一种仿生机器人足肢的制作方法

1.本发明涉及机器人领域，尤其是涉及到一种仿生机器人足肢。


背景技术：

2.仿生机器人的类型很多，主要为仿人、仿生物和生物机器人三大类，其通过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从事生物特点工作，其中蜘蛛形态的仿生机器人可以根据环境变化而改变自己的形状，使其能够进入各种难以接近的灾害现场实施调查，但是其受限结构的单一性，在爬行时需要张开仿生足肢才能进行移动，在一些宽度和高度有限的环境下其移动和转向效率会受到限制和影响，且无法利用仿生足肢夹取物体，因此需要研制一种仿生机器人足肢，以此来解决现有仿生机器人在一些宽度和高度有限的环境下作业时移动和转向效率会受到限制和影响的问题。
3.本

技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种仿生机器人足肢，其结构包括躯干架、探头、曲轴关节、吸能臂板、夹取轮、吸盘足，所述的躯干架一端设有探头，所述的曲轴关节分设于躯干架侧边且躯干架通过曲轴关节连接吸能臂板，所述的夹取轮设于躯干架中端位置且与其相互贯穿，所述的吸盘足连接于吸能臂板一端，躯干架为机器人的机身主体结构，通过多边形构造可实现与曲轴关节的联接，探头为机器人的视觉感光结构，其采用三维感应摄像头组成，能够提供的信息包括体积、形状、位置、方向以及与物体的距离，三维数据可以通过不同的测量过程产生，如立体视觉、结构光和激光三角测量，立体视觉采用三角测量原理，三维摄像组件在近距离测量物体时具有很高的精确度，比超声和红外分辨率要高，并且在环境混乱时更加可靠，特别是在难以操控的表面或在环境光较暗的情况下，激光三角测量也可以工作，即使是低对比度的物体，也可以提供精确的数据，曲轴关节为控制并联动吸能臂板摆动与伸张动作的结构，吸能臂板具备移动性能且配合夹取轮与吸盘足能够抓取大多数尺寸小于仿生机器人的物体。
5.作为本技术方案的进一步优化，所述的吸能臂板包括有导通板、皮带轮、连轴、阀门、柔粘轮，所述的导通板分设有皮带轮且在皮带轮之间通过连轴相互连接，所述的连轴底部设有阀门与导通板相互连接，所述的柔粘轮设于导通板内，导通板采用内部中空的板块制成吸能臂板的中空结构，其两端的皮带轮通过连轴驱动其运转，而且皮带轮可产生结构之间不同方向的循环转动并带动联接的柔粘轮实现联动，阀门在结构中均设有一对，其中一个结构用于施加压力控制导通板弯曲，继而实现吸能臂板的张合动作，另一个结构则用于使吸盘足接合真空，主要用于控制吸盘足上的气动阀，改变其结构的压力值和真空度，柔粘轮通过两个相邻的轮体结构之间形成的夹角，不仅可通过结构旋转带动吸能臂板的移动，还能利用夹角度数的改变实现对较小尺寸物体的拿取。
6.作为本技术方案的进一步优化，所述的柔粘轮包括有分转座、轮罩、转轮、粘轮套、轮刹盘，所述的分转座嵌合连接轮罩，所述的轮罩内设有转轮且转轮外层嵌合连接有粘轮套，所述的轮刹盘间隔连接于转轮侧面，分转座为轴承驱动结构，其分为两部分组成，用于
分别驱动其方位一侧的转轮朝同一方向或是相反方向旋转，转轮在旋转方向一致的情况下产生的是带动吸能臂板结构以转轮同一水平线方向的前进或是后退动作，而在转轮旋转方向相反时，两个结构之间的粘轮套会朝中部位置持续旋入，粘轮套采用柔性硅胶材质作为转轮外壳，其作用不仅在于为了移动时增大与地面环境件的抓地力，也是为了借助材质的软胶特性增大与物体之间的附着摩擦程度，当小尺寸体积的物体进入粘轮套结构间时，通过持续旋入的夹角能够在物体表面形成挤压力，该挤压作用力产生类似手指拿捏效果，继而实现转轮结合粘轮套结构而产生的移动与拿取功能，轮刹盘则是依靠结构内部的锁止机制实现对转轮的转向命令和完成动作，根据作业环境的不同，仿生机器人可选择采用双流传动模式或是单侧传动模式进行转向，双流传动模式就是利用两侧的转轮以不同的方向转动，转向时靠分转座为两个独立的驱动源分别向两个转轮传送动力，可以通过一个转轮向前转动，另一个转轮向后转动实现转轮在地面自由转向，形成中心转向效果，单侧传动模式即是利用轮刹盘将单一侧的转轮进行锁止，通过另一侧的转轮转动以锁止的转轮为基点进行旋转从而完成转向。
7.作为本技术方案的进一步优化，所述的轮刹盘包括有活塞外壳、液压油道、牒盘、摩擦垫片，所述的活塞外壳内设有液压油道，所述的液压油道贴合连通牒盘并在牒盘内侧设有摩擦垫片相互对应，轮刹盘通过液压油道注入液压油后由液压油对牒盘产生的压力使其带动牒盘向内压缩，牒盘向内收缩挤压摩擦垫片，摩擦垫片缩短与转轮的间距并完全贴合转轮直至将转轮刹停。
