[发明专利]基于非圆齿轮控制的单自由度仿生机构

权利要求书

1.一种基于非圆齿轮控制的单自由度仿生机构，其包括十字形单元、绳索驱动组件、丁字形单元和弹簧，其特征在于，

所述十字形单元，其包括第一连接杆、第二连接杆、第一安装孔、第二安装孔、第一穿线孔和第二穿线孔，所述第一连接杆的中心和所述第二连杆的中心固定连接，所述第一连接杆的两端对称设有第一安装孔和第二安装孔，所述第二连接杆的两端对称设有第一穿线孔和第二穿线孔；所述丁字形单元，其包括第三连接杆、第四连接杆、第三安装孔、第三穿线孔和第四穿线孔，所述第三连接杆的第一端和所述第四连接杆的中心固定连接，所述第三连接杆的第二端设有第三安装孔，所述第四连接杆的两端对称设有第三穿线孔和第四穿线孔；

所述绳索驱动组件，其包括第一绳索、第二绳索、从动非圆齿轮同步滚筒、第一轴、从动非圆齿轮、主动非圆齿轮同步滚筒、第二轴和主动非圆齿轮，电机的输出端和所述第一轴的第一端固定连接，所述第一轴的第二端和所述主动非圆齿轮的第一端固定连接，所述第一轴的第三端和所述主动非圆齿轮同步滚筒的第一端固定连接，所述主动非圆齿轮同步滚筒的第二端和所述第一绳索的第一端固定连接，所述主动非圆齿轮的第二端和所述从动非圆齿轮的第一端啮合，所述从动非圆齿轮的第二端和所述第二轴的第一端固定连接，所述从动非圆齿轮同步滚筒的第一端和所述第二轴的第二端固定连接，所述从动非圆齿轮同步滚筒的第二端和所述第二绳索的第一端固定连接，所述电机的外壳和所述第二轴的第三端分别与机架固定连接；

丁字形单元包括第一丁字形单元和第二丁字形单元，所述第一丁字形单元中的第四连接杆和机架固定连接，所述第一丁字形单元中的第三安装孔和所述十字形单元中的第二安装孔连接，所述十字形单元中的第一安装孔和第二丁字形单元中的第三安装孔连接；

所述弹簧对称分布在相邻单元的两侧，所述弹簧的两端分别与相邻单元的连接杆的两端连接，所述第一绳索的第二端依次穿过所述第一丁字形单元的第三穿线孔和所述十字形单元的第一穿线孔与所述第二丁字形单元的第三穿线孔固定连接，所述第二绳索的第二端依次穿过所述第一丁字形单元的第四穿线孔和所述十字形单元的第二穿线孔与所述第二丁字形单元的第四穿线孔固定连接。

2.根据权利要求1所述的基于非圆齿轮控制的单自由度仿生机构，其特征在于，所述非圆齿轮的节曲线方程的具体表达式为：

式中，n为所有十字形单元和丁字形单元的个数之和，θ为单元间的相对转角，R为滚筒半径，a为主动非圆齿轮和从动非圆齿轮的中心距，L₁和L₂分别为第一绳索和第二绳索的长度变化量，L₁和L₂的具体表达式为：

式中，r为十字形单元或丁字形单元的安装孔回转中心到穿线孔中心的距离，为十字形单元安装孔回转中心线与穿线孔中心的连线和第一连接杆的夹角。

3.根据权利要求1所述的基于非圆齿轮控制的单自由度仿生机构，其特征在于，所述第一连接杆的轴线和所述第二连接杆的轴线互相垂直，所述第三连接杆的轴线和所述第四连接杆的轴线互相垂直，所述第一连接杆的长度和所述第四连接杆的长度相等，所述第二连接杆的长度是所述第三连接杆长度的2倍。

4.根据权利要求1所述的基于非圆齿轮控制的单自由度仿生机构，其特征在于，所述第一丁字形单元、所述第二丁字形单元、所述十字形单元和所述弹簧构成仿生机构主体。

5.根据权利要求4所述的基于非圆齿轮控制的单自由度仿生机构，其特征在于，所述第一连接杆两端的第一安装孔和第二安装孔的轴线相互平行且与所述仿生机构主体弯曲的平面垂直，所述第二连接杆两端的第一穿线孔和第二穿线孔的轴线与所述第一连接杆两端的安装孔的轴线垂直。