專利名稱:一種單腿跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種單腿跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù):
近些年來,機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展,并與人們的日常生活越來越緊密。人們希望機(jī)器人能夠像人類自身一樣,具有快速靈巧的運(yùn)動(dòng)能力、良好的交互能力和高效的供給動(dòng)力。特別是隨著仿人機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人的迅速發(fā)展,人們對機(jī)器人的快速、靈活和高效的運(yùn)動(dòng)能力提出了更高要求。目前,我國大部分腿式機(jī)器人只能實(shí)現(xiàn)類似行走或爬行的動(dòng)作,并且行走或爬行的速度受到了電機(jī)等驅(qū)動(dòng)的約束。近些年來,人們開始關(guān)注跳躍機(jī)器人的研究,并通過關(guān)節(jié)的儲(chǔ)能設(shè)計(jì),使得機(jī)器人通過吸收外部的沖擊或利用自身的重力作用,轉(zhuǎn)化成關(guān)節(jié)的輸出能量,這種機(jī)制適用于單腿跳躍機(jī)器人,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的快速、靈巧和高效運(yùn)動(dòng)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供了一種單腿跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu),通過串聯(lián)彈簧的方式,提高關(guān)節(jié)的輸出能量,通過鋼絲繩牽引的方式,經(jīng)過重量的合理分配,使機(jī)器人重心靠近髖關(guān)節(jié),以提高機(jī)器人跳躍運(yùn)動(dòng)的可行性。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種單腿跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu),由身體、大腿和小腿三部分組成,身體與大腿、大腿與小腿之間分別通過髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)連接。單腿機(jī)器人的身體部分包括了身體右側(cè)板、身體左側(cè)板、身體平板、連結(jié)桿、驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)器座、以及髖電機(jī)、髖主動(dòng)輪、髖同步帶等組成,身體右側(cè)板和身體左側(cè)板通過身體平板連接,驅(qū)動(dòng)器座上安裝有驅(qū)動(dòng)器,并固定在身體平板上,連結(jié)桿由身體右側(cè)板和身體左側(cè)板的身體第一軸承和身體第二軸承支撐,髖部的髖電機(jī)安裝在身體右側(cè)板上,由髖主動(dòng)輪經(jīng)髖同步帶進(jìn)行動(dòng)力傳遞;大腿部分由大腿右側(cè)板、大腿左側(cè)板、大腿連結(jié)桿、膝電機(jī)、膝主動(dòng)輪和膝同步帶等組成,大腿右側(cè)板和大腿左側(cè)板通過大腿連結(jié)桿連接,膝電機(jī)通過膝主動(dòng)輪和膝同步帶進(jìn)行動(dòng)力傳遞;小腿部分由小腿架、小腿、力傳感器、足底橡膠底等組成,小腿架與膝傳動(dòng)輪和小腿連接,小腿內(nèi)側(cè)安裝有彈簧,底部安裝有力傳感器和足底橡膠墊;髖關(guān)節(jié)部分實(shí)現(xiàn)髖和膝的運(yùn)動(dòng),髖關(guān)節(jié)第一諧波減速器安裝在身體右側(cè)板上,髖第一主軸由髖從動(dòng)輪輸入,經(jīng)過第一平鍵帶動(dòng)諧波減速器運(yùn)動(dòng),髖第一主軸兩端由髖第一軸承和髖第二軸承支撐,且由第一套筒軸向限位,髖第一軸承安裝在髖第一端蓋內(nèi),髖第二軸承一端安裝有第一軸承套,諧波減速器外側(cè)經(jīng)第一軸承套筒安裝有第一支撐軸承,第一支撐軸承嵌入在大腿右側(cè)板內(nèi),諧波減速器將運(yùn)動(dòng)傳遞到髖輸出法蘭,帶動(dòng)大腿部分的運(yùn)動(dòng);髖關(guān)節(jié)第二諧波減速器安裝在身體左側(cè)板上,髖第二主軸由膝從動(dòng)輪輸入,經(jīng)過第二平鍵帶動(dòng)諧波減速器運(yùn)動(dòng),髖第二主軸兩端由髖第三軸承和髖第四軸承支撐,且由第二套筒軸向限位,髖第三軸承安裝在髖第二端蓋內(nèi),髖第四軸承一端安裝有第二軸承套,諧波減速器外側(cè)經(jīng)第二軸承套筒安裝有第二支撐軸承,第二支撐軸承嵌入在大腿左側(cè)板內(nèi),諧波減速器將運(yùn)動(dòng)傳遞到髖傳動(dòng)輪,經(jīng)過大腿鋼絲繩帶動(dòng)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),鋼絲繩的兩端分別裝有緊固頭,一端安裝在斜面上,另一端安裝在滑塊的斜面上,滑塊上安裝有螺釘,整個(gè)鎖緊座通過螺釘固定在髖傳動(dòng)輪上,髖傳動(dòng)輪與髖輸出法蘭之間安裝有中間支撐軸承;膝關(guān)節(jié)部分由膝主軸、膝傳動(dòng)輪、膝輔助輪等組成,膝主軸兩端安裝有膝第一軸承和膝第二軸承,膝第一軸承安裝在膝軸承法蘭內(nèi),膝軸承法蘭與大腿右側(cè)板連接,膝第二軸承安裝在大腿左側(cè)板內(nèi),膝主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度通過安裝在電位計(jì)座上的電位計(jì)進(jìn)行檢測,膝主軸上安裝有膝傳動(dòng)輪,膝傳動(dòng)輪通過小腿鋼絲繩帶動(dòng)小腿架轉(zhuǎn)動(dòng),膝傳動(dòng)輪與小腿架之間通過螺釘連接,膝輔助輪通過中間支撐軸承安裝在膝主軸上,中間支撐軸承由膝套筒和法蘭軸向限位,膝輔助輪上安裝有小腿鋼絲繩,小腿鋼絲繩的兩端分別安裝有緊固頭,一端安裝在膝輔助輪上,膝輔助輪由安裝在大腿連接桿上的擋塊和橡膠帽進(jìn)行限位,小腿架和小腿連接在一起,小腿內(nèi)安裝有彈簧和彈簧座,鋼絲繩的另一端固定在彈簧座的底部。本實(shí)用新型的有益效果是,本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的單腿跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu),連結(jié)桿的一端與約束機(jī)器人平面運(yùn)動(dòng)的連桿連接,使機(jī)器人繞圓周平面跳躍,另一端可以方便調(diào)試人員做抬起機(jī)器人的握柄使用,方便給機(jī)器人一個(gè)跳躍的初始高度,髖關(guān)節(jié)的第一諧波減速器、第二諧波減速器、髖電機(jī)和膝電機(jī)等可以使機(jī)器人的重心盡量靠近髖關(guān)節(jié),使物理模型更加接近于理想的倒立擺模型,有利于提高控制的魯棒性,膝關(guān)節(jié)的雙電機(jī)控制,將有效提高機(jī)器人膝關(guān)節(jié)的輸出力矩,給機(jī)器人跳躍提供能量補(bǔ)償;鋼絲繩采用了斜面鎖緊機(jī)構(gòu),這種機(jī)構(gòu)有利于對鋼絲繩進(jìn)心預(yù)緊,可移動(dòng)的滑塊將有助于調(diào)節(jié)鋼絲繩的張緊程度,小腿的鋼絲繩通過串聯(lián)彈簧,使得機(jī)器人在著地時(shí)刻依靠重量的作用壓縮膝關(guān)節(jié),通過擋塊壓迫使膝輔助輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),并經(jīng)鋼絲繩對彈簧進(jìn)行壓縮,這種依靠自身重力的方法有效得將沖擊能量轉(zhuǎn)化為彈簧的勢能,為膝關(guān)節(jié)的伸展運(yùn)動(dòng)儲(chǔ)備了能量,提高了運(yùn)動(dòng)的效率,擋塊的橡膠帽降低了膝輔助輪和擋塊之間的沖擊損傷,提升了機(jī)器人的可靠性。
