一种用于演示仿海马尾部结构的机械臂运动原理的模块化教具制造技术

本发明专利技术公开了用于演示仿海马尾部结构的机械臂运动原理的模块化教具，主要用来在课堂教学中演示及引导学生动手操作。用于演示仿海马尾部结构的机械臂运动原理的模块化教具具体包括仿生机械臂外骨架、仿生机械臂脊柱、驱动绳和弹簧连接件，其中仿生机械臂外骨架和仿生机械臂脊柱均可由n段节段组成，n≥5，相邻节段之间呈等比例缩放关系。本发明专利技术将蛇形臂机构单元化，具有便于拆卸、控制方便、机械臂灵活度高、抓取包络面自适应可变等特点。本发明专利技术可改变一套教具中的节段数量，以满足不同的教学要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种用于演示仿海马尾部结构的机械臂运动原理的模块化教具
[0001]
：本专利技术涉及一种教学演示用具，具体来说，是一种用于演示仿海马尾部结构的机械臂运动原理的模块化教具。
[0002]技术背景：仿海马尾部结构的机械臂具有自由度多、柔顺性好、缠绕稳定等优点，可被用于太空环境下大型装备的搬运任务，在“机械原理”、“机器人学基础”等课程的教学中教师可对这种典型机械臂的的运动原理进行介绍。因该机械臂结构较为复杂，具有多种运动模式，介绍时若只使用图片教学的形式，学生对蛇形臂的内部结构与工作原理很难有一个清晰直观的认识。教师如果在讲授原理的同时辅以教具演示，可便于展示蛇形臂在不同状态下的的工作原理，使教学事半功倍；学生如果利用教具动手操作，也可以对其机构的运动原理有更深入的认识和理解，培养学生的创新设计能力。同时，模块化的教具也可由学生自主进行组装控制，培养学生的动手实践能力。

技术实现思路
：
[0003](1)设计方案
[0004]本专利技术提供了一种用于演示仿海马尾部结构的机械臂运动原理的模块化教具，具体包括机械臂外骨板、机械臂脊柱、弹簧连接件和驱动绳，其中机械臂外骨板、机械臂脊柱通过弹簧连接件相连，可划分成多组呈等比例缩放的节段，由驱动绳串联控制。
[0005](2)本专利技术的优点
[0006]仿海马尾蛇形臂横截面为矩形，当采用弯曲缠绕的方式抓取物体时接触面较大，抓取稳定性好，使机械臂具有较强的承重能力；同时，仿生机械臂中的外骨板存在被动变形机制，只需要一个驱动即可实现对不规则物体的缠绕抓取，自适应性优良，控制简单。
[0007]蛇形臂机构因其优良的工作性能而具有广阔的应用前景，教师可通过对此教具辅助学生学习蛇形臂机构的工作原理，提升学生的学习动力、兴趣以及自主动手能力。
附图说明：
[0008]图1为仿生机械臂的整体结构示意图
[0009]图2为仿生机械臂外骨架的结构示意图
[0010]图3为外骨架第1节段的结构示意图
[0011]图4为第11号L型外骨板结构示意图
[0012]图5为外骨架第1节段与第2节段配合结构示意图
[0013]图6为第11、12号L型外骨板配合结构示意图
[0014]图7为仿生机械臂脊柱的结构示意图
[0015]图8为脊柱第1节段的结构示意图
[0016]图9为脊柱第1节段与第2节段配合结构示意图
[0017]图10为节段1的结构示意图
[0018]图11为仿生机械臂卷曲形成包络面的结构示意图
[0019]图12为外骨架第1节段滑动变形的结构示意图
[0020]图13为偏转状态下节段1与节段2的结构示意图
[0021]图14为偏转状态下节段1与节段2的局部结构示意图
[0022]图15为扭转状态下节段1与节段2的结构示意图
[0023]图16为扭转状态下节段1与节段2的局部结构示意图
[0024]图中：
[0025]1‑
仿生机械臂外骨架
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仿生机械臂脊柱
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3‑
驱动绳
[0026]4‑
弹簧连接件
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11
‑
外骨架第1节段
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12
‑
外骨架第2节段
[0027]13
‑
外骨架第3节段
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14
‑
外骨架第4节段
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15
‑
外骨架第5节段
[0028]16
‑
外骨架第6节段
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17
‑
外骨架第7节段
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
18
‑
外骨架第8节段
[0029]19
‑
外骨架第9节段
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
21
‑
脊柱第1节段
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
22
‑
脊柱第2节段
[0030]23
‑
脊柱第3节段
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
24
‑
脊柱第4节段
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
25
‑
脊柱第5节段
[0031]26
‑
脊柱第6节段
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
27
‑
脊柱第7节段
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
28
‑
脊柱第8节段
[0032]29
‑
脊柱第9节段
