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机器鼠的上下肢长度均为40mm的机构原理及设计解析

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据图2-3所示的前肢与体长的比例,结合机器鼠体长以及可行性原则,确定其上肢与下肢的长度均为40 mm。图3-14机器鼠腿足机构简图实验鼠左前肢自由度图;机器鼠左前肢机构简图为了驱动大臂与小臂的运动,原则上需要在肩关节和肘关节上设置驱动,但由于驱动器尺寸的限制,采用上述驱动方案会使机器鼠腿足结构粗大,不符合尺寸精巧的设计要求。因此,只能将驱动器设计在机身上平行放置,选用四连杆机构将动力传动到小臂。

机器鼠的上下肢长度均为40mm的机构原理及设计解析

以机器鼠前肢为例,结合第2章中实验鼠前肢的生理结构并对其进行相应的简化,得到如图3-14(a)所示的自由度图。各连杆从上至下分别对应实验鼠的上肢、下肢和手掌,各关节从上至下分别对应肩关节、肘关节和腕关节,其中肩关节和肘关节设计为主动自由度,腕关节为被动自由度。根据图2-3(a)所示的前肢与体长的比例,结合机器鼠体长以及可行性原则,确定其上肢与下肢的长度均为40 mm。此外,为了使机器鼠在直立时重心不至于前倾,将机器鼠的后肢设计为与前肢相同尺寸,这种设计虽然使得后肢小腿的比例与实验鼠不相符,但相差并不大,也不会影响机器鼠行走时的步态。

图3-14 机器鼠腿足机构简图(www.xing528.com)

(a)实验鼠左前肢自由度图;(b)机器鼠左前肢机构简图

为了驱动大臂与小臂的运动,原则上需要在肩关节和肘关节上设置驱动,但由于驱动器尺寸的限制,采用上述驱动方案会使机器鼠腿足结构粗大,不符合尺寸精巧的设计要求。因此,只能将驱动器设计在机身上平行放置,选用四连杆机构将动力传动到小臂。四连杆机构可大致分为:曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。为了保证机器鼠腿足机构的两个杆件实现独立地摆动,采用并置的双平行四杆机构进行驱动,如图3-14(b)所示,其中两个固定铰链D、E处各设置一个驱动,可较好实现对大鼠的仿生。

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