圖1是單腿跳躍機(jī)器人的立體圖;圖2是髖關(guān)節(jié)的剖視;圖3是膝關(guān)節(jié)的剖視圖;圖4是鋼絲繩鎖緊機(jī)構(gòu)的立體圖;圖5是鋼絲繩端部固定的立體圖;圖6是膝關(guān)節(jié)彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的剖視圖;圖中,身體平板1、驅(qū)動(dòng)器板2、驅(qū)動(dòng)器3、身體右側(cè)板4、身體第一軸承5、連接桿6、髖主動(dòng)輪7、髖同步帶8、髖從動(dòng)輪9、髖輸出法蘭10、身體左側(cè)板11、身體第二軸承12、髖電機(jī)13、膝同步帶14、膝主動(dòng)輪15、膝電機(jī)16、大腿右側(cè)板17、大腿鋼絲繩18、大腿連接桿19、大腿左側(cè)板20、膝軸承法蘭21、膝主軸22、電位計(jì)23、膝傳動(dòng)輪24、膝輔助輪25、小腿鋼絲繩26、小腿架27、小腿28、力傳感器29、足底橡膠30、髖第二主軸31、髖第三軸承32、第二端蓋33、第二平鍵34、髖傳動(dòng)輪35、中間支撐軸承36、第一端蓋37、第一平鍵38、髖第一主軸39、髖第一軸承40、第一諧波減速器41、第一支撐軸承42、第一套筒43、髖第二軸承44、第一軸承套45、髖第四軸承46、第二軸承套47、第二套筒48、第二軸承套筒49、第二支撐軸承50、第二諧波減速器51、第一軸承套筒52、膝第一軸承53、膝第二軸承54、電位計(jì)法蘭55、螺釘56、膝套筒57、法蘭58、膝中間軸承59、鎖緊座60、螺釘61、斜面62、滑塊63、調(diào)節(jié)螺釘64、緊固頭65、擋塊66、橡膠帽67、彈簧68、彈簧座69。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。如圖所示,本實(shí)用新型一種單腿跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu)由身體、大腿和小腿三部分組成,身體與大腿之間通過髖關(guān)節(jié)連接,大腿與小腿之間通過膝關(guān)節(jié)連接。單腿機(jī)器人的身體部分包括了身體右側(cè)板4、身體左側(cè)板11、身體平板1、連結(jié)桿6、驅(qū)動(dòng)器3、驅(qū)動(dòng)器座2、以及髖電機(jī)13、髖主動(dòng)輪7、髖同步帶8等組成,身體右側(cè)板4和身體左側(cè)板11通過身體平板I連接,驅(qū)動(dòng)器座4上安裝有驅(qū)動(dòng)器3,并固定在身體平板I上,連結(jié)桿6由身體右側(cè)板4和身體左側(cè)板11的身體第一軸承5和身體第二軸承12支撐,連結(jié)桿6的一端可以與約束機(jī)器人平面運(yùn)動(dòng)的連桿連接,使機(jī)器人可以繞圓周平面跳躍,另一端可以方便調(diào)試人員做抬起機(jī)器人的握柄使用,方便給機(jī)器人一個(gè)跳躍的初始高度;髖部的髖電機(jī)13安裝在身體右側(cè)板4上,由髖主動(dòng)輪7經(jīng)髖同步帶8進(jìn)行動(dòng)力傳遞,髖關(guān)節(jié)的第一諧波減速器41、第二諧波減速器51、髖電機(jī)13和膝電機(jī)16等可以使機(jī)器人的重心盡