CN106272474B - 一种机器人躯干结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人躯干结构，包括从上至下依次设置的胸部、腰部、腿部以及基座，腰部包括固定架组件以及设置于固定架组件上部的第一舵机，腿部包括支撑组件以及分别固定设置于支撑板组件顶部和底部的第二舵机、第三舵机，第一舵机、第二舵机和第三舵机的从动轴端分别设有连轴机构一、连轴机构二、连轴机构三，胸部下段的前后两侧分别与第一舵机的主输出轴和连轴机构一相连接，固定架组件下部的左右两侧分别与第二舵机的主输出轴和连轴机构二相连接，基座的左右两侧分别与第三舵机的主输出轴和连轴机构三相连接。该躯干结构具有更多的自由度，可左右前后摆动，具有更好的环境适应能力，结构简单、性能可靠，值得在业内推广。

Description

一种机器人躯干结构

技术领域

本发明属于机器人装置技术领域，具体涉及一种机器人躯干结构。

背景技术

服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，可以分为专业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人，服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。数据显示，目前，世界上至少有48个国家在发展机器人，其中25个国家已涉足服务型机器人开发。在日本、北美和欧洲，迄今已有7种类型计40余款服务型机器人进入实验和半商业化应用。近年来，全球服务机器人市场保持较快的增长速度，根据国际机器人联盟的数据，2010年全球专业领域服务机器人销量达13741台，同比增长4％，销售额为320亿美元，同比增长15％；个人/家庭服务机器人销量为220万台，同比增长35％，销售额为5.38亿美元，同比增长39％。我国在服务机器人领域的研发与日本、美国等国家相比起步较晚。在国家863计划的支持下，我国在服务机器人研究和产品研发方面已开展了大量工作，并取得了一定的成绩。

现有服务机器人的研究大多着眼于头部云台智能控制、手部/腿部关节以及脚掌/地盘方面，对于躯干结构，基本都由简单的支撑构件和外壳组成，基本无自由度，在实际应用中，尤其对于服务机器人来说，适用性不强。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种机器人躯干结构。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种机器人躯干结构，包括从上至下依次设置的胸部、腰部、腿部以及基座，所述腰部包括固定架组件以及设置于固定架组件上部的第一舵机，所述腿部包括支撑组件以及分别固定设置于支撑板组件顶部和底部的第二舵机、第三舵机，所述第一舵机、第二舵机和第三舵机的从动轴端分别设有连轴机构一、连轴机构二、连轴机构三，所述胸部下段的前后两侧分别与第一舵机的主输出轴和连轴机构一相连接，所述固定架组件下部的左右两侧分别与第二舵机的主输出轴和连轴机构二相连接，所述基座的左右两侧分别与第三舵机的主输出轴和连轴机构三相连接。

优选地，所述躯干结构还包括限位机构，所述限位机构包括减震器组件一、减震器组件二和减震器组件三，所述减震器组件一设置于胸部下段左右两侧与腰部上段左右两侧之间，所述减震器组件二设置于腰部中段的前后两侧与腿部上端的前后两侧之间，所述减震器组件三设置于腿部下段与基座的底面之间。

优选地，所述连轴机构一、连轴机构二和连轴机构三的结构完全相同，包括法兰联轴器、连轴箱、滚动轴承以及顶盖，所述连轴箱包括连轴箱座和内嵌式端盖，所述连轴箱座与舵机从动轴所在端面固定连接，所述法兰联轴器的法兰端与胸部下段的后侧/固定架组件下部的右侧/基座右侧相连接，法兰联轴器的轴套穿设端盖且末端位于连轴箱座空腔内，所述顶盖与轴套末端固定连接，所述滚动轴承的内圈套设在轴套上，且其外圈与连轴箱座内腔壁相连接，舵机从动轴与所述轴套键连接。

优选地，所述胸部组件包括构成胸腔结构的中间板组件，侧板组件以及腹板组件，所述中间板组件包括竖直平行设置的竖板一和竖板二，所述侧板组件包括左右对称设置于竖板一和竖板二外侧边的侧板一和侧板二，所述腹板组件包括前后对称设置于竖板一和竖板二下部的腹板一和腹板二，所述侧板一、侧板二的上部分别与竖板一和竖板二的上部相连接，侧板一、侧板二的下部前后两侧边分别与腹板一和腹板二的上部固定连接，所述腹板一和腹板二的下部分别与第一舵机的主输出轴和连轴机构一相连接，所述竖板一和竖板二的下部外侧边均设有减震器固定座。

