(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号CN105171736A (43)申请公布日2015.12.23 (21)申请号201510570115.9 (22)申请日2015.09.09 (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)发明人石青李昌郭亚娜黄强 福田敏男 (51)Int.CI. B25J9/10(2006.01) B25J17100(2006.01) 权利要求书1页说明书2页附图3页 (54)发明名称 仿生机器鼠的腰部模拟装置 (57)摘要 本发明公开了一种仿生机器鼠的腰部模拟装 置，其属于仿生机器技术领域，其包括：腰部动平 台(1)、球关节(2)、电机推杆(3)、直线电机(4)、 转动关节（⑤）、腰部静平台(6)：腰部静平台(6) 与仿生机器鼠本体通过螺栓连接，在所述直线电 机(4)的驱动下，所述电机推杆(3)带动所述腰部 动平台(1)随所述球关节（⑤）做旋转运动，在三个 直线电机(4)的并联协同操作下，可实现所述腰 部动平台(1)的三个自由度运动。本发明旨在解 决模拟仿生机器鼠腰部结构复杂、体积大、质量重 的问题。 98LILISOT NO
CN105171736A 权利要求书 1/1页 1.一种仿生机器鼠的腰部模拟装置，包括：腰部动平台(1)、球关节(2)、电机推杆(3)、 直线电机(4)、转动关节(5)、腰部静平台(6)；其特征在于，所述腰部静平台(6)与仿生机 器鼠本体通过螺栓连接，其上开有螺纹孔，所述转动关节（⑤）通过螺栓连接与所述腰部静 平台(6)固定在一起，所述直线电机(4)与所述转动关节（⑤）通过螺栓连接固定，直线电机 (4)上带有电机推杆(3)，所述电机推杆(3)前端球形面与所述球关节(2)配合，所述腰部 动平台(1)上开有螺纹孔，其与所述球关节(2)通过螺栓连接配合。 2.根据权利要求1所述的仿生机器鼠的腰部模拟装置，其特征在于，所述的腰部模拟 装置包含三个球关节(2)、三个电机推杆(3)、三个直线电机(4)、三个转动关节(5)。 3.根据权利要求1所述的仿生机器鼠的腰部模拟装置，其特征在于，所述的球关节(2) 包括：支撑板(21)、第一螺钉(22)、球套(23)、第二螺钉(24)、润滑套(25)：所述腰部动平 台(1)上开有螺纹孔，其通过所述第一螺钉(22)与所述支撑板(21)固定在一起，所述支撑 板(21)通过所述第二螺钉(24)与所述球套(23)固定在一起，所述支撑板(21)和所述球 套(23)内部都开有半球形弧面，所述润滑套(25)与所述支撑板(21)和所述球套(23)内 部弧面配合，所述电机推杆(3)前端的球面与润滑套(25)的球面配合。 4.根据权利要求1所述的仿生机器鼠的腰部模拟装置，其特征在于，所述转动关节 (5)包括：转动关节连接轴(51)、轴承(52)、轴承端盖(53)、第三螺钉(54)、转动关节机架 (55)、螺栓(56)；所述直线电机(4)通过螺栓连接与转动关节连接轴(51)固定在一起；所 述转动关节连接轴(51)通过所述轴承(52)固定在所述转动关节机架(55)上，所述转动关 节机架(55)两侧设置有所述轴承端盖(53)，所述轴承端盖(53)通过所述第三螺钉(54)固 定在所述转动关节机架(55)上，所述转动关节机架(55)通过所述螺栓(56)连接固定在腰 部静平台(6)上面。 5.一种仿生机器鼠，包括仿生机器鼠本体，其特征在于，还包含权利要求1-4任一项所 述的腰部模拟装置。 2
CN105171736A 说明书 1/2页 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技术领域，具体涉及一种仿生机器鼠的模拟装置。 背景技术 [ooo2]在“ARat-like Robot WR-5 for Animal Behavior Research”.一文中，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直流电机、差动齿轮 箱、电机架、连接板以及轴承、紧固螺钉等连接件构成：该腰部结构由四个直流电机驱动，通 过齿轮副与差动齿轮箱链接；每个差动齿轮箱具有两个方向的自由度，通过两直流电机的 差动，实现两个自由度方向的运动：差动齿轮箱及电机通过电机架及连接板链接成为一体， 构成仿生机器鼠的腰部结构。 [0003]该仿生机器鼠的腰部结构复杂，质量沉重，难以实现仿生机器鼠轻量化、简单化的 要求：该腰部结构整体呈方形结构，难以逼近真实老鼠的形态；两组差动齿轮箱自由度重 叠，实际自由度仅有两个，电机利用率不高，造成电源浪费。 