肢体运动仿生结构和包括肢体运动仿生结构的仿生机器鼠的制作方法

本发明涉及仿生结构技术领域，具体涉及一种肢体运动仿生结构和包括肢体运动仿生结构的仿生机器鼠。

背景技术：

随着仿生结构技术的发展，仿生结构在运动与结构层面上的技术日趋成熟，尤其是仿生机器人的技术最为成熟，机电方面的科研人员在仿生机器人上投入的精力也最大，仿生机器人的发展也最趋近于完善，鉴于趋近完善的仿生机器人，科技人员往往将仿生机器人的运动原理与结构形状照搬到其他仿生动物身上，例如，仿生机器鼠就应用了与仿生机器人相似的传动机构以及形状结构。

现有的仿生机器鼠虽然能够满足最基本的观赏性，但是在生物学家、神经科学家以及脑研究者对鼠类的运动原理、行为特点和交互方式研究上，仿生机器鼠还存在着以下缺陷：1)由于仿生机器人的肢体较长，因此仿生机器人的驱动装置与传动装置体现不出肢体较短的仿生机器鼠肢体结构的紧凑性；2)仿生机器人驱动装置和传动机构应用到仿生机器鼠身上，增加了仿生机器鼠的结构复杂性，体现不出仿生机器鼠肢体的运动灵活性；3)仿生机器人肢体的形状结构与仿生机器鼠肢体结构的差异性，影响科研人员对仿生机器鼠交互方式的研究。

因此，如何设计一种适用于仿生机器鼠的肢体运动仿生结构已经成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了设计一种适用于仿生机器鼠的肢体结构，根据本发明的第一方面，提供了一种新的肢体运动仿生结构，该肢体运动仿生结构包括机架、枢转连接在该机架上的第一肢体、与该第一肢体枢转连接的第二肢体以及连接到第一肢体和第二肢体的驱动装置，该驱动装置能够驱动第一肢体和第二肢体运动，该肢体运动仿生结构还包括连接杆，该连接杆分别和第二肢体与驱动装置枢转连接，用于将驱动装置的驱动力传递至第二肢体。本发明的肢体运动仿生结构紧凑、功能完善、运动灵活，并且与真实肢体结构的相似度高，有利于生物学家、神经科学家和脑研究者对肢体运动方式的研究。

在上述肢体运动仿生结构的优选技术方案中，肢体运动仿生结构还包括第一减速装置，第一肢体通过该第一减速装置与驱动装置相连。

在上述肢体运动仿生结构的优选技术方案中，驱动装置包括第一驱动电机，第一减速装置包括彼此啮合的第一减速齿轮和第一齿轮旋转体，第一驱动电机连接到第一减速齿轮并能够驱动第一减速齿轮旋转，第一肢体固定到第一齿轮旋转体或者与第一齿轮旋转体设置成一体。

在上述肢体运动仿生结构的优选技术方案中，肢体运动仿生结构还包括第二减速装置，第二肢体通过第二减速装置与驱动装置相连。

在上述肢体运动仿生结构的优选技术方案中，驱动装置还包括第二驱动电机，第二减速装置包括彼此啮合的第二减速齿轮和第二齿轮旋转体，第二驱动电机连接到第二减速齿轮并能够驱动第二减速齿轮旋转，第二肢体枢转地连接到第二齿轮旋转体的非圆心位置。

在上述肢体运动仿生结构的优选技术方案中，第一驱动电机是减速电机；并且/或者第一齿轮旋转体是圆弧齿轮旋转体。

在上述肢体运动仿生结构的优选技术方案中，第二驱动电机是减速电机；并且/或者第二齿轮旋转体是圆盘齿轮旋转体。

在上述肢体运动仿生结构的优选技术方案中，肢体运动仿生结构是仿生机器鼠的前肢结构。

在上述肢体运动仿生结构的优选技术方案中，第一肢体是仿生机器鼠的大臂，第二肢体是仿生机器鼠的小臂。

根据本发明的第二方面，还提供了一种仿生机器鼠，该仿生机器鼠包括第一方面的肢体运动仿生结构。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，通过在肢体运动仿生结构的驱动装置与第二肢体之间设置连接杆，该连接杆分别与驱动装置与第二肢体连接，从而解决了肢体运动仿生结构中驱动装置与减速装置位置的局限性，例如，驱动装置与减速装置不仅仅局限于设置在第一肢体与第二肢体的连接部位，还可以设置在肢体运动仿生结构的机架上，从而降低肢体运动仿生结构的结构复杂性，提高肢体运动仿生结构的运动灵活性。此外，通过在肢体外设置连接杆的结构，提高了肢体运动仿生结构的紧凑型，使肢体运动仿生结构更加适用于肢体较短的仿生动物的肢体，此外，连杆机构中的复合运动可以实现第二肢体相对第一肢体的复合运动，使肢体运动仿生结构的功能更加完善。

