一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛，包括仿生牛头、牛尾、牛身外壳及电器模块与机械模块，仿生牛头和牛尾安装在牛身外壳的头部和尾部，其特征在于：电器模块安装在所述牛身外壳的内部，所述机械模块包括安装在所述牛身外壳外侧的曲柄摇杆机构，由所述电器模块控制曲柄摇杆机构进行仿生机械牛的行走。本发明专利技术涉及到研究相对较少的民用仿生机械人领域。该仿生机械牛主要采取齿轮传动机构进行动力传输，具有工作原理简单、结构紧凑、控制容易、制作方便等优点，较好的模拟了牛的步态运动，设计了有一个装载物品的外壳结构，可以具有载物功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛及控制方法
：本专利技术涉及一种机器人的制造
，尤其涉及一种可广泛民用的仿生机械牛。
技术介绍
：仿生机器人是一个迅速发展的研究领域，其主要的研究方向是原型涉及、开发和应用。近几年来，仿生机器人在山地、台阶、泥淖等地形复杂的环境进行地形勘察、执行危险任务等诸多领域得到了广泛研究与运用。目前，仿生机器人更多是针对复杂地表环境下行走作业进行设计的自主机器人,具有典型的移动和智能特点。例如美国波士顿动力公司研制的BIGDOG四足仿生机器人实现了雪地、冰面等复杂路面稳定行走，并能够在受到外界冲撞后自主保持稳定，俄罗斯研制的四足仿生机器人配备中口径武器，可以参加复杂环境作战，德国、意大利、韩国等国家也开展了相关技术研究，我国目前共有近十家研究机构开展了四足仿生无人平台研究。但是，此类机器人结构复杂，造价昂贵，更多地是用于军用需求，无法广泛运用于日常生活中。为了满足民用需求，更好地将仿生机器人运用于我们的日常生活中，开发一种结构简单、造价低的仿生机器人具有实际运用价值。
技术实现思路
：本专利技术针对现有技术的不足和缺陷，提供一种用于可广泛民用的仿生机械牛，这是一个目前研究相对较少的领域，该仿生机械牛具有工作原理简单、结构紧凑、控制容易等优点，较好的模拟了牛的步态运动，设计有一个装载物品的结构，具有载物功能，可为后续优化仿生机器的性能奠定基础。同时，本专利技术还可以用作娱乐用途，用作展览与一些剧场的道具使用等。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛，包括仿生牛头、牛尾、牛身外壳及电器模块与机械模块，仿生牛头和牛尾安装在牛身外壳的头部和尾部，其特征在于：电器模块安装在所述牛身外壳的内部，所述机械模块包括安装在所述牛身外壳外侧的曲柄摇杆机构，由所述电器模块控制曲柄摇杆机构进行仿生机械牛腿的行走。在一个实施例中，所述曲柄摇杆机构由四组组成，分别仿生牛的四条腿；每组曲柄摇杆机构包括曲柄、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、一组上三角板和一组下三角板；其中，曲柄的第一端由直流电机的输出端驱动，曲柄的第二端与第一连杆的第一端及第二连杆的第一端之间转动连接，第一连杆的第二端与一组上三角板的第一角端之间转动连接，第二连杆的第二端与一组下三角板的第一角端及第三连杆的第二端之间转动连接，第三连杆的第一端与一组上三角板的第二角端之间转动连接，第四连杆的第一端与一组上三角板的第三角端之间转动连接，第四连杆的第二端与一组下三角板的第二角端之间转动连接，一组下三角板的第三角端设在底部且与仿生牛蹄机构之间转动连接。在一个实施例中，所述直流电机的输出通过齿轮传动机构后传递给所述曲柄的第一端。在一个实施例中，所述齿轮传动机构包括联轴器、主动轴、第一凸台齿轮、第二凸台齿轮、第一从动轴和第二从动轴；其中，所述直流电机的输出端通过联轴器与主动轴轴向连接，在主动轴上的外壁安装同轴度的第一凸台齿轮，第二凸台齿轮与第一凸台齿轮啮合，在第二凸台齿轮的中心向外轴向连接第一从动轴和第二从动轴，第一从动轴和第二从动轴分别驱动相对应的所述曲柄。在一个实施例中，在所述第一从动轴和所述第二从动轴上安装同步轮，同步轮通过同步带与同侧的所述齿轮传动机构上的同步轮连接。在一个实施例中，所述第一凸台齿轮通过顶丝与所述主动轴进行限位连接，所述第二凸台齿轮通过顶丝与所述第一从动轴及所述第二从动轴进行限位连接。在一个实施例中，所述转动连接处设置推力球轴承。在一个实施例中，在所述推力球轴承的一侧或两侧通过安装垫片和螺母进行固定。在一个实施例中，所述电器模块包括控制板和控制板电源，所述牛身外壳由上、下、左、右、前、后矩形面板围成的封闭矩形腔体组成，控制板和控制板电源安装在封闭矩形腔体内，支撑支架分别支撑所述第一从动轴和所述第二从动轴，电机底座支撑所述直流电机。在一个实施例中，所述仿生牛蹄机构包括底板、基座和连接轴，底板上安装基座，在基座的两侧向外横向布置连接轴，连接轴与所述一组下三角板的第三角端之间转动连接。一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛的控制方法，模型计算方式：曲柄摇杆机构，即仿生机械牛腿，用标准的D-H参数法，对其进行位姿描述；然后对其进行正运动分析，利用Matlab软件进行逆运动求解，得出每个关节间的角度关系；再通过Matlab软件中的GUI界面进行仿生牛腿的步态生成，检查是否符合设计要求，然后对其进行优化设计，以达到所需的步态规划要求；仿生机器人建模：搭建Solidworks三维模型，验证结构设计的合理性，利用Motion功能进行运动仿真分析；实物控制方式：S1.使用者可以通过蓝牙app操控，控制仿生机械牛的前进、后退以及转弯。S2.使用者通过蓝牙app，通过蓝牙功能，向仿生机械牛发出前进或后退的指令，STM32单片机接收信号，向电机驱动芯片发出电机正转或反转信号，使两个直流电机进行同步正向转动或反向转动输出动力,通过耦合齿轮传输给传动轴，传动轴与同步轮同步转动，同步带的作用保证了前后同步轮的同步转动，具有协调性，传动轴通过法兰盘与曲柄连接，最终动力输出给曲柄，曲柄转动带动仿生牛腿的运动，从而实现仿生机械牛的仿生运动。S3.所述电器模块中安装有传感器进行信号反馈，通过陀螺仪感知仿生机械牛的运动姿态，编码器感知直流有刷电机的转速，然后对仿生机械牛的运动对STM32单片机进行信号反馈，对电机的转速与方向进行调整，使得仿生机械牛能更好地进行仿生运动。S4.使用者通过蓝牙app，通过蓝牙功能，向仿生机械牛发出前进或后退的指令，STM32单片机接收信号，向电机驱动芯片发送电机不同转速的信号，使两个直流有刷电机实现差速转动，然后由机构传动实现仿生机械牛的转弯运动。本专利技术的主要有益效果在于：本专利技术涉及到研究相对较少的民用仿生机械人领域。该仿生机械牛主要采取转盘式传动机构进行动力传输，具有工作原理简单、结构紧凑、控制容易、制作方便等优点，较好的模拟了牛的步态运动，设计了有一个装载物品的外壳结构，可以具有载物功能。同时，该作品还可以用作娱乐用途，例如作为儿童新型启蒙与益智玩具，用作展览与某些场景的道具等。本专利技术中的仿生牛蹄机构主要优点：在陆地上难免坑洼不平，该结构可以增大它与地面的接触面积，还能提高它的稳定性，保证装置既有一定的动力，又对装载的物品提供了保障，减少了损伤，在现实生活中会给人更好的体验感。附图说明：图1揭示了本专利技术一实施例中的总体结构示意图；图2揭示了本专利技术一实施例中，仿生牛身外壳与仿生牛头及仿生牛尾的布置图；图3揭示了本专利技术一实施例中，电器模块的总体布置示意图；图4揭示了本专利技术一实施例中，齿轮传动机构的连接爆炸图；图5揭示了本专利技术一实施例中，齿轮传动机构进行动力输出的连接爆炸图；图6揭示了本专利技术一实施例中，仿生牛腿的结构连接爆炸图图7揭示了本专利技术一实施例中，仿生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛，包括仿生牛头、牛尾、牛身外壳及电器模块与机械模块，仿生牛头和牛尾安装在牛身外壳的头部和尾部，其特征在于：电器模块安装在所述牛身外壳的内部，所述机械模块包括安装在所述牛身外壳外侧的曲柄摇杆机构，由所述电器模块控制曲柄摇杆机构进行仿生机械牛腿的行走。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛，包括仿生牛头、牛尾、牛身外壳及电器模块与机械模块，仿生牛头和牛尾安装在牛身外壳的头部和尾部，其特征在于：电器模块安装在所述牛身外壳的内部，所述机械模块包括安装在所述牛身外壳外侧的曲柄摇杆机构，由所述电器模块控制曲柄摇杆机构进行仿生机械牛腿的行走。


