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Technisches Gebiet
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Das vorliegende Gebrauchsmuster bezieht sich auf das technische Gebiet der Roboter, insbesondere auf einen Beinmechanismus für einen bionischen Roboter.
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Stand der Technik
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Mehrbeinige Roboter nach dem Prinzip der Bionik sind derzeit meist in den Ausführungen 4-beinig, 6-beinig und 8-beinig erhältlich. Das Gehen wird durch abwechselndes Berühren bzw. Kontaktieren des Bodens mit mehreren Fußsohlen erreicht, um einen Gang zu bilden. Da die Füße des mehrbeinigen Roboters in Punktkontakt mit dem Boden sind, hat der mehrbeinige Roboter eine gute Anpassungsfähigkeit an komplexe Umgebungen. Es gibt breite Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie Felderkundung, Katastrophenhilfe und Transport.
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Ob ein Einbeinmechanismus in einem mehrbeinigen Roboter vernünftig bzw. geeignet ist oder nicht, wirkt sich direkt auf die Geh- und Tragfähigkeit des Roboters aus. Im Stand der Technik ist ein Motor in der Position des Gelenks eines Roboterbeines installiert und wird die obere und untere Bewegung des Beines bzw. die Bewegung nach oben und unten durch den Motor gesteuert, um ein Hindernis zu überqueren. Eine direkte Steuerung der Beinbewegung durch den Motor verringert jedoch die Geschwindigkeit der Beinbewegung und verringert zudem die Amplitude der oberen und unteren Bewegung des Beines, wodurch die Fähigkeit des Roboters verringert wird, das Hindernis zu überqueren.
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Zusammenfassend wird im Stand der Technik die Fähigkeit des Roboters, das Hindernis zu überqueren, aufgrund der geringen Amplitude der oberen und unteren Bewegung des Roboterbeines verringert.
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Daher kann der Stand der Technik verbessert und erweitert werden.
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Inhalt des vorliegenden Gebrauchsmusters
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Um die obigen technischen Probleme zu lösen, stellt das vorliegende Gebrauchsmuster einen Beinmechanismus für einen bionischen Roboter bereit, der das Problem löst, dass im Stand der Technik die Fähigkeit des Roboters, das Hindernis zu überqueren, aufgrund der geringen Amplitude der oberen und unteren Bewegung bzw. der Bewegung nach oben und unten des Roboterbeines verringert wird.
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Um die obigen Ziele zu erreichen, sind die folgenden technischen Lösungen gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster:
- Das vorliegende Gebrauchsmuster stellt einen Beinmechanismus für einen bionischen Roboter bereit, wobei der Beinmechanismus die folgenden Komponenten umfasst:
- ein Maschinenbein,
- eine Pleuelstangenstruktur, die mit dem Maschinenbein verbunden ist, und
- einen Antriebsabschnitt zum Drehen von einem Ende der Pleuelstangenstruktur, der eine Drehverbindung mit der Pleuelstangenstruktur bildet, so dass sich ein anderes Ende, an dem die Pleuelstangenstruktur mit dem Maschinenbein verbunden ist, nach oben und unten bewegt.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Pleuelstangenstruktur die folgenden Komponenten umfasst:
- eine erste Pleuelstange, wobei ein Ende der ersten Pleuelstange drehend mit dem Antriebsabschnitt verbunden ist,
- eine zweite Pleuelstange, wobei ein Ende der zweiten Pleuelstange drehend mit dem anderen Ende der ersten Pleuelstange verbunden ist, und
- eine dritte Pleuelstange, wobei die dritte Pleuelstange mit der zweiten Pleuelstange verbunden ist, wobei die dritte Pleuelstange zudem mit dem Maschinenbein verbunden ist.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Beinmechanismus zudem eine Basis umfasst, wobei die dritte Pleuelstange eine dreieckige Pleuelstange ist, wobei ein erstes Ende der dreieckigen Pleuelstange drehend mit der Basis verbunden ist, wobei ein zweites Ende der dreieckigen Pleuelstange drehend mit der zweiten Pleuelstange verbunden ist und wobei ein drittes Ende der dreieckigen Pleuelstange drehend mit dem Maschinenbein verbunden ist.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das andere Ende der ersten Pleuelstange die Form eines offenen Rahmens hat, wobei sich das eine Ende der zweiten Pleuelstange in das andere Ende der ersten Pleuelstange in Form eines offenen Rahmens erstreckt.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein anderes Ende der zweiten Pleuelstange mit einer U-förmigen Öffnung versehen ist, wobei sich das zweite Ende der dritten Pleuelstange innerhalb der U-förmigen Öffnung befindet.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Pleuelstangenstruktur zudem eine Abtriebswelle umfasst, die eine Drehverbindung mit der Basis bildet, wobei das eine Ende der ersten Pleuelstange mit der Abtriebswelle verbunden ist, wobei der Antriebsabschnitt geeignet ist, die Abtriebswelle zu drehen, um das eine Ende der ersten Pleuelstange drehend anzutreiben.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Maschinenbein die folgenden Komponenten umfasst:
- ein zweites Bein, wobei ein Ende des zweiten Beines mit der Abtriebswelle verbunden ist, und
- ein erstes Bein, wobei ein Ende des ersten Beines drehend mit dem anderen Ende des zweiten Beines verbunden ist,
- wobei das dritte Ende der dritten Pleuelstange drehend mit dem ersten Bein verbunden ist.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Antriebsabschnitt ein Lenkgetriebe, ein Antriebsrad, das mit einem Rotor des Lenkgetriebes verbunden ist, und einen Übertragungsriemen zwischen dem Antriebsrad und der Abtriebswelle umfasst.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich das Lenkgetriebe und das Antriebsrad an der Basis befinden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das eine Ende der ersten Pleuelstange fest mit der Abtriebswelle verbunden ist.
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Vorteilhafte Wirkungen: Bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster wird die Drehbewegung eines Endes der Pleuelstangenstruktur durch den Antriebsabschnitt gesteuert, so dass sich das andere Ende der Pleuelstangenstruktur nach oben und unten bewegt, wodurch das Maschinenbein nach oben und unten bewegt wird, um das Hindernis zu überqueren. Solange bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster der Antriebsabschnitt gesteuert wird, um das eine Ende der Pleuelstangenstruktur in einer kleinen Amplitude zu drehen, kann das andere Ende der Pleuelstangenstruktur in einer großen Amplitude nach oben und unten bewegt werden, so dass das Maschinenbein, das mit dem anderen Ende der Pleuelstangenstruktur verbunden ist, in einer großen Amplitude nach oben und unten bewegt wird, um die Fähigkeit des Maschinenbeines zu verbessern, das Hindernis zu überqueren. Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, dass bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster der obere und untere Bewegungsabstand bzw. der Abstand einer Bewegung zwischen oben und unten des Maschinenbeines durch die Pleuelstangenstruktur größer wird und die Spitze des Maschinenbeines leichter angehoben werden kann, das heißt, das Maschinenbein bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster kann sich in dem gleichen Winkel wie der Antriebsabschnitt um einen größeren Abstand nach oben bewegen, wodurch seine Fähigkeit verbessert wird, das Hindernis beim schnellen Krabbeln bzw. Kriechen zu überqueren.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Gesamtstrukturdiagramm eines Beinmechanismus gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster.
- 2 ist ein Zustandsdiagramm, wenn das Maschinenbein gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster nach oben angehoben ist.
- 3 ist ein Zustandsdiagramm, wenn das Maschinenbein gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster nach unten bewegt ist.
- 4 ist ein Roboter mit einem Maschinenbein gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster.
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Die Bedeutung der Bezugszeichen ist wie folgt:
- 1
- Antriebsabschnitt;
- 11
- Lenkgetriebe;
- 12
- Antriebsrad;
- 13
- Übertragungsriemen;
- 2
- Basis;
- 21
- Erste Drehwelle;
- 3
- Pleuelstangenstruktur;
- 31
- Erste Pleuelstange;
- 32
- Abtriebswelle;
- 33
- Zweite Drehwelle;
- 34
- Zweite Pleuelstange;
- 35
- Dritte Drehwelle;
- 36
- Dritte Pleuelstange;
- 4
- Maschinenbein;
- 41
- Erstes Bein;
- 42
- Zweites Bein;
- 43
- Vierte Drehwelle;
- 44
- Fünfte Drehwelle.
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Ausführliche Ausführungsformen
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Die technischen Lösungen des vorliegenden Gebrauchsmusters werden im Folgenden in Kombination mit Ausführungsbeispielen und Zeichnungen der Beschreibung klar und vollständig beschrieben. Basierend auf den Ausführungsbeispielen bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster fallen alle anderen Ausführungsbeispiele, die ein gewöhnlicher Fachmann ohne kreative Arbeit bzw. Tätigkeit erhält, in den Schutzbereich des vorliegenden Gebrauchsmusters.
