CN219432377U - 一种用于大型仿生设备的呼吸机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于大型仿生设备的呼吸机构，包括机架，还包括：驱动机构，固接于机架后端，包括左侧第一转动输出轴和右侧第二转动输出轴；第一铰链四杆机构，该第一铰链四杆机构的主动件与第一转动输出轴连接，从动件铰接与机架前端左侧；第二铰链四杆机构，该第二铰链四杆机构的主动件与第二转动输出轴连接，从动件铰接与机架前端右侧；第一铰链四杆机构与第二铰链四杆机构运动幅度不相等。本实用新型通过一个驱动机构驱动两套铰链四杆机构，在将机构简单化的同时，做到了两套大型机构实现两种幅度的动作，进而实现大型仿生设备在精细动作领域的高度仿生化，增强观众的体验观感。

Description

一种用于大型仿生设备的呼吸机构

技术领域

本实用新型涉及仿生技术领域，尤其涉及一种用于大型仿生设备的呼吸机构。

背景技术

大型仿生设备越来越多的出现在一些游乐园区，通过体量和灵动性给游客带来震撼的视觉效果。但由于游乐园放置的仿生设备体量较大，在细节处由于成本以及寿命的问题，难以设计过于精密的仿生结构来提高仿生效果，以至于部分机构所呈现出来的呼吸效应不佳，无法实现多点的起伏运动。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种用于大型仿生设备的呼吸机构，能够使仿生设备具备更好的仿生效果。

根据本实用新型的一个方面，提供一种用于大型仿生设备的呼吸机构，包括机架，驱动机构，固接于机架后端，包括左侧第一转动输出轴和右侧第二转动输出轴；第一铰链四杆机构，该机构的主动件与第一转动输出轴连接，从动件铰接与机架前端左侧；第二铰链四杆机构，该机构的主动件与第二转动输出轴连接，从动件铰接与机架前端右侧；第一铰链四杆机构与第二铰链四杆机构运动幅度不相等。

在上述技术方案中，通过一个驱动机构驱动两套铰链四杆机构，在将机构简单化的同时，做到了两套大型机构实现两种幅度的动作，进而实现大型仿生设备在精细动作领域的高度仿生化，增强观众的体验观感。

在一些实施例中，所述驱动机构包括双轴输出电机减速机一体机。

在上述技术方案中，由于本案针对的领域是大型仿生设备领域，其特点在于：体积大、扭矩要求高、传动平稳性要求高。有鉴于此，本案选用电机减速机一体机，该一体机具备传动平稳，传动效率高的优点，而且最为关键的是，相较于普通的电机，其他参数相同的情况下电机减速机一体机能够输出更大的扭矩，符合大型仿生设备的工作要求。

在一些实施例中，所述第一铰链四杆机构与所述第二铰链四杆机构分别为：双曲柄机构，或双摇杆机构，双摇杆机构，或曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构，或双曲柄机构，双摇杆机构，或双曲柄机构，曲柄摇杆机构，或双摇杆机构，曲柄摇杆机构。

在上述技术方案中，采用多种不同四杆机构的组合方式来实现不同的仿生效果。需要理解的是，本方案是适用于大型仿生设备上，鉴于大型仿生设备体积大、扭矩要求高、传动平稳性要求高的问题，在机构的选择上将面对两个问题：(1)仿生机构的运动机构要稳定，且寿命较长。(2)仿生机构的运动机构不应有过多的零部件，避免复杂结构带来不可避免的运动干涉风险。

有鉴于此，本方案采用双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构的多种可能的组合，既能够满足仿生效果，也能够满足上述提及的两个需求。而这三种机构都具备一个特性就是：结构简单。可以通过设置四杆结构中机架、连杆的长度，来实现不同的仿生效果。一般的为了实现杆件的左右摇动，直接用控制电机转动一定角度后反转，需要设定控制器并撰写控制程序，多个部件组成整个系统坏掉的概率就上升。而连杆不需要控制系统，只需要通过合理的设计各杆件的长度、移动角度等即可实现，大大降低了坏的可能性。

