CN103301635A - 一种基于软轴传动的咬尾巴仿真狗 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于软轴传动的咬尾巴仿真狗，属于机械结构领域，该装置包括头部结构，还包括前身结构、腰部结构、后身结构和四肢结构；本发明仿真狗的前后腿通过软轴传动连接，实现在前后身体转弯、摇摆导致中心距变化的情况下，也能平稳传递连接前后腿运动；在结构上，巧妙的利用了机构协调运动，使电机的使用达到最小化；本发明前后身体通过球铰连接，结构简单、前后身体在多自由度条件下平稳行走的要求、腿部使用橡胶材料，有效的缓解了玩具狗行走时的振动，同时使玩具狗变得柔软，可爱；咬尾巴动作的实现了普通仿真狗没有的功能，使仿真狗更加真实、有趣。

Description

一种基于软轴传动的咬尾巴仿真狗

技术领域

本发明属于机械结构领域，特别涉及一种基于软轴传动的咬尾巴仿真狗。

背景技术

近年来，仿狗类产品的研发受到了追捧。仿狗类产品应用广泛、种类繁多，其中以仿狗类玩具最受青睐。仿狗类玩具大致可以分为以下三类：1、低端类：这类产品是简单的模仿狗的外形，例如毛绒玩具等；2、中端类：这类产品往往是模仿狗的一些简单且单一的动作或者特质，例如行走、摇尾巴、动耳朵、狗叫等；3、高端类：这类产品不仅模仿狗的简单动作，还添加控制，使得动作组合，完成复杂的动作。

从市场角度看，仿狗类玩具难以满足市场需求。高端产品主要为日本索尼等公司研发，主要供应欧、美、日本，且以玩具作为定位的产品，种类较少，价格偏高。低端产品仅模仿狗类外形，中端产品实现了狗类的运动，现只是应用简单机械原理、单一的电机简单驱动或者简单控制原理，原始而缺乏创新，难以满足人们的娱乐需求。

绝大多数玩具的原型是基于狗类简单动作和习性，一般为行走、摇尾巴、动耳朵、狗叫等，样式创新较少。究其原因，是结构上创新局限，实现狗类复杂动作较难。

发明内容

针对现有问题，本发明提出一种基于软轴传动的咬尾巴仿真狗，以达到实现仿真狗既能行走、转弯，又能扭动身体、咬尾巴的复杂组合动作的目的。

一种基于软轴传动的咬尾巴仿真狗，包括头部结构，还包括前身结构、腰部结构、后身结构和四肢结构，其中，头部结构设置于前身结构的一端，前身结构的另一端通过腰部结构连接后身结构，所述的四肢结构包括第一前肢结构、第二前肢结构、第一后肢结构和第二后肢结构，所述的第一前肢结构、第二前肢结构设置于前身结构的两侧，第一后肢结构和第二后肢结构设置于后身结构的两侧；

所述前身结构的第一下箱体一端设置有头部固定座，所述的头部固定座通过并固定连接第一齿轮，头部固定座上还设置有弹簧；第一连杆的一端固定连接第一锥形齿轮，并通过第一滑块与第一下箱体间隙配合；所述的第一锥形齿轮与第一齿轮啮合连接；第一电机通过第一电机固定座设置于第一下箱体的底端，第一下箱体一侧设置有第一曲柄滑块，另一侧设置有第二曲柄滑块，所述的第一电机的输出轴与第一曲柄滑块连接；第二齿轮设置于第一下箱体的内侧，并与第二曲柄滑块固定连接，所述的第二齿轮与第二锥形齿轮啮合连接；所述的第一下箱体的另一端设置有腰部支撑座；第一上箱体设置于第一下箱体的上端；

所述的腰部结构的软轴一端连接第二锥形齿轮，并通过第二滑块与第一下箱体间隙配合；万向连轴器的一端与第一连杆的另一端固定连接，并与腰部支撑座间隙配合；球铰设置于腰部支撑座与后身结构的第二下箱体之间；

所述的后身结构的第二连杆的一端通过第三齿轮与万向连轴器的另一端固定连接，另一端通过第三滑块与第二下箱体间隙配合；所述的第三齿轮与第四齿轮啮合连接；第二电机通过第二电机固定座固定于第二下箱体的底部，第二电机的输出轴固定连接第四齿轮；软轴的另一端固定连接第三锥形齿轮，并通过第四滑块与第二下箱体间隙配合，所述的第三锥形齿轮通过锥齿座固定于第二下箱体的底端；所述的第二下箱体的一侧设置有第三曲柄滑块，另一侧设置有第四曲柄滑块，在第三曲柄滑块与第四曲柄滑块之间设置有通过第五轮齿的第三连杆，所述的第五齿轮设置于第二下箱体的内侧并与第三锥形齿轮和第六齿轮啮合连接；第三电机固定连接第六齿轮并设置于第二下箱体的外侧；第二上箱体设置于第二下箱体的上端；