量靠近髖關(guān)節(jié),使物理模型更加接近于理想的倒立擺模型,有利于提高控制的魯棒性,同時(shí),膝關(guān)節(jié)的雙電機(jī)控制,將有效提高機(jī)器人膝關(guān)節(jié)的輸出力矩,給機(jī)器人跳躍提供能量補(bǔ)償;大腿部分由大腿右側(cè)板17、大腿左側(cè)板20、大腿連結(jié)桿19、膝電機(jī)16、膝主動(dòng)輪15和膝同步帶14等組成,大腿右側(cè)板17和大腿左側(cè)板20通過大腿連結(jié)桿19連接,膝電機(jī)16通過膝主動(dòng)輪15和膝同步帶14進(jìn)行動(dòng)力傳遞;小腿部分由小腿架27、小腿28、力傳感器29、足底橡膠底30等組成,小腿架27與膝傳動(dòng)輪和小腿28連接,小腿28內(nèi)側(cè)安裝有彈簧68,底部安裝有力傳感器29和足底橡膠墊30 ;髖關(guān)節(jié)部分實(shí)現(xiàn)髖和膝的運(yùn)動(dòng),髖關(guān)節(jié)第一諧波減速器41安裝在身體右側(cè)板4上,髖第一主軸39由髖從動(dòng)輪9輸入,經(jīng)過第一平鍵38帶動(dòng)諧波減速器41運(yùn)動(dòng),髖第一主軸39兩端由髖第一軸承40和髖第二軸承44支撐,且由第一套筒43軸向限位,髖第一軸承40安裝在髖第一端蓋37內(nèi),髖第二軸承44 一端安裝有第一軸承套45,諧波減速器41外側(cè)經(jīng)第一軸承套筒52安裝有第一支撐軸承42,第一支撐軸承42嵌入在大腿右側(cè)板17內(nèi),諧波減速器41將運(yùn)動(dòng)傳遞到髖輸出法蘭10,以帶動(dòng)大腿部分的運(yùn)動(dòng);髖關(guān)節(jié)第二諧波減速器51安裝在身體左側(cè)板20上,髖第二主軸31由膝從動(dòng)輪30輸入,經(jīng)過第二平鍵34帶動(dòng)諧波減速器51運(yùn)動(dòng),髖第二主軸31兩端由髖第三軸承32和髖第四軸承46支撐,且由第二套筒48軸向限位,髖第三軸承32安裝在髖第二端蓋33內(nèi),髖第四軸承46 —端安裝有第二軸承套47,諧波減速器51外側(cè)經(jīng)第二軸承套筒49安裝有第二支撐軸承50,第二支撐軸承50嵌入在大腿左側(cè)板20內(nèi),諧波減速器51將運(yùn)動(dòng)傳遞到髖傳動(dòng)輪35,髖傳動(dòng)輪35與髖輸出法蘭10之間安裝有中間支撐軸承36,髖傳動(dòng)輪35經(jīng)過大腿鋼絲繩18帶動(dòng)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),鋼絲繩18,26兩端分別裝有緊固頭65,一端安裝在斜面62上,另一端安裝在滑塊63的斜面62上,滑塊63上安裝有螺釘64,整個(gè)鎖緊座60通過螺釘61固定在髖傳動(dòng)輪35上,大腿鋼絲繩18采用了斜面鎖緊機(jī)構(gòu),這種機(jī)構(gòu)有利于對大腿鋼絲繩18進(jìn)心預(yù)緊,可移動(dòng)的滑塊63將有助于調(diào)節(jié)大腿鋼絲繩18的張緊程度;膝關(guān)節(jié)部分由膝主軸22、膝傳動(dòng)輪24、膝輔助輪25等組成,膝主軸22兩端安裝有膝第一軸承53和膝第二軸承54,膝第一軸承53安裝在膝軸承法蘭21內(nèi),膝軸承法蘭21與大腿右側(cè)板17連接,膝第二軸承20安裝在大腿左側(cè)板20內(nèi),膝主軸22的轉(zhuǎn)動(dòng)角度通過安裝在電位計(jì)座55上的電位計(jì)23進(jìn)行檢測,膝主軸22上安裝有膝傳動(dòng)輪24,膝傳動(dòng)輪24通過小腿鋼絲繩26帶動(dòng)小腿架27轉(zhuǎn)動(dòng),膝傳動(dòng)輪24與小腿架27之間通過螺釘56連接,膝輔助輪25通過中間支撐軸承59安裝在膝主軸