CN109866214B - 仿生柔性结构及具有其的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种仿生柔性结构及具有其的机器人，仿生柔性结构包括：摆动组件，摆动组件包括柔性件；驱动传动装置，驱动传动装置包括旋转架和拉动件，旋转架和拉动件均与柔性件驱动连接；其中，拉动件沿柔性件的延伸方向可收放地设置，以使柔性件弯曲变形；旋转架可转动地设置，以驱动柔性件转动。本发明的仿生柔性结构解决了现有技术中的仿生柔性结构较为复杂的问题。

Description

仿生柔性结构及具有其的机器人

技术领域

本发明涉及仿生领域，具体而言，涉及一种仿生柔性结构及具有其的机器人。

背景技术

在大型游乐场所，能够智能运动的动植物逐渐增多，但是存在枝条弯曲和旋转运动不能联调的问题。如果要实现枝条弯曲和旋转运动同时进行，对电机数量需求增加。为增强仿生树的运动仿真效果，需要仿生树枝干具有灵活的运动和简单的控制。

可以互动的植物，一般都会有枝条摆动的动作，目前有摆动功能的植物，一般采用连杆结构等方式实现，但是连杆结构普遍存在摩擦力大，驱动力过大，驱动过慢等问题，不能够完美实现植物枝条自由摆动的功能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种仿生柔性结构及具有其的机器人，以解决现有技术中的仿生柔性结构较为复杂的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种仿生柔性结构，包括：摆动组件，摆动组件包括柔性件；驱动传动装置，驱动传动装置包括旋转架和拉动件，旋转架和拉动件均与柔性件驱动连接；其中，拉动件沿柔性件的延伸方向可收放地设置，以使柔性件弯曲变形；旋转架可转动地设置，以驱动柔性件转动。

进一步地，拉动件为拉线。

进一步地，旋转架和拉线同步运动，以使柔性件的弯曲变形和转动运动同步进行。

进一步地，摆动组件还包括：第一连接板，第一连接板套设在柔性件上，拉线与第一连接板相连接，以通过第一连接板与柔性件驱动连接。

进一步地，摆动组件还包括：第二连接板，第二连接板可移动地套设在柔性件上，拉线穿过第二连接板与第一连接板相连接；多个弹性件，弹性件可伸缩地套设在柔性件上，第二连接板的两侧均套设有弹性件，以支撑第二连接板。

进一步地，第二连接板为多个，多个第二连接板间隔设置。

进一步地，弹性件为弹簧。

进一步地，柔性件的横截面为矩形。

进一步地，拉线成对设置，成对的两个拉线并列且间隔地设置，成对的两个拉线同步运动，两个拉线的运动方向相反，当第一个拉线放长时，第二个拉线收短，以使柔性件朝向收短的拉线方向弯曲。

进一步地，驱动传动装置还包括：转轴，转轴可转动地设置，转轴上设置有第一绕线轮和第二绕线轮，成对的两个拉线中的第一个拉线的一端沿第一方向缠绕在第一绕线轮上，第二个拉线的一端沿第二方向缠绕在第二绕线轮上，其中，第一方向和第二方向为相反的两个方向。

进一步地，驱动传动装置还包括：从动轮，从动轮套设在转轴上；主动轮，主动轮与从动轮相啮合，主动轮可转动地设置，以通过从动轮驱动转轴转动。

进一步地，从动轮和主动轮均为锥齿轮。

进一步地，驱动传动装置还包括：联轴器，联轴器的第一端与主动轮相连接；中心轮，中心轮与联轴器的第二端相连接；行星轮，行星轮与中心轮相啮合，行星轮可转动地设置，以通过中心轮驱动主动轮转动。

进一步地，旋转架上设置内齿轮，中心轮和行星轮均设置在内齿轮内，内齿轮与行星轮相啮合，以通过行星轮驱动中心轮转动。

进一步地，行星轮为多个，多个行星轮沿中心轮的周向间隔设置。

进一步地，驱动传动装置还包括：驱动电机，驱动电机的输出轴与旋转架驱动连接，驱动电机的输出轴可顺时针或逆时针转动。

进一步地，旋转架上设置有内齿轮，驱动传动装置还包括：行星轮，行星轮与内齿轮相啮合；中心轮，中心轮可转动地设置，中心轮与行星轮相啮合，以通过行星轮驱动旋转架转动；驱动电机，驱动电机的输出轴依次穿过中心轮和主动轮，以驱动中心轮和主动轮同步转动。

