CN115256405A - 一种仿生孔雀机器人装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种仿生孔雀机器人装置，尾部开屏机构位于所述底座的右后侧，所述尾部抬放机构位于所述尾部开屏机构左侧，所述腿部行走机构位于所述底座两侧，所述驱动机构位于所述底座前端。本发明设计科学合理，通过尾部开屏机构及尾部抬放机构能够实现真实世界中的孔雀开屏时尾部在抬起的同时打开的拟态动作，提高了运动仿真效果，同时能实现智能控制，能够应用于表演、展示、军事伪装等领域，达到伪装、代替生物执行危险操作的目的；同时，装置结构简单，性能优越，成本低，整体设计轻巧而牢固，且自动化程度高。
Description
技术领域
本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种仿生孔雀机器人装置。
背景技术
仿生机器人是指依据仿生学原理，模仿生物结构、运动特性等设计的性能优越的机电系统，已逐渐在太空探索、抢险救灾等不适合由人来承担任务的环境中凸显出良好的应用前景。
目前，市面上已有的仿生孔雀机器人机构繁冗，装卸复杂，有的难以维持身体平衡，且无法实现由闭屏到抬起的同时开屏的效果，无法满足仿生孔雀机器人的拟态动作。
因此，亟需开发一种新型仿生孔雀机器人装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种仿生孔雀机器人装置，以解决如何实现孔雀仿生机器人开屏时尾部在抬起的同时打开的拟态动作、以及实现智能控制的问题。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种仿生孔雀机器人装置，其特征在于：包括底座及安装于底座上的尾部开屏机构、尾部抬放机构、腿部行走机构及驱动机构，所述尾部开屏机构位于所述底座的右后侧，所述尾部抬放机构位于所述尾部开屏机构左侧，所述腿部行走机构位于所述底座两侧，所述驱动机构位于所述底座前端。
而且，所述尾部开屏机构包括齿轮传动组件及平面多杆机构，所述齿轮传动组件包括第一大齿轮、第二大齿轮、第一不完全齿轮、第二不完全齿轮及第一小齿轮，所述第一大齿轮与第二大齿轮啮合，所述第一不完全齿轮、第二不完全齿轮分别与第一大齿轮、第二大齿轮同轴并共同连接至所述底座上设置的第一基架，所述第一不完全齿轮、第二不完全齿轮之间啮合连接所述第一小齿轮，所述第一小齿轮的中心轴端部伸出所述第一基架并连接有第一胡克铰链，所述第一胡克铰链通过活塞连接第二胡克铰链，所述第二胡克铰链通过旋转副连接至所述平面多杆机构。
而且，所述尾部抬放机构包括曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括两个曲柄及与所述两个曲柄共同连接的滑块，所述两个曲柄的后端曲柄与所述平面多杆机构通过旋转副连接。
而且，所述腿部行走机构包括对称设置于所述底座两侧的第三大齿轮、第四大齿轮、第二小齿轮、传动杆及第一驱动电机，所述第三大齿轮与第四大齿轮均与所述传动杆偏心连接，所述第三大齿轮与第四大齿轮的中心轴连接至所述底座上设置的第二基架，所述第三大齿轮与第四大齿轮之间啮合连接第二小齿轮，所述第二小齿轮的中心轴连接至所述第二基架，左侧所述第三大齿轮的中心轴连接至所述第一驱动电机，两侧所述第四大齿轮的中心轴之间通过连杆连接，所述传动杆的底端连接有行走爪。
而且，所述驱动机构包括第二驱动电机、第一锥齿轮及第二锥齿轮，所述底座的前端通过第三基架安装有第二驱动电机，所述第二驱动电机的端部连接有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮啮合连接有所述第二锥齿轮，所述第二锥齿轮的中心轴端部连接至所述曲柄滑块机构的前端曲柄；所述第一锥齿轮的中心轴上同轴连接有所述尾部开屏机构的第一大齿轮，所述第二驱动电机驱动第一大齿轮及曲柄的转动。
而且，所述第三基架的前端面上设置有OPENMV主控单片机、蓝牙模块及智能摄像头模块，所述智能摄像头模块与OPENMV主控单片机、蓝牙模块依次连接，所述OPENMV主控单片机与所述第一驱动电机、第二驱动电机连接。