2.根据权利要求1所述的一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛，其特征在于：所述曲柄摇杆机构由四组组成，分别仿生牛的四条腿；
其中，每组曲柄摇杆机构包括曲柄、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、一组上三角板和一组下三角板；其中，
曲柄的第一端由直流电机的输出端驱动，曲柄的第二端与第一连杆的第一端及第二连杆的第一端之间转动连接，第一连杆的第二端与一组上三角板的第一角端之间转动连接，第二连杆的第二端与一组下三角板的第一角端及第三连杆的第二端之间转动连接，第三连杆的第一端与一组上三角板的第二角端之间转动连接，第四连杆的第一端与一组上三角板的第三角端之间转动连接，第四连杆的第二端与一组下三角板的第二角端之间转动连接，一组下三角板的第三角端设在底部且与仿生牛蹄机构之间转动连接。


3.根据权利要求1所述的一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛，其特征在于：所述直流电机的输出通过齿轮传动机构后传递给所述曲柄的第一端。


4.根据权利要求3所述的一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛，其特征在于：所述齿轮传动机构包括联轴器、主动轴、第一凸台齿轮、第二凸台齿轮、第一从动轴和第二从动轴；其中，
所述直流电机的输出端通过联轴器与主动轴轴向连接，在主动轴上的外壁安装同轴度的第一凸台齿轮，第二凸台齿轮与第一凸台齿轮啮合，在第二凸台齿轮的中心向外轴向连接第一从动轴和第二从动轴，第一从动轴和第二从动轴分别驱动相对应的所述曲柄。


5.根据权利要求4所述的一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛，其特征在于：在所述第一从动轴和所述第二从动轴上安装同步轮，同步轮通过同步带与同侧的所述齿轮传动机构上的同步轮连接。


6.根据权利要求5所述的一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛，其特征在于：所述第一凸台齿轮通过顶丝与所述主动轴进行限位连接，所述第二凸台齿轮通过顶丝与所述第一从动轴及所述第二从动轴进行限位连接。


7.根据权利要求2所述的一种基于曲柄摇杆机构的仿生机械牛，其特征在于：所述转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光，周国龙，张春燕，陈允悦，谭鑫，李林凯，栗浩扬，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31