CN105082174B - 一种衣服模特机器人两自由度主动肘关节驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种衣服模特机器人两自由度主动肘关节结构及驱动系统，用于实现机器人小臂的期望自由度运动，以实现衣服模特全方位多角度的对衣服进行自动展示。所述肘关节主要实现两个功能，一是连接大臂和小臂，二是实现所需自由度的关节驱动。所述肘关节可实现两个转动自由度，分别是抬落小臂和小臂绕大臂轴线的转动，两个转动自由度分别用两个舵机驱动。其中，驱动抬落小臂自由度的舵机直接驱动连接大臂和小臂的关节轴，驱动小臂绕大臂轴线转动自由度的舵机安装在大臂的末端，带动小臂、关节轴和驱动关节轴的舵机及其连接部分一起绕大臂轴线转动。上述方案紧凑、可靠，可用于各种服务型机器人以及需要实现两个转动自由度的串联机械臂的结构中。

Description

一种衣服模特机器人两自由度主动肘关节驱动装置

(一)技术领域

本发明涉及衣服模特机器人系统，特别是一种串联机械臂关节主动驱动系统。

(二)背景技术

目前的衣服模特机器人，大多只能实现一种固定姿态的静态展示，是把衣服模特做成不同姿态的固定结构，根据需要展示的角度选择不同姿态的衣服模特。现在即使一部分衣服模特机器人做成关节具有一定自由度的可实现多姿态展示的结构，但是，这种衣服模特机器人往往存在着可实现的自由度数少，各个自由度运动范围小等缺陷，更重要的是关节的驱动只能用手动方式，市场上还没出现关节主动驱动的衣服模特机器人。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种衣服模特机器人两自由度主动肘关节，用于衣服模特机器人系统，为衣服模特机器人自动的对衣服进行多角度动态展示提供了一种理想的方案。

为了实现上述功能，本发明采用的技术方案是：包括大臂骨骼、小臂、小臂骨骼、L型板以及两套舵机组件，舵机组件主要包括舵机本体、用于安装和固定舵机的舵机底座以及用于传递座机输出运动和力矩的舵盘。一种衣服模特机器人两自由度主动肘关节主要是以大臂为基准，实现小臂的连接和小臂相对大臂的运动。具体连接和驱动关系为：1号舵机组件(驱动小臂及其相关部分绕大臂轴线转动)的舵机底座和大臂骨骼固定连接，用于实现关节和大臂的连接，以及大臂运动向关节和小臂的传递，1号舵机组件的舵机本体固定连接在其舵机底座上，其输出的运动和力矩通过1号舵机组件的舵盘传递出去，舵盘与L型板通过四个螺钉连接，四个螺钉是过约束，可以据此来消除由于制造误差产生的间隙，实现运动的精确传递，另外，L型板通过一个圆孔这一特殊的设计减轻了重量。L型板与2号舵机组件(驱动小臂实现抬落自由度)的舵机底座通过四个螺栓连接，2号舵机组件的舵机本体安装固定在其舵机底座内，其输出的运动和力矩同样通过一个舵盘传递出去，2号舵机组件的舵盘通过四个螺钉与小臂固定连接，实现2号舵机组件向小臂的传递，小臂骨骼通过螺钉与小臂连接，用于把小臂的运动向手腕部分继续传递。

本发明所公开的一种衣服模特机器人两自由度主动肘关节与传递的衣服模特机器人肘关节相比，可以实现小臂姿态展示所需的两个自由度，自由度运动范围大，最关键的是本发明肘关节采用主动驱动方式，可以实现衣服模特机器人自动的对衣服进行多角度动态展示。

(四)附图说明

图1为两自由度主动肘关节可实现的自由度示意图。

图2为小臂抬落自由度人体模型展示。

图3为小臂绕大臂轴线转动自由度人体模型展示。

图4为两自由度主动肘关节的结构示意图

(五)具体实施方式

本发明所公开的一种衣服模特机器人两自由度主动肘关节，主要实现的功能是：连接大臂和小臂并将大臂的运动传递给小臂；肘关节主动驱动实现小臂的两个转动自由度。图1展示了两自由度主动肘关节可实现的自由度，图1中的附图标记所代表的功能部件如下：1-1为肩，1-2为肘，1-3为腕。图4具体展示了本发明所述的两自由度主动肘关节的结构，图4上的附图标记所代表的功能部件如下：1为小臂骨骼，2为小臂，3为2号舵机组件，4为L型板，5为1号舵机组件，6为大臂骨骼。各功能的具体实施方式如下：