优选地，所述固定架组件包括左右对称设置的固定架一和固定架二，固定架一和固定架二的上部与第一舵机左右两侧固定连接，固定架一和固定架二的下部分别与第二舵机的主输出轴和连轴机构二相连接，所述固定架一和固定架二的外侧边中部对应竖板一和竖板二上的减震器固定座位置处也分别设有避震器固定座，所述固定架一和固定架二的中部位于第一舵机下方分别设有固定梁一和固定梁二，固定梁一和固定梁二上均设有减震器连接孔。

优选地，所述支撑板组件包括竖直设置且截面为长方形的支撑板一、支撑板二、支撑板三和支撑板四，所述支撑板一和支撑板二前后依次设置，支撑板三和支撑板四分别位于支撑板一和支撑板二的左/右侧，所述第二舵机设置于支撑板一和支撑板二内侧上部之间，所述第三舵机设置于支撑板一和支撑板二内侧下部之间，所述支撑板一和支撑板二外侧边上部对应于固定梁一和固定梁二上的避震器连接孔位置处设有减震器固定座，所述第三舵机下表面左侧和连轴机构三下侧边分别设有转动梁一和转动梁二，所述转动梁一和转动梁二上均设有减震器连接孔。

优选地，所述支撑板三和支撑板四前侧两边和后侧两边之间还均设有若干根框条。

优选地，所述基座包括底板和设置于底板上的转动座一和转动座二，转动座一和转动座二分别与第三舵机主输出轴和连接机构三相连接，所述底板对应述转动梁一和转动梁二上的减震器连接孔位置处设有减震器固定座。

优选地，所述减震器组件一包括减震器一和减震器二，所述减震器组件二包括减震器三、减震器四、减震器五、减震器六，所述减震器组件三包括减震器七、减震器八、减震器九、减震器十。

优选地，所述中间板组件和侧板组件之间还设有肋条组件，所述肋条组件包括若干根设置于竖板一/竖板二和侧板一/侧板二之间的肋条。

本发明的有益效果是：本发明提供的机器人驱动结构，基于模块化设计的核心思想，整合了“胸部+腰部+腿部+基板”的机械结构，各个部件之间的连接易安装也易拆卸，便于维修和撤换，同时在整体上躯干也形成了一个单独完整的功能模块，该躯干结构为独立的子系统，可作为通用模块与其他产品要素进行组合，构成的新的系统，产生不同的功能或者相同功能、不同性能的系列产品。该躯干结构，不同于现有技术，具有更多的自由度，可左右前后摆动，具有更好的环境适应能力，结构简单、性能可靠，值得在业内推广。

附图说明

图1是本发明机器人躯干结构的结构示意图；

图2是本发明机器人躯干结构的正视图；

图3是本发明机器人躯干结构的侧视图；

图4是本发明机器人躯干结构的胸部结构示意图；

图5是本发明机器人躯干结构的胸部侧视图；

图6是本发明机器人躯干结构的腰部示意图；

图7是本发明机器人躯干结构的腰部爆炸图；

图8是本发明机器人躯干结构的腿部结构示意图。

附图标记说明：1、胸部；11、竖板一；12、竖板二；13、侧板一；14、侧板二；15、腹板一；16、腹板二；2、腰部；21、第一舵机；22、固定架一；23、固定架二；24、连轴机构一；241、法兰联轴器；242、滚动轴承；243顶盖；244、连轴箱座；245、端盖；3、腿部；31、第二舵机；32、支撑板一；33、支撑板二；34、支撑板三；35、支撑板四；36、第三舵机；4、基座,；5、减震器组件一；6、减震器组件二；7、减震器组件三。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1-3所示，本发明的机器人躯干结构，包括从上至下依次设置的胸部1、腰部2、腿部3、基座4，以及限位机构。限位机构包括减震器组件一5、减震器组件二6和减震器组件三7。减震器组件一5设置于胸部1下段左右两侧与腰部2上段左右两侧之间。减震器组件二6设置于腰部2中段的前后两侧与腿部3上端的前后两侧之间。减震器组件三7设置于腿部3下段与基座4的底面之间。腰部2包括固定架组件以及设置于固定架组件上部的第一舵机21。腿部3包括支撑组件以及分别固定设置于支撑板组件顶部和底部的第二舵机31、第三舵机36。第一舵机21、第二舵机31和第三舵机36的从动轴端分别设有连轴机构一24、连轴机构二、连轴机构三。胸部1下段的前后两侧分别与第一舵机21的主输出轴和连轴机构一24相连接，固定架组件下部的左右两侧分别与第二舵机31的主输出轴和连轴机构二相连接，基座4的左右两侧分别与第三舵机36的主输出轴和连轴机构三相连接。

