CN220007843U - 一种用于仿生设备颈部的可调传动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于仿生设备颈部的可调传动机构，包括若干节颈部仿生关节互相铰接而成；每节颈部仿生关节通过驱动机构驱动颈部仿生关节转动。本实用新型通过多节颈部仿生关节的串联，当颈部动作时、颈部中每一节任意角度的实时调整，且动作具有较高的仿生效果，同时精简了机构；实现大型仿生设备在颈部动作部位的高度仿生化，增强了观众的体验观感。

Description

一种用于仿生设备颈部的可调传动机构

技术领域

本实用新型涉及仿生技术领域，尤其涉及一种用于仿生设备颈部的可调传动机构。

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效果无法实现精细的动作，如生物的颈部关节有多节骨骼构成，而先现有的机械多采用连杆代替，不能体现出颈部每一节上下部位依次动作，无法实现多节的起伏运动。

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仿生设备颈部的可调传动机构，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，提供一种用于仿生设备颈部的可调传动机构，包括若干节颈部仿生关节互相铰接而成；每节颈部仿生关节通过驱动机构驱动颈部仿生关节转动。

在上述技术方案中，通过多节颈部仿生关节的串联，当颈部动作时、颈部中每一节任意角度的实时调整，且动作具有较高的仿生效果，同时精简了机构；实现大型仿生设备在颈部动作部位的高度仿生化，增强了观众的体验观感。

在一些实施例中，每节颈部仿生关节铰接处设置有角度检测装置，该角度检测装置包括传感器轴、传感器支架、角度传感器；该传感器轴一端固接于颈部仿生关节，传感器轴另一端连接有传感器支架；传感器支架上安装有角度传感器。

在上述技术方案中，由于本案适用于大型的仿生设备，在机械运动过程中一旦出现动作干涉，容易导致设备变形、运行不平稳等情况。为了确保每节颈部仿生关节都能在预定的角度里转动，加装角度传感器，实时监控每节颈部仿生关节转动的角度，避免机械干涉的发生。

在一些实施例中，包括第一颈部仿生关节、第二颈部仿生关节、第三颈部仿生关节、第四颈部仿生关节、第五颈部仿生关节；

第一颈部仿生关节尾端铰接有第一驱动机构，前端设置有第一销轴；

第二颈部仿生关节尾端铰接有第二驱动机构，前端设置有第二销轴，第一驱动机构与第二颈部仿生关节尾端相连，第一销轴与第二颈部仿生关节尾端铰接；

第三颈部仿生关节尾端铰接有第三驱动机构，前端设置有第三销轴，第二驱动机构与第三颈部仿生关节尾端相连，第二销轴与第三颈部仿生关节尾端铰接；

第四颈部仿生关节尾端铰接有第四驱动机构，前端设置有第四销轴，第三驱动机构与第四颈部仿生关节尾端相连，第三销轴与第四颈部仿生关节尾端铰接；第四驱动机构、第四销轴分别与第五颈部仿生关节铰接。

在上述技术方案中，为了仿生鸟类动物的颈部活动，针对鸟类颈部关节进行优化。一般的鸟类颈部关节有4-8节颈部关节，每节通过肌肉、韧带等对关节的转动、摆动进行控制，且每节关节之间依次嵌套。有鉴于此，本方案兼顾仿生设备的重量以及稳定性，提出一种由五节颈部仿生关节组成的仿生颈部，该颈部通过驱动机构和销轴依次嵌套，每节通过销轴、驱动机构实现关节的转动、摆动控制。上述方案最大程度模拟鸟类颈部关节，可以体现大型仿生设备在颈部动作部位的高度仿生化。

在一些实施例中，第一颈部仿生关节通过第一螺旋摆动驱动机构固定于仿生设备；第五颈部仿生关节铰接有第二螺旋摆动驱动机构。

在上述技术方案中，第一颈部仿生关节通过螺旋摆动驱动机构固接在仿生设备，即通过螺旋摆动驱动机构将颈部关节连接在仿生设备的躯干处。螺旋摆动驱动机可以实现一定角度内的转动，搭配每节颈部仿生关节的转动实现大型仿生设备在颈部动作部位的高度仿生化，增强了观众的体验观感。进一步的，在第二螺旋摆动驱动机构铰接在第五颈部仿生关节，第二螺旋摆动驱动机构可以连接仿生设备的仿生头部，通过第二螺旋摆动驱动机构实现头部的转动和摆动，搭配每节颈部仿生关节的转动实现大型仿生设备在颈部动作部位的高度仿生化，增强了观众的体验观感。

