[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)腿部结构笨重且稳定性差。现有的机械关节一般采用箱式结构，重量较大，因此常选用大功率驱动电机，自重较重、成本较高；

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。

(2)头颈部和尾部一般采用电机驱动，这种方式其机电系统结构复杂，关节多，在运动过程中仿生机械恐龙头颈部和尾部的受力变化情况非常复杂，从而导致其行走时稳定性很差，难以操控。

(3)整体结构一般采用电机驱动。但是电机驱动方式普遍存在转速较高，减速困难；转矩较小，因此大推力时需要花费的成本相应的也会偏高。

有鉴于此，需要对大型四足仿生机械恐龙的机械结构及驱动动力进行优化设计，使其具有结构简单，重量轻，动态响应速度快的特点，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、小腿关节和足部减震装置，所述小腿关节、大腿关节和髋关节分别包括用于改变小腿关节与大腿关节、大腿关节与髋关节以及机械腿与躯干部之间角度的第二机械关节、第三机械关节和第四机械关节，且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、第二、第三和第四机械关节均采用液压缸驱动。

在上述方案中，所述第一机械关节包括颈部第一连接件、颈部第一液压缸、颈部第二液压缸和用于连接嘴巴或加长尾杆的颈部连杆，所述颈部第一液压缸的缸体尾部和所述颈部连杆的一端分别与所述颈部第一连接件的一端铰接，所述颈部第一液压缸的活塞端与所述颈部连杆的另一端铰接，所述颈部第二液压缸的活塞端铰接于所述颈部第一连接件的侧壁上。

在上述方案中，所述第一机械关节还包括颈部第二连接件和颈部第三连接件，所述颈部第一连接件的另一端与所述颈部第二连接件固定，所述颈部第三连接件的一端铰接于所述颈部第二连接件的一端，所述颈部第二连接件的另一端与所述颈部第二液压缸的活塞端铰接；

所述头颈部或者所述尾部分别通过所述颈部第三连接件的自由端与所述颈部第二液压缸的缸体尾部设置在所述躯干部的前端或者后端。

在上述方案中，所述头颈部还包括实现嘴巴张合的第五机械关节，所述第五机械关节包括上颚部和下颚部，所述上颚部和所述下颚部呈水平设置的环形，从上到下依次穿装于所述颈部连杆的自由端，嘴部液压缸的缸体尾部与所述颈部连杆的侧壁铰接，所述嘴部液压缸的活塞端与嘴部连接件的一端铰接，所述下颚部与嘴部连接件的另一端穿装固定在一起。