如图1-3所示，减震器组件一5包括减震器一和减震器二，减震器组件二6包括减震器三、减震器四、减震器五、减震器六，减震器组件三7包括减震器七、减震器八、减震器九、减震器十。值得说明的是，减震器的实际数量并不限于本实施例中所描述，完全可以根据实际需要增加或减少。

如图4和图5所示，胸部1结构示意图，包括构成胸腔状结构的中间板组件，侧板组件以及腹板组件。中间板组件包括竖直平行设置的竖板一11和竖板二12。竖板一11和竖板二12结构相同，均为平板状结构。竖板一11和竖板二12的下部外侧边均设有一个减震器固定座，用于安装减震器一和减震器二。为便于机器人头部的安装，竖板一11和竖板二12的顶部还设有安装板。侧板组件包括侧板一13和侧板二14，左右对称设置于竖板一11和竖板二12的外侧边。侧板一13和侧板二14结构相同，仅以侧板一13为例，对在本实施例中的具体结构即与其他构件的连接方式/位置进行描述。侧板一13总体结构分为三部分，上段结构正视为倒L型，中段为倾斜设置的连接部，下段结构正视为L型，侧视为倒T型，上/中/下段为一体成型。倒L型的横部通过螺丝与竖板一11的上部连接固定连接，倒T型的横部两端分别通过螺丝与腹板一15和腹板二16的上侧边固定连接。腹板组件包括腹板一15和腹板二16，前后对称设置于竖板一11和竖板二12下部。腹板一15和腹板二16结构完全相同，仅以腹板一15为例，对在本实施例中的具体结构即与其他构件的连接方式/位置进行描述。腹板一15是正视为T型结构的板状结构，T型横部两端通过螺丝分别与侧板一13和侧板二14相连接，竖部下段为圆形。腹板一15和腹板二16的竖部下段分别与第一舵机21的主输出轴和连轴机构一24相连接。为进一步加强胸部1的结构稳定型，中间组件和侧板组件之间还设有肋条组件，肋条组件包括若干根肋条。肋条设置于竖板一11/竖板二12和侧板一13/侧板二14之间。此外，在保证结构强度的情况下，本实施例中的涉及的胸部1各部件均有做镂空处理，可减轻机器人整体的重量，同时可降低对驱动件的功率要求。值得说明的是，胸部1及各部件的具体结构并不限于本实施例所描述，可根据实际需求进行相应的设计。本实施例中的胸部1结构是拟人的胸腔结构，该结构可在保证结构强度的情况下，尽可能的减轻机器人整体重量，同时在实际应用中，尤其在服务机器人领域中，外形更易于被结构，具有更高的实用价值。

如图6和图7所示，腰部2结构示意图，包括固定架组件以及设置于固定架组件上部的第一舵机21。固定架组件包括左右对称设置的固定架一22和固定架二23。固定架一22和固定架二23结构完全相同，仅以固定架一22为例，对在本实施例中的具体结构即与其他构件的连接方式/位置进行描述。固定架一22整体分为三部分，上段为侧凹槽结构，中间为倾斜设置的连接部，下端为圆形连接件。固定架一22和固定架二23两者整体构成倒V型。第一舵机21嵌设在固定架一22和固定架二23的侧凹槽结构中，与固定架一22和固定架二23通过螺丝固定连接。固定架一22和固定架二23的侧凹槽结构的外侧边中部对应竖板一11和竖板二12上的减震器固定座位置处分别设有一个避震器固定座，用于安装减震器一和减震器二。固定架一22和固定架二23的侧凹槽结构的下侧分别设有固定梁一和固定梁二，固定梁一和固定梁二的两端均分别设有一个减震器连接孔，分别用于安装减震器三、减震器四、减震器五、减震器六。固定架一22和固定架二23的下段分别与第二舵机31的主输出轴和连轴机构二相连接。