发明内容 [0004]本发明的目的是：为了解决模拟仿生机器鼠腰部结构复杂、质量重、电机利用率低 的问题，提出一种新型的仿生机器鼠的腰部模拟装置； [0005]本发明的技术方案是：仿生机器鼠的腰部模拟装置，它包括：腰部动平台(1)、球 关节(2)、电机推杆(3)、直线电机(4)、转动关节（⑤）、腰部静平台(6)： [0006]所述的球关节(2)包括：支撑板(21)、螺钉(22)、球套(23)、螺钉(24)、润滑套 (25):所述腰部动平台(1)上开有螺纹孔，其通过螺钉(22)与支撑板(21)固定在一起，所 述支撑板(21)通过螺钉(24)与球套(23)固定在一起，所述支撑板(21)和球套(23)内部 都开有半球形弧面，所述润滑套(25)与支撑板(21)和球套(23)内部弧面配合，所述电机 推杆(3)前端的球面与润滑套(25)的球面配合： [0007]所述转动关节(5)包括：转动关节连接轴(51)、轴承(52)、轴承端盖(53)、螺钉 (54)、转动关节机架(55)、螺栓(56)：所述直线电机(4)与转动关节连接轴(51)通过螺栓 连接，所述转动关节连接轴(51)通过轴承(52)固定在转动关节机架(55)上，所述转动关 节机架(55)两侧有轴承端盖(53)，所述轴承端盖(53)通过螺钉(54)固定在转动关节机架 (55)上，所述转动关节机架(55)通过螺栓连接固定在腰部静平台(6)上面： [0008]所述腰部静平台(6)与机器人本体通过螺栓连接，在直线电机(4)的驱动下，电机 推杆(3)做直线运动，使电机推杆(3)前端的球面在润滑套(25)内部滑动，带动腰部动平 台(1)随球关节(5)运动，同时转动关节连接轴(51)通过两个轴承(52)相对转动关节机 架(55)转动，在三个直线电机(4)的并联协同操作下，可实现腰部动平台(1)的三个自由 度运动。 [0009]本发明机构自由度计算公式如下： 3
CN105171736A 说明书 2/2页 [0010] M=d(n-g-1)+∑f-68-9-10+15-3 TL [0011们其中：M为自由度数，d为机构的阶数，n为构件数目，g为运动副数目，f:为单个运 动副的自由度数目。 [0012]本发明的有益效果是： [0013] (1)本发明将原有的串联的差动齿轮结构替换为并联结构，所用电机由四个直流 电机减少为三个推杆电机，带来的实际自由度由两个增加到三个，增加了电机的利用效率， 简化了腰部结构，降低了腰部质量：同时，并联的腰部结构所的空间腔体结构可为仿生机器 鼠电路部分提供空间，增加空间利用效率： [0014](2)本发明采用并联腰部结构，腰部动平台(1)及腰部静平台(2)能在形体上很好 的模仿真实老鼠的腹部及髋关节，有利于仿生机器鼠的形态仿真。 附图说明 [0015] 图1为本发明的仿生机器鼠腰部结构示意图； [0016] 图2为本发明的球关节局部结构示意图： [0017] 图3为本发明的转动关节局部结构示意图； [0018] 其中，1-腰部动平台、2-球关节、21-支撑板、22-螺钉、23-球套、24-螺钉、25-润 滑套、3-电机推杆、4-直线电机、5-转动关节、51-转动关节连接轴、52-轴承、53-轴承端 盖、54-螺钉、55-转动关节机架、56-螺栓、6-腰部静平台 具体实施方式 [0019]参见附图1，仿生机器鼠的腰部模拟装置，它包括：腰部动平台(1)、球关节(2)、电 机推杆(3)、直线电机(4)、转动关节(5)、腰部静平台(6)： [0020]参见附图2，所述的球关节(2)包括：支撑板(21)、螺钉(22)、球套(23)、螺钉 (24)、润滑套(25)：所述腰部动平台(1)上开有螺纹孔，其通过螺钉(22)与支撑板(21)固 定在一起，所述支撑板(21)通过螺钉(24)与球套(23)固定在一起，所述支撑板(21)和球 套(23)内部开有半球形弧面，所述润滑套(25)与支撑板(21)和球套(23)内部弧面配 合，所述电机推杆(3)前端的球面与润滑套(25)的球面配合： [0021]参见附图3，所述转动关节(5)包括：转动关节连接轴(51)、轴承(52)、轴承端盖 (53)、螺钉(54)、转动关节机架(55)、螺栓(56)：所述直线电机(4)与转动关节连接轴(51) 通过螺栓连接，所述转动关节连接轴(51)通过轴承(52)固定在转动关节机架（⑤5）上，所 述转动关节机架(55)两侧有轴承端盖(53)，所述轴承端盖(53)通过螺钉(54)固定在转动 关节机架(55)上，所述转动关节机架(55)通过螺栓连接固定在腰部静平台(6)上面： [0022]所述腰部静平台(6)与机器人本体通过螺栓连接，在直线电机(4)的驱动下，电机 推杆(3)做直线运动，使电机推杆(3)前端的球面在润滑套(25)内部滑动，带动腰部动平 台(1)随球关节(5)运动，同时转动关节连接轴(51)通过两个轴承(52)相对转动关节机 架(55)转动，在三个直线电机(4)的并联协同操作下，可实现腰部动平台(1)的三个自由 度运动
CN105171736A 说明书附图 1/3页 ⊙ 2 3 图1 5
CN105171736A 说明书附图 2/3页 2 7234 3 图2 6
CN105171736A 说明书附图 3/3页 4 5 123456 6 图3 7