專利名稱：仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)器人工程，具體地說是一種仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)常常采用串聯(lián)驅(qū)動方式，實(shí)現(xiàn)俯仰和側(cè)傾兩個方向的運(yùn)動。此方式存在以下幾個缺點(diǎn)1)由于串聯(lián)驅(qū)動使其中一個方向的驅(qū)動電機(jī)和傳動鏈成為另一個電機(jī)的負(fù)載，增加了電機(jī)的負(fù)荷；2)串聯(lián)驅(qū)動要求驅(qū)動兩個方向運(yùn)動的電機(jī)和傳動鏈處于上下兩個不同平面，增加了腰部的高度，使仿人機(jī)器人重心提高，降低了仿人機(jī)器人的運(yùn)動穩(wěn)定性；3)串聯(lián)驅(qū)動的誤差是兩個關(guān)節(jié)誤差的累積，導(dǎo)致腰部誤差的放大。
此外，仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)也可以采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)方式，其并聯(lián)機(jī)構(gòu)可以把驅(qū)動電機(jī)布置在一個平面上，克服了串聯(lián)機(jī)構(gòu)的上述缺點(diǎn)，但并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動范圍小，限制了仿人機(jī)器人的運(yùn)動范圍。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種系統(tǒng)穩(wěn)定性好、運(yùn)動精度高、功耗小、變剛度運(yùn)動范圍大的仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是由兩個差動輪系封閉傳動機(jī)構(gòu)、上下板、中間板、連桿、柔索組成，其中兩個差動輪系具有兩個自由度，兩個差動輪系傳動封閉后仍具有兩個自由度，兩個差動輪系傳動機(jī)構(gòu)安裝在下板上，第一～二連桿上端固定安裝在中間板的中心軸線上，第一連桿下端與由第一～二電機(jī)共同驅(qū)動的第一輸出軸連接，第二連桿下端鉸連于下板，第三～四連桿與中間板及上板兩端連接，于其中心軸線上，第一～二柔索兩端分別固接于上板的中心軸線與由第一～二電機(jī)共同驅(qū)動的第二輸出軸之間；所述第一～二柔索通過滾筒與第二輸出軸反向相接。
本實(shí)用新型仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)1)本實(shí)用新型采用兩個方向的驅(qū)動電機(jī)和傳動鏈都布置在下板上，降低了電機(jī)的負(fù)載，降低了腰部的高度，從而降低了仿人機(jī)器人的重心(腰部的高度降低近一半)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2)由于本實(shí)用新型采用兩個差動輪系封閉傳動方式，其中的加法器具有雙電機(jī)驅(qū)動單方向運(yùn)動的特點(diǎn)，從而大大降低了電機(jī)功率(驅(qū)動電機(jī)功率降低40％)，減少了仿人機(jī)器人的電源消耗。
3)由于采用了柔索驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人腰部變剛度控制，提高了系統(tǒng)的柔順性和抗干擾能力，使仿人機(jī)器人與人協(xié)作時更加安全。
4)由于本實(shí)用新型的兩個驅(qū)動電機(jī)不是串聯(lián)布置，因此，不存在關(guān)節(jié)誤差的累積，提高了腰部的運(yùn)動精度。
5)本實(shí)用新型仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)除了克服了現(xiàn)有技術(shù)中串聯(lián)機(jī)構(gòu)的上述缺點(diǎn)以外，它的運(yùn)動范圍與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相同，并高于并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
6)本實(shí)用新型仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了仿人機(jī)器人的小型化，改善了運(yùn)動和動力性能，也延長了驅(qū)動電源使用壽命。


圖1為本實(shí)用新型兩個差動輪系封閉傳動機(jī)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型差動輪系封閉傳動系統(tǒng)安裝在下板上結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳述本實(shí)用新型。
如圖1～2所示，本實(shí)用新型由兩個差動輪系封閉傳動機(jī)構(gòu)、上下板、中間板、連桿、柔索組成，其中兩個差動輪系具有兩個自由度，兩個差動輪系傳動封閉后仍具有兩個自由度，兩個差動輪系傳動機(jī)構(gòu)安裝在下板4上，第一～二連桿1、11上端固定安裝在中間板5的中心軸線上，第一連桿1下端與由第一～二電機(jī)I1、I2共同驅(qū)動的第一輸出軸A1連接，第二連桿11下端鉸連于下板4，第三～四連桿2、21與中間板5兩端固接，與上板6兩端鉸接，于其中心軸線上，第一～二柔索3、31兩端分別固接于上板6的中心軸線與由第一～二電機(jī)I1、I2共同驅(qū)動的第二輸出軸A2之間；所述第一～二柔索3、31通過滾筒與第二輸出軸A2反向相接。