22上,中間支撐軸承59由膝套筒57和法蘭58軸向限位,膝輔助輪25上安裝有小腿鋼絲繩26,小腿鋼絲繩26的兩端分別安裝有緊固頭65,一端安裝在膝輔助輪25上,膝輔助輪25由安裝在大腿連接桿19上的擋塊66和橡膠帽67進(jìn)行限位,小腿架27和小腿28連接在一起,小腿28內(nèi)安裝有彈簧68和彈簧座69,小腿鋼絲繩26的另一端固定在彈簧座69的底部,小腿鋼絲繩26通過串聯(lián)彈簧68,使得機(jī)器人在著地時(shí)刻依靠重量的作用壓縮膝關(guān)節(jié),通過擋塊66壓迫使膝輔助輪25發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),并經(jīng)小腿鋼絲繩26對彈簧68進(jìn)行壓縮,這種依靠自身重力的方法有效得將沖擊能量轉(zhuǎn)化為彈簧68的勢能,為膝關(guān)節(jié)的伸展運(yùn)動(dòng)儲(chǔ)備了能量,提高了運(yùn)動(dòng)的效率,擋塊66的橡膠帽67降低了膝輔助輪25和擋塊66之間的沖擊損傷,提升了機(jī)器人的可靠性。
權(quán)利要求1.一種單腿跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu),其特征在于,它由身體、大腿和小腿三部分組成,身體與大腿、大腿與小腿之間分別通過髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)連接;單腿機(jī)器人身體右側(cè)板(4)和身體左側(cè)板(11)通過身體平板(I)連接,驅(qū)動(dòng)器座(2)上安裝有驅(qū)動(dòng)器(3),并固定在身體平板(I)上;連結(jié)桿(6)由身體右側(cè)板(4)的身體第一軸承(5)和身體左側(cè)板(11)的身體第二軸承(12)支撐,髖關(guān)節(jié)的髖電機(jī)(13)安裝在身體右側(cè)板(4)上,由髖主動(dòng)輪(7)經(jīng)髖同步帶(8)進(jìn)行動(dòng)力傳遞;大腿右側(cè)板(17)和大腿左側(cè)板(20)通過大腿連結(jié)桿(19)連接,膝電機(jī)(16)通過膝主動(dòng)輪(15)和膝同步帶(14)進(jìn)行動(dòng)力傳遞;小腿架(27)與膝傳動(dòng)輪(24)和小腿(28)連接,小腿(28)內(nèi)側(cè)安裝有彈簧(68),底部安裝有力傳感器(29)和足底橡膠墊(30);髖關(guān)節(jié)第一諧波減速器(41)安裝在身體右側(cè)板(4)上,髖第一主軸(39)由髖從動(dòng)輪(9)輸入,經(jīng)過第一平鍵(38)帶動(dòng)諧波減速器(41)運(yùn)動(dòng),髖第一主軸(39)兩端由髖第一軸承(40)和髖第二軸承(44)支撐,且由第一套筒(43)軸向限位,髖第一軸承(40)安裝在髖第一端蓋(37)內(nèi),髖第二軸承(44) 一端安裝有第一軸承套(45),諧波減速器(41)外側(cè)經(jīng)第一軸承套筒(52)安裝有第一支撐軸承(42),第一支撐軸承(42)嵌入在大腿右側(cè)板(17)內(nèi),諧波減速器(41)將運(yùn)動(dòng)傳遞到髖輸出法蘭(10);髖關(guān)節(jié)第二諧波減速器(51)安裝在身體左側(cè)板(20 )上,髖第二主軸(31)由膝從動(dòng)輪(30 )輸入,經(jīng)過第二平鍵(34 )帶動(dòng)諧波減速器(51)運(yùn)動(dòng),髖第二主軸(31)兩端由髖第三軸承(32)和髖第四軸承(46)支撐,且由第二套筒(47)軸向限位,髖第三軸承(32)安裝在髖第二端蓋(33)內(nèi),髖第四軸承(46)—端安裝有第二軸承套(47),諧波減速器(51)外側(cè)經(jīng)第二軸承套筒(49)安裝有第二支撐軸承(50),第二支撐軸承(50)嵌入在大腿左側(cè)板(20)內(nèi),諧波減速器(51)將運(yùn)動(dòng)傳遞到髖傳動(dòng)輪(35),經(jīng)過大腿鋼絲繩(18)帶動(dòng)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),大腿鋼絲繩(18)的兩端分別裝有緊固頭(65),一端安裝在斜面(62)上,另一端安裝在滑塊(63)的斜面(62)上,滑塊(63)上安裝有螺釘(64),整個(gè)鎖緊座(60)通過螺釘(61)固定在髖傳動(dòng)輪(35)上,髖傳動(dòng)輪(35)與髖輸出法蘭(10)之間安裝有中間支撐軸承(36);膝主軸(22)兩端安裝有膝第一軸承(53)和膝第二軸承(54),膝第一軸承(53)安裝在膝軸承法蘭(21)內(nèi),膝軸承法蘭(21)與大腿右側(cè)板(17)連接,膝第二軸承(54)安裝在大腿左側(cè)板(20)內(nèi),膝主軸(22)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度通過安裝在電位計(jì)座(55 )上的電位計(jì)(23 )進(jìn)行檢測,膝主軸(22 )上安裝有膝傳動(dòng)輪(24 ),膝傳動(dòng)輪(24)通過小腿鋼絲繩(26)帶動(dòng)小腿架(27)轉(zhuǎn)動(dòng),膝傳動(dòng)輪(24)與小腿架(27)之間通過螺釘(56)連接,膝輔助輪(25)通過中間支撐軸承(59)安裝在膝主軸(22)上,中間支撐軸承(59 )由膝套筒(57 )和法蘭(58 )軸向限位,膝輔助輪(25 )上安裝有小腿鋼絲繩(26 ),小腿鋼絲繩(26)的兩端分別安裝有緊固頭(65),一端安裝在膝輔助輪(25)上,膝輔助輪(25)由安裝在大腿連接桿(19)上的擋塊(66)和橡膠帽(67)進(jìn)行限位,小腿架(27)和小腿(28)連接在一起,小腿(28)內(nèi)安裝有彈簧(68)和彈簧座(69),小腿鋼絲繩(26)的另一端固定在彈簧座(69)的底部。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種單腿跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu),它由身體、大腿和小腿三部分組成,分別通過髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)連接;髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的第一諧波減速器和第二諧波減速器均安裝在髖部,驅(qū)動(dòng)電機(jī)均安裝在靠近髖部處,使得機(jī)器人接近于理想的倒立擺模型,以降低控制難度;膝關(guān)節(jié)通過大腿鋼絲繩傳動(dòng),大腿鋼絲繩采用斜面機(jī)構(gòu)和滑塊調(diào)整機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對鋼絲繩張緊程度的調(diào)節(jié);膝關(guān)節(jié)彎曲時(shí)壓縮彈簧,將重力轉(zhuǎn)化為彈簧的勢能,為伸展運(yùn)動(dòng)積蓄能量。單腿機(jī)器人足底安裝了力傳感器,用于感知著地信息,足底橡膠墊緩沖了著地的沖擊。本實(shí)用新型的單腿跳躍機(jī)器人機(jī)構(gòu),通過合理分布重心和串聯(lián)彈簧儲(chǔ)能機(jī)制,有助于提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的靈活性、柔順性和高效性。
文檔編號(hào)B62D57/02GK202827835SQ201220505549
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者朱秋國, 陳杰, 熊蓉, 褚健 申請人:浙江大學(xué)