所述的四肢结构的第一前肢结构通过第一曲柄滑块与第一下箱体相连；第二前肢结构通过第二曲柄滑块与第一下箱体相连；第一后肢结构通过第三曲柄滑块与第二下箱体相连；第二后肢结构通过第四曲柄滑块与第二下箱体相连。

所述的第一连杆、第二连杆、第三连杆和软轴形状均为长方体。

所述的头部固定座与第一下箱体之间属于间隙配合。

所述的第一曲柄滑块与第一下箱体之间属于间隙配合；第二曲柄滑块与第一下箱体之间属于间隙配合。

所述的第三锥形齿轮与锥齿座之间属于间隙配合。

本发明优点：

（1）软轴传动：仿真狗的前后腿通过软轴传动连接，实现了在前后身体转弯、摇摆导致中心距变化的情况下也能平稳传递连接前后腿运动的目的；

（2）电机数量少：在结构上，巧妙的利用了机构协调运动，使电机的使用达到最小化；

（3）球铰连接：前后身体通过球铰连接，结构简单；实现了前后身体在多自由度条件下平稳行走的要求；

（4）腿部使用橡胶材料：橡胶材料的使用，有效的缓解了玩具狗行走时的振动，同时使玩具狗变得柔软，可爱；

（5）咬尾巴动作：咬尾巴动作的实现了普通仿真狗没有的功能，使仿真狗更加真实，有趣。

附图说明

图1为本发明一种实施例的整体装置结构图；

其中，1-头部结构；2-前身结构；3-腰部结构；4-后身结构；5-四肢结构；

图2为本发明一种实施例的装置内部结构图；

其中，501-第一前肢结构；502-第二前肢结构；503-第一后肢结构；504-第二后肢结构；

图3为本发明一种实施例的前身结构装置结构图；

其中，201-第一下箱体；202-头部固定座；203-第一齿轮；204-弹簧；205-第一连杆；206-第一锥形齿轮；207-第一电机；208-第一电机固定座；209-第一曲柄滑块；210-第二曲柄滑块；211-第二齿轮；212-第二锥形齿轮；213-腰部支撑座；第二滑块215；第一滑块216；

图4为本发明一种实施例的前身结构的上箱体装置结构图；

其中，214-第一上箱体；

图5为本发明一种实施例的腰部结构装置结构图；

其中，301-软轴；302-万向连轴器；303-球铰；401-第二下箱体；

图6为本发明一种实施例的后身结构装置结构图；

其中，402-第二连杆；403-第三齿轮；404-第三滑块；405-第四齿轮；406-第二电机；407-第二电机固定座；408-第三锥形齿轮；409-第四滑块；410-锥齿座；411-第三曲柄滑块；412-第四曲柄滑块；413-第三连杆；414-第五齿轮；415-第六齿轮；416-第三电机；

图7为本发明一种实施例的后身结构的上箱体装置结构图；

其中，417-第二上箱体；

图8为本发明一种实施例的控制系统结构框图；

图9为本发明一种实施例的单片机电路原理图；

图10为本发明一种实施例的驱动电路原理图；

图11为本发明一种实施例的控制过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。

如图1和图2所示，一种基于软轴传动的咬尾巴仿真狗，包括头部结构1，还包括前身结构2、腰部结构3、后身结构4和四肢结构5，其中，头部结构1设置于前身结构2的一端，前身结构2的另一端通过腰部结构3连接后身结构4，所述的四肢结构5包括第一前肢结构501、第二前肢结构502、第一后肢结构503和第二后肢结构504，所述的第一前肢结构501、第二前肢结构502设置于前身结构2的两侧，第一后肢结构503和第二后肢结构504设置于后身结构4的两侧；

如图3所示，所述前身结构2的第一下箱体201一端设置有头部固定座202（所述的头部固定座202与第一下箱体201之间属于间隙配合），所述的头部固定座202通过并固定连接第一齿轮203，头部固定座202上还设置有弹簧204；第一连杆205的一端固定连接第一锥形齿轮206，并通过第一滑块216与第一下箱体201间隙配合；所述的第一锥形齿轮206与第一齿轮203啮合连接；第一电机207通过第一电机固定座208设置于第一下箱体201的底端，第一下箱体201一侧设置有第一曲柄滑块209，另一侧设置有第二曲柄滑块210，所述的第一电机207的输出轴与第一曲柄滑块209连接；第二齿轮211设置于第一下箱体201的内侧，并与第二曲柄滑块210固定连接，所述的第二齿轮211与第二锥形齿轮212啮合连接；所述的第一下箱体201的另一端设置有腰部支撑座213；如图4所示，第一上箱体214设置于第一下箱体201的上端；