本實(shí)用新型仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)傳動過程本實(shí)用新型仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)采用了兩個差動輪系封閉傳動(見圖1)。一個差動輪系存在兩個自由度，兩個差動輪系傳動封閉后，系統(tǒng)仍存在兩個自由度，其中，I1、I2是第一～二驅(qū)動電機(jī)，A1、A2是第一～二輸出軸。工作時，第一驅(qū)動電機(jī)I1驅(qū)動第一齒輪g1，第一齒輪g1與第二雙聯(lián)齒輪g2嚙合，第二驅(qū)動電機(jī)I2驅(qū)動第十一齒輪g11，第十一齒輪g11與第八雙聯(lián)齒輪g8嚙合，第八雙聯(lián)齒輪g8與第七雙聯(lián)齒輪g7嚙合，第七雙聯(lián)齒輪g7與第三雙聯(lián)齒輪g3嚙合；第二、三雙聯(lián)齒g2、g3驅(qū)動安裝在第一加法器p1上的第一輸出軸A1轉(zhuǎn)動；第二驅(qū)動電機(jī)I2驅(qū)動第十一齒輪g11，第十一齒輪g11與第八雙聯(lián)齒輪g8嚙合，第一驅(qū)動電機(jī)I1驅(qū)動第一齒輪g1，第一齒輪g1與第二雙聯(lián)齒輪g2嚙合，第二雙聯(lián)齒輪g2與第五齒輪g5嚙合，第四、五齒輪g4、g5同軸轉(zhuǎn)動，第四齒輪g4與第六齒輪g6嚙合，第六齒輪g6、第九齒輪g9同軸轉(zhuǎn)動，第九齒輪g9與第十雙聯(lián)齒輪g10嚙合，第八雙聯(lián)齒輪g8與第十雙聯(lián)齒輪g10驅(qū)動第二加法器p2上的輸出軸轉(zhuǎn)動，第十二齒輪g12與第二加法器p2的輸出軸同步轉(zhuǎn)動，第十二齒輪g12與第十四齒輪g14嚙合，則驅(qū)動第二輸出軸A2轉(zhuǎn)動。
差動輪系封閉傳動系統(tǒng)安裝在下板4上(見圖2)。第一輸出軸A1驅(qū)動第一連桿1，第一連桿1、第二連桿11上端支撐在中間板5的中心軸線上，與中間板5固接，第一連桿1的下端與第一輸出軸A1連接，第二連桿11通過鉸鏈與下板4相連；第三～四連桿2、21與中間板5兩端固接，與上板6兩端鉸接，其兩端分別固接在中間板5與上板6的中心軸線上，則上板6隨中間板5作同步的俯仰運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)腰部的俯仰運(yùn)動；第一～二柔索3、31一端固接于上板6的中心軸線上，另一端固接于第二輸出軸A2上，兩者采用反向連接，即柔索3，31運(yùn)動方向相反，這樣，由柔索3、31驅(qū)動上板6，實(shí)現(xiàn)側(cè)傾運(yùn)動。通過上板6安裝仿人機(jī)器人軀干等部件。
權(quán)利要求1.一種仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)，其特征在于由兩個差動輪系封閉傳動機(jī)構(gòu)、上下板、中間板、連桿、柔索組成，其中兩個差動輪系具有兩個自由度，兩個差動輪系傳動封閉后仍具有兩個自由度，兩個差動輪系傳動機(jī)構(gòu)安裝在下板(4)上，第一～二連桿(1、11)上端固定安裝在中間板(5)的中心軸線上，第一連桿(1)下端與由第一～二電機(jī)(I1、I2)共同驅(qū)動的第一輸出軸(A1)連接，第二連桿(11)下端鉸連于下板(4)，第三～四連桿(2、21)與中間板(5)及上板(6)兩端連接，于其中心軸線上，第一～二柔索(3、31)兩端分別固接于上板(6)的中心軸線與由第一～二電機(jī)(I1、I2)共同驅(qū)動的第二輸出軸(A2)之間。
2.按照權(quán)利要求1所述仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)，其特征在于所述第一～二柔索(3、31)通過滾筒與第二輸出軸(A2)反向相接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及機(jī)器人工程，具體地說是一種仿人機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)。它由兩個差動輪系封閉傳動機(jī)構(gòu)、上下板、中間板、連桿、柔索組成，其中兩個差動輪系具有兩個自由度，兩個差動輪系傳動封閉后仍具有兩個自由度，兩個差動輪系傳動機(jī)構(gòu)安裝在下板上，第一～二連桿上端固定安裝在中間板的中心軸線上，第一連桿下端與由第一～二電機(jī)共同驅(qū)動的第一輸出軸連接，第二連桿下端鉸連于下板，第三～四連桿與中間板及上板兩端連接，于其中心軸線上，第一～二柔索兩端分別固接于上板的中心軸線與由第一～二電機(jī)共同驅(qū)動的第二輸出軸之間。本實(shí)用新型具有系統(tǒng)穩(wěn)定性好、運(yùn)動精度高、功耗小、變剛度運(yùn)動范圍大等特點(diǎn)。
文檔編號B25J9/00GK2536361SQ02211549
公開日2003年2月19日 申請日期2002年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月29日
發(fā)明者趙鐵軍, 趙明揚(yáng), 王洪光 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所