串並聯人形機器人的製作方法

2023-10-05 07:04:34

專利名稱：串並聯人形機器人的製作方法
技術領域：
本發明屬於機器人領域，特別涉及一種串並聯人形機器人。
本發明的背景技術人形機器人是機器人研究領域中的熱點和難點，它也是一個國家科技和工業實力水平的體現。合理的人形機器人構形是其研究的基礎和重點之一。
在人形機器人研究方面，日本的研究機構水平居於世界領先地位。日本的本田(Honda)公司研製出了P系列人形機器人，其中的P3型機器人在擬人行走和其它的一些擬人運動方面有著無可比擬的先進性。在此基礎上，該公司推出了ASIMO機器人，該機器人採用串聯結構，包含頭、體和四肢三大部分。其中頭具有兩個自由度，手臂具有5個自由度，腿具有6個自由度。由於採用新的步態規劃方法，其運動更加靈活。日本的索尼(Sony)公司研製的SDR系列人形機器人以娛樂為目的，目前已經開發出SDR-3X、SDR-4X型人形機器人。該機器人結構和ASIMO相類似，也是由頭、體和四肢組成，只是頭部具有四個自由度。日本Waseda(早稻田)大學、Tokyo(東京)大學等研製的人形機器人也都是採用了類似的結構。國內的一些單位，如國防科大、哈爾濱工業大學和清華大學，研製的人形機器人也採用了串聯結構。
從上面的分析可以看出目前世界上的人形機器人一般採用串聯結構，而且很少具有腰部。一般說來，採用串聯結構形式的機器人承載能力較弱，缺乏腰部的人形機器人，由於受上體重量的影響，其平衡控制差。為了消除這種不利影響，一些人形機器人上體和手臂在其運動過程中只是作為一個整體和其它部分連接在一起，相對於機器人的基礎坐標系(Base Coordinate)處於靜止狀態，這樣，機器人的運動就不太靈活。
本發明的技術內容本發明所要解決的技術問題是解決現有人形機器人的承載能力和平衡控制差的問題，從而提供一種靈活的、承載能力強和平衡控制性能好的串並聯人形機器人。
本發明的技術解決方案如下
串並聯人形機器人，它由身體的軀幹、四肢和足部組成，它的四肢均為滑動式的，結構為大臂(大腿)空腔內裝有帶電機的絲槓，絲槓上套著帶有滑塊連杆的滑塊，滑塊連杆連接著前臂(小腿)；它的四肢均為交叉四桿式的，結構為固定在大臂(大腿)上的電機通過四根連杆連接前臂(小腿)，它的頸、肩、腰、胯和手腕均由三自由度球面並聯機構構成，頭、手臂、軀幹上體、腿和手均通過三自由度球面並聯機構串聯連接。
三自由度球面並聯機構是將六根弧形剛性連杆分別兩兩鉸接成三個分支(18)、(19)和(20)，三個分支的一端等分地固接在下平臺(22)上的電機(21)、(23)和(24)的軸上，另一端沿圓周等分地鉸接在上平臺(17)上。
串並聯人形機器人它的雙臂可是滑動式的，雙腿是交叉四桿式的。
串並聯人形機器人它的雙臂也可是交叉四桿式的，雙腿是滑動式的。
本發明與現有技術相比有如下有益效果由於串並聯人形機器人的結構是頸、肩、腕、腰、胯處都採用三自由度球面並聯結構，將這些並聯結構串接而構成人形機器人；使它的腰部具有了三自由度轉動功能，可以調節上體姿態和重心，提高了靈活性，同時也擴大了手臂的運動範圍，提高了人形機器人的局部承載能力、改善了平衡控制性能。
本發明的


