多自由度球齿联动关节结构及机器蜿龙头颈骨架的制作方法

本技术属于仿生机器人领域，特别涉及一种多自由度球齿联动关节结构及机器蜿龙头颈骨架。

背景技术：

1、仿生机器恐龙是一种能够模仿恐龙的动作形态的精密机器人，其中蜿龙仿生机器人的头颈部由于长度较长且需要进行多自由度的弯折，因此设计研发时存在承载力较大，驱动电机较多，结构较复杂，能耗高等问题。

2、在申请号为“cn201920109428.8”的专利文献中公开了一种基于球齿轮传动的柔性机械臂，包括末端执行器、展臂单元、执行器控制单元、展臂控制单元和支架，所述末端执行器轴连接在展臂单元一端，展臂单元另一端与执行器控制单元相连，所述展臂控制单元固定在展臂单元另一端的两侧，所述支架用于固定和支撑执行器控制单元和展臂控制单元；本对比文件采用球齿轮传动，增加了机械臂的柔性，便于勘探，增加灵活度，减少关节复杂程度，但是由于展臂的长度和自身重量较大，展臂控制单元中的第一控制单元和第二控制单元均由滚珠丝杠结构以及大功率电机组成，结构复杂体积庞大，能耗高。

3、以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的实用新型构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种多自由度球齿联动关节结构及机器蜿龙头颈骨架，从而克服现有的多自由度长臂机械结构驱动结构较复杂且能耗大的缺陷。

2、为实现上述目的，本实用新型提供了一种多自由度球齿联动关节结构，包括：基座，所述基座的一端设有向外延伸的拨轴，所述拨轴的外伸端设有第一球齿轮，在所述拨轴的中部设有转向盘，所述转向盘能够自由摆动；联动关节组，其包括横向关节和纵向关节，所述横向关节的两端分别设有一个第二球齿轮，在两个所述第二球齿轮之间设有两个相互远离的第一连接部，各所述横向关节沿所述联动关节组排列设置且各所述第二球齿轮相互啮合，位于所述联动关节组的一端的所述横向关节的一端与所述转向盘固定连接；所述纵向关节的两端分别设有一个第三球齿轮，两个所述第三球齿轮之间设有两个相互远离的第二连接部，各所述纵向关节沿所述联动关节组排列设置且各所述第三球齿轮相互啮合，位于所述联动关节组的一端的所述纵向关节的一端的所述第三球齿轮与所述第一球齿轮相互啮合；各所述横向关节的端部和所述纵向关节的端部相互扣套，且所述第一连接部与所述第二连接部通过十字轴相互连接；第一拉力组件和第二拉力组件，所述第一拉力组件连接在所述转向盘和所述基座之间，所述第一拉力组件由第一弹簧构成，所述第一弹簧为三根以上并沿所述基座的横向排列设置；所述第二拉力组件连接在相邻的两个所述纵向关节之间，所述第二拉力组件由第二弹簧构成，所述第二弹簧为两根以上并沿所述基座的横向排列设置。

3、优选的，上述技术方案中，还包括横向驱动组件和纵向驱动组件，所述横向驱动组件包括横向舵机、横向驱动臂和第一连杆，所述横向舵机固定安装在所述基座内，所述横向驱动臂的一端与所述横向舵机的输出端连接，所述第一连杆的两端分别与所述横向驱动臂的另一端和所述转向盘的一侧球面铰接，所述第一连杆的两端之间的距离可调；所述纵向驱动组件包括纵向舵机、纵向驱动臂和第二连杆，所述纵向舵机固定安装在所述基座内，所述纵向驱动臂的一端与所述纵向舵机的输出端连接，所述第二连杆的两端分别与所述纵向驱动臂的另一端和所述转向盘的底部球面铰接，所述第二连杆的两端之间的距离可调。

4、优选的，上述技术方案中，所述第二连杆的位置与所述第一拉力组件的位置相对，且以所述转向盘的圆心对称设置。

5、优选的，上述技术方案中，还包括辅助曲臂组件，其包括：第一转座、第二转座、第一曲臂和第二曲臂，所述第一转座的一端与所述转向盘的另一侧转动连接，所述第二转座的一端与所述基座的侧部转动连接，所述第一曲臂的一端与所述第二曲臂的一端铰接，所述第一曲臂的另一端与所述第一转座的另一端铰接，所述第二曲臂的另一端与所述第二转座的另一端铰接。