如图5所示，所述的腰部结构3的软轴301一端连接第二锥形齿轮212，并通过第二滑块215与第一下箱体201间隙配合；万向连轴器302的一端与第一连杆205的另一端固定连接，并与腰部支撑座213间隙配合；球铰303设置于腰部支撑座213与后身结构4的第二下箱体401之间；

如图6所示，所述的后身结构4的第二连杆402的一端通过第三齿轮403与万向连轴器302的另一端固定连接，另一端（该端用于连接仿真狗尾巴）通过第三滑块404与第二下箱体401间隙配合；所述的第三齿轮403与第四齿轮405啮合连接；第二电机406通过第二电机固定座407固定于第二下箱体401的底部，第二电机406的输出轴固定连接第四齿轮405；软轴301的另一端固定连接第三锥形齿轮408，并通过第四滑块409与第二下箱体401间隙配合，所述的第三锥形齿轮408通过锥齿座410固定于第二下箱体401的底端；所述的第二下箱体401的一侧设置有第三曲柄滑块411，另一侧设置有第四曲柄滑块412，在第三曲柄滑块411与第四曲柄滑块412之间设置有通过第五轮齿414的第三连杆413，所述的第五齿轮414设置于第二下箱体401的内侧并与第三锥形齿轮408和第六齿轮415啮合连接；第三电机416固定连接第六齿轮415并设置于第二下箱体401的外侧；如图7所示，第二上箱体417设置于第二下箱体401的上端；

如图3和图6所示，所述的四肢结构5的第一前肢结构501通过第一曲柄滑块209与第一下箱体201相连；第二前肢结构502通过第二曲柄滑块210与第一下箱体201相连；第一后肢结构503通过第三曲柄滑块411与第二下箱体401相连；第二后肢结构504通过第四曲柄滑块412与第二下箱体401相连。

所述的第一连杆205、第二连杆402、第三连杆413和软轴301形状均为长方体。所述的第一曲柄滑块209与第一下箱体201之间属于间隙配合；第二曲柄滑块210与第一下箱体201之间属于间隙配合。所述的第三锥形齿轮408与锥齿座410之间属于间隙配合。

控制过程如下：

如图8所示，本发明实施例中，采用52系列单片机进行信号的处理，通过采集遥控系统发出的信号实现对驱动系统的控制，如图9所示，本发明实施例中采用8052型单片机，其中遥控系统的输出端连接8052型单片机的P00～P05输入端，8052型单片机的P20～P23输出端连接驱动电路输入端，如图10所示，本实施例中，驱动电路采用ULN2003型号芯片，ULN2003型号芯片的OUT1～OUT3输出端依次连接第一电机207、第二电机406、第三电机416。

实现仿真狗行走、转弯、扭身子、咬尾巴的动作，具体如下，如图11所示：

（1）行走及转弯

本发明实施例中，采用两个步进电机驱动，三对齿轮传动及相关控制实现。

第一前肢结构501由第一电机207直接驱动。在第三电机416通过一对齿轮驱动（第五齿轮414、第六齿轮415）下，第一后肢结构503、第二后肢结构504实现上下点动。同时，第二前肢结构502在两对齿轮（第三锥形齿轮408和第五齿轮414、第二齿轮211和第二锥形齿轮212）和软轴（301）的传动作用下实现往复迈步动作。直线行走时，第一电机207和第三电机416同速转动，从而实现平稳行走；转弯时，通过遥控器控制两个步进电机的转速，使第一前肢结构501和第二前肢结构502的迈步速度不同，从而实现转弯功能

本发明实施例中，选用市场可以调速并且应用广泛的步进电机作为第一电机207、第三电机416。

（2）扭身体

本发明实施例中，腰部支撑座213与后身结构4的第二下箱体401之间通过球铰303连接，通过行走时的协调运动来实现身体的随机扭动。由于前腿迈步时步调的不同、后腿的连续上下点动以及球铰303多自由度的特点，引起前后身体在直线行走或转弯过程中不在同一个平面内，从而实现身体的自由扭动的功能。

利用行走时前后身体的协调，促使身体自然扭动，不需要附加电机驱动。

（3）咬尾巴

利用步进电机驱动的特点，及相关控制，在转圈的情况下实现咬尾巴的功能。

在转圈的同时，第二电机406在给定的控制信号作用下，转过一定的角度，通过两对齿轮（第三齿轮403与第四齿轮405、第一锥形齿轮206与第一齿轮203）和万向连轴器302的配合传动，使尾巴摆动到易于与仿真狗头部接触的位置，从而完成了咬尾巴这一复杂连贯的动作。