如下圖1是本發明的雙臂為滑動式、雙腿為交叉四桿式串並聯人形機器人；圖2是三自由度球面並聯機構示意圖；圖3是滑動式上肢示意圖；圖4是交叉四桿式下肢示意圖；圖5是足部示意圖；圖6是本發明的雙臂為交叉四桿式、雙腿為滑動式串並聯人形機器人；圖7是交叉四桿式上肢示意圖；圖8是滑動式下肢示意圖；圖9是本發明的四肢為滑動式串並聯人形機器人；圖10本發明的四肢為交叉四桿式串並聯人形機器人。
本發明的具體實施方式
如下實施例1
雙臂為滑動式、雙腿為交叉四桿式串並聯人形機器人如圖1所示，它的頭(16)通過三自由度球面並聯機構的頸(15)與軀幹上體(14)連接，上體兩端分別通過肩即兩個三自由度球面並聯機構(1)、(13)串接滑動式的雙臂(2)、(12)和手腕(5)、(8)，軀幹上體的下部固接著三自由度球面並聯機構的腰(11)，腰與由兩個三自由度球面並聯機構(3)、(10)構成的胯相串聯，胯部串聯著交叉四桿式雙腿(4)、(9)，雙腿與足部(6)、(7)連接。
三自由度球面並聯機構如圖2所示，它是將六根弧形剛性連杆分別兩兩鉸接成三個分支(18)、(19)和(20)，三個分支的一端等分地固接在下平臺(22)上的電機(21)、(23)和(24)的軸上，另一端沿圓周等分地鉸接在上平臺(17)上。
它的上肢結構如圖3所示在大臂(28)的空腔內上端固接著電機(29)，電機的軸固接著套有滑塊(37)的絲槓(31)的一端，絲槓的另一端固接在空腔內的下端，滑塊與滑塊連杆(36)通過銷軸(30)鉸接，滑塊連杆另一端與一端固接在前臂(33)上的連杆(34)的另一端通過銷軸(35)鉸接，大臂與小臂通過銷軸(32)鉸鏈。
它的下肢結構如圖4所示在大腿(38)的空腔上端固接著電機(39)，電機的軸固接連杆(48)的一端，連杆(48)另一端與穿過空腔的中間連杆(47)通過銷軸(40)鉸接，中間連杆的另一端與一端固接在小腿(43)的連杆(42)的另一端通過銷軸(41)鉸接，大腿與小腿通過銷軸(46)鉸鏈，小腿的下端固接著兩個帶有圓孔(44)、(45)的弧形連杆。
足部結構如圖5所示是一個五桿機構，在「U」形連杆(54)的「U」形底外側中部固接著電機(55)的軸，電機(55)固定在小腿(43)上的孔(44)中，「U」形連杆下有一個十字軸(50)，該十字軸中的一根軸兩端分別與「U」形連杆(54)開口端鉸接，十字軸的另一根軸的一端和弧形連杆(49)鉸接，其另一端懸空，弧形連杆(49)另一端與弧形連杆(53)鉸接；弧形連杆(53)的另一端與電機(52)的軸固連，電機(52)固定在小腿(43)上的孔(45)中，十字軸的底面固接在腳掌(51)上。
實施例2雙臂為交叉四桿式、雙腿為滑動式串並聯人形機器人如圖6所示，它的頭(71)通過三自由度球面並聯機構的頸(70)與軀幹上體(69)連接，上體兩端分別通過兩個三自由度球面並聯機構(56)、(68)的肩串接交叉四桿式的雙臂(57)、(67)和手腕(60)、(63)，軀幹上體的下部固接著三自由度球面並聯機構的腰(66)，腰與由兩個三自由度球面並聯機構(58)、(65)構成的胯相串聯，胯部串聯著滑動式雙腿(59)、(64)，雙腿與足部(61)、(62)連接。
三自由度球面並聯機構如圖2所示，它是將六根弧形剛性連杆分別兩兩鉸接成三個分支(18)、(19)和(20)，三個分支的一端等分地固接在下平臺(22)上的電機(21)、(23)和(24)的軸上，另一端沿圓周等分地鉸接在上平臺(17)上。