进一步地，在对肢体运动仿生结构的结构与运动优化的基础上，本发明的技术方案还对肢体运动仿生结构中部件的形状进行了优化，例如，在本发明第二方面的仿生机器鼠中，将机器鼠的第一肢体的端部设置为圆弧形状，以此提高第一肢体与生物鼠大臂形状的相似度，从而提高科研人员对仿生机器鼠行为特点与交互方式的研究水平。

综上所述，通过对仿生机器鼠的形状结构优化，提高了仿生机器鼠的结构紧凑性与小型化、运动灵活性以及形状与生物鼠肢体形状的一致性，加快了生物学家、神经科学家以及脑研究者对鼠类运动原理、行为特点与交互方式的研究进度。

附图说明

图1是本发明的一个优选实施例的仿生机器鼠前肢结构的结构示意图。

图2是图1所示仿生机器鼠前肢结构的立体图。

图3是图1所示仿生机器鼠前肢结构的传动机构的立体示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，尽管本说明书中设置的减速装置为外啮合齿轮减速装置，但是本说明书中的减速装置不仅仅局限于外啮合齿轮减速装置，本说明书中的减速装置还可以为内啮合齿轮减速装置，或者其他非齿轮减速装置，这种变化并不偏离本发明的原理和范围。

需要说明的是，本发明涉及机械传动技术领域，本领域技术人员应该明白，本说明书中的“连接杆”并不仅仅局限于杆状结构，例如，本发明中的第二减速齿轮上设置有两个转动副，因此本发明中的第二减速齿轮可以等效为与连杆连接的“活动连杆”。

此外，本发明还涉及仿生学技术领域，因此本发明的说明书中涉及到的仿生学术语“第一肢体”、“第二肢体”、“大臂”、“小臂”、等是为了方便理解，但不限定其特殊的结构或者形状以及其指定的肢体，例如，“第一肢体”与“大臂”可以理解为与仿生机器鼠躯干连接的“大腿”，“第二肢体”与“小臂”可以理解为未与仿生机器鼠躯干连接的“小腿”。

再者，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图3所示，根据本发明的一个实施例，仿生机器鼠的前肢结构包括安装在机器鼠躯干上的机架102以及与机架102枢转连接的第一肢体104，该第一肢体104由安装在机架102上的驱动装置108驱动，第一肢体104再将驱动装置108的驱动力传递至第二肢体106。此外，为了实现第二肢体106相对第一肢体104的复合运动，本发明的仿生机器鼠的前肢结构还包括用于第二肢体106独立的驱动装置120以及用于将驱动装置120的驱动力传递至第二肢体106的连接杆110。特别地，本发明的连接杆110优选为一根弯折杆，此弯折杆与第二肢体106连接，用于将驱动装置120的驱动力传递至第二肢体106。本领域技术人员应该明白，将连接杆110设置为弯折杆只是为了模拟生物鼠肢体的形状结构，并不是对连接杆110形状的限制，即连接杆110的主要作用为将驱动装置120的驱动力传递至第二肢体106，因此，连接杆110的形状结构不仅仅局限于图1中的弯折杆，用户可以在考虑连接杆110与其他部件不产生机械干涉的前提下，将连接杆110设置为其他更加优选的形状结构。同样，基于此原理，连接杆110的数量也不仅仅局限于一根，用户可以根据第二肢体106的具体运动轨迹将连接杆110设置为彼此连接的两根甚至多根连接杆110，这种调整并不偏离本发明的基本原理和保护范围。

继续参阅图1至图3，为了实现驱动装置108与第一肢体104之间的转速匹配和转矩传递，本发明在第一肢体104与驱动装置108之间设置了第一减速装置，第一减速装置由彼此啮合的第一减速齿轮112与第一齿轮旋转体114组成，其中，第一减速齿轮112与驱动装置108连接，第一齿轮旋转体114与第一肢体104连接。特别地，本发明中的第一齿轮旋转体114与第一肢体104为一体式连接。但是，本领域技术人员应该明白，一体式连接仅仅为本发明的优选实施例，是为了在满足第一齿轮旋转体114与第一肢体104之间传动的基础上，提高第一齿轮旋转体114与第一肢体104的结构紧凑性，基于此效果考虑，本发明中的第一齿轮旋转体114与第一肢体104的连接方式还可以为组装结构等紧凑型的固定连接方式，这种调整并不偏离本发明的基本原理和保护范围。

进一步地，继续参阅图1至图3，本发明将第一齿轮旋转体114设置为半圆形结构，在半圆形结构的外缘上设置与第一减速齿轮112配合的轮齿，第一肢体104在该半圆形结构的大致圆心位置连接到第一齿轮旋转体114。本领域技术人员应该明白，半圆形结构的第一齿轮旋转体114仅仅为本发明的一个优选的实施例，即是为了模拟生物鼠大臂的形状，基于此效果考虑，半圆形结构并不能限定第一齿轮旋转体114的形状结构的保护范围，例如，第一齿轮旋转体114还可以为扇形结构，即本发明的第一齿轮旋转体114只要具有圆弧形状且边缘设置有轮齿与齿槽结构即可。进一步地，本发明中的第一减速齿轮112与第一齿轮旋转体114为外啮合配合，但本发明中的第一减速齿轮112与第一齿轮旋转体114不仅仅局限于外啮合配合，例如，还可以为内啮合配合，同样可以实现转速的匹配和传递转矩的作用，因此，这种调整并不偏离本发明的基本原理和保护范围。再者，图1和图2所示的第一齿轮旋转体114与第一减速齿轮112的啮合位置以及第一肢体104与第一齿轮旋转体114的连接位置，都是示例性的，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