8.作为本技术方案的进一步优化，所述的夹取轮包括有滚轮、动力轴、夹杆、胶膜，所述的滚轮连接于动力轴顶端且动力轴底端设有夹杆与之相连，所述的夹杆内侧分布有胶膜，滚轮依靠动力轴作为驱动结构可实现旋转，因滚轮结构位于躯干架顶端面且高度探出表面，所以在仿生机器人在处于管道或是缝隙等狭窄环境中作业时可依托滚轮滚动实现上下端面同步移动，提高移动效率，动力轴带动底部的夹杆实现张合，并且胶膜分子间的作用力比碳氢化合物要强得多，因此比同分子量的碳氢化合物粘度高，表面张力强，表面能大，成膜能力弱，高表面张力的特性使其结合夹杆后能够对物体产生高强度附着效果，抓取物体后的防脱落性能较高，增加了仿生机器人的作业适用范围。
9.作为本技术方案的进一步优化，所述的吸盘足包括有盘体、气动阀、硅胶盘面，所述的盘体顶端连接气动阀，所述的气动阀底端连通硅胶盘面，盘体采用圆锥形结构体作为吸盘足的架体结构，硅胶盘面采用柔软的有机硅结构组成，利用气动阀进行气动控制，施加压缩空气后，通过气动阀改变结构的压力值和真空度能够使得硅胶盘面向顶部收缩，硅胶盘面向内弯曲并包裹物品，在收缩状态下其外部气压高于内部气压，物体即可吸附在硅胶盘面上。
10.有益效果
11.本发明一种仿生机器人足肢，设计合理，功能性强，具有以下有益效果：
12.本发明首先利用阀门分别实现吸能臂板的张合动作与控制吸盘足改变其结构的压力值和真空度，施加压缩空气后，通过气动阀改变结构的压力值和真空度能够使得硅胶盘面向顶部收缩，硅胶盘面向内弯曲并包裹物品，在收缩状态下其外部气压高于内部气压，物体即可吸附在硅胶盘面上，吸盘足可以附着在物体上，包裹，携带和释放物体，不仅可通过柔粘轮结构旋转带动吸能臂板的移动，还能利用夹角度数的改变实现对较小尺寸物体的
拿取，即使在水下的粗糙表面上，覆盖的吸盘也可以形成牢固的密封，可以抓握，移动和操纵各种物体，其灵活的锥形设计与吸盘配合使用，能吸附牢牢抓住各种形状，大小和质地的物体；
13.本发明通过设立转轮使得仿生机器人可选择采用双流传动模式或是单侧传动模式进行转向，双流传动模式就是利用两侧的转轮以不同的方向转动，转向时靠分转座为两个独立的驱动源分别向两个转轮传送动力，可以通过一个转轮向前转动，另一个转轮向后转动实现转轮在地面自由转向，形成中心转向效果，单侧传动模式即是利用轮刹盘将单一侧的转轮进行锁止，通过另一侧的转轮转动以锁止的转轮为基点进行旋转从而完成转向，从而解决现有仿生机器人在一些宽度和高度有限的环境下作业时移动和转向效率会受到限制和影响的问题。
附图说明
14.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
15.图1为本发明一种仿生机器人足肢的侧视结构示意图；
16.图2为本发明的吸能臂板结构侧剖图；
17.图3为本发明的柔粘轮结构侧剖图；
18.图4为本发明的轮刹盘结构正剖图；
19.图5为本发明的夹取轮结构侧剖图；
20.图6为本发明的吸盘足结构侧剖图；
21.图中：躯干架
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1、探头
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2、曲轴关节
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3、吸能臂板
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4、夹取轮
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5、吸盘足
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6、导通板
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40、皮带轮
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41、连轴
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42、阀门
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43、柔粘轮
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44、分转座