在一些实施例中，所述颈部仿生关节由两块平行设置的仿形板通过铰轴固接而成，每节颈部仿生关节的连接处设置有销轴。

在上述技术方案中，每节颈部仿生关节采用镂空设计，即两块仿形板平行设置，中间利用销轴、铰轴固定连接。而仿形板是根据不同生物骨骼关节进行制备的，形状是基于动物颈部仿生进行设计。镂空设计的目的在于减少重量。由于本案是用于大型仿生设备，为了保证负载，颈部关节往往体量较大。如果不进行轻量化设计，驱动结构的负载压力过大，难以长时间稳定服役，而且本案是多节颈部仿生关节依次嵌套而成，如果体量太大，则不便于安装。

在一些实施例中，所述驱动机构为俯仰液压油缸。

在上述技术方案中，俯仰液压油缸的优点在于体量小，跟相同的气缸相比能承受更大工作压力。同时俯仰油缸具有抗皮劳强度、耐冲击、非磁性等特点。如前所述，本案是应用于大型仿生设备，俯仰液压油缸体积较小，相比其他驱动设备更易于设置在颈部仿生关节内部。而且液压油缸能够承受的工作压力较大，足以满足颈部、头部的负载需求。液压油缸的工作温度范围一般可达-60～200度，且寿命较长。本案所涉及的大型仿生设备是作为一种大型装饰布置于游乐园区，因此最要考虑的处理负载，还应考虑长时间的服役。相较于其他的驱动机构，液压油缸在工况复杂的环境下，仍旧保证长时间服役。液压油缸的缺点在于液压缸运作至行程终点时具有较大动能，难以快速停止。但本案应用的仿生设备，事实上在生物颈部活动至终点时也无法实现快速停止，因此液压油缸的缺点反倒能带来更好的仿生效果。

在一些实施例中，每节所述颈部仿生关节可转动角度-60°-60°。

在上述技术方案中，由于本案适用于大型的仿生设备，在机械运动过程中一旦出现动作干涉，容易导致设备变形、运行不平稳等情况。为了确保每节颈部仿生关节不会出现机械干涉，本案针对每节颈部仿生关节的转动角度进行限定，以确保每节颈部仿生关节在工作时能安全移动。

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仿生设备颈部的可调节转动机构一实施例的装置主视图；

图2是本实用新型方案用于仿生设备颈部的可调节转动机构一实施例的装置右视图；

图3是本实用新型方案用于仿生设备颈部的可调节转动机构一实施例的装置三维视图；

图4是本实用新型方案用于仿生设备颈部的可调节转动机构一实施例的A局部示意图；

图5是本实用新型方案用于仿生设备颈部的可调节转动机构一实施例的关节结构示意图；

图6是本实用新型方案用于仿生设备颈部的可调节转动机构一实施例的各关节转动角度简图；

图7是本实用新型方案用于仿生设备颈部的可调节转动机构一实施例的实际应用场景图。

图中：1、第五颈部仿生关节，2、第四销轴，3、第四颈部仿生关节,4、第三销轴，5、第三颈部仿生关节，6、第二销轴，7、第二颈部仿生关节，8、第一销轴，9、第一颈部仿生关节，10、第一螺旋摆动液压缸，11、第一俯仰油缸，12、第二俯仰油缸，13、第三俯仰油缸，14、第四俯仰油缸，15、第二螺旋摆动液压缸，16、第一铰轴，17、第二铰轴,18、第三铰轴，19、第四铰轴，20、第五铰轴，21、第六铰轴，22、第七铰轴，23、第八铰轴，24、传感器轴，25、传感器支架，26、角度传感器。

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仿生设备颈部的可调传动机构，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，提供一种用于仿生设备颈部的可调传动机构，具体请参阅图1、图2，本实施例以鸟类生物颈部仿生进行举例说明。如图1所示，本实用新型提供一种用于仿生设备颈部的可调传动机构，包括：颈部结构，销轴，油缸、螺旋摆动液压缸，角度传感器，铰轴，传感器支架；具体架构如下：

