CN209183103U - 一种展示机器人机械原理的教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种展示机器人机械原理的教具，包括胸腔本体、头部机构、左臂部件、右臂部件、行走机构和腰部转动结机构，所述左臂部件和右臂部件分别位于胸腔本体的左右两侧，所述行走机构位于胸腔本体的下方；本实用新型具体涉及到液压马达、液压缸、复合连杆机构、槽轮机构、齿轮机构、行星轮系机构以及凸轮机构等，用于课堂上或者实验室进行实物演示，将机器人机械机构的组成、组合方式、运动形式直观形象的表现出来，使学生在学习机械类课程或机器人课程时能直观的了解机器人机械机构和原理，能快速理解机构中各构件的运动关系，加深对机器人结构和机械原理课程的理解，从而提高教学质量。

Description

一种展示机器人机械原理的教具

技术领域

本实用新型涉及一种教具，尤其涉及一种展示机器人机械原理的教具。

背景技术

机器人：即靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。可以实现自动行走，模仿人的动作，机器人可以实现模仿人的动作主要是靠运用了大量的机械零部件。

在机械类课程和机器人课程教学过程中，一些机械机构尤为复杂，尤其在讲机器人机械结构部分过程中，结构较多且复杂，课本中的内容比较抽象，需要讲解的课时长，效果还不理想，教具可以形象地演示机械机构原理，但目前只存在一些单一结构的教具，演示某一些单一结构，教学效果一般。对于讲解机器人机械结构时，需要一些教具来展示，目前还没有一种用于展示机器人机械结构的教具，可以将机器人的整体结构以及机械原理展现出来。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种展示机器人机械原理的教具，能够展示机器人的机械结构以及工作原理，同时将很多种机械机构的组成、组合方式，运动原理展示出来，直观形象的展示出机器人的机械结构和原理。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案为：

设计一种展示机器人机械原理的教具，包括胸腔本体、头部机构、左臂部件、右臂部件、行走机构和腰部转动结机构，所述左臂部件和右臂部件分别位于胸腔本体的左右两侧，所述行走机构位于胸腔本体的下方；所述胸腔本体内设有一腹部架；

优选的，所述头部机构包括头部本体，所述头部本体位于胸腔本体上方，腹部架内设置一电机Ⅰ，电机Ⅰ输出轴端安装有锥齿轮Ⅰ105，胸腔本体内侧设置有通过皮带配合连接的皮带轮Ⅰ和皮带轮Ⅱ109，与皮带轮Ⅰ同轴设置有锥齿轮Ⅱ，与皮带轮Ⅱ109同轴设置有凸轮，在所述凸轮上方设置有一摆杆102，所述摆杆102一端与凸轮配合连接，所述摆杆102另一端与头部本体铰接，所述锥齿轮Ⅰ105和锥齿轮Ⅱ配合连接；

优选的，所述腹部架内部竖直设置有两根传动轴Ⅰ，两根传动轴Ⅰ上均设置有双头锥齿轮，所述双头锥齿轮可沿传动轴Ⅰ上下移动，所述腹部架左右内侧依下而上设置有齿轮Ⅳ、齿轮Ⅲ、齿轮Ⅱ和齿轮Ⅰ8，与齿轮Ⅱ和齿轮Ⅳ同轴向内延伸设置有锥齿轮Ⅲ，腹部架内左侧传动轴Ⅰ上的双头锥齿轮与腹部架内左侧的锥齿轮Ⅲ配合连接，腹部架内右侧的传动轴Ⅰ上的双头锥齿轮与腹部架内右侧的锥齿轮Ⅲ配合连接，所述左臂部件和右臂部件通过传动轴Ⅱ与齿轮Ⅰ8连接，两根所述传动轴Ⅰ的一端延伸出腹部架底部，并在端部设置有齿轮Ⅴ，所述电机Ⅰ输出轴延伸出腹部架底部，并在输出轴上设置有齿轮Ⅵ，所述齿轮Ⅵ与齿轮Ⅴ配合连接；

优选的，所述行走机构包括连接架，连接架下方设置有左前腿、右前腿、左后腿、右后腿，连接架底部设置两根传动轴Ⅲ，两根传动轴Ⅲ上均设置有从动齿轮，在传动轴Ⅲ上方设置有腿部电机，腿部电机输出轴端设置有主动齿轮，所述主动齿轮和传动轴Ⅲ上的从动齿轮配合连接；