优选地，本发明的驱动装置108设置为步进电机。关于此点，本领域人员应该明白，步进电机可以解决现有技术中电机驱动力不足的问题，另外，步进电机的可控性与连续性可以使第一肢体104与第二肢体106快速响应机械摇摆，从而实现复杂的机械动作来模拟生物小鼠肢体的运动，因此，基于此效果考虑，具有驱动力足、快速响应性以及可控性的变频减速电机均可替代本发明的步进电机，这种替代并不偏离本发明的保护范围。

继续参阅图1至图3，同样为了实现驱动装置120与第二肢体106之间的转速匹配和转矩传递的作用，本发明在第二肢体106与驱动装置120之间设置了第二减速装置。第二减速装置由彼此啮合的第二减速齿轮116与第二齿轮旋转体118组成，其中，第二减速齿轮116与驱动装置120连接，第二齿轮旋转体118与第二肢体106连接。特别地，本发明中的第二齿轮旋转体118为圆盘形结构，该圆盘形结构的外缘设置有与第二减速齿轮116配合的轮齿。本领域技术人员应该明白，圆盘形结构的第二齿轮旋转体118仅仅为本发明的一个优选的实施例，并不是为了限定本发明第二齿轮旋转体118的形状结构，例如，第二齿轮旋转体118还可以为扇形或半圆形结构，即本发明的第二齿轮旋转体118只要具有圆弧形状且边缘设置有轮齿与齿槽特性即可。进一步地，本发明中的第二减速齿轮116与第二齿轮旋转体118为外啮合配合，但本发明中的第二减速齿轮116与第二齿轮旋转体118不仅仅局限于外啮合配合，例如，还可以为内啮合配合，同样可以实现转速的匹配和传递转矩的作用，因此，基于转速匹配和转矩传递地效果考虑，这种变化并不偏离本发明的保护范围。关于第二齿轮旋转体118，需要指出的是，尽管图1至3中将其描绘成与第一齿轮旋转体114同轴，但是这仅仅是为了结构紧凑而提供的优选实施例，在能够实现其各自功能的前提下，第一齿轮旋转体114与第二齿轮旋转体118可以是非同轴的结构。

优选地，本发明的独立的驱动装置120设置为步进电机。关于此点，本领域人员应该明白，步进电机可以解决现有技术中超声波电机驱动力不足的问题，另外，步进电机的可控性与连续性可以使第二肢体106快速响应机械摇摆，从而实现复杂的动作来模拟生物小鼠肢体的运动，因此，基于此效果考虑，具有驱动力足、快速响应性以及可控性的变频减速电机均可替代本发明的步进电机，这种替代并不偏离本发明的保护范围。

进一步地，继续参阅图1至图3，本发明的仿生机器鼠前肢结构还包括连接杆110，连接杆110的一端枢转地连接到第二齿轮旋转体118的非圆心位置，连接杆110的另一端枢转地连接到第二肢体106，以便通过第二齿轮旋转体118的转动来拖拽连接杆110并因此实现第二肢体106的转动。进一步地，由于连接杆110枢转地连接到第二齿轮旋转体118的非圆心位置，这样一来，第二齿轮旋转体118上具有两个转动副，具有两个转动副的第二齿轮旋转体118可以等效为“活动的转动连杆”，实现两个转动副之间相互转动的效果。相应地，尽管本申请中将第二齿轮旋转体118具体地描绘成圆盘结构，并且将连接杆110描绘成弯折连接杆，但是这并不是限制性的，第二齿轮旋转体118和连接杆110可以采用任何合适的形状，只要当第二齿轮旋转体118转动时其能够拖动连接杆110运动并因此使第二肢体106转动即可。

优选地，图1至3所示实施例的第一肢体104是仿生机器鼠的大臂，第二肢体106是仿生机器鼠的小臂。本领域技术人员应该明白，通过仿生机器鼠的前肢结构来阐述本发明的肢体运动仿生结构，仅仅是为了描述方便，不是对本发明的肢体运动仿生结构应用的限制，例如，本发明的肢体运动仿生结构还可以用于兔子、猫、狗等其他动物的前肢结构，基于本发明的肢体运动仿生结构的原理，这种应用并不偏离本发明的保护范围。

最后，根据本发明的第二方面，本发明还提出了一种仿生机器鼠，该仿生机器鼠包括第一方面的肢体运动仿生结构。同样地，仿生机器鼠仅仅是本发明的一个实施例，不是对本发明的仿生机器的限制，例如，本发明的仿生机器还可以为仿生机器兔、仿生机器猫、仿生机器狗等其他仿生机器。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。