肘关节传递大臂运动的实施：参见图4，大臂的运动是通过大臂骨骼6传递给肘关节，进而传递给小臂2的。大臂骨骼6通过四个螺栓与1号舵机组件5的舵机底座固定连接，舵机底座是根据舵机外形参数进行的针对性的设计，舵机与舵机底座是固定连接，1号舵机组件5通过四个螺栓与L型板4固定连接，L型板4通过四个螺栓与2号舵机组件3的舵机底座固定相连，2号舵机组件3与小臂2连接，这样，来自大臂骨骼6的大臂的运动通过1号舵机组件5、L型板4、2号舵机组件3传递到小臂2。

肘关节带动小臂绕大臂轴线转动自由度的实施：参见图4，肘关节带动小臂2绕大臂轴线转动自由度是通过1号舵机组件5驱动的，1号舵机组件5的舵机本体输出的运动和力矩通过1号舵机组件5的舵盘向外传递，舵盘通过四个螺栓与L型板4固定连接，L型板4通过四个螺栓与2号舵机组件3的舵机底座相连，这样，1号舵机组件5的力矩和运动就通过L型板4、2号舵机组件3传递给小臂2，带动小臂2实现绕大臂轴线转动自由度。

肘关节带动小臂实现抬落自由度的实施：参见图4，肘关节带动小臂2实现抬落自由度是通过2号舵机组件3驱动的，2号舵机组件3的舵机本体输出的运动和力矩通过2号舵机组件3的舵盘向外传递，舵盘通过四个螺钉与小臂2相连，这样，2号舵机组件3的力矩和运动就传递给小臂2，带动小臂2实现抬落自由度。

为了提高调整肘关节的效率，可进一步地使得1号舵机组件5与2号舵机组件3的运动形成联动关系，其中，以大臂为参照物，1号舵机组件5的转动角度是2号舵机组件3的抬落角度的0.309倍，从而使得用户能够快速的获得富有美感的肘部姿态。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种衣服模特机器人两自由度主动肘关节装置，用于实现大臂和小臂的连接，以及两个转动自由度的驱动，所述两自由度主动肘关节装置由下述部件组成：大臂骨骼、小臂、小臂骨骼、L型板和两套舵机组件，所述两套舵机组件为第一舵机组件和第二舵机组件，每套舵机组件由下述部件组成：舵机本体、用于安装和固定舵机的舵机底座以及用于传递座机输出运动和力矩的舵盘；其特征在于：

所述主动肘关节装置以大臂为基准，实现小臂的连接和小臂相对大臂的运动；

所述第一舵机组件的舵机底座与大臂骨骼通过四个螺栓固定连接，实现关节和大臂的连接，以及向关节和小臂传递大臂的运动；

所述第一舵机组件的舵机本体固定连接在所述舵机底座上；第一舵机的舵盘与所述L型板通过四个螺钉连接，四个螺钉是过约束，消除制造误差产生的间隙；所述舵机本体的运动和力矩通过所述第一舵机组件的舵盘输出，实现肘关节带动小臂绕大臂轴线转动的自由度；

所述L型板设置一圆孔，用于减轻重量；

所述L型板与用于驱动小臂实现抬落自由度的所述第二舵机组件的舵机底座通过四个螺栓连接，所述第二舵机组件的舵机本体安装在所述第二舵机组件的舵机底座内，所述第二舵机组件的舵盘通过四个螺钉与所述小臂固定连接，所述第二舵机组件向小臂传输运动和力矩，带动小臂实现所述抬落自由度；

所述小臂骨骼通过螺钉与所述小臂固定连接，将小臂的运动向手腕部分继续传递；

其中，所述的主动肘关节的采用主动驱动方式，具体是指运动是从肘关节输入，通过肘关节运动的主动控制，实现小臂相对与大臂的期望运动，并且，所述第一舵机组件与所述第二舵机组件的运动形成联动关系，其中，以大臂为参照物，第一舵机组件的转动角度是第二舵机组件的抬落角度的0.309倍。

2.根据权利要求1所述的一种衣服模特机器人两自由度主动肘关节装置，其特征在于：所述的主动肘关节是用于连接两段机械臂形成串联机械臂的典型结构。