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Die Studie ergab, dass mehrbeinige Roboter nach dem Prinzip der Bionik derzeit meist in den Ausführungen 4-beinig, 6-beinig und 8-beinig erhältlich sind. Das Gehen wird durch abwechselndes Berühren bzw. Kontaktieren des Bodens mit mehreren Fußsohlen erreicht, um einen Gang zu bilden. Da die Füße des mehrbeinigen Roboters in Punktkontakt mit dem Boden sind, hat der mehrbeinige Roboter eine gute Anpassungsfähigkeit an komplexe Umgebungen. Es gibt breite Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie Felderkundung, Katastrophenhilfe und Transport. Ob ein Einbeinmechanismus in einem mehrbeinigen Roboter vernünftig bzw. geeignet ist oder nicht, wirkt sich direkt auf die Geh- und Tragfähigkeit des Roboters aus. Im Stand der Technik ist ein Motor in der Position des Gelenks eines Roboterbeines installiert und wird die obere und untere Bewegung des Beines bzw. die Bewegung nach oben und unten durch den Motor gesteuert, um ein Hindernis zu überqueren. Eine direkte Steuerung der Beinbewegung durch den Motor verringert jedoch die Geschwindigkeit der Beinbewegung und verringert zudem die Amplitude der oberen und unteren Bewegung des Beines, wodurch die Fähigkeit des Roboters verringert wird, das Hindernis zu überqueren. Zusammenfassend wird im Stand der Technik die Fähigkeit des Roboters, das Hindernis zu überqueren, aufgrund der geringen Amplitude der oberen und unteren Bewegung des Roboterbeines verringert.
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Um die obigen technischen Probleme zu lösen, stellt das vorliegende Gebrauchsmuster einen Beinmechanismus für einen bionischen Roboter bereit, der das Problem löst, dass im Stand der Technik die Fähigkeit des Roboters, das Hindernis zu überqueren, aufgrund der geringen Amplitude der oberen und unteren Bewegung des Roboterbeines verringert wird. Bei der spezifischen Ausführung wird die Drehbewegung eines Endes der Pleuelstangenstruktur durch den Antriebsabschnitt gesteuert, so dass sich das andere Ende der Pleuelstangenstruktur nach oben und unten bewegt, wodurch das Maschinenbein nach oben und unten bewegt wird, um das Hindernis zu überqueren. Das Maschinenbein bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster kann sich in dem gleichen Winkel wie der Antriebsabschnitt um einen größeren Abstand nach oben bewegen, wodurch seine Fähigkeit verbessert wird, das Hindernis beim schnellen Krabbeln bzw. Kriechen zu überqueren.
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Der Beinmechanismus umfasst eine Basis 2, einen Antriebsabschnitt 1, der an der Basis 2 angeordnet ist, eine Pleuelstangenstruktur 3, die mit dem Antriebsabschnitt 1 verbunden ist, und ein Maschinenbein 4, das mit der Pleuelstangenstruktur 3 verbunden ist, wie in 1 gezeigt. Dies wird im Folgenden einzeln erläutert:
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Wie in 1 gezeigt, ist die Basis 2 Z-förmig. Der Antriebsabschnitt 1 umfasst ein Lenkgetriebe 11, das an der Oberseite der Z-förmigen Basis 2 befestigt ist, ein Antriebsrad 12, das drehend an der Basis 2 angeordnet ist, und einen Übertragungsriemen 13, der auf der Seite der Basis 2 angeordnet ist und mit dem Antriebsrad 12 in Eingriff steht, wobei die Anzahl der Lenkgetriebe 11 zwei ist und wobei eine Gewindebohrung an einer Position entsprechend dem Lenkgetriebe 11 an der Basis 2 angeordnet ist, um das Lenkgetriebe 11 an der Basis 2 zu befestigen. Das Antriebsrad 12 muss sich synchron mit einem Lenkrad bzw. Lenkritzel des Lenkgetriebes 11 bewegen, so dass es mit einer Schraube an der entsprechenden Lochposition des Lenkrads und des Antriebsrads 12 befestigt werden muss. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das Lenkgetriebe 11, das Antriebsrad 12 und der Übertragungsriemen 13 an bzw. auf der Basis 2 angeordnet, anstatt an bzw. auf dem Maschinenbein 4 angeordnet zu sein. Ersteres ermöglicht dem Maschinenbein 4 ein geringes Trägheitsmoment, wodurch seine Agilität bei der Bewegung erhöht wird. Da die Basis 2 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel außerdem dem Gewicht des darauf angeordneten Lenkgetriebes 11, des Antriebsrads 12 und des Übertragungsriemens 13 ausgesetzt ist, muss für die Basis 2 außerdem ein Material mit hoher Zähigkeit und hoher Streckgrenze verwendet werden, um eine Verformung und ein Bruchversagen aufgrund komplexer Kräfte zu verhindern, wodurch die Lebensdauer des Beinmechanismus verlängert wird.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst die Pleuelstangenstruktur 3 eine Abtriebswelle 32, die an bzw. auf der Basis 2 angeordnet ist und eine Drehverbindung mit der Basis 2 bildet, und mit dem Übertragungsriemen 13 in Eingriff steht, eine erste Pleuelstange 31, die fest mit der Abtriebswelle 32 verbunden ist, eine zweite Pleuelstange 34, die eine Drehverbindung mit dem unteren Ende der ersten Pleuelstange 31 durch die zweite Drehwelle 33 bildet, und eine dritte Pleuelstange 36, die eine Drehverbindung mit der Basis 2 durch die erste Drehwelle 21 bildet, wobei die dritte Pleuelstange 36 eine dreieckige Pleuelstange ist, wobei ein erstes Ende der dritten dreieckigen Pleuelstange 36 drehend mit der ersten Drehwelle 21 verbunden ist, wobei ein zweites Ende der dritten dreieckigen Pleuelstange 36 durch die dritte Drehwelle 35 drehend mit der zweiten Pleuelstange 34 verbunden ist und wobei ein drittes Ende der dritten dreieckigen Pleuelstange 36 drehend mit dem Maschinenbein 4 verbunden ist.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Pleuelstange 31 rahmenförmig, wobei die zweite Pleuelstange 34 mit einer U-förmigen Öffnung in Richtung der dritten Pleuelstange 36 versehen ist, wobei sich das zweite Ende der dritten Pleuelstange 36 innerhalb der U-förmigen Öffnung befindet, wobei die Basis 2 zudem in der Nähe der Position der dritten Pleuelstange 36 mit einer U-förmigen Öffnung versehen ist, so dass ein Teleskopabstandsbereich der Pleuelstangenstruktur 3 aus der ersten Pleuelstange 31, der zweiten Pleuelstange 34 und der dritten Pleuelstange 36 verlängert werden kann, wodurch der Abstand zwischen der oberen und unteren Bewegung des Maschinenbeines 4 erhöht wird, wodurch die Fähigkeit des Maschinenbeines 4 verbessert wird, das Hindernis zu überqueren. Darüber hinaus können die U-förmigen Öffnungen die Masse reduzieren und den Arbeitsraum vergrößern.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst das Maschinenbein 4 ein zweites Bein 42, das an einem Ende fest oder drehend mit der zweiten Drehwelle 33 verbunden ist, und ein erstes Bein 41, das an einem Ende eine Drehverbindung mit dem anderen Ende des zweiten Beines 42 durch die vierte Drehwelle 43 bildet, wobei das andere Ende des ersten Beines 41 verwendet wird, um mit dem Boden in Kontakt zu kommen, und das andere Ende des ersten Beines 41 mit einem Pufferkautschuk ausgestattet ist, um den Fuß zu schützen, wobei an der mittleren Position des ersten Beines 41 eine fünfte Drehwelle 44 versehen bzw. vorgesehen ist, wobei das dritte Ende der dritten Pleuelstange 36 durch die fünfte Drehwelle 44 eine Drehverbindung mit dem ersten Bein 41 bildet, wobei die vierte Drehwelle 43 an dem zweiten Bein 42 befestigt ist und eine Presspassung zwischen der vierten Drehwelle 43 und dem zweiten Bein 42 verwendet wird, wobei eine Spaltanpassung zwischen der dritten Pleuelstange 36 und der fünften Drehwelle 44 verwendet wird und ein gewisser Schmiergrad bzw. Schmierungsgrad durch Auftragen von Schmierfett sichergestellt wird.
