(19)中华人民共和国国家知识产权局 ▣张▣ (12)发明专利申请 (10)申请公布号CN105159312A (43)申请公布日2015.12.16 (21)申请号201510586695.0 (22)申请日2015.09.15 (71)申请人北京理工大学 地址100081北京市海淀区中关村南大街5 号北京理工大学 (72)发明人石青郭亚娜李昌黄强 福田敏男 (51)Int.CI. G0501/08(2006.01) F16H48/05(2012.01) 权利要求书1页说明书3页附图2页 (54)发明名称 基于差动齿轮的仿生机器鼠的腰部模拟装置 (57)摘要 本发明公开了一种基于差动齿轮的仿生机器 鼠的腰部模拟装置，在电机(7)的驱动下，小齿轮 带动后差动齿轮组(8)，当后差动齿轮组(8)的 两个大齿轮转向相同时，可以实现仿生机器鼠腰 部相对于车轮的左右摆动，当差动齿轮组(8)的 两个大齿轮转向不同时，可以实现仿生机器鼠腰 部相对于车轮的上下俯仰运动，同理可实现仿生 机器鼠腰部相对于前肢的左右摆动和上下俯仰运 动。本发明旨在解决模拟仿生机器鼠腰部结构控 制精度低、结构过长、形态上不能很好的逼近真实 的老鼠形态等问题。 V ZIE69I9OT NO
CN105159312A 权利要求书 1/1页 1.一种基于差动齿轮的仿生机器鼠的腰部模拟装置，包括：上盖板(1)、电机支架连接 板(4)、后差动齿轮组(8)、左腰部-车轮连接架(10)、支撑架(11)、右腰部-车轮连接架 (12)、下盖板(13)、电机支架(14)、腰部-前肢连接架(16)、前差动齿轮组(17)：其特征在 于， 所述后差动齿轮组（⑧）和所述前差动齿轮组(17)分别包括：锥齿轮-大齿轮连接轴 (81)、大齿轮(82)、锥齿轮(85)、锥齿轮-锥齿轮连接轴(87)，所述大齿轮(82)与所述锥齿 轮-大齿轮连接轴(81)固定，所述锥齿轮(85)设置在所述锥齿轮-锥齿轮连接轴(87)两 端：所述后差动齿轮组(8)和所述前差动齿轮组固定在上盖板(1)与下盖板(13)上； 所述电机支架(14)上安装有四个电机(7)，每个电机(7)的输出轴上固定有一个小齿 轮（⑤）：在所述电机(7)的驱动下，每个小齿轮分别带动后差动齿轮组(8)和所述前差动齿 轮组(17)的一个大齿轮转动； 当后差动齿轮组（⑧）的两个大齿轮转向相同时，可以实现仿生机器鼠腰部相对于车轮 的左右摆动，当差动齿轮组（⑧）的两个大齿轮转向不同时，可以实现仿生机器鼠腰部相对 于车轮的上下俯仰运动，同理可实现仿生机器鼠腰部相对于前肢的左右摆动和上下俯仰运 动。 2.根据权利要求1所述的基于差动齿轮的仿生机器鼠的腰部模拟装置，其特征在于， 所述支撑架(11)将左腰部-车轮连接架(10)与右腰部-车轮连接架(12)连接在一起；所 述左腰部-车轮连接架(10)与所述右腰部-车轮连接架(12)与所述后差动齿轮组(8)的 锥齿轮-锥齿轮连接轴固定在一起。 3.根据权利要求1所述的基于差动齿轮的仿生机器鼠的腰部模拟装置，其特征在于， 后差动齿轮组（⑧）通过第一法兰轴承(2)固定在上盖板(1)与下盖板(13)上，所述第一法 兰轴承(2)与上盖板(1)和下盖板(13)之间的配合是过盈配合，所述电机支架(14)开有四 个孔，四个电机(7)分别与这四个孔过盈配合，所述电机(7)的输出轴与小齿轮（⑤）固定， 所述电机支架(14)与上盖板(1)和下盖板(13)相连接，所述电机支架连接板(4)将两个 电机支架(14)连接在一起，所述两个腰部-前肢连接架(16)分别与前差动齿轮组(17)的 锥齿轮-锥齿轮连接轴连接。 4.根据权利要求1所述的基于差动齿轮的仿生机器鼠的腰部模拟装置，其特征在于， 所述的后差动齿轮组(8)和所述前差动齿轮组(17)分别还包括：第二法兰轴承(84)、卡簧 (86)、差动齿轮组盖(88)、箱体(89)：所述大齿轮(82)与锥齿轮-大齿轮连接轴(81)固定， 所述第二法兰轴承(84)固定在锥齿轮-锥齿轮连接轴(87)的轴肩和箱体(89)之间，所述 锥齿轮(85)的孔与锥齿轮-大齿轮连接轴(81)配合，瑞面与第二法兰轴承(84)接触，所述 锥齿轮-锥齿轮连接轴(87)两端各有两个锥齿轮(85)，其锥齿轮(85)外面各套有两个第 二法兰轴承(84)，所述第二法兰轴承(84)与锥齿轮(85)通过卡簧(86)固定在箱体(89) 上，所述差动齿轮组盖(88)固定在所述箱体(89)上，使装置密封。 5.一种仿生机器鼠，包括车轮、前肢，其特征在于，还包含根据权利要求1-4任一项所 述的腰部模拟装置。 2