它的上肢結構如圖7所示，大臂(77)空腔上端固接著電機(79)，電機的軸固接著連杆(72)的一端，連杆(72)的另一端與穿過空腔的中間連杆(78)通過銷軸(80)鉸接，中間連杆的另一端與一端固接在小臂(75)上的連杆(73)的另一端通過銷軸(74)鉸接，大臂與小臂通過銷軸(76)鉸鏈。
它的下肢結構如圖8所示，大腿(83)的空腔內上端固接著電機(81)，電機的軸固接著套有滑塊(82)的絲槓(91)的一端，絲槓的另一端固接在空腔內的下端，滑塊與滑塊連杆(84)通過銷軸(92)鉸接，滑塊連杆的另一端與一端固接在小腿(86)上的連杆(85)的另一端通過銷軸(90)鉸接，大腿與小腿通過銷軸(89)鉸鏈，小腿的下端固接著兩個帶有圓孔(87)、(88)的弧形連杆。
足部結構如圖5所示是一個五桿機構，在「U」形連杆(54)的「U」形底外側中部固接著電機(55)的軸，電機(55)固定在小腿(86)上的孔(87)中，「U」形連杆下有一個十字軸(50)，該十字軸中的一根軸兩端分別與「U」形連杆(54)開口端鉸接，十字軸的另一根軸的一端和弧形連杆(49)鉸接其另一端則懸空，弧形連杆(49)另一端與弧形連杆(53)鉸接；弧形連杆(53)的另一端與電機(52)的軸固連，電機(52)固定在小腿(86)上的孔(88)中，十字軸的底面固接在腳掌(51)上。
實施例3本發明的四肢為滑動式串並聯人形機器人如圖9所示，它的連接方式同實施例1、2，四肢為滑動式結構。
實施例4本發明的四肢為交叉四桿式串並聯人形機器人如圖10所示，它的連接方式同實施例1、2，四肢為交叉四桿式結構。
權利要求
1.一種串並聯人形機器人，由身體的軀幹、四肢和足部組成，它的四肢均為滑動式的，結構為大臂(大腿)空腔內裝有帶電機的絲槓，絲槓上套著帶有滑塊連杆的滑塊，滑塊連杆連接著前臂(小腿)；它的四肢均為交叉四桿式的，結構為固定在大臂(大腿)上的電機通過四根連杆連接前臂(小腿)，其特徵在於頸、肩、腰、胯和手腕均由三自由度球面並聯機構構成，頭、手臂、軀幹上體、腿和手均通過三自由度球面並聯機構串聯連接。
2.按照權利要求1所說的串並聯人形機器人，其特徵在於三自由度球面並聯機構是將六根弧形剛性連杆分別兩兩鉸接成三個分支(18)、(19)和(20)，三個分支的一端等分地固接在下平臺(22)上的電機(21)、(23)和(24)的軸上，另一端沿圓周等分地鉸接在上平臺(17)上。
3.按照權利要求1或2所說的串並聯人形機器人，其特徵在於它的雙臂是滑動式的，雙腿是交叉四桿式的。
4.按照權利要求1或2所說的串並聯人形機器人，其特徵在於它的雙臂是交叉四桿式的，雙腿是滑動式的。
全文摘要
串並聯人形機器人，屬於機器人技術領域。主要解決了人形機器人的承載能力差和平衡控制差的問題。技術要點是它的頸、肩、腰、胯和手腕均由三自由度球面並聯機構構成，頭、手臂、軀幹上體、胯、腿和手均通過三自由度球面並聯機構串聯連接，它的雙臂採用滑動式雙腿採用交叉四桿式的，也可雙臂採用交叉四桿式雙腿採用滑動式，四肢均為滑動式的或均為交叉四桿式的。由於它的腰部具有三自由度轉動，可以調節上體姿態和重心，改善平衡控制性能，同時也擴大了手臂的運動範圍，由於採用了並聯機構，提高了人形機器人的局部承載能力。
文檔編號B25J9/06GK1429692SQ0310286
公開日2003年7月16日 申請日期2003年1月26日 優先權日2003年1月26日
發明者高峰, 趙輝, 李為民, 金振林, 張彥斐, 張建軍, 彭彬斌 申請人:河北工業大學