技术摘要：
本发明涉及一种单自由度复合十字摆动的实现方法及装置，该装置包括驱动电机、向心关节轴承组件和执行十字节，驱动电机的输出轴与向心关节轴承组件倾斜一定角度安装至执行十字节上。本发明通过向心轴承曲柄与执行十字节倾斜一定角度轴孔连接，省略了中间的关节轴承和连  全部
背景技术：
在游乐设施仿生表演技术领域，为了表现脊椎动物的摇摆动作通常使用复合十字 摆动。目前实现复合十字摆动采用的方法一般有两种： 一种是用两个电机分别独立驱动十字节的两个关节来实现复合十字摆动，缺点是 结构复杂所占空间比较大并且还需要两个电机，存在仿生生物体内安装空间不够，单自由 度动作多电机驱动增加控制难度、浪费资源等问题。例如授权公告号为CN206355589的实用 新型专利，公开一种仿生动物眼睛用驱动机构，其采用驱动电机与十字节以及相应的连接 机构实现的驱动机构，正是采用两个电机分别独立驱动十字节的两个关节来实现复合十字 摆动方案，由其具体方案可知，存在结构复杂、所占空间比较大并且还需要两个电机，以及 驱动控制难度大、浪费资源等问题； 一种是单电机驱动，曲柄与十字节之间再用一套关节轴承和连杆相连接，缺点是 在纵方向拉长了整个机构空间，并且复合十字摆动的角度对连杆的长度特别敏感，稍微调 整一点就很有可能达到十字节的最大运动范围出现卡死问题。 因此，满足仿生生物体内狭小安装空间，并且安装简单不易卡死的复合十字摆动 是实现脊椎动物的摇摆动作的必要条件。
技术实现要素：
在下文中给出了关于本发明实施例的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面 的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发 明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某 些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。 为了满足现代人对游乐设施仿生表演设备的高仿真要求，本申请人专门开发了一 种用圆周转动来实现单自由度复合十字摆动的方法，该方法不需要精确的电机旋转角度运 动控制，并通过建立数学模型可以精确的设计摇头的倾斜角度并很容易判断是否超出十字 节的运动范围，从而快速满足不同需求的单自由度的脊椎动物的摇摆动。 为此，根据本申请的一个方面，提供一种单自由度复合十字摆动的实现方法，其包 括驱动电机、向心关节轴承组件和执行十字节，向心关节轴承组件包括向心轴承和曲柄，执 行十字节包括套装组合的第一十字节和第二十字节以及支撑第一十字节和第二十字节的 电机座，实现方法包括： 将驱动电机的输出轴与曲柄连接，并通过向心轴承倾斜角度β安装至执行十字节 上，驱动电机的输出驱动经由向心关节轴承组件传送至执行十字节，将曲柄的圆周转动转 3 CN 111577757 A 说　明　书 2/4 页 换为执行十字节的复合十字摆动； 其中，套装组合的第一十字节和第二十字节的中心点、曲柄圆周转动的中心轴以 及曲柄偏心连接点三者构建一个直角三角形，电机座的高度h和曲柄的中心距s来决定执行 十字节的复合十字摆动角：复合十字摆动角ɑ＝arctan(s/h)； 通过改变向心轴承曲柄上驱动电机轴安装孔和执行十字节轴安装孔之间的距离 s、或者电机座上的执行十字节安装高度h来调整复合十字摆动的角度α。 其中，所述执行十字节中，第二十字节具有容纳第一十字节的腔体，第一十字节通 过第一十字节轴安装在第二十字节的腔体内，并且，第一十字节和第二十字节的轴心相重 合；第二十字节通过第二十字节轴安装在电机座上。 电机座具有一Y型结构，第二十字节通过第二十字节轴安装在电机座的Y型结构 上。该Y型结构既是执行十字节的一部分，又可以直接安装电机，可节省空间。 所述驱动电机直接安装在电机座上。本申请中，电机座作为执行十字节的一部分， 驱动电机安装到电机座上也即直接安装到执行十字节上，不仅更方便于电机旋转角度运动 的控制，而且还大大节约了安装空间，具有稳定可靠的优势。 根据本申请的另一方面，提供一种单自由度复合十字摆动的实现装置，其包括驱 动电机、向心关节轴承组件和执行十字节，向心关节轴承组件包括向心轴承和曲柄，执行十 字节包括相互套装组合的第一十字节和第二十字节以及支撑第一十字节和第二十字节的 电机座，驱动电机的输出轴与曲柄连接，并通过向心轴承(倾斜角度β，等于或者约等于复合 十字摆动角α)安装至执行十字节上，驱动电机的输出驱动经由向心关节轴承组件传送至执 行十字节，将曲柄的圆周转动转换为执行十字节的复合十字摆动；其中，电机座的高度h和 曲柄的中心距s来决定执行十字节的复合十字摆动角α：α＝arctan(s/h)。 本发明通过上述方案，将向心关节轴承组件的曲柄通过向心轴承与执行十字节倾 斜一定角度轴孔连接，省略了中间的关节轴承和连杆节省了整个机构的纵向占用空间。改 变向心轴承曲柄上驱动电机轴安装孔和执行十字节轴安装孔间的距离或电机座上第二十 字节轴安装高度来调整复合十字摆动的角度。因为都是机加工件所以不用担心安装时的调 整超出十字节的运动范围。 在对上述用圆周转动来实现复合十字摆动的优化方案中，所述驱动电机直接安装 固定在执行十字节上，节省了整个机构的纵向占用空间，有利于适应仿生生物体内狭小的 安装空间。 与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于它采用了直角三角形的数学原理，已 知两个直角边的长度计算出斜边的倾角就可以很明确设计出复合十字摆动的角度。简化了 安装调试过程同时也简化了传动环节，原理上避免了超出十字节的运动范围而卡死现象。 所以它的整体结构简单，安装空间需求小，适合于高仿真仿生生物的设计。 附图说明 本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所 有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的 详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本 发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中： 4 CN 111577757 A 说　明　书 3/4 页 图1是本发明实施例的单自由度复合十字摆动的实现装置的立体示意爆炸图； 图2是本发明实施例的向心关节轴承组件的剖视图； 图3是本发明实施例的执行十字节的爆炸图； 图4是本发明实施例的数学原理图。