CN105159312A 说明书 1/3页 基于差动齿轮的仿生机器鼠的腰部模拟装置 技术领域 [0001]本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种基于差动齿轮的仿生机器鼠的腰 部模拟装置。 背景技术 [0002] 仿生机器人是指模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统，能 从事生物特点工作的机器人。 [0003] 在非专利文献I中(“Arat-like robot for interacting with real rats”, SHL,Qing等，Robotica,第31卷，第1337-1350页，2013年12月)，作者提到了一种仿生机 器鼠的结构设计和实验研究。该仿生机器鼠的腰部机构由两个舵机、舵机机架、连杆、滑块 以及轴承、紧固螺钉等构件组成；该腰部机构的两个舵机通过舵机机架相连，分别作为仿生 机器鼠俯仰与偏航方向的驱动：连杆与滑块以串联形式形成仿生机器鼠腰部的其他部分， 由其中一个舵机驱动，模拟老鼠的弯曲躯体动作。 [0004]该仿生机器鼠的腰部结构采用连杆机构，导致腰部结构过长，形态上不能很好的 逼近真实的老鼠形态：在模拟老鼠直立和弯曲躯体时，分别分配了一个自由度，采用一个舵 机驱动，导致仿生机器鼠不能很好的模拟上述动作。 发明内容 [0005]本发明的目的是：为了解决模拟仿生机器鼠腰部结构控制精度低的问题，提出一 种新型的仿生机器鼠的腰部模拟装置。 [0006]本发明的技术方案如下。 [0007] 一种基于差动齿轮的仿生机器鼠的腰部模拟装置，包括：上盖板、电机支架连接 板、后差动齿轮组、左腰部-车轮连接架、支撑架、右腰部-车轮连接架、下盖板、电机支架、 腰部-前肢连接架、前差动齿轮组：其中， [0008]所述后差动齿轮组和所述前差动齿轮组分别包括：锥齿轮-大齿轮连接轴、大齿 轮、锥齿轮、锥齿轮一锥齿轮连接轴，所述大齿轮与所述锥齿轮-大齿轮连接轴固定，所述锥 齿轮设置在所述锥齿轮-锥齿轮连接轴两端：所述后差动齿轮组和所述前差动齿轮组固定 在上盖板与下盖板上； [0009] 所述电机支架上安装有四个电机，每个电机的输出轴上固定有一个小齿轮；在所 述电机的驱动下，每个小齿轮分别带动后差动齿轮组和所述前差动齿轮组的一个大齿轮转 动： [0010]当后差动齿轮组的两个大齿轮转向相同时，可以实现仿生机器鼠腰部相对于车轮 的左右摆动，当差动齿轮组的两个大齿轮转向不同时，可以实现仿生机器鼠腰部相对于车 轮的上下俯仰运动，同理可实现仿生机器鼠腰部相对于前肢的左右摆动和上下俯仰运动。 [0011]优选地，所述支撑架将左腰部-车轮连接架与右腰部-车轮连接架连接在一起：所 述左腰部-车轮连接架与所述右腰部-车轮连接架与所述后差动齿轮组的锥齿轮-锥齿轮 3
CN105159312A 说明书 2/3页 连接轴固定在一起。 [0012]优选地，后差动齿轮组通过第一法兰轴承固定在上盖板与下盖板上，所述第一法 兰轴承与上盖板和下盖板之间的配合是过盈配合，所述电机支架开有四个孔，四个电机分 别与这四个孔过盈配合，所述电机的输出轴与小齿轮固定，所述电机支架与上盖板和下盖 板相连接，所述电机支架连接板将两个电机支架连接在一起，所述两个腰部一前肢连接架 分别与前差动齿轮组的锥齿轮-锥齿轮连接轴连接。 [0013]优选地，所述的后差动齿轮组和所述前差动齿轮组分别还包括：第二法兰轴承、卡 簧、差动齿轮组盖、箱体：所述大齿轮与锥齿轮-大齿轮连接轴固定，所述第二法兰轴承固 定在锥齿轮-锥齿轮连接轴的轴肩和箱体之间，所述锥齿轮的孔与锥齿轮-大齿轮连接轴 配合，端面与第二法兰轴承接触，所述锥齿轮-锥齿轮连接轴两端各有两个锥齿轮，其锥齿 轮外面各套有两个第二法兰轴承，所述第二法兰轴承与锥齿轮通过卡簧固定在箱体上，所 述差动齿轮组盖固定在所述箱体上，使装置密封。 [0014]一种仿生机器鼠，包括车轮、前肢，其特征在于，还包含根据以上技术方案中任一 项所述的腰部模拟装置。 [0015]本发明的有益效果是： [00161 (1)本发明将原有的连杆机构替换为串联差动齿轮机构，在结构上更加紧凑，尺寸 上较原连杆机构更短，从形态上更加逼近真实老鼠的形态； [0017](2)本发明具有四个自由度，分别采用四个直流电机驱动，使得仿生机器鼠的腰部 在动作时具有更好的柔性，同时增加的自由度使得仿生机器鼠可以模仿的形态更加丰富， 更加逼近真实老鼠动作。 附图说明 [0018] 图1为本发明的基于差动齿轮的仿生机器鼠腰部结构示意图： [00191 图2为本发明的差动齿轮组局部结构示意图； [0020]其中，1-上盖板、2第一法兰轴承、3-第一螺栓、4-电机支架连接板、5小齿轮、 6-第二螺栓、7-电机、8-后差动齿轮组、9-螺钉、10-腰部-车轮连接架左、11-支撑架、 12-腰部-车轮连接架右、13-下盖板、14-电机支架、15-顶丝、16-腰部-前肢连接架、 17-前差动齿轮组、81-锥齿轮-大齿轮连接轴、82-大齿轮、83-第二顶丝、84-第二法兰轴 承、85-锥齿轮、86-卡簧、87-锥齿轮-锥齿轮连接轴、88-差动齿轮组盖、89-箱体、810-第 三螺栓 具体实施方式 [0021]参见附图1，基于差动齿轮的仿生机器鼠的腰部模拟装置，它包括：上盖板(1)、第 一法兰轴承(2)、第一螺栓(3)、电机支架连接板(4)、小齿轮（⑤）、第二螺栓(6)、电机(7)、 后差动齿轮组(8)、螺钉(9)、左腰部-车轮连接架(10)、支撑架(11)、右腰部-车轮连接架 (12)、下盖板(13)、电机支架(14)、J顶丝(15)、腰部-前肢连接架(16)、前差动齿轮组(17)： 支撑架(11)通过螺钉(9)将左腰部-车轮连接架(10)与右腰部-车轮连接架(12)连接 在一起，左腰部-车轮连接架(10)与右腰部-车轮连接架(12)通过第一顶丝(15)与后差 动齿轮组(8)固定在一起，后差动齿轮组(8)通过第一法兰轴承(2)固定在上盖板(1)于 4
CN105159312A 说明书 3/3页 下盖板(13)上，其中第一法兰轴承(2)与上盖板(1)和下盖板(13)之间的配合是过盈配 合，电机支架(14)开有四个孔，四个电机(7)分别与这四个孔过盈配合，电机(7)通过第 一顶丝(15)与小齿轮(5)固定，电机支架(14)通过第一螺栓(3)与上盖板(1)和下盖板 (13)相连接，电机支架连接板(4)通过第二螺栓(6)将两个电机支架(14)连接在一起，两 个腰部-前肢连接架(16)分别通过第一顶丝(15)与前差动齿轮组(17)连接：在电机(7) 的驱动下，小齿轮带动后差动齿轮组(8)，当后差动齿轮组（⑧）的两个大齿轮转向相同时， 可以实现仿生机器鼠腰部相对于车轮的左右摆动，当差动齿轮组(8)的两个大齿轮转向不 同时，可以实现仿生机器鼠腰部相对于车轮的上下俯仰运动，同理可实现仿生机器鼠腰部 相对于前肢的左右摆动和上下俯仰运动； [0022]参见附图2，所述的差动齿轮组(8,17)包括：锥齿轮-大齿轮连接轴(81)、大齿 轮(82)、第二顶丝(83)、第二法兰轴承(84)、锥齿轮(85)、卡簧(86)、锥齿轮-锥齿轮连接 轴(87)、差动齿轮组盖(88)、箱体(89)、第三螺栓(810)：所述大齿轮(82)与锥齿轮-大齿 轮连接轴(81)通过第二顶丝(83)固定，所述第二法兰轴承(84)固定在锥齿轮-锥齿轮连 接轴(87)的轴肩和箱体(89)之间，所述锥齿轮(85)的孔与锥齿轮-大齿轮连接轴(81) 配合，端面与第二法兰轴承(84)接触，所述锥齿轮-锥齿轮连接轴(87)两端各有两个锥齿 轮(85)，其锥齿轮(85)外面各套有两个第二法兰轴承(84)，所述第二法兰轴承(84)与锥 齿轮(85)通过卡簧(86)固定在箱体(89)上，所述差动齿轮组盖(88)通过第三螺栓(810) 固定在箱体(89)上，使装置密封。 5
CN105159312A 说明书附图 1/2页 2 不 7 0 等 图1 6
CN105159312A 说明书附图 2/2页 巴 就 8 般 图2 7