进一步地，仿生柔性结构还包括：支撑架，支撑架的第一端与柔性件相连接，支撑架的第二端与旋转架相连接，柔性件通过支撑架与旋转架相连接。

进一步地，柔性件为优力棒。

根据本发明的另一方面，提供了一种机器人，包括仿生柔性结构，仿生柔性结构为上述的仿生柔性结构。

本发明的仿生柔性结构通过驱动传动装置与摆动组件驱动连接，能够使摆动组件的至少部分做弯曲运动以及旋转运动。其中，摆动组件包括柔性件，驱动传动装置包括旋转架和拉动件，旋转架和拉动件均与柔性件驱动，连接拉动件沿柔性件的延伸方向可收放地设置。在具体驱动柔性件运动时，通过拉动拉动件使得拉动件驱动柔性件产生弯曲变形，或者通过转动旋转架，从而使得旋转架驱动柔性件转动。本发明的仿生柔性结构通过驱动传动装置上的旋转架以及拉动件可以使得柔性件产生弯曲以及旋转运动，整体结构较为简单，从而解决了现有技术中的仿生柔性结构较为复杂的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的仿生柔性结构的实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的仿生柔性结构的驱动传动装置的分解结构示意图；

图3示出了根据本发明的仿生柔性结构的驱动传动装置的组装结构示意图；

图4示出了根据本发明的仿生柔性结构的驱动传动装置的局部结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、摆动组件；11、柔性件；12、第一连接板；13、第二连接板；14、弹性件；20、驱动传动装置；22、转轴；221、第一绕线轮；222、第二绕线轮；23、从动轮；24、主动轮；25、联轴器；26、中心轮；27、行星轮；28、旋转架；281、内齿轮；29、驱动电机；30、支撑架；40、压紧机构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供了一种仿生柔性结构，请参考图1至图4，仿生柔性结构包括：摆动组件10，摆动组件10包括柔性件11；驱动传动装置20，驱动传动装置20包括旋转架28和拉动件，旋转架28和拉动件均与柔性件11驱动连接；其中，拉动件沿柔性件11的延伸方向可收放地设置，以使柔性件11弯曲变形；旋转架28可转动地设置，以驱动柔性件11转动。

本发明的仿生柔性结构通过驱动传动装置20与摆动组件10驱动连接，能够使摆动组件10的至少部分做弯曲运动以及旋转运动。其中，摆动组件10包括柔性件11，驱动传动装置20包括旋转架28和拉动件，旋转架28和拉动件均与柔性件11驱动，连接拉动件沿柔性件11的延伸方向可收放地设置。在具体驱动柔性件11运动时，通过拉动拉动件使得拉动件驱动柔性件11产生弯曲变形，或者通过转动旋转架28，从而使得旋转架28驱动柔性件11转动。本发明的仿生柔性结构通过驱动传动装置20上的旋转架28以及拉动件可以使得柔性件11产生弯曲以及旋转运动，整体结构较为简单，从而解决了现有技术中的仿生柔性结构较为复杂的问题。

优选地，拉动件为拉线。

为了能够更好地模拟植物的运动状态，旋转架28和拉线同步运动，以使柔性件11的弯曲变形和转动运动同步进行。

在本实施例中，通过将旋转架28和拉线设置为同步运动，从而可以使柔性件11的弯曲变形和转动运动同步进行，也更加符合植物的运动状态。

为了能够通过拉线驱动柔性件11发生弯曲变形，如图1所示，摆动组件10还包括：第一连接板12，第一连接板12套设在柔性件11上，拉线与第一连接板12相连接，以通过第一连接板12与柔性件11驱动连接。

在本实施例中，通过在摆动组件10上设置有第一连接板12，其中，第一连接板12套设在柔性件11的一端。为了能够更方便地通过拉线驱动柔性件11，将拉线与第一连接板12相连接，从而可以通过拉线拉动第一连接板12带动柔性件11产生弯曲变形。

考虑到结构的稳定性以及满足外包装需求，如图1所示，摆动组件10还包括：第二连接板13，第二连接板13可移动地套设在柔性件11上，拉线穿过第二连接板13与第一连接板12相连接；多个弹性件14，弹性件14可伸缩地套设在柔性件11上，第二连接板13的两侧均套设有弹性件14，以支撑第二连接板13。

在本实施例中，摆动组件10还包括第二连接板13，为了不影响柔性件11的正常弯曲运动，第二连接板13可移动地套设在柔性件11上，拉线穿过第二连接板13与第一连接板12相连接。

为了保证第二连接板13与柔性件11的相对位置，摆动组件10还包括多个弹性件14，其中，弹性件14可伸缩地套设在柔性件11上，第二连接板13的两侧均套设有弹性件14，从而可以利用至少两个弹性件支撑一个第二连接板13。