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440、轮罩
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441、转轮
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442、粘轮套
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443、轮刹盘
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444、活塞外壳
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4440、液压油道
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4441、牒盘
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4442、摩擦垫片
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4443、滚轮
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50、动力轴
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51、夹杆
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52、胶膜
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53、盘体
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60、气动阀
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61、硅胶盘面
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62。
具体实施方式
22.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式以及附图说明，进一步阐述本发明的优选实施方案。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.实施例1
25.请参阅图1
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3，本发明提供一种仿生机器人足肢的具体实施方式：
26.请参阅图1，一种仿生机器人足肢，其结构包括躯干架1、探头2、曲轴关节3、吸能臂板4、夹取轮5、吸盘足6，所述的躯干架1一端设有探头2，所述的曲轴关节3分设于躯干架1侧边且躯干架1通过曲轴关节3连接吸能臂板4，所述的夹取轮5设于躯干架1中端位置且与其相互贯穿，所述的吸盘足6连接于吸能臂板4一端，躯干架1为机器人的机身主体结构，通过多边形构造可实现与曲轴关节3的联接，探头2为机器人的视觉感光结构，其采用三维感应
摄像头组成，能够提供的信息包括体积、形状、位置、方向以及与物体的距离，三维数据可以通过不同的测量过程产生，如立体视觉、结构光和激光三角测量，立体视觉采用三角测量原理，三维摄像组件在近距离测量物体时具有很高的精确度，比超声和红外分辨率要高，并且在环境混乱时更加可靠，特别是在难以操控的表面或在环境光较暗的情况下，激光三角测量也可以工作，即使是低对比度的物体，也可以提供精确的数据，曲轴关节3为控制并联动吸能臂板4摆动与伸张动作的结构，吸能臂板4具备移动性能且配合夹取轮5与吸盘足6能够抓取大多数尺寸小于仿生机器人的物体。
27.请参阅图2，所述的吸能臂板4包括有导通板40、皮带轮41、连轴42、阀门43、柔粘轮44，所述的导通板40分设有皮带轮41且在皮带轮41之间通过连轴42相互连接，所述的连轴42底部设有阀门43与导通板40相互连接，所述的柔粘轮44设于导通板40内，导通板40采用内部中空的板块制成吸能臂板4的中空结构，其两端的皮带轮41通过连轴42驱动其运转，而且皮带轮41可产生结构之间不同方向的循环转动并带动联接的柔粘轮44实现联动，阀门43在结构中均设有一对，其中一个结构用于施加压力控制导通板40弯曲，继而实现吸能臂板4的张合动作，另一个结构则用于使吸盘足6接合真空，主要用于控制吸盘足6上的气动阀61，改变其结构的压力值和真空度，柔粘轮44通过两个相邻的轮体结构之间形成的夹角，不仅可通过结构旋转带动吸能臂板4的移动，还能利用夹角度数的改变实现对较小尺寸物体的拿取。