在一些实施例中，作为一种优选的方案，所述第一铰链四杆机构与所述第二铰链四杆机构都为曲柄摇杆机构，且第一铰链四杆机构的连杆长度≠第二铰链四杆机构的连杆长度。

在上述技术方案中，相较于其他的机构，曲柄摇杆机构制作方便简单，容易实现，但缺点是占用空间大。而本案所面对的场景是大型仿生机械，因此曲柄摇杆机构的缺点反而对仿生机械本身不会造型过多的影响，因此曲柄摇杆机构是最为妥当的一种方案。进一步的为了实现呼吸的效果，可以从连杆长度着手。由于是双输出轴减速机，设置了两套不同长度的连杆机构，在一侧机构做摆动的同时，可以对另一侧机构做相同速度不同幅度的动作，进而实现呼吸机构的多个零件仿生动作。

在一些实施例中，所述第一铰链四杆机构的连杆长度与所述第二铰链四杆机构的连杆长度的比例为1:1.2-1.7；

或

所述第二铰链四杆机构的连杆长度与所述第一铰链四杆机构的连杆长度的比例为1:1.2-1.7。

在上述技术方案中，由于是双输出轴减速机，设置了两套不同长度的连杆机构，在一侧机构做摆动的同时，可以对另一侧机构做相同速度不同幅度的动作，进而实现呼吸机构的多个零件仿生动作。但是两连杆长度差异过大，容易导致一边正常运行，另一边出现运动干涉、死点等，进而导致机构无法运动影响了机构运动的连续性的问题。因此本方案针对现有的工作情况进行设计，限定了两连杆的长度比例来保证机构运动的连续性。

在一些实施例中，所述第一铰链四杆机构的主动件与所述第二铰链四杆机构的主动件的夹角为30°-90°。

在上述技术方案中，由于是双输出轴减速机，设置了两套不同长度的连杆机构，在一侧机构做摆动的同时，可以对另一侧机构做相同速度不同幅度的动作，进而实现呼吸机构的多个零件仿生动作。为了进一步实现不同的仿生效果，本案针对第一铰链四杆机构的主动件与第二铰链四杆机构的主动件的夹角进行限定。由于是共用一套双输出轴减速机，为了避免出现运动干涉、死点等，进而导致机构无法运动影响了机构运动的连续性的问题。因此本方案针对现有的工作情况进行设计，限定了主动件的夹角来保证机构运动的连续性。

在一些实施例中，所述第一铰链四杆机构的从动件连接有仿生机构；

所述第二铰链四杆机构的从动件连接有仿生机构。

在上述技术方案中，通过将仿生机构连接于从动件，主动件带动从动件，进而带动仿生机构进行工作，能够有效实现呼吸效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型方案用于大型仿生设备的双曲柄摇杆呼吸机构一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型方案用于大型仿生设备的双曲柄摇杆呼吸机构一实施例的曲柄摇杆机构简图；

图3是本实用新型方案用于大型仿生设备的双曲柄摇杆呼吸机构一实施例的双曲柄机构简图；

图4是本实用新型方案用于大型仿生设备的双曲柄摇杆呼吸机构一实施例的双摇杆机构简图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本实用新型，但不对本实用新型的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本实用新型的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的在于提出一种用于大型仿生设备的呼吸机构，能够使仿生设备具备更好的仿生效果。

根据本实用新型的一个方面，提供一种用于大型仿生设备的呼吸机构，具体请参阅图1，包括：双轴输出电机减速机一体机1、第一机架2、第一曲柄3、第一摇杆4、第一连杆5、第二机架6、第二曲柄7、第二摇杆8、第二连杆9；

其中，第一机架2和第二机架6固接，形成完整机架。需要注意的是，这种分体式机架的优点在于可以通过设定两个机架之间的角度差异，通过角度差异可以进一步实现不同的仿生效果。

其中，由于本案针对的领域是大型仿生设备领域，其特点在于：体积大、扭矩要求高、传动平稳性要求高。有鉴于此，本案选用电机减速机一体机，该一体机具备传动平稳，传动效率高的优点，而且最为关键的是，相较于普通的电机，其他参数相同的情况下电机减速机一体机能够输出更大的扭矩，符合大型仿生设备的工作要求。

双轴输出电机减速机一体机1固定在第一机架2和第二机架6上，并且双轴输出电机减速机一体机1的右侧第二转动输出轴、左侧第一转动输出轴均传动连接有一个具有四个转动副的铰链四杆机构。