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Der Arbeitsprozess bzw. die Funktionsweise des Beinmechanismus in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nachstehend detailliert beschrieben:
- Eine Drehscheibe des Lenkgetriebes 11 dreht sich, so dass sich das mit der Drehscheibe verbundene Antriebsrad 12 dreht. Die Drehung des Antriebsrads 12 treibt wiederum die Drehung des Übertragungsriemens 13 an und die Drehung des Übertragungsriemens 13 versetzt die Abtriebswelle 32 in Drehung. Da die Abtriebswelle 32 fest mit einem Ende der ersten Pleuelstange 31 verbunden ist, kann die Drehung der Abtriebswelle 32 ein Ende der ersten Pleuelstange 31 antreiben, so dass sich beide zusammen drehen. Wenn sich das eine Ende der ersten Pleuelstange 31 dreht, bewegt sich das andere Ende der ersten Pleuelstange 31 in die in 2 gezeigte Richtung, das heißt, das andere Ende der ersten Pleuelstange 31 bewegt sich von dem ersten Bein 41 weg. Die erste Pleuelstange 31 zieht nacheinander die zweite Pleuelstange 34 und die dritte Pleuelstange 36 zu sich, damit sie sich bewegen, bis sich die dritte Pleuelstange 36 mit dem dritten Ende der Drehverbindung, die durch das erste Bein 41 gebildet wird, um die spezifizierte Höhe nach oben hebt, und stoppt die Drehung des Lenkgetriebes 11. An diesem Punkt wird, wie in 2 gezeigt, das erste Bein 41 nach oben angehoben, um das Hindernis zu überqueren. Wenn das erste Bein 41 nach unten in die in 3 gezeigte Position bewegt werden muss, dreht sich die Drehscheibe zum Steuern des Lenkgetriebes 11 in die entgegengesetzte Richtung. Jedes erste Bein 41 bewegt sich abwechselnd nach oben und unten, so dass der in 4 gezeigte Roboter das Hindernis überqueren kann, um einen bestimmten Ort zu erreichen.
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Zusammenfassend wird bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster die Drehbewegung eines Endes der Pleuelstangenstruktur 3 durch den Antriebsabschnitt 1 gesteuert, so dass sich das andere Ende der Pleuelstangenstruktur 3 nach oben und unten bewegt, wodurch das Maschinenbein 4 nach oben und unten bewegt wird, um das Hindernis zu überqueren. Solange bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster der Antriebsabschnitt 1 gesteuert wird, um ein Ende der Pleuelstangenstruktur 3 in einer kleinen Amplitude zu drehen, kann das andere Ende der Pleuelstangenstruktur 3 in einer großen Amplitude nach oben und unten bewegt werden, so dass das Maschinenbein 4, das mit dem anderen Ende der Pleuelstangenstruktur 3 verbunden ist, in einer großen Amplitude nach oben und unten bewegt wird, um die Fähigkeit des Maschinenbeines 4 zu verbessern, das Hindernis zu überqueren. Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, dass bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster der obere und untere Bewegungsabstand bzw. der Abstand einer Bewegung zwischen oben und unten des Maschinenbeines 4 durch die Pleuelstangenstruktur 3 größer wird und die Spitze des Maschinenbeines 4 leichter angehoben werden kann, das heißt, das Maschinenbein 4 bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster kann sich in dem gleichen Winkel wie der Antriebsabschnitt 1 um einen größeren Abstand nach oben bewegen, wodurch seine Fähigkeit verbessert wird, das Hindernis beim schnellen Krabbeln bzw. Kriechen zu überqueren. Zusätzlich wird bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster ein Leichtbaumaterial verwendet, um das strukturelle Design bzw. die Strukturgestaltung des gesamten Beines leicht zu machen, wodurch das Problem einer großen Gelenkmasse gelöst wird. Zweitens kann die zentralisierte Platzierung des Antriebs dazu führen, dass die Beine ein geringes Trägheitsmoment und eine agilere Bewegung aufweisen. Gleichzeitig kann die zentralisierte Platzierung des Antriebs, die das Lenkgetriebe 11 besser schützt und anspruchsvollere Umgebungen bewältigen kann, intern geleitet bzw. geführt werden. Auch hier kann das Freiheitsgraddesign bzw. die Gestaltung von dem Freiheitsgrad die Schwierigkeit bei der Steuerung reduzieren.
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Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die obigen Ausführungsbeispiele nur zur Veranschaulichung der technischen Lösungen des vorliegenden Gebrauchsmusters dienen, diese jedoch nicht einschränken. Obwohl das vorliegende Gebrauchsmuster im Detail unter Bezugnahme auf die obigen Ausführungsbeispiele beschrieben wird, sollte der gewöhnliche Fachmann verstehen, dass er die in den obigen Ausführungsbeispielen aufgezeichneten technischen Lösungen immer noch modifizieren oder einige der technischen Merkmale äquivalent ersetzen kann. Diese Modifikationen oder Ersetzungen führen jedoch nicht dazu, dass das Wesentliche der entsprechenden technischen Lösungen vom Geist und Umfang der technischen Lösungen der Ausführungsbeispiele des vorliegenden Gebrauchsmusters abweicht.