如图7所示，连轴机构一24、连轴机构二和连轴机构三的结构完全相同。连轴机构包括法兰联轴器241、连轴箱、滚动轴承242和顶盖243。连轴箱包括连轴箱座244和内嵌式端盖245。连轴箱座244与舵机从动轴所在端面固定连接。法兰联轴器241的法兰端与胸部1下段的后侧/固定架组件下部的右侧/基座4右侧相连接。法兰联轴器241的轴套穿设端盖245且末端位于连轴箱座244空腔内，顶盖243与轴套末端固定连接。顶盖243包括圆形端面和轴凸起，滚动轴承242的内圈套设在轴套和轴凸起上，且其外圈与连轴箱座244内腔壁相连接，顶盖243的圆形端面可对滚动轴承242起到轴向限位作用。舵机从动轴与轴套键连接。在本实施例中，滚动轴承242采用深沟球轴承。

如图8所示，腿部3包括支撑组件以及分别固定设置于支撑板组件顶部和底部的第二舵机31、第三舵机36。支撑板组件包括竖直设置且截面为长方形的支撑板一32、支撑板二33、支撑板三34和支撑板四35。支撑板一32和支撑板二33结构相同，为平板状结构，两者前后依次平行设置。支撑板三34和支撑板四35结构相同，均为平板状结构，分别设置于支撑板一32和支撑板二33的左/右侧。支撑板一32/支撑板二33的长度大于支撑板三34/支撑板四35的长度。第二舵机31设置于支撑板一32和支撑板二33内侧上部之间，第三舵机36设置于支撑板一32和支撑板二33内侧下部之间，支撑板一32和支撑板二33外侧边上部对应于固定梁一和固定梁二上的避震器连接孔位置处设有减震器固定座，分别用于安装减震器三、减震器四、减震器五、减震器六。第三舵机36下表面左侧设有转动梁一，连轴机构三的连轴箱座244下侧边设有转动梁二。转动梁一和转动梁二的前后两端均分别设有一个减震器连接孔，分别用于安装减震器七、减震器八、减震器九、减震器十。为进一步加强胸部1的结构稳定型，使腿部3结构更有流畅性，支撑板三34和支撑板四35前侧两边和后侧两边之间还均设有若干根框条。此外，在保证结构强度的情况下，本实施例中的涉及的胸部1各部件均有做镂空处理，可减轻机器人整体的重量，同时可降低对驱动件的功率要求。

基座4包括底板和设置于底板上的转动座一和转动座二，转动座一和转动座二分别与第三舵机36主输出轴和连接机构三相连接，底板对应所述述转动梁一和转动梁二上的减震器连接孔位置处设有减震器固定座，分别用于安装减震器七、减震器八、减震器九、减震器十。在本实施例中，底板上的减震器固定座安装与底板下表面，底板上对于减震器固定座位置处分别开设有四个圆孔，减震器七、减震器八、减震器九、减震器十的一端分别穿过对应的圆孔与对应的减震器固定座相连接。

本发明提供的机器人驱动结构，基于模块化设计的核心思想，整合了“胸部1+腰部2+腿部3+基板”的机械结构，各个部件之间的连接易安装也易拆卸，便于维修和撤换，同时在整体上躯干也形成了一个单独完整的功能模块，该躯干结构为独立的子系统，可作为通用模块与其他产品要素进行组合，构成的新的系统，产生不同的功能或者相同功能、不同性能的系列产品。该躯干结构，不同于现有技术，具有更多的自由度，可左右前后摆动，具有更好的环境适应能力，结构简单、性能可靠，值得在业内推广。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种机器人躯干结构，其特征在于：包括从上至下依次设置的胸部(1)、腰部(2)、腿部(3)以及基座(4)，所述腰部(2)包括固定架组件以及设置于固定架组件上部的第一舵机(21)，所述腿部(3)包括支撑组件以及分别固定设置于支撑板组件顶部和底部的第二舵机(31)、第三舵机(36)，所述第一舵机(21)、第二舵机(31)和第三舵机(36)的从动轴端分别设有连轴机构一(24)、连轴机构二、连轴机构三，所述胸部(1)下段的前后两侧分别与第一舵机(21)的主输出轴和连轴机构一(24)相连接，所述固定架组件下部的左右两侧分别与第二舵机(31)的主输出轴和连轴机构二相连接，所述基座(4)的左右两侧分别与第三舵机(36)的主输出轴和连轴机构三相连接；