其中，右侧的第一铰链四杆机构，具体结构是：双轴输出电机减速机一体机1的右侧输出轴固定连接有第一曲柄3，且第一曲柄3通过第一连杆5传动连接有第一摇杆4。更具体地，第一曲柄3的另一端铰接于第一连杆5的一端，该第一连杆5的另一端铰接于第一摇杆4的一端；第一摇杆4的中部铰接于第一机架2，使第一摇杆4可以相对第一机架2和第二机架6在一定角度内摆动；第一摇杆4的另一端为执行端，用于连接仿生机构。可见，第一曲柄3为第一铰链四杆机构的主动件，第一摇杆4为第一铰链四杆机构的从动件。

左侧的第二铰链四杆机构，具体结构是：双轴输出电机减速机一体机1的左侧输出轴固定连接有第二曲柄7，该第二曲柄7通过第二连杆9传动连接有第二摇杆8。更具体地，第二曲柄7的另一端铰接于第二连杆9的一端，第二连杆9的另一端铰接于第二摇杆8的一端。第二摇杆8的中部铰接于第二机架6，使第二摇杆8相对第一机架2和第二机架6在一定角度内摆动，第二摇杆8的另一端为执行端，用于连接另一仿生机构。可见，第二曲柄7为第二铰链四杆机构的主动件，第二摇杆8为第二铰链四杆机构的从动件。

在本实施例中，双轴输出电机减速机一体机1、第一曲柄3、第一摇杆4均安装在第一机架2上，双轴输出电机减速机一体机1带动一侧曲柄摇杆机构为第一套传动机构；双轴输出电机减速机一体机1、第二曲柄7、第二摇杆8均安装在第二机架6上，双轴输出电机减速机一体机1带动曲柄摇杆机构为第二套传动机构；

本实施例机构工作时，当双轴输出电机减速机一体机1供电，输出轴带动第一曲柄3、第二曲柄7通过第一连杆5、第二连杆9带动第一摇杆4、第二摇杆8摆动，进而驱动仿生零件摆动，由于是双输出轴减速机，设置了两套不同尺寸的连杆机构，在一侧机构做摆动的同时，可以对另一侧机构做相同速度不同幅度的动作，进而实现呼吸机构的多个零件仿生动作。其中，第一连杆5长度≠第二连杆9长度。相较于其他的机构，曲柄摇杆机构制作方便简单，容易实现，但缺点是占用空间大。而本案所面对的场景是大型仿生机械，因此曲柄摇杆机构的缺点反而对仿生机械本身不会造型过多的影响，因此曲柄摇杆机构是最为妥当的一种方案。进一步的为了实现呼吸的效果，可以从连杆长度着手。由于是双输出轴减速机，设置了两套不同长度的连杆机构，在一侧机构做摆动的同时，可以对另一侧机构做相同速度不同幅度的动作，进而实现呼吸机构的多个零件仿生动作。

进一步的，第一连杆5长度与第二连杆9长度的比例为1:1.2-1.7；或第二连杆9与第一连杆5的比例为1:1.2-1.7。优选比例为1:1.3，在该比例下效果最佳。由于是双输出轴减速机，设置了两套不同长度的连杆机构，在一侧机构做摆动的同时，可以对另一侧机构做相同速度不同幅度的动作，进而实现呼吸机构的多个零件仿生动作。但是两连杆长度差异过大，容易导致一边正常运行，另一边出现运动干涉、死点等，进而导致机构无法运动影响了机构运动的连续性的问题。因此本方案针对现有的工作情况进行设计，限定了两连杆的长度比例来保证机构运动的连续性。

进一步的，提供一种可选的实施方案，第一连杆5与第二连杆9的投影夹角为30°-90°。由于是双输出轴减速机，设置了两套不同长度的连杆机构，在一侧机构做摆动的同时，可以对另一侧机构做相同速度不同幅度的动作，进而实现呼吸机构的多个零件仿生动作。为了进一步实现不同的仿生效果，本案针对第一铰链四杆机构的主动件与第二铰链四杆机构的主动件的夹角进行限定。由于是共用一套双输出轴减速机，为了避免出现运动干涉、死点等，进而导致机构无法运动影响了机构运动的连续性的问题。因此本方案针对现有的工作情况进行设计，限定了主动件的夹角来保证机构运动的连续性。