第一颈部仿生关节9下端通过第一螺旋摆动液压缸10固定在基础躯干结构上，第一颈部仿生关节9上端通过第一销轴8与第二颈部仿生关节7连接；同时第一俯仰油缸11首端通过第一铰轴16与第一颈部仿生关节9连接，第一俯仰油缸11末端通过第二铰轴17与第二颈部仿生关节7连接；第三颈部仿生关节5下端通过第三销轴6与第二颈部仿生关节7连接，第三颈部仿生关节5上端通过第四销轴4与第四颈部仿生关节6连接；同时第二俯仰油缸12首端通过第三铰轴18，与第二颈部仿生关节7连接，第二俯仰油缸12末端通过第四铰轴19与第三颈部仿生关节5连接；第三俯仰油缸13首端通过第五铰轴20，与第三颈部仿生关节5连接，第三俯仰油缸13末端通过第六铰轴21与第四颈部仿生关节3连接。第五颈部仿生关节1下端通过第四销轴4与第四颈部仿生关节3连接，第五颈部仿生关节1上端通过第五销轴2与第二螺旋摆动液压缸15连接；同时第四俯仰油缸14首端通过第七铰轴22，与第二颈部仿生关节7连接，第四俯仰油缸14末端通过第八铰轴23与第五颈部仿生关节1连接；本实施例包括若干节颈部仿生关节互相铰接而成；每节颈部仿生关节通过驱动机构驱动颈部仿生关节转动。通过多节颈部仿生关节的串联，当颈部动作时、颈部中每一节任意角度的实时调整，且动作具有较高的仿生效果，同时精简了机构；实现大型仿生设备在颈部动作部位的高度仿生化，增强了观众的体验观感。为了仿生鸟类动物的颈部活动，针对鸟类颈部关节进行优化。一般的鸟类颈部关节有4-8节颈部关节，每节通过肌肉、韧带等对关节的转动、摆动进行控制，且每节关节之间依次嵌套。有鉴于此，本方案兼顾仿生设备的重量以及稳定性，提出一种由五节颈部仿生关节组成的仿生颈部，该颈部通过驱动机构和销轴依次嵌套，每节通过销轴、驱动机构实现关节的转动、摆动控制。上述方案最大程度模拟鸟类颈部关节，可以体现大型仿生设备在颈部动作部位的高度仿生化。

上述的颈部连接处：第一颈部仿生关节9与第二颈部仿生关节7，第二颈部仿生关节7与第三颈部仿生关节5，第三颈部仿生关节5与第四颈部仿生关节3、第四颈部仿生关节3与第五颈部仿生关节7铰接处均通过传感器轴24、传感器支架25安装有角度传感器26。该传感器轴24一端固接于颈部仿生关节的销轴处，传感器轴24另一端连接有传感器支架25；传感器支架25上安装有角度传感器26。每节颈部仿生关节铰接处设置有角度检测装置，该角度检测装置包括传感器轴、传感器支架、角度传感器；该传感器轴一端固接于颈部仿生关节，传感器轴另一端连接有传感器支架；传感器支架上安装有角度传感器。由于本案适用于大型的仿生设备，在机械运动过程中一旦出现动作干涉，容易导致设备变形、运行不平稳等情况。为了确保每节颈部仿生关节都能在预定的角度里转动，加装角度传感器，实时监控每节颈部仿生关节转动的角度，避免机械干涉的发生。

在本实用新型的实施方式中，第五颈部仿生关节1、第四颈部仿生关节3、第三颈部仿生关节5、第二颈部仿生关节7、第一颈部仿生关节9分别通过第四俯仰油缸14、第三俯仰油缸13、第二俯仰油缸12、第一俯仰油缸11连接，通过第四俯仰油缸14、第三俯仰油缸13、第二俯仰油缸12、第一俯仰油缸11的伸缩实现第五颈部仿生关节1、第四颈部仿生关节3、第三颈部仿生关节5、第二颈部仿生关节7、第一颈部仿生关节9按要求在任意角度内的转动，并由角度传感器26实现实时反馈，请参阅图3、图4。整体通过第一螺旋摆动液压缸10实现整体大角度转动。第一颈部仿生关节通过螺旋摆动驱动机构固接在仿生设备，即通过螺旋摆动驱动机构将颈部关节连接在仿生设备的躯干处。螺旋摆动驱动机可以实现一定角度内的转动，搭配每节颈部仿生关节的转动实现大型仿生设备在颈部动作部位的高度仿生化，增强了观众的体验观感。进一步的，在第二螺旋摆动驱动机构铰接在第五颈部仿生关节，第二螺旋摆动驱动机构可以连接仿生设备的仿生头部，通过第二螺旋摆动驱动机构实现头部的转动和摆动，搭配每节颈部仿生关节的转动实现大型仿生设备在颈部动作部位的高度仿生化，增强了观众的体验观感。