优选的，所述腰部转动机构包括与连接板固连的内齿圈、固定架；所述固定架下方圆周等间距铰接有3个行星齿轮，3个所述行星齿轮均与内齿圈配合连接，3个所述行星齿轮中央还配合设置有一中心轮，在所述胸腔本体内底部设置一腰部电机，所述腰部电机输出轴穿过胸腔本体下壁与中心轮连接；

优选的，所述左前腿包括摇杆、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、支撑足、连杆Ⅲ、连接块、连杆Ⅳ、连杆Ⅴ、传动轴Ⅳ；所述连接块和支撑足均有三个角，所述摇杆一端与传动轴Ⅲ轴端固定连接且与连杆Ⅴ一端铰接，所述摇杆另一端与连杆Ⅰ和连杆Ⅳ一端铰接，所述连杆Ⅰ的另一端与支撑足第一角铰接，所述连杆Ⅳ另一端与连接块第一角铰接，所述连接块第二角和第三角通过连杆Ⅱ和连杆Ⅲ与支撑足第一角和第二角铰接，所述连杆Ⅴ的另一端与连接块第三角铰接。

优选的，所述左臂部件包括大臂和小臂，所述大臂和小臂铰接，所述大臂一侧设置有液压马达，液压马达输出轴贯穿大臂，并端部连接有拨盘，所述小臂一侧固定设置有槽轮，所述大臂和槽轮铰接。

优选的，所述小臂包括固定板、设置于固定板下方的铰接架、夹持臂Ⅰ和夹持臂Ⅱ，所述夹持臂Ⅰ和夹持臂Ⅱ的尾端分别与铰接架下端两侧铰接，所述固定板侧面还设置一液压缸，所述液压缸的活塞杆穿过铰接架，且液压缸的活塞杆的端部通过连接杆与夹持臂Ⅰ和夹持臂Ⅱ中部铰接。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型展示了一种机器人的机械结构以及工作原理，具体涉及到液压马达、液压缸、复合连杆机构、槽轮机构、齿轮机构、行星轮系机构以及凸轮机构等，用于课堂上或者实验室进行实物演示，将机器人机械机构的组成、组合方式、运动形式直观形象的表现出来，使学生在学习机械类课程或机器人课程时能直观的了解机器人机械机构和原理，能快速理解机构中各构件的运动关系，加深对机器人结构和机械原理课程的理解，从而提高教学质量。

附图说明

图1为本实用新型总体结构的轴测图；

图2为本实用新型总体结构的正视图；

图3为本实用新型总体结构的左视图；

图4为本实用新型总体结构的俯视图；

图5为本实用新型头部机构传动系统结构示意图；

图6为本实用新型左臂部件和右臂部件传动系统结构示意图；

图7为本实用新型左臂部件结构示意图；

图8为本实用新型中小臂的结构示意图；

图9为本实用新型中腰部转动机构的结构示意图；

图10为本实用新型中行走机构的结构正视图；

图11为本实用新型中行走机构的结构侧视图；

图12为本实用新型中左前腿的结构侧视图；

图中：1.头部机构；2.胸腔本体；3.右臂部件；4.行走机构；5.左臂部件；101.头部本体；102.摆杆；103.电机Ⅰ；104.腹部架；105.锥齿轮Ⅰ；106.皮带轮Ⅰ；107锥齿轮Ⅱ；108.皮带；109.皮带轮Ⅱ；110.凸轮；6.传动轴Ⅰ；7.传动轴Ⅱ；8.齿轮Ⅰ；9.齿轮Ⅱ；10.齿轮Ⅲ；11.齿轮Ⅳ；12.双头锥齿轮；13.齿轮Ⅴ；14.齿轮Ⅵ；15.锥齿轮Ⅲ；16.内齿圈；17.固定架；18.中心轮；19.行星齿轮；20.腰部电机；301.大臂；302.小臂；303.拨盘；304.槽轮；305.液压马达；306.液压缸；307.铰接架；308.活塞杆；309.连接杆；310.夹持臂Ⅰ；311.夹持臂Ⅱ；312.固定板；401.连接架；402.主动齿轮；403.从动齿轮；404.传动轴Ⅲ；405.腿部电机；406.左前腿；407.右前腿；408.左后腿；409.右后腿；4071.摇杆；4072.连杆Ⅰ；4073.连杆Ⅱ；4074.支撑足；4075.连杆Ⅲ；4076.连接块；4077.连杆Ⅳ；4078.连杆Ⅴ；4079.传动轴Ⅳ。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