而且，所述平面多杆机构包括尾座及三根中间连杆，所述尾座的底端与所述底座转动连接，所述尾座的顶端分别与所述三根中间连杆转动连接，所述三根中间连杆的前端设置有两根前端连杆，所述两根前端连杆的上端分别与两侧中间连杆的上端通过移动副连接，所述两根前端连杆的下端共同通过转动副连接至中部中间连杆的下端；所述三根中间连杆的后端设置有两根后端连杆，所述两根后端连杆的上端共同通过移动副连接至中部中间连杆的上端，所述两根后端连杆的下端分别与两侧中间连杆的下端通过移动副连接。
而且，所述第一基架采用铝合金材质制成，所述第一大齿轮、第二大齿轮、第一不完全齿轮、第二不完全齿轮及第一小齿轮采用尼龙材质制成。
而且，所述第二基架采用铝合金材质制成，所示第三大齿轮、第四大齿轮及二小齿轮采用尼龙材质制成。
而且，所述第三基架采用铝合金材质制成，所述曲柄滑块机构采用环氧板材质制成，所述第一、二锥齿轮采用尼龙材质制成。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的仿生孔雀机器人装置，通过尾部开屏机构及尾部抬放机构能够实现真实世界中的孔雀开屏时尾部在抬起的同时打开的拟态动作，提高了运动仿真效果，同时能实现智能控制，能够应用于表演、展示、军事伪装等领域，达到伪装、代替生物执行危险操作的目的。
2、本发明的仿生孔雀机器人装置，结构简单，性能优越，装卸简单，同时产品成本低，整体设计轻巧而牢固，且自动化程度高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的另一结构示意图；
图3为本发明的后视图；
图4为本发明的右视图。
附图标记说明
1-第二大齿轮、2-第二不完全齿轮、3-第一基架、4-第一胡克铰链、5-连杆、6- 活塞、7-第二胡克铰链、8-平面多杆机构、9-底座、10-第一不完全齿轮、11-第一大齿轮、12-第一小齿轮、13-移动副、14-前端连杆、15-中间连杆、16-转动副、17-后端曲柄、18-第二基架、19-滑块、20-第一驱动电机、21-第二锥齿轮、22-第一锥齿轮、 23-第二驱动电机、24-智能摄像头模块、25-OPENMV主控单片机、26-第三基架、27- 前端曲柄、28-加强板、29-行走爪、30-传动杆、31-第三大齿轮、32-第二小齿轮、33- 第四大齿轮、34-尾座、35-后端连杆。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本发明中，基于真实世界中孔雀的身体尺寸及开屏角度，确定各机构的工作参数，并设计各零件的尺寸和结构，进行力学计算与仿真，通过软件得到运动学参数；
一种仿生孔雀机器人装置，其创新之处在于：包括底座9及安装于底座上的尾部开屏机构、尾部抬放机构、腿部行走机构及驱动机构，所述尾部开屏机构位于所述底座的右后侧，所述尾部抬放机构位于所述尾部开屏机构左侧，所述腿部行走机构位于所述底座两侧，所述驱动机构位于所述底座前端。
尾部开屏机构包括齿轮传动组件及平面多杆机构8，所述齿轮传动组件包括第一大齿轮11、第二大齿轮1、第一不完全齿轮10、第二不完全齿轮2及第一小齿轮12，所述第一大齿轮与第二大齿轮啮合，所述第一不完全齿轮、第二不完全齿轮分别与第一大齿轮、第二大齿轮同轴并共同连接至所述底座上设置的第一基架3，所述第一不完全齿轮、第二不完全齿轮之间啮合连接所述第一小齿轮，所述第一小齿轮的中心轴端部伸出所述第一基架并连接有第一胡克铰链4，所述第一胡克铰链通过活塞6连接第二胡克铰链7，所述第二胡克铰链通过旋转副连接至所述平面多杆机构。
本发明中，第一、二不完全齿轮的转动角度为110°。
尾部抬放机构包括曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括两个曲柄及与所述两个曲柄共同连接的滑块19，所述两个曲柄的后端曲柄17与所述平面多杆机构通过旋转副连接，所述曲柄滑块机构中的滑块在行程最左端和最右端时由平面多杆机构构成的尾羽能够实现抬起时垂直90°和放下时向下偏置20°。