利用第二电机406在给定的脉冲信号下转动特定角度的特点，本发明实施例中选用步进电机。步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。

Claims (5)

1.一种基于软轴传动的咬尾巴仿真狗，包括头部结构（1），其特征在于：还包括前身结构（2）、腰部结构（3）、后身结构（4）和四肢结构（5），其中，头部结构（1）设置于前身结构（2）的一端，前身结构（2）的另一端通过腰部结构（3）连接后身结构（4），所述的四肢结构（5）包括第一前肢结构（501）、第二前肢结构（502）、第一后肢结构（503）和第二后肢结构（504），所述的第一前肢结构（501）、第二前肢结构（502）设置于前身结构（2）的两侧，第一后肢结构（503）和第二后肢结构（504）设置于后身结构（4）的两侧；

所述前身结构（2）的第一下箱体（201）一端设置有头部固定座（202），所述的头部固定座（202）通过并固定连接第一齿轮（203），头部固定座（202）上还设置有弹簧（204）；第一连杆（205）的一端固定连接第一锥形齿轮（206），并通过第一滑块（216）与第一下箱体（201）间隙配合；所述的第一锥形齿轮（206）与第一齿轮（203）啮合连接；第一电机（207）通过第一电机固定座（208）设置于第一下箱体（201）的底端，第一下箱体（201）一侧设置有第一曲柄滑块（209），另一侧设置有第二曲柄滑块（210），所述的第一电机（207）的输出轴与第一曲柄滑块（209）连接；第二齿轮（211）设置于第一下箱体（201）的内侧，并与第二曲柄滑块（210）固定连接，所述的第二齿轮（211）与第二锥形齿轮（212）啮合连接；所述的第一下箱体（201）的另一端设置有腰部支撑座（213）；第一上箱体（214）设置于第一下箱体（201）的上端；

所述的腰部结构（3）的软轴（301）一端连接第二锥形齿轮（212），并通过第二滑块（215）与第一下箱体（201）间隙配合；万向连轴器（302）的一端与第一连杆（205）的另一端固定连接，并与腰部支撑座（213）间隙配合；球铰（303）设置于腰部支撑座（213）与后身结构（4）的第二下箱体（401）之间；

所述的后身结构（4）的第二连杆（402）的一端通过第三齿轮（403）与万向连轴器（302）的另一端固定连接，另一端通过第三滑块（404）与第二下箱体（401）间隙配合；所述的第三齿轮（403）与第四齿轮（405）啮合连接；第二电机（406）通过第二电机固定座（407）固定于第二下箱体（401）的底部，第二电机（406）的输出轴固定连接第四齿轮（405）；软轴（301）的另一端固定连接第三锥形齿轮（408），并通过第四滑块（409）与第二下箱体（401）间隙配合，所述的第三锥形齿轮（408）通过锥齿座（410）固定于第二下箱体（401）的底端；所述的第二下箱体（401）的一侧设置有第三曲柄滑块（411），另一侧设置有第四曲柄滑块（412），在第三曲柄滑块（411）与第四曲柄滑块（412）之间设置有通过第五齿轮（414）的第三连杆（413），所述的第五齿轮（414）设置于第二下箱体（401）的内侧并与第三锥形齿轮（408）和第六齿轮（415）啮合连接；第三电机（416）固定连接第六齿轮（415）并设置于第二下箱体（401）的外侧；第二上箱体（417）设置于第二下箱体（401）的上端；

所述的四肢结构（5）的第一前肢结构（501）通过第一曲柄滑块（209）与第一下箱体（201）相连；第二前肢结构（502）通过第二曲柄滑块（210）与第一下箱体（201）相连；第一后肢结构（503）通过第三曲柄滑块（411）与第二下箱体（401）相连；第二后肢结构（504）通过第四曲柄滑块（412）与第二下箱体（401）相连。

2.根据权利要求1所述的基于软轴传动的咬尾巴仿真狗，其特征在于：所述的第一连杆（205）、第二连杆（402）、第三连杆（413）和软轴（301）形状均为长方体。

3.根据权利要求1所述的基于软轴传动的咬尾巴仿真狗，其特征在于：所述的头部固定座（202）与第一下箱体（201）之间属于间隙配合。

4.根据权利要求1所述的基于软轴传动的咬尾巴仿真狗，其特征在于：所述的第一曲柄滑块（209）与第一下箱体（201）之间属于间隙配合；第二曲柄滑块（210）与第一下箱体（201）之间属于间隙配合。

5.根据权利要求1所述的基于软轴传动的咬尾巴仿真狗，其特征在于：所述的第三锥形齿轮（408）与锥齿座（410）之间属于间隙配合。

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