28.请参阅图3，所述的柔粘轮44包括有分转座440、轮罩441、转轮442、粘轮套443、轮刹盘444，所述的分转座440嵌合连接轮罩441，所述的轮罩441内设有转轮442且转轮442外层嵌合连接有粘轮套443，所述的轮刹盘444间隔连接于转轮442侧面，分转座440为轴承驱动结构，其分为两部分组成，用于分别驱动其方位一侧的转轮442朝同一方向或是相反方向旋转，转轮442在旋转方向一致的情况下产生的是带动吸能臂板4结构以转轮442同一水平线方向的前进或是后退动作，而在转轮442旋转方向相反时，两个结构之间的粘轮套443会朝中部位置持续旋入，粘轮套443采用柔性硅胶材质作为转轮442外壳，其作用不仅在于为了移动时增大与地面环境件的抓地力，也是为了借助材质的软胶特性增大与物体之间的附着摩擦程度，当小尺寸体积的物体进入粘轮套443结构间时，通过持续旋入的夹角能够在物体表面形成挤压力，该挤压作用力产生类似手指拿捏效果，继而实现转轮442结合粘轮套443结构而产生的移动与拿取功能，轮刹盘444则是依靠结构内部的锁止机制实现对转轮442的转向命令和完成动作，根据作业环境的不同，仿生机器人可选择采用双流传动模式或是单侧传动模式进行转向，双流传动模式就是利用两侧的转轮442以不同的方向转动，转向时靠分转座440为两个独立的驱动源分别向两个转轮442传送动力，可以通过一个转轮442向前转动，另一个转轮442向后转动实现转轮442在地面自由转向，形成中心转向效果，单侧传动模式即是利用轮刹盘444将单一侧的转轮442进行锁止，通过另一侧的转轮442转动以锁止的转轮442为基点进行旋转从而完成转向。
29.实施例2
30.请参阅图1
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6，本发明提供一种仿生机器人足肢的具体实施方式：
31.请参阅图1，一种仿生机器人足肢，其结构包括躯干架1、探头2、曲轴关节3、吸能臂板4、夹取轮5、吸盘足6，所述的躯干架1一端设有探头2，所述的曲轴关节3分设于躯干架1侧边且躯干架1通过曲轴关节3连接吸能臂板4，所述的夹取轮5设于躯干架1中端位置且与其
相互贯穿，所述的吸盘足6连接于吸能臂板4一端，躯干架1为机器人的机身主体结构，通过多边形构造可实现与曲轴关节3的联接，探头2为机器人的视觉感光结构，其采用三维感应摄像头组成，能够提供的信息包括体积、形状、位置、方向以及与物体的距离，三维数据可以通过不同的测量过程产生，如立体视觉、结构光和激光三角测量，立体视觉采用三角测量原理，三维摄像组件在近距离测量物体时具有很高的精确度，比超声和红外分辨率要高，并且在环境混乱时更加可靠，特别是在难以操控的表面或在环境光较暗的情况下，激光三角测量也可以工作，即使是低对比度的物体，也可以提供精确的数据，曲轴关节3为控制并联动吸能臂板4摆动与伸张动作的结构，吸能臂板4具备移动性能且配合夹取轮5与吸盘足6能够抓取大多数尺寸小于仿生机器人的物体。
32.请参阅图2，所述的吸能臂板4包括有导通板40、皮带轮41、连轴42、阀门43、柔粘轮44，所述的导通板40分设有皮带轮41且在皮带轮41之间通过连轴42相互连接，所述的连轴42底部设有阀门43与导通板40相互连接，所述的柔粘轮44设于导通板40内，导通板40采用内部中空的板块制成吸能臂板4的中空结构，其两端的皮带轮41通过连轴42驱动其运转，而且皮带轮41可产生结构之间不同方向的循环转动并带动联接的柔粘轮44实现联动，阀门43在结构中均设有一对，其中一个结构用于施加压力控制导通板40弯曲，继而实现吸能臂板4的张合动作，另一个结构则用于使吸盘足6接合真空，主要用于控制吸盘足6上的气动阀61，改变其结构的压力值和真空度，柔粘轮44通过两个相邻的轮体结构之间形成的夹角，不仅可通过结构旋转带动吸能臂板4的移动，还能利用夹角度数的改变实现对较小尺寸物体的拿取。