实施例1：一种展示机器人机械原理的教具，参见图1至图12。

一种展示机器人机械原理的教具，包括胸腔本体2、头部机构1、左臂部件5、右臂部件3、行走机构4和腰部转动结机构，左臂部件5和右臂部件3为对称结构，左臂部件5和右臂部件3分别位于胸腔本体2的左右两侧，所述行走机构4位于胸腔本体2的下方；所述胸腔本体2内设有一腹部架104；其中腹部架104为长方体结构，主要用于安装零部件，本实用新型可以清晰展示机器人的机械结构和传动原理。

进一步，如图5所示，头部机构1包括头部本体101，头部本体101类似人物头像，头部本体101位于胸腔本体2上方，腹部架104内设置一电机Ⅰ103，电机Ⅰ103输出轴端安装有锥齿轮Ⅰ105，胸腔本体2内侧设置有通过皮带108配合连接的皮带轮Ⅰ106和皮带轮Ⅱ109，皮带轮Ⅱ109位于皮带轮Ⅰ106正上方，与皮带轮Ⅰ106同轴设置有锥齿轮Ⅱ107，与皮带轮Ⅱ109同轴设置有凸轮110，在所述凸轮110上方设置有一摆杆102，摆杆102可沿其中央位置摆动，所述摆杆102一端与凸轮110配合连接，所述摆杆102另一端与头部本体101铰接，所述锥齿轮Ⅰ105和锥齿轮Ⅱ107配合连接；工作过程为：电机Ⅰ103通过锥齿轮Ⅰ105和锥齿轮Ⅱ107带动皮带轮Ⅰ106旋转，从而带动皮带轮Ⅱ109旋转，同轴的凸轮110旋转可以推动摆杆102摆动，从而带动头部本体101摆动。

进一步，如图6所示，腹部架104内部竖直设置有两根传动轴Ⅰ6，两根传动轴Ⅰ6皆通过轴承与腹部架104上下两臂连接，两根传动轴Ⅰ6上均设置有双头锥齿轮12，所述双头锥齿轮12可沿传动轴Ⅰ6上下移动，所述腹部架104左右内侧依下而上设置有齿轮Ⅳ11、齿轮Ⅲ10、齿轮Ⅱ9和齿轮Ⅰ8，齿轮Ⅳ11和齿轮Ⅲ10配合连接，齿轮Ⅱ9和齿轮Ⅲ10配合连接、齿轮Ⅱ9和齿轮Ⅰ8配合连接，与齿轮Ⅱ9和齿轮Ⅳ11同轴向内延伸设置有锥齿轮Ⅲ15，腹部架104内左侧传动轴Ⅰ6上的双头锥齿轮12与腹部架104内左侧的锥齿轮Ⅲ15配合连接，腹部架104内右侧的传动轴Ⅰ6上的双头锥齿轮12与腹部架104内右侧的锥齿轮Ⅲ15配合连接，所述左臂部件5和右臂部件3通过传动轴Ⅱ7与齿轮Ⅰ8连接，两根传动轴Ⅰ6的一端延伸出腹部架104底部，并在端部设置有齿轮Ⅴ13，所述电机Ⅰ103输出轴延伸出腹部架104底部，并在输出轴上设置有齿轮Ⅵ14，所述齿轮Ⅵ14与齿轮Ⅴ13配合连接；电机Ⅰ103带动齿轮Ⅵ14旋转，从而通过齿轮Ⅴ13带动两根传动轴Ⅰ6旋转，两根传动轴Ⅰ6上的双头锥齿轮12旋转，带动腹部架104左侧上方或下方的锥齿轮Ⅲ，以及腹部架104右侧上方或下方的锥齿轮Ⅲ旋转，从而带动左臂部件5和右臂部件3向前或向后摆动。