优选地，第二连接板13为多个，多个第二连接板13间隔设置。

在本实施例中，第二连接板13上设置有供拉线穿过的穿设孔。

优选地，弹性件14为弹簧。

为了能够限制柔性件11的弯曲方向，柔性件11的横截面为矩形。

在本实施例中，柔性件11选用方形柱体，一定程度地限定了柔性件11的弯曲方向。

为了能够实现柔性件11的弯曲变形，拉线成对设置，成对的两个拉线并列且间隔地设置，成对的两个拉线同步运动，两个拉线的运动方向相反，当第一个拉线放长时时，第二个拉线收短，以使柔性件11朝向收短的拉线弯曲。

在本实施例中，拉线成对设置，成对的两个拉线并列且间隔地设置，即第一个拉线位于柔性件11的第一侧，第二个拉线位于柔性件11的第二侧，第一侧和第二侧相背离。为了能够保证柔性件11弯曲变形，成对的两个拉线同步运动，两个拉线的运动方向相反，当第一个拉线放长时，第二个拉线收短，从而能够使柔性件11朝向收短的拉线方向弯曲。

为了能够使得成对的两个拉线同步运动，如图1所示，驱动传动装置20包括：转轴22，转轴22可转动地设置，转轴22上设置有第一绕线轮221和第二绕线轮222，成对的两个拉线中的第一个拉线的一端沿第一方向缠绕在第一绕线轮221上，第二个拉线的一端沿第二方向缠绕在第二绕线轮222上，其中，第一方向和第二方向为相反的两个方向。

在本实施例中，通过在驱动传动装置20上设置有转轴22，转轴22上设置有第一绕线轮221和第二绕线轮222。成对的两个拉线中的第一个拉线的一端沿第一方向缠绕在第一绕线轮221上，第二个拉线的一端沿第二方向缠绕在第二绕线轮222上，其中，第一方向和第二方向为相反的两个方向。在驱动柔性件11弯曲变形时，转动转轴22，从而使得一个拉线放长，与此同时，另一个拉线收短，从而能够使柔性件11朝向收短的拉线方向弯曲。

针对转轴22的驱动方式，如图2所示，驱动传动装置20还包括：从动轮23，从动轮23套设在转轴22上；主动轮24，主动轮24与从动轮23相啮合，主动轮24可转动地设置，以通过从动轮23驱动转轴22转动。

在本实施例中，驱动传动装置20还包括从动轮23和主动轮24，其中，从动轮23套设在转轴22上，主动轮24与从动轮23相啮合。通过转动主动轮24，使得主动轮24驱动从动轮23转动，以此使得从动轮23驱动转轴22转动。

考虑到结构的紧凑性，从动轮23和主动轮24均为锥齿轮。

为了能够使主动轮24可转动地设置，驱动传动装置20还包括：联轴器25，联轴器25的第一端与主动轮24相连接；中心轮26，中心轮26与联轴器25的第二端相连接；行星轮27，行星轮27与中心轮26相啮合，行星轮27可转动地设置，以通过中心轮26驱动主动轮24转动。

在本实施例中，驱动传动装置20还包括联轴器25、中心轮26以及行星轮27，其中，联轴器25的第一端与主动轮24相连接，中心轮26与联轴器25的第二端相连接。通过行星轮27与中心轮26相啮合，转动行星轮27可以驱动中心轮26转动，以通过中心轮26驱动主动轮24转动。

为了能够实现旋转架28和拉线的同步运动，如图3和图4所示，旋转架28上设置内齿轮281，中心轮26和行星轮27均设置在内齿轮281内，内齿轮281与行星轮27相啮合，以通过行星轮27驱动中心轮26转动。

在本实施例中，通过在旋转架28上设置内齿轮281，中心轮26和行星轮27均设置在内齿轮281内，内齿轮281与行星轮27相啮合。通过转动旋转架28带动行星轮27转动，行星轮27驱动中心轮26转动。

可选地，旋转架28为内齿轮，中心轮26和行星轮27均设置在旋转架28，旋转架28与行星轮27相啮合。

在本实施例中，旋转架28转动，以此带动柔性件11转动，与此同时，旋转架28通过齿轮组驱动第一绕线轮221和第二绕线轮222转动以带动两个拉线放长以及收短，从而能够实现柔性件11的同步弯曲运动。