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
111
‑
第11号L型外骨板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
112
‑
第12号L型外骨板
[0033]113
‑
第13号L型外骨板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
114
‑
第14号L型外骨板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1111
‑
第11号内滑键
[0034]1112
‑
第11号外滑槽
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1113
‑
第11号减重孔
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1114
‑
第11号内滑槽
[0035]1115
‑
第11号外滑键
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1116
‑
第11号滑动球面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1117
‑
第11号外骨板限位槽
[0036]1118
‑
第11号外骨板弹簧基
ꢀꢀ
11111
‑
第11号内滑键滑键臂
ꢀꢀ
11112
‑
第11号内滑键滑键头
[0037]座
[0038]11121
‑
第11号外滑槽滑道
ꢀꢀꢀ
11122
‑
第11号外滑槽口
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11141
‑
第11号内滑槽口
[0039]11142
‑
第11号内滑槽滑道
ꢀꢀꢀ
11151
‑
第11号外滑键滑键臂
ꢀꢀ
11152
‑
第11号外滑键滑键头
[0040]11161
‑
第11号滑动关节外球 11162
‑
第11号滑动关节内球
ꢀꢀ
1128
‑
第12号外骨板弹簧基
[0041]面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
面
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于演示仿海马尾部结构的机械臂运动原理的模块化教具，其特征在于，所述仿生机械臂可由n段节段组成，n≥5。2.根据权利要求1所述的用于演示仿海马尾部结构的机械臂运动原理的模块化教具，其特征包括：在结构方面，其组成模块包括仿生机械臂外骨架(1)、仿生机械臂脊柱(2)、驱动绳(3)、弹簧连接件(4)；以9段节段的机械臂为例，其中，仿生机械臂外骨架(1)包括外骨架第1节段(11)、外骨架第2节段(12)、外骨架第3节段(13)、外骨架第4节段(14)、外骨架第5节段(15)、外骨架第6节段(16)、外骨架第7节段(17)、外骨架第8节段(18)和外骨架第9节段(19)；所述外骨架第1节段(11)由第11号L型外骨板(111)、第12号L型外骨板(112)、第13号L型外骨板(113)、第14号L型外骨板(114)组成；所述第11号L型外骨板(111)包括第11号内滑键(1111)、第11号外滑槽(1112)、第11号减重孔(1113)、第11号内滑槽(1114)、第11号外滑键(1115)、第11号滑动球面(1116)、第11号外骨板限位槽(1117)和第11号外骨板弹簧基座(1118)；其中，第11号内滑键(1111)由第11号内滑键滑键臂(11111)和第11号内滑键滑键头(11112)组成；第11号外滑槽(1112)由第11号外滑槽滑道(11121)和第11号外滑槽口(11122)组成；第11号内滑槽(1114)由第11号内滑槽口(11141)和第11号内滑槽滑道(11142)组成；第11号外滑键(1115)由第11号外滑键滑键臂(11151)和第11号外滑键滑键头(11152)组成；第11号外滑槽口(11122)与第11号内滑槽口(11141)为圆形槽口，第11号外滑槽滑道(11121)与第11号内滑槽滑道(11142)为直线滑道；第11号滑动球面(1116)由第11号滑动关节外球面(11161)和第11号滑动关节内球面(11162)组成，第11号滑动关节外球面(11161)和第11号滑动关节内球面(11162)为球型接触面；以9段节段的机械臂为例，其中，仿生机械臂脊柱(2)包括脊柱第1节段(21)、脊柱第2节段(22)、脊柱第3节段(23)、脊柱第4节段(24)、脊柱第5节段(25)、脊柱第6节段(26)、脊柱第7节段(27)、脊柱第8节段(28)和脊柱第9节段(29)；所述脊柱第1节段(21)包括第1号脊柱限位槽(211)、第1号柔性片(212)、第11号脊柱弹簧基座(213)、第12号脊柱弹簧基座(214)、第13号脊柱弹簧基座(215)、第14号脊柱弹簧基座(216)、第1号驱动绳通孔(217)、第1号脊柱节段主体(218)和第1号脊柱球突(219)；其中，第1号脊柱限位槽(211)为球形槽；第1号柔性片(212)共计4片呈圆周分布；第11号弹簧基座(213)、第12号弹簧基座(214)、第13号弹簧基座(215)和第14号弹簧基座(216)的结构相同，呈90
°
夹角分布；第1号驱动绳通孔(217)共计4个，为圆形通孔，绳孔处配有圆角，每一弹簧基座(213
‑
216)上各有一个沿z轴方向开孔的第1号驱动绳通孔(217)；第1号脊柱球突(219)为球型突起；其中，所述驱动绳(3)可选用凯夫拉绳；以9段节段的机械臂为例，驱动绳(3)共计使用4根，分别穿过第11号到第91号脊柱弹簧基座(213
‑
293)、第12号到第92号脊柱弹簧基座(214
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏哲，李杰凯，劳元皓，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：