进一步，如图10所示，行走机构4包括连接架401，连接架401下方设置有左前腿406、右前腿407、左后腿408、右后腿409，连接架401底部设置两根传动轴Ⅲ404，两根传动轴Ⅲ404上均设置有从动齿轮403，在传动轴Ⅲ404上方设置有腿部电机405，腿部电机405输出轴端设置有主动齿轮402，所述主动齿轮402和传动轴Ⅲ404上的从动齿轮403配合连接；具体地，腿部电机405通过主动齿轮402和从动齿轮403带动两根传动轴Ⅲ404同时旋转，从而进一步带动左前腿406、右前腿407、左后腿408和右后腿409行走。进一步，行走机构4采用了多连杆复合机构，能够实现仿生步履运动，且为单自由度，方便控制，四条腿的动力可以通过一个电机进行提供，能降低其体积，方便动力提供。具体工作过程为：静止时四条腿都着地；前进时，四条腿分为两组交替运动，对角的两腿为一组，即：左前腿406和右后腿409为一组，右前腿407和左后腿408为另一组；第一组两条腿(左前腿，右后腿)往前迈出，第二组两条腿(右前腿，左后腿)静止不动；第一组两条腿(左前腿，右后腿)往前迈出后静止；第二组两条腿(右前腿，左后腿)往前迈出，两组腿以这种方式不断交替循环往复。

进一步，如图9所示，所述腰部转动机构包括与连接板固连的内齿圈16、固定架17；所述固定架17下方圆周等间距铰接有3个行星齿轮19，3个所述行星齿轮19均与内齿圈16配合连接，3个所述行星齿轮19中央还配合设置有一中心轮18，在所述胸腔本体2内底部设置一腰部电机20，所述腰部电机20输出轴穿过胸腔本体2下壁与中心轮18连接；进一步说，腰部转动机构实际采用了行星轮系结构，腰部电机20带动中心轮18旋转，从而带动行星齿轮19旋转，内齿圈16便相对固定架17低速旋转，从而带动行走机构4相对于机器人上身转动。

进一步，如图11-12所示，所述左前腿包括摇杆4071、连杆Ⅰ4072、连杆Ⅱ4073、支撑足4074、连杆Ⅲ4075、连接块4076、连杆Ⅳ4077、连杆Ⅴ4078、传动轴Ⅳ4079；所述连接块4076和支撑足4074均有三个角，所述摇杆4071一端与传动轴Ⅲ轴端固定连接且与连杆Ⅴ4078一端铰接，所述摇杆4071另一端与连杆Ⅰ4072和连杆Ⅳ4077一端铰接，所述连杆Ⅰ4072的另一端与支撑足4074第一角铰接，所述连杆Ⅳ4077另一端与连接块4076第一角铰接，所述连接块4076第二角和第三角通过连杆Ⅱ4073和连杆Ⅲ4075与支撑足4074第一角和第二角铰接，所述连杆Ⅴ4078的另一端与连接块4076第三角铰接。进一步，左前腿、右前腿、左后腿和右后腿结构相同，左前腿机构中，经计算，自由度为1，即机构提供一个动力，使摇杆4071为原动件，并令其作等角速运动。此时由于只有一个原动件，满足了机构具有确定运动的条件。

进一步，如图7所示，左臂部件5包括大臂301和小臂302，所述大臂301和小臂302铰接，所述大臂301一侧设置有液压马达305，液压马达305输出轴贯穿大臂301，并端部连接有拨盘303，所述小臂302一侧固定设置有槽轮304，所述大臂301和槽轮304铰接。进一步地，大臂301和小臂302相互转动采用了槽轮机构，工作过程为：液压马达305提供动力，带动装有圆柱销的拨盘303旋转，拨盘303上的圆柱销进入槽轮304的径向槽，最终带动槽轮做圆周间歇运动，使得小臂302相对于大臂301间歇摆动，此部分展示槽轮机构的机械结构和工作原理。

进一步，如图8所示，所述小臂302包括固定板312、设置于固定板312下方的铰接架307、夹持臂Ⅰ310和夹持臂Ⅱ311，所述夹持臂Ⅰ310和夹持臂Ⅱ311的尾端分别与铰接架307下端两侧铰接，所述固定板312侧面还设置一液压缸306，所述液压缸306的活塞杆308穿过铰接架307，且液压缸306的活塞杆308的端部通过连接杆309与夹持臂Ⅰ310和夹持臂Ⅱ311中部铰接。具体工作过程为：液压缸活塞杆伸出和缩回，带动连接杆309从而带动夹持臂Ⅰ310和夹持臂Ⅱ311张开或闭合，展示了液压缸以及机械手的工作原理。

进一步，还包括提供各电机工作的电源、开关和控制器以及提供液压马达305和液压缸工作的液压系统，所述电源、开关和控制器与电机Ⅰ103、腿部电机405、腰部电机20电性连接，所述液压系统中包括液压泵和控制阀，液压泵和控制阀与液压缸、液压马达305管路连接。