腿部行走机构包括对称设置于所述底座两侧的第三大齿轮31、第四大齿轮33、第二小齿轮32、传动杆30及第一驱动电机20，所述第三大齿轮与第四大齿轮均与所述传动杆偏心连接，所述第三大齿轮与第四大齿轮的中心轴连接至所述底座上设置的第二基架18，所述第三大齿轮与第四大齿轮之间啮合连接第二小齿轮，所述第二小齿轮的中心轴连接至所述第二基架，左侧所述第三大齿轮的中心轴连接至所述第一驱动电机，两侧所述第四大齿轮的中心轴之间通过连杆5连接，所述传动杆的底端连接有行走爪29，所述行走爪与传动杆底部设置有加强板28。
驱动机构包括第二驱动电机23、第一锥齿轮21及第二锥齿轮22，所述底座的前端通过第三基架26安装有第二驱动电机，所述第二驱动电机的端部连接有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮啮合连接有所述第二锥齿轮，所述第二锥齿轮的中心轴端部连接至所述曲柄滑块机构的前端曲柄27；所述第一锥齿轮的中心轴上同轴连接有所述尾部开屏机构的第一大齿轮，所述第二驱动电机驱动第一大齿轮及曲柄的转动。
第三基架的前端面上设置有OPENMV主控单片机25、蓝牙模块及智能摄像头模块24，所述智能摄像头模块与OPENMV主控单片机、蓝牙模块依次连接，所述 OPENMV主控单片机与所述第一驱动电机、第二驱动电机连接。
平面多杆机构包括尾座34及三根中间连杆15，所述尾座的底端与所述底座转动连接，所述尾座的顶端分别与所述三根中间连杆转动连接，所述三根中间连杆的前端设置有两根前端连杆14，所述两根前端连杆的上端分别与两侧中间连杆的上端通过移动副13连接，所述两根前端连杆的下端共同通过转动副16连接至中部中间连杆的下端；所述三根中间连杆的后端设置有两根后端连杆35，所述两根后端连杆的上端共同通过移动副连接至中部中间连杆的上端，所述两根后端连杆的下端分别与两侧中间连杆的下端通过移动副连接，平面多杆机构构成的尾羽最左、右两根连杆最大能各向两边展开110°，即开屏最大角度达到220°。
第一基架采用铝合金材质制成，所述第一大齿轮、第二大齿轮、第一不完全齿轮、第二不完全齿轮及第一小齿轮采用尼龙材质制成；第二基架采用铝合金材质制成，所示第三大齿轮、第四大齿轮及二小齿轮采用尼龙材质制成，整体装置实用性强、成本低、强度高、稳定性强。
本发明的工作原理为：
手机通过蓝牙模块启动第二驱动电机，水平方向以6r/min(36°/s)的旋转速度带动第一锥齿轮旋转，与其垂直啮合的第二锥齿轮随之旋转，进而带动曲柄从水平方向开始转动180°，带动滑块从最右端处水平左移，将平面多杆机构构成的尾羽由最低处抬起至最高处，当曲柄继续转动180°，滑块从最左端处水平右移，将平面多杆机构构成的尾羽由最高处牵落至最低处，由此实现尾座的抬放运动；
与第一电动机、第一锥齿轮同轴的第一大齿轮及第一不完全齿轮以6r/min(36° /s)顺时针转动，同时与第一大齿轮啮合的第二大齿轮逆时针转动，带动与其同轴的第二不完全齿轮逆时针转动，由此，使得与第一不完全齿轮、第二不完全齿轮啮合的第一小齿轮先逆时针转动110°，再顺时针转动110°；第一小齿轮带动第一胡克铰链实现先逆时针转动110°，再顺时针转动110°，通过活塞传动，使得另一端的第二胡克铰链实现先逆时针转动110°，再顺时针转动110°；同时带动平面多杆机构构成的尾羽各向两边展开110°，使得开屏最大角度达到220°，再各自向中间聚合 110°，由此实现孔雀尾羽的开合运动。
此外，智能摄像头模块能够对前方一定范围内的颜色进行识别，比如说20～30cm范围内检测到红色或者蓝色，则会给到OPENMV主控单片机一个颜色刺激信号， OPENMV主控单片机驱动第一驱动电机、第二驱动电机工作，实现机器人的开屏及行走。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (10)