进一步地，本方案采用俯仰液压油缸，其优点在于体量小，跟相同的气缸相比能承受更大工作压力。同时俯仰油缸具有抗皮劳强度、耐冲击、非磁性等特点。如前所述，本案是应用于大型仿生设备，俯仰液压油缸体积较小，相比其他驱动设备更易于设置在颈部仿生关节内部。而且液压油缸能够承受的工作压力较大，足以满足颈部、头部的负载需求。液压油缸的工作温度范围一般可达-60～200度，且寿命较长。本案所涉及的大型仿生设备是作为一种大型装饰布置于游乐园区，因此最要考虑的处理负载，还应考虑长时间的服役。相较于其他的驱动机构，液压油缸在工况复杂的环境下，仍旧保证长时间服役。液压油缸的缺点在于液压缸运作至行程终点时具有较大动能，难以快速停止。但本案应用的仿生设备，事实上在生物颈部活动至终点时也无法实现快速停止，因此液压油缸的缺点反倒能带来更好的仿生效果。

进一步地，请参阅图5，所述颈部仿生关节由两块平行设置的仿形板27通过铰轴固接而成，每节颈部仿生关节的连接处设置有销轴。每节颈部仿生关节采用镂空设计，即两块仿形板平行设置，中间利用销轴、铰轴固定连接。而仿形板是根据不同生物骨骼关节进行制备的，形状是基于动物颈部仿生进行设计。镂空设计的目的在于减少重量。由于本案是用于大型仿生设备，为了保证负载，颈部关节往往体量较大。如果不进行轻量化设计，驱动结构的负载压力过大，难以长时间稳定服役，而且本案是多节颈部仿生关节依次嵌套而成，如果体量太大，则不便于安装。

进一步地，请参阅图6，每节所述颈部仿生关节可转动角度-60°-60°，为了便于说明。由于本案适用于大型的仿生设备，在机械运动过程中一旦出现动作干涉，容易导致设备变形、运行不平稳等情况。为了确保每节颈部仿生关节不会出现机械干涉，本案针对每节颈部仿生关节的转动角度进行限定，以确保每节颈部仿生关节在工作时能安全移动。

进一步地，请参阅图7，图7中本实施例应用于图中B处。

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 (5)

1.一种用于仿生设备颈部的可调传动机构，其特征在于，包括第一颈部仿生关节、第二颈部仿生关节、第三颈部仿生关节、第四颈部仿生关节、第五颈部仿生关节；若干节颈部仿生关节依次嵌套互相铰接而成；每节颈部仿生关节通过驱动机构驱动颈部仿生关节转动；

第一颈部仿生关节尾端铰接有第一驱动机构，前端设置有第一销轴；

第二颈部仿生关节尾端铰接有第二驱动机构，前端设置有第二销轴，第一驱动机构与第二颈部仿生关节尾端相连，第一销轴与第二颈部仿生关节尾端铰接；

第三颈部仿生关节尾端铰接有第三驱动机构，前端设置有第三销轴，第二驱动机构与第三颈部仿生关节尾端相连，第二销轴与第三颈部仿生关节尾端铰接；

第四颈部仿生关节尾端铰接有第四驱动机构，前端设置有第四销轴，第三驱动机构与第四颈部仿生关节尾端相连，第三销轴与第四颈部仿生关节尾端铰接；第四驱动机构、第四销轴分别与第五颈部仿生关节铰接；

第一颈部仿生关节通过第一螺旋摆动驱动机构固定于仿生设备；

第五颈部仿生关节铰接有第二螺旋摆动驱动机构。

2.如权利要求1所述的一种用于仿生设备颈部的可调传动机构，其特征在于：

每节颈部仿生关节铰接处设置有角度检测装置，该角度检测装置包括传感器轴、传感器支架、角度传感器；

该传感器轴一端固接于颈部仿生关节，传感器轴另一端连接有传感器支架；传感器支架上安装有角度传感器。

3.如权利要求1所述的一种用于仿生设备颈部的可调传动机构，其特征在于：

所述颈部仿生关节由两块平行设置的仿形板通过铰轴固接而成，每节颈部仿生关节的连接处设置有销轴。

4.如权利要求1所述的一种用于仿生设备颈部的可调传动机构，其特征在于：

所述驱动机构为俯仰液压油缸。

5.如权利要求1所述的一种用于仿生设备颈部的可调传动机构，其特征在于：

每节所述颈部仿生关节可转动角度-60°-60°。