6、优选的，上述技术方案中，所述转向盘内开设有盘孔，所述盘孔内设有第一轴承套，在所述拨轴上固定套设有第二轴承套，所述第一轴承套套接在所述第二轴承套的外部，且所述第一轴承套与所述第二轴承套相互接触的面为球面。

7、优选的，上述技术方案中，所述第一拉力组件还包括连接座，所述连接座固定设置在所述基座上，所述连接座上设有连接板，所述连接板的顶部从所述基座的顶部向外延伸并设置有弧形边，在所述连接板上设有若干个连接孔，各所述连接孔按照所述弧形边的轮廓间隔设置。

8、另一方面，为实现上述目的，本实用新型还提供了一种机器蜿龙头颈骨架，包括如上所述的多自由度球齿联动关节结构，还包括头颈组件，所述头颈组件包括第一颈部座、第二颈部座和头部骨架，所述第一颈部座的一端与最靠近所述联动关节组的另一端的所述十字轴的中部转动连接，所述第二颈部座的一端与所述第一颈部座的另一端转动连接，所述第二颈部座的转动轴线与所述第一颈部座的转动轴线垂直，所述头部骨架的一端与所述第二颈部座的另一端转动连接，所述头部骨架的转动轴线与所述第二颈部座的转动轴线相互平行。

9、优选的，上述技术方案中，所述第一颈部座内固定安装有第一颈部舵机，所述第一颈部舵机的输出端与所述十字轴的中部固定连接；所述第二颈部座内固定安装有第二颈部舵机，所述第二颈部舵机的输出端与所述第一颈部座的另一端固定连接。

10、优选的，上述技术方案中，还包括联动臂组件，所述联动臂组件包括固定臂和转动臂，所述固定臂的一端与所述第一颈部座固定连接，所述转动臂的一端与所述固定臂的另一端转动连接，所述转动臂的另一端与所述头部骨架转动连接，当所述第二颈部座的另一端摆动时，所述联动臂组件能够驱动所述头部骨架的另一端也同步摆动。

11、优选的，上述技术方案中，所述横向关节的中部和所述纵向关节的中部均设有圆形的仿形环。

12、与现有的技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

13、1.本实用新型中的多自由度球齿联动关节结构中的横向关节和纵向关节通过十字轴相互连接，并且各横向关节之间通过第二球齿轮相互啮合，各纵向关节之间通过第三球齿轮相互啮合，实现联动效果，在负载力较大的纵向方向设置有第一拉力组件和第二拉力组件辅助关节结构进行抬升动作，从而能够降低驱动组件的负载，不仅更加节能而且使整体关节结构更简单轻便。

14、2.本实用新型中的第一拉力组件和第二拉力组件均由两根以上的弹簧横向设置，不仅能够对纵向方向的动作提供辅助拉力的作用，而且对关节组件的横向摆动也能起到一定的辅助作用，从而也能够降低横向驱动组件的横向舵机的载荷。

15、3.本实用新型中的辅助曲臂组件能够与横向驱动组件中的第一连杆实现平衡配重的作用，并且其结构也不会影响转向盘的左右及上下方向的摆动。

16、4.本实用新型中的第一拉力组件中的连接座上设置弧形的连接板，在连接板上开设有多个连接孔，连接孔能够与第一弹簧的端部连接，用于增加第一拉力组件在纵向以及横向方向的拉力。

17、5.本实用新型中的机器蜿龙头颈骨架由第一颈部座、第二颈部座以及头部骨架构成，并且在第一颈部座和头部骨架之间连接有连动臂组件，能够在第二颈部座进行抬升的同时也能够带动头部骨架进行联动动作，使蜿龙头颈的仿生过程更加逼真。

18、6.本实用新型中的横向关节和纵向关节的中部均设有圆形的仿形环，不仅能够与蜿龙的颈部的截面形状相吻合，而且还能够提升横向关节和纵向关节的结构强度。