33.请参阅图3，所述的柔粘轮44包括有分转座440、轮罩441、转轮442、粘轮套443、轮刹盘444，所述的分转座440嵌合连接轮罩441，所述的轮罩441内设有转轮442且转轮442外层嵌合连接有粘轮套443，所述的轮刹盘444间隔连接于转轮442侧面，分转座440为轴承驱动结构，其分为两部分组成，用于分别驱动其方位一侧的转轮442朝同一方向或是相反方向旋转，转轮442在旋转方向一致的情况下产生的是带动吸能臂板4结构以转轮442同一水平线方向的前进或是后退动作，而在转轮442旋转方向相反时，两个结构之间的粘轮套443会朝中部位置持续旋入，粘轮套443采用柔性硅胶材质作为转轮442外壳，其作用不仅在于为了移动时增大与地面环境件的抓地力，也是为了借助材质的软胶特性增大与物体之间的附着摩擦程度，当小尺寸体积的物体进入粘轮套443结构间时，通过持续旋入的夹角能够在物体表面形成挤压力，该挤压作用力产生类似手指拿捏效果，继而实现转轮442结合粘轮套443结构而产生的移动与拿取功能，轮刹盘444则是依靠结构内部的锁止机制实现对转轮442的转向命令和完成动作，根据作业环境的不同，仿生机器人可选择采用双流传动模式或是单侧传动模式进行转向，双流传动模式就是利用两侧的转轮442以不同的方向转动，转向时靠分转座440为两个独立的驱动源分别向两个转轮442传送动力，可以通过一个转轮442向前转动，另一个转轮442向后转动实现转轮442在地面自由转向，形成中心转向效果，单侧传动模式即是利用轮刹盘444将单一侧的转轮442进行锁止，通过另一侧的转轮442转动以锁止的转轮442为基点进行旋转从而完成转向。
34.请参阅图4，所述的轮刹盘444包括有活塞外壳4440、液压油道4441、牒盘4442、摩擦垫片4443，所述的活塞外壳4440内设有液压油道4441，所述的液压油道4441贴合连通牒盘4442并在牒盘4442内侧设有摩擦垫片4443相互对应，轮刹盘444通过液压油道4441注入
液压油后由液压油对牒盘4442产生的压力使其带动牒盘4442向内压缩，牒盘4442向内收缩挤压摩擦垫片4443，摩擦垫片4443缩短与转轮442的间距并完全贴合转轮442直至将转轮442刹停。
35.请参阅图5，所述的夹取轮5包括有滚轮50、动力轴51、夹杆52、胶膜53，所述的滚轮50连接于动力轴51顶端且动力轴51底端设有夹杆52与之相连，所述的夹杆52内侧分布有胶膜53，滚轮50依靠动力轴51作为驱动结构可实现旋转，因滚轮50结构位于躯干架1顶端面且高度探出表面，所以在仿生机器人在处于管道或是缝隙等狭窄环境中作业时可依托滚轮50滚动实现上下端面同步移动，提高移动效率，动力轴51带动底部的夹杆52实现张合，并且胶膜53分子间的作用力比碳氢化合物要强得多，因此比同分子量的碳氢化合物粘度高，表面张力强，表面能大，成膜能力弱，高表面张力的特性使其结合夹杆52后能够对物体产生高强度附着效果，抓取物体后的防脱落性能较高，增加了仿生机器人的作业适用范围。
36.请参阅图6，所述的吸盘足6包括有盘体60、气动阀61、硅胶盘面62，所述的盘体60顶端连接气动阀61，所述的气动阀61底端连通硅胶盘面62，盘体60采用圆锥形结构体作为吸盘足6的架体结构，硅胶盘面62采用柔软的有机硅结构组成，利用气动阀61进行气动控制，施加压缩空气后，通过气动阀61改变结构的压力值和真空度能够使得硅胶盘面62向顶部收缩，硅胶盘面62向内弯曲并包裹物品，在收缩状态下其外部气压高于内部气压，物体即可吸附在硅胶盘面62上。
37.其具体实现原理如下：
38.根据作业环境的不同，仿生机器人可选择采用双流传动模式或是单侧传动模式进行转向，双流传动模式就是利用两侧的转轮442以不同的方向转动，转向时靠分转座440为两个独立的驱动源分别向两个转轮442传送动力，可以通过一个转轮442向前转动，另一个转轮442向后转动实现转轮442在地面自由转向，形成中心转向效果，单侧传动模式即是利用轮刹盘444将单一侧的转轮442进行锁止，轮刹盘444通过液压油道4441注入液压油后由液压油对牒盘4442产生的压力使其带动牒盘4442向内压缩，牒盘4442向内收缩挤压摩擦垫片4443，摩擦垫片4443缩短与转轮442的间距并完全贴合转轮442直至将转轮442刹停，通过另一侧的转轮442转动以锁止的转轮442为基点进行旋转从而完成转向，并且解决现有仿生机器人在一些宽度和高度有限的环境下作业时移动和转向效率会受到限制和影响的问题。
39.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神或基本特征的前提下，不仅能够以其他的具体形式实现本发明，还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围，因此本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定，而不是上述说明限定。
40.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。