1.一种仿生孔雀机器人装置，其特征在于：包括底座及安装于底座上的尾部开屏机构、尾部抬放机构、腿部行走机构及驱动机构，所述尾部开屏机构位于所述底座的右后侧，所述尾部抬放机构位于所述尾部开屏机构左侧，所述腿部行走机构位于所述底座两侧，所述驱动机构位于所述底座前端。
2.根据权利要求1所述的仿生孔雀机器人装置，其特征在于：所述尾部开屏机构包括齿轮传动组件及平面多杆机构，所述齿轮传动组件包括第一大齿轮、第二大齿轮、第一不完全齿轮、第二不完全齿轮及第一小齿轮，所述第一大齿轮与第二大齿轮啮合，所述第一不完全齿轮、第二不完全齿轮分别与第一大齿轮、第二大齿轮同轴并共同连接至所述底座上设置的第一基架，所述第一不完全齿轮、第二不完全齿轮之间啮合连接所述第一小齿轮，所述第一小齿轮的中心轴端部伸出所述第一基架并连接有第一胡克铰链，所述第一胡克铰链通过活塞连接第二胡克铰链，所述第二胡克铰链通过旋转副连接至所述平面多杆机构。
3.根据权利要求1所述的仿生孔雀机器人装置，其特征在于：所述尾部抬放机构包括曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括两个曲柄及与所述两个曲柄共同连接的滑块，所述两个曲柄的后端曲柄与所述平面多杆机构通过旋转副连接。
4.根据权利要求1所述的仿生孔雀机器人装置，其特征在于：所述腿部行走机构包括对称设置于所述底座两侧的第三大齿轮、第四大齿轮、第二小齿轮、传动杆及第一驱动电机，所述第三大齿轮与第四大齿轮均与所述传动杆偏心连接，所述第三大齿轮与第四大齿轮的中心轴连接至所述底座上设置的第二基架，所述第三大齿轮与第四大齿轮之间啮合连接第二小齿轮，所述第二小齿轮的中心轴连接至所述第二基架，左侧所述第三大齿轮的中心轴连接至所述第一驱动电机，两侧所述第四大齿轮的中心轴之间通过连杆连接，所述传动杆的底端连接有行走爪。
5.根据权利要求4所述的仿生孔雀机器人装置，其特征在于：所述驱动机构包括第二驱动电机、第一锥齿轮及第二锥齿轮，所述底座的前端通过第三基架安装有第二驱动电机，所述第二驱动电机的端部连接有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮啮合连接有所述第二锥齿轮，所述第二锥齿轮的中心轴端部连接至所述曲柄滑块机构的前端曲柄；所述第一锥齿轮的中心轴上同轴连接有所述尾部开屏机构的第一大齿轮，所述第二驱动电机驱动第一大齿轮及曲柄的转动。
6.根据权利要求5所述的仿生孔雀机器人装置，其特征在于：所述第三基架的前端面上设置有OPENMV主控单片机、蓝牙模块及智能摄像头模块，所述智能摄像头模块与OPENMV主控单片机、蓝牙模块依次连接，所述OPENMV主控单片机与所述第一驱动电机、第二驱动电机连接。
7.根据权利要求2所述的仿生孔雀机器人装置，其特征在于：所述平面多杆机构包括尾座及三根中间连杆，所述尾座的底端与所述底座转动连接，所述尾座的顶端分别与所述三根中间连杆转动连接，所述三根中间连杆的前端设置有两根前端连杆，所述两根前端连杆的上端分别与两侧中间连杆的上端通过移动副连接，所述两根前端连杆的下端共同通过转动副连接至中部中间连杆的下端；所述三根中间连杆的后端设置有两根后端连杆，所述两根后端连杆的上端共同通过移动副连接至中部中间连杆的上端，所述两根后端连杆的下端分别与两侧中间连杆的下端通过移动副连接。
8.根据权利要求1所述的仿生孔雀机器人装置，其特征在于：所述第一基架采用铝合金材质制成，所述第一大齿轮、第二大齿轮、第一不完全齿轮、第二不完全齿轮及第一小齿轮采用尼龙材质制成。
9.根据权利要求4所述的仿生孔雀机器人装置，其特征在于：所述第二基架采用铝合金材质制成，所示第三大齿轮、第四大齿轮及二小齿轮采用尼龙材质制成。
10.根据权利要求5所述的仿生孔雀机器人装置，其特征在于：所述第三基架采用铝合金材质制成，所述曲柄滑块机构采用环氧板材质制成，所述第一、二锥齿轮采用尼龙材质制成。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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