CN100506495C - 一种机器人腰关节 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人腰关节，其特征是：在第一运动支链(2)中，第一伺服电机(9)安装在基座(1)上，曲柄(6)的一端固连在第一伺服电机(9)的转动轴上，曲柄(6)的另一端通过第一球铰(7)与定长杆(8)的一端相连，定长杆(8)的另一端通过第二球铰(10)与运动平台(3)相连；第二运动支链(5)中，第二伺服电机(15)安装在基座(1)上，主动曲杆(14)的一端固连在第二伺服电机(15)的转动轴上，主动曲杆(14)的另一端通过第一转动副铰链(13)与从动曲杆(12)的一端相连，从动曲杆(12)的另一端通过第二转动副铰链(11)与运动平台(3)相连。本发明具有俯仰角度大、结构简单、承载能力强和惯性小等特点，可模拟人类腰部的三维转动运动，特别适合作人形机器人的腰关节和髋关节。

Description

一种机器人腰关节
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种人形机器人的腰关节。
背景技术
人形机器人系统是一门高度交叉的前沿学科，引起了国内外许多专家的重视。其中，人形机器人腰关节是人形机器人设计中的难点之一。目前，人形机器人腰关节主要采用串联机构和并联机构，其中，串联结构存在结构复杂、惯性大等不足之处，如日本的ETI(Ministry of Economy，Trade andIndustry)研制的HRP系列拟人机器人的腰关节和黄国明提出的腹腰运动机构等；而并联腰关节机构具有结构紧凑、承载能力大、惯性小和响应速度快等优点，如赵铁军提出的并联差动腰关节等，但是，该并联差动腰关节只能实现俯仰和侧倾运动，不能完全模拟人类的腰部运动。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种机器人腰关节，该机器人腰关节能够完全模拟人类的腰部运动，具有俯仰角度大、结构简单、承载能力大和响应速度快等优点。
本发明所采用的技术方案是：基座和运动平台之间通过三条运动支链相连，这三条运动支链分别是第一运动支链和两条结构相同的第二运动支链。其中，第一伺服电机安装在基座上，曲柄的一端固连在第一伺服电机的转动轴上，曲柄的另一端通过第一球铰与定长杆的一端相连，定长杆的另一端通过第二球铰与运动平台相连。第二伺服电机安装在基座上，主动曲杆的一端固连在第二伺服电机的转动轴上，主动曲杆的另一端通过第一转动副铰链与从动曲杆的一端相连，从动曲杆的另一端通过第二转动副铰链与运动平台相连。在第二运动支链中，连接主动曲杆和从动曲杆的第一转动副铰链的转轴轴线、连接从动曲杆和运动平台的第二转动副铰链的转轴轴线及第二伺服电机的转动轴轴线在空间汇交与一点。通过第一伺服电机和两个第二伺服电机分别驱动对应的曲柄和两个主动曲杆，可实现运动平台的三维转动，可模拟人类腰部的三维转动运动。
本发明的有益效果是：由于采用并联结构布局，具有俯仰角度大，结构简单、承载能力大和响应速度快等优点，可应用于人形机器人的腰关节。
附图说明
图1为一种机器入腰关节的结构图；
图2是一种机器人腰关节运动支链的结构图。
在图1、图2中，1.基座，2.第一运动支链，3.运动平台，4、5.第二运动支链，6.曲柄，7.第一球铰，8.定长杆，9.第一伺服电机，10.第二球铰，11.第二转动副铰链，12.从动曲杆，13.第一转动副铰链，14.动曲杆，15.第二伺服电机。
具体实施方式
图1是本发明公开的一个实施例，基座1和运动平台3之间通过三条运动支链相连，这三条运动支链分别是第一运动支链2和两条结构相同的第二运动支链4和5。其中，第一运动支链2由第一伺服电机9、曲柄6和定长杆8等部分组成，其中，第一伺服电机9安装在基座1上，曲柄6的一端固连在第一伺服电机9的转动轴上，曲柄6的另一端通过第一球铰7与定长杆8的一端相连，定长杆8的另一端通过第二球铰10与运动平台3相连。第二运动支链5由第二伺服电机15、主动曲杆14和从动曲杆12等部分组成。其中，第二伺服电机15安装在基座1上，主动曲杆14的一端固连在第二伺服电机15的转动轴上，主动曲杆12的另一端通过第一转动副铰链13与从动曲杆12的一端相连，从动曲杆12的另一端通过第二转动副铰链11与运动平台3相连。并且，第一转动副铰链13的转轴轴线、第二转动副铰链11的转轴轴线及第二伺服电机15的转动轴轴线在空间汇交与一点。通过第一伺服电机9和两个第二伺服电机15分别驱动对应的曲柄6和两个主动曲杆14，可实现运动平台3的三维转动，可模拟人类腰部的三维转动运动。该腰关节俯仰角度大，结构简单，承载能力强，惯性小，特别适合作为人形机器人的腰关节和髋关节。

Claims (1)

1.一种机器人腰关节，包括基座(1)、运动平台(3)和三条运动支链，所述基座(1)和所述运动平台(3)之间通过所述三条运动支链相连，所述三条运动支链分别是第一运动支链(2)和两条结构相同的第二运动支链(4，5)，其特征是：在第一运动支链(2)中，第一伺服电机(9)安装在基座(1)上，曲柄(6)的一端固连在第一伺服电机(9)的转动轴上，曲柄(6)的另一端通过第一球铰(7)与定长杆(8)的一端相连，定长杆(8)的另一端通过第二球铰(10)与运动平台(3)相连；在第二运动支链(5)中，第二伺服电机(15)安装在基座(1)上，主动曲杆(14)的一端固连在第二伺服电机(15)的转动轴上，主动曲杆(14)的另一端通过第一转动副铰链(13)与从动曲杆(12)的一端相连，从动曲杆(12)的另一端通过第二转动副铰链(11)与运动平台(3)相连。
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仿人机器人发展现状及其腰部机构研究. 李艳杰等.机械科学与技术，第24卷第4期. 2005
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多关节机器人通用体系结构的研究. 汪木兰等.机床与液压，第2期. 2005
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Assignee: Beijing Lingyun Dongyuan Technology Co., Ltd.

Assignor: Yanshan University

Contract fulfillment period: 2009.9.15 to 2015.9.15 contract change

Contract record no.: 2009110000241

Denomination of invention: Robot waist joint

Granted publication date: 20090701

License type: Exclusive license

Record date: 20091019

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