有两根彼此平行的摆动限位销11，转动轴3的前端伸入两个摆动限位销11之间，当转动轴3转动时，转动轴3的前端在两个摆动限位销11之间摆动，由于摆动限位销3具有一定的曲率，能够使转动臂10形成一定幅度的前后摆动。
[0038]所述转动轴3的后端设有后端盖22、下摇臂19、拉杆20和上摇臂21，所述下摇臂19的一端与下摇臂驱动电机相连接，所述下摇臂19的另一端通过拉杆2与上摇臂21的一端连接，所述上摇臂21的另一端与后端盖连接，所述下摇臂19、拉杆20、上摇臂21与后端盖22之间形成一个四连杆机构，所述上摇臂21上还连接有一导向轴4，所述后端盖前方的转动轴上设有移动盘5，所述导向轴4的另一端的端面与移动盘5之间通过面面接触相连接，移动盘5与导向轴4面接触的区域面是一个斜面，当下摇臂19在下摇臂驱动电机的带动下开始转动时，上摇臂21与下摇臂19同步转动。当上摇臂21转