本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种展示机器人机械原理的教具，其特征在于：包括胸腔本体、头部机构、左臂部件、右臂部件、行走机构和腰部转动结机构，所述左臂部件和右臂部件分别位于胸腔本体的左右两侧，所述行走机构位于胸腔本体的下方；所述胸腔本体内设有一腹部架；

所述头部机构包括头部本体，所述头部本体位于胸腔本体上方，腹部架内设置一电机Ⅰ，电机Ⅰ输出轴端安装有锥齿轮Ⅰ，胸腔本体内侧设置有通过皮带配合连接的皮带轮Ⅰ和皮带轮Ⅱ，与皮带轮Ⅰ同轴设置有锥齿轮Ⅱ，与皮带轮Ⅱ同轴设置有凸轮，在所述凸轮上方设置有一摆杆，所述摆杆一端与凸轮配合连接，所述摆杆另一端与头部本体铰接，所述锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅱ配合连接；

所述腹部架内部竖直设置有两根传动轴Ⅰ，两根传动轴Ⅰ上均设置有双头锥齿轮，所述双头锥齿轮可沿传动轴Ⅰ上下移动，所述腹部架左右内侧依下而上设置有齿轮Ⅳ、齿轮Ⅲ、齿轮Ⅱ和齿轮Ⅰ，与齿轮Ⅱ和齿轮Ⅳ同轴向内延伸设置有锥齿轮Ⅲ，腹部架内左侧传动轴Ⅰ上的双头锥齿轮与腹部架内左侧的锥齿轮Ⅲ配合连接，腹部架内右侧的传动轴Ⅰ上的双头锥齿轮与腹部架内右侧的锥齿轮Ⅲ配合连接，所述左臂部件和右臂部件通过传动轴Ⅱ与齿轮Ⅰ连接，两根所述传动轴Ⅰ的一端延伸出腹部架底部，并在端部设置有齿轮Ⅴ，所述电机Ⅰ输出轴延伸出腹部架底部，并在输出轴上设置有齿轮Ⅵ，所述齿轮Ⅵ与齿轮Ⅴ配合连接；

所述行走机构包括连接架，连接架下方设置有左前腿、右前腿、左后腿、右后腿，连接架底部设置两根传动轴Ⅲ，两根传动轴Ⅲ上均设置有从动齿轮，在传动轴Ⅲ上方设置有腿部电机，腿部电机输出轴端设置有主动齿轮，所述主动齿轮和传动轴Ⅲ上的从动齿轮配合连接；

所述腰部转动机构包括与连接板固连的内齿圈、固定架；所述固定架下方圆周等间距铰接有3个行星齿轮，3个所述行星齿轮均与内齿圈配合连接，3个所述行星齿轮中央还配合设置有一中心轮，在所述胸腔本体内底部设置一腰部电机，所述腰部电机输出轴穿过胸腔本体下壁与中心轮连接。

2.如权利要求1所述的一种展示机器人机械原理的教具，其特征在于：所述左前腿包括摇杆、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、支撑足、连杆Ⅲ、连接块、连杆Ⅳ、连杆Ⅴ、传动轴Ⅳ；所述连接块和支撑足均有三个角，所述摇杆一端与传动轴Ⅲ轴端固定连接且与连杆Ⅴ一端铰接，所述摇杆另一端与连杆Ⅰ和连杆Ⅳ一端铰接，所述连杆Ⅰ的另一端与支撑足第一角铰接，所述连杆Ⅳ另一端与连接块第一角铰接，所述连接块第二角和第三角通过连杆Ⅱ和连杆Ⅲ与支撑足第一角和第二角铰接，所述连杆Ⅴ的另一端与连接块第三角铰接。

3.如权利要求1所述的一种展示机器人机械原理的教具，其特征在于：所述左臂部件包括大臂和小臂，所述大臂和小臂铰接，所述大臂一侧设置有液压马达，液压马达输出轴贯穿大臂，并端部连接有拨盘，所述小臂一侧固定设置有槽轮，所述大臂和槽轮铰接。

4.如权利要求3所述的一种展示机器人机械原理的教具，其特征在于：所述小臂包括固定板、设置于固定板下方的铰接架、夹持臂Ⅰ和夹持臂Ⅱ，所述夹持臂Ⅰ和夹持臂Ⅱ的尾端分别与铰接架下端两侧铰接，所述固定板侧面还设置一液压缸，所述液压缸的活塞杆穿过铰接架，且液压缸的活塞杆的端部通过连接杆与夹持臂Ⅰ和夹持臂Ⅱ中部铰接。