本实用新型，通过一个驱动机构驱动两套铰链四杆机构，在将机构简单化的同时，做到了两套大型机构实现两种幅度的动作，进而实现大型仿生设备在精细动作领域的高度仿生化，增强观众的体验观感。

作为一种额外的可选方案，除了上述方案中采用的两套曲柄摇杆机构以外，还可采用如下组合：①双曲柄机构、双曲柄机构，或，②双摇杆机构、双摇杆机构，或，③双曲柄机构、双摇杆机构，或，④双曲柄机构、曲柄摇杆机构，或，⑤双摇杆机构、曲柄摇杆机构。为了进一步解释说明，请参阅图2-图4，为了简便说明，图采用简图说明，但安装方式与前述方案的安装方式相同，此处不再赘述。采用多种不同四杆机构的组合方式来实现不同的仿生效果。需要理解的是，本方案是适用于大型仿生设备上，鉴于大型仿生设备体积大、扭矩要求高、传动平稳性要求高的问题，在机构的选择上将面对两个问题：(1)仿生机构的运动机构要稳定，且寿命较长。(2)仿生机构的运动机构不应有过多的零部件，避免复杂结构带来不可避免的运动干涉风险。有鉴于此，本方案采用双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构的多种可能的组合，既能够满足仿生效果，也能够满足上述提及的两个需求。而这三种机构都具备一个特性就是：结构简单。可以通过设置四杆结构中机架、连杆的长度，来实现不同的仿生效果。一般的为了实现杆件的左右摇动，直接用控制电机转动一定角度后反转，需要设定控制器并撰写控制程序，多个部件组成整个系统坏掉的概率就上升。而连杆不需要控制系统，只需要通过合理的设计各杆件的长度、移动角度等即可实现，大大降低了坏的可能性。

以上所述仅为本实用新型的部分实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于大型仿生设备的呼吸机构，包括机架，其特征在于，还包括：

驱动机构，固接于机架后端，包括左侧第一转动输出轴和右侧第二转动输出轴；

第一铰链四杆机构，该第一铰链四杆机构的主动件与第一转动输出轴连接，从动件铰接与机架前端左侧；

第二铰链四杆机构，该第二铰链四杆机构的主动件与第二转动输出轴连接，从动件铰接与机架前端右侧；

第一铰链四杆机构与第二铰链四杆机构运动幅度不相等。

2.如权利要求1所述的一种用于大型仿生设备的呼吸机构，其特征在于：

所述驱动机构包括双轴输出电机减速机一体机。

3.如权利要求1所述的一种用于大型仿生设备的呼吸机构，其特征在于：

所述第一铰链四杆机构与所述第二铰链四杆机构分别为：双曲柄机构、双曲柄机构，或双摇杆机构、双摇杆机构，或曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构，或双曲柄机构、双摇杆机构，或双曲柄机构、曲柄摇杆机构，或双摇杆机构、曲柄摇杆机构。

4.如权利要求3所述的一种用于大型仿生设备的呼吸机构，其特征在于：

所述第一铰链四杆机构与所述第二铰链四杆机构都为曲柄摇杆机构，且第一铰链四杆机构的连杆长度≠第二铰链四杆机构的连杆长度。

5.如权利要求4所述的一种用于大型仿生设备的呼吸机构，其特征在于：

所述第一铰链四杆机构的连杆长度与所述第二铰链四杆机构的连杆长度的比例为1:1.2-1.7；

或

所述第二铰链四杆机构的连杆长度与所述第一铰链四杆机构的连杆长度的比例为1:1.2-1.7。

6.如权利要求2所述的一种用于大型仿生设备的呼吸机构，其特征在于：

所述第一铰链四杆机构的主动件与所述第二铰链四杆机构的主动件的夹角为30°-90°。

7.如权利要求1所述的一种用于大型仿生设备的呼吸机构，其特征在于：

所述第一铰链四杆机构的从动件连接有仿生机构；

所述第二铰链四杆机构的从动件连接有仿生机构。