为了保证足够的动力，行星轮27为多个，多个行星轮27沿中心轮26的周向间隔设置。

在本实施例中，行星轮27为3个。

可选地，旋转架28的转速小于主动轮24的转速。

优选地，驱动传动装置20还包括：驱动电机29，驱动电机29的输出轴与旋转架28驱动连接，驱动电机29的输出轴可顺时针或逆时针转动。

在具体运动时，通过驱动电机29的输出轴的顺时针或逆时针转动，可以驱动柔性件11两个方向的转动以及两个方向的弯曲变形。

优选地，仿生柔性结构还包括：支撑架30，支撑架30的第一端与柔性件11相连接，支撑架30的第二端与旋转架28相连接，柔性件11通过支撑架30与旋转架28相连接。

在本实施例中，支撑架30由多个支撑板以及一个圆形座组成，多个支撑板的第一端与旋转架28上的盖体相连接，多个支撑板的第二端与圆形座相连接，柔性件11安装在圆形座上。

优选地，柔性件11为多个，多个柔性件11间隔设置。

优选地，仿生柔性结构还包括：压紧机构40，压紧机构40压紧在行星轮27上，以防止行星轮27发生上下移动，其中，压紧机构40随行星轮27一起转动。

为了能够使柔性件11产生不同形式的弯曲变形，第一连接板12为多个，多个第一连接板12间隔设置，拉线为多个，各个拉线与相应的第一连接板12相连接。

在本实施例中，通过将第一连接板12设置为多个，其中，多个第一连接板12间隔设置，相应地，拉线为多个，各个拉线与相应的第一连接板12相连接。在具体驱动运动时，可以单独驱动一个第一连接板12上的拉线运动，也可以同时驱动多个第一连接板12上的拉线运动，以此使得柔性件11产生不同的弯曲形式，更加贴合植物的运动状态。

考虑到装配的强度以及方便柔性件11产生弯曲变形，多个第一连接板12的横截面的面积沿柔性件11的延伸方向依次递增或依次递减。

在本实施例中，柔性件11沿竖直方向放置，此时，多个第一连接板12的横截面的面积沿柔性件11的延伸方向由下到上依次递减。

为了能够实现柔性件11不同方向的弯曲变形，拉线为多对，多对拉线间隔设置，以通过成对的两个拉线控制柔性件11的弯曲方向。

优选地，驱动传动装置20为多个，多个驱动传动装置20间隔设置，各个驱动传动装置20控制相应的一对拉线。

针对本发明的驱动传动装置20的第二种驱动方式：

优选地，旋转架28上设置有内齿轮281，驱动传动装置20还包括：行星轮27，行星轮27与内齿轮281相啮合；中心轮26，中心轮26可转动地设置，中心轮26与行星轮27相啮合，以通过行星轮27驱动旋转架28转动；驱动电机29，驱动电机29的输出轴依次穿过中心轮26和主动轮24，以驱动中心轮26和主动轮24同步转动。

在本实施例中，驱动电机29驱动中心轮26和主动轮24同步转动，主动轮24驱动从动轮23转动进一步带动第一绕线轮221和第二绕线轮222。其中，成对的两个拉线中的第一个拉线的一端沿第一方向缠绕在第一绕线轮221上，第二个拉线的一端沿第二方向缠绕在第二绕线轮222上，其中，第一方向和第二方向为相反的两个方向。在驱动柔性件11弯曲变形时，转动转轴22，从而使得一个拉线放长，与此同时，另一个拉线收短，从而能够使柔性件11朝向收短的拉线弯曲。

与此同时，中心轮26驱动行星轮27转动进一步地驱动旋转架28发生转动以此带动柔性件11产生转动。从而实现了柔性件11弯曲变形与转动地同步运动。

优选地，柔性件11为优力棒。

本发明还提供了一种机器人，包括仿生柔性结构，仿生柔性结构为上述的仿生柔性结构。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的仿生柔性结构通过驱动传动装置20与摆动组件10驱动连接，能够使摆动组件10的至少部分做弯曲运动以及旋转运动。其中，摆动组件10包括柔性件11，驱动传动装置20包括旋转架28和拉动件，旋转架28和拉动件均与柔性件11驱动，连接拉动件沿柔性件11的延伸方向可收放地设置。在具体驱动柔性件11运动时，通过拉动拉动件使得拉动件驱动柔性件11产生弯曲变形，或者通过转动旋转架28，从而使得旋转架28驱动柔性件11转动。本发明的仿生柔性结构通过驱动传动装置20上的旋转架28以及拉动件可以使得柔性件11产生弯曲以及旋转运动，整体结构较为简单，从而解决了现有技术中的仿生柔性结构较为复杂的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种仿生柔性结构，其特征在于，包括：

摆动组件（10），所述摆动组件（10）包括柔性件（11）；

驱动传动装置（20），所述驱动传动装置（20）包括旋转架（28）和拉动件，所述旋转架（28）和所述拉动件均与所述柔性件（11）驱动连接；

其中，所述拉动件沿所述柔性件（11）的延伸方向可收放地设置，以使所述柔性件（11）弯曲变形；所述旋转架（28）可转动地设置，以驱动所述柔性件（11）转动；

所述拉动件为拉线；

所述旋转架（28）和所述拉线同步运动，以使所述柔性件（11）的弯曲变形和转动运动同步进行；

所述摆动组件（10）还包括：

第一连接板（12），所述第一连接板（12）套设在所述柔性件（11）上，所述拉线与所述第一连接板（12）相连接，以通过所述第一连接板（12）与所述柔性件（11）驱动连接；

所述摆动组件（10）还包括：

第二连接板（13），所述第二连接板（13）可移动地套设在所述柔性件（11）上，所述拉线穿过所述第二连接板（13）与所述第一连接板（12）相连接；

多个弹性件（14），所述弹性件（14）可伸缩地套设在所述柔性件（11）上，所述第二连接板（13）的两侧均套设有所述弹性件（14），以支撑所述第二连接板（13）；

所述拉线成对设置，成对的两个所述拉线并列且间隔地设置，成对的两个所述拉线同步运动，两个所述拉线的运动方向相反，当第一个所述拉线放长时，第二个所述拉线收短，以使所述柔性件（11）朝向收短的所述拉线方向弯曲；

所述驱动传动装置（20）还包括：

转轴（22），所述转轴（22）可转动地设置，所述转轴（22）上设置有第一绕线轮（221）和第二绕线轮（222），成对的两个所述拉线中的第一个所述拉线的一端沿第一方向缠绕在所述第一绕线轮（221）上，第二个所述拉线的一端沿第二方向缠绕在所述第二绕线轮（222）上，其中，所述第一方向和所述第二方向为相反的两个方向；

所述驱动传动装置（20）还包括：

从动轮（23），所述从动轮（23）套设在所述转轴（22）上；

主动轮（24），所述主动轮（24）与所述从动轮（23）相啮合，所述主动轮（24）可转动地设置，以通过所述从动轮（23）驱动所述转轴（22）转动；

所述从动轮（23）和所述主动轮（24）均为锥齿轮；

所述驱动传动装置（20）还包括：

联轴器（25），所述联轴器（25）的第一端与所述主动轮（24）相连接；

中心轮（26），所述中心轮（26）与所述联轴器（25）的第二端相连接；

行星轮（27），所述行星轮（27）与所述中心轮（26）相啮合，所述行星轮（27）可转动地设置，以通过所述中心轮（26）驱动所述主动轮（24）转动；

所述旋转架（28）上设置内齿轮（281），所述中心轮（26）和所述行星轮（27）均设置在所述内齿轮（281）内，所述内齿轮（281）与所述行星轮（27）相啮合，以通过所述行星轮（27）驱动所述中心轮（26）转动；

所述驱动传动装置（20）还包括驱动电机（29），所述驱动电机（29）的输出轴与所述旋转架（28）驱动连接。

2.根据权利要求1所述的仿生柔性结构，其特征在于，所述第二连接板（13）为多个，多个所述第二连接板（13）间隔设置。

3.根据权利要求1所述的仿生柔性结构，其特征在于，所述弹性件（14）为弹簧。

4.根据权利要求1所述的仿生柔性结构，其特征在于，所述柔性件（11）的横截面为矩形。

5.根据权利要求1所述的仿生柔性结构，其特征在于，所述行星轮（27）为多个，多个所述行星轮（27）沿所述中心轮（26）的周向间隔设置。

6.根据权利要求1所述的仿生柔性结构，其特征在于，所述驱动电机（29）的输出轴可顺时针或逆时针转动。

7.根据权利要求1所述的仿生柔性结构，其特征在于，所述仿生柔性结构还包括：

支撑架（30），所述支撑架（30）的第一端与所述柔性件（11）相连接，所述支撑架（30）的第二端与所述旋转架（28）相连接，所述柔性件（11）通过所述支撑架（30）与所述旋转架（28）相连接。

8.根据权利要求1所述的仿生柔性结构，其特征在于，所述柔性件（11）为优力棒。

9.一种机器人，包括仿生柔性结构，其特征在于，所述仿生柔性结构为权利要求1至8中任一项所述的仿生柔性结构。