所述躯干结构还包括限位机构，所述限位机构包括减震器组件一(5)、减震器组件二(6)和减震器组件三(7)，所述减震器组件一(5)设置于胸部(1)下段左右两侧与腰部(2)上段左右两侧之间，所述减震器组件二(6)设置于腰部(2)中段的前后两侧与腿部(3)上端的前后两侧之间，所述减震器组件三(7)设置于腿部(3)下段与基座(4)的底面之间；

所述连轴机构一(24)、连轴机构二和连轴机构三的结构完全相同，包括法兰联轴器(241)、连轴箱、滚动轴承(242)以及顶盖(243)，所述连轴箱包括连轴箱座(244)和内嵌式端盖(245)，所述连轴箱座(244)与舵机从动轴所在端面固定连接，所述法兰联轴器(241)的法兰端与胸部(1)下段的后侧/固定架组件下部的右侧/基座(4)右侧相连接，法兰联轴器(241)的轴套穿设端盖(245)且末端位于连轴箱座(244)空腔内，所述顶盖(243)与轴套末端固定连接，所述滚动轴承(242)的内圈套设在轴套上，且其外圈与连轴箱座(244)内腔壁相连接，舵机从动轴与所述轴套键连接；

所述胸部(1)组件包括构成胸腔状结构的中间板组件，侧板组件以及腹板组件，所述中间板组件包括竖直平行设置的竖板一(11)和竖板二(12)，所述侧板组件包括左右对称设置于竖板一(11)和竖板二(12)外侧边的侧板一(13)和侧板二(14)，所述腹板组件包括前后对称设置于竖板一(11)和竖板二(12)下部的腹板一(15)和腹板二(16)，所述侧板一(13)、侧板二(14)的上部分别与竖板一(11)和竖板二(12)的上部相连接，侧板一(13)、侧板二(14)的下部前后两侧边分别与腹板一(15)和腹板二(16)的上部固定连接，所述腹板一(15)和腹板二(16)的下部分别与第一舵机(21)的主输出轴和连轴机构一(24)相连接，所述竖板一(11)和竖板二(12)的下部外侧边均设有减震器固定座。

2.根据权利要求1所述的机器人躯干结构，其特征在于：所述固定架组件包括左右对称设置的固定架一(22)和固定架二(23)，固定架一(22)和固定架二(23)的上部与第一舵机(21)左右两侧固定连接，固定架一(22)和固定架二(23)的下部分别与第二舵机(31)的主输出轴和连轴机构二相连接，所述固定架一(22)和固定架二(23)的外侧边中部对应竖板一(11)和竖板二(12)上的减震器固定座位置处也分别设有避震器固定座，所述固定架一(22)和固定架二(23)的中部位于第一舵机(21)下方分别设有固定梁一和固定梁二，固定梁一和固定梁二上均设有减震器连接孔。

3.根据权利要求2所述的机器人躯干结构，其特征在于：所述支撑板组件包括竖直设置且截面为长方形的支撑板一(32)、支撑板二(33)、支撑板三(34)和支撑板四(35)，所述支撑板一(32)和支撑板二(33)前后依次设置，支撑板三(34)和支撑板四(35)分别位于支撑板一(32)和支撑板二(33)的左/右侧，所述第二舵机(31)设置于支撑板一(32)和支撑板二(33)内侧上部之间，所述第三舵机(36)设置于支撑板一(32)和支撑板二(33)内侧下部之间，所述支撑板一(32)和支撑板二(33)外侧边上部对应于固定梁一和固定梁二上的避震器连接孔位置处设有减震器固定座，所述第三舵机(36)下表面左侧和连轴机构三下侧边分别设有转动梁一和转动梁二，所述转动梁一和转动梁二上均设有减震器连接孔。

4.根据权利要求3所述的机器人躯干结构，其特征在于：所述支撑板三(34)和支撑板四(35)前侧两边和后侧两边之间还均设有若干根框条。

5.根据权利要求3所述的机器人躯干结构，其特征在于：所述基座(4)包括底板和设置于底板上的转动座一和转动座二，转动座一和转动座二分别与第三舵机(36)主输出轴和连接机构三相连接，所述底板对应所述转动梁一和转动梁二上的减震器连接孔位置处设有减震器固定座。

6.根据权利要求5所述的机器人躯干结构，其特征在于：所述减震器组件一(5)包括减震器一和减震器二，所述减震器组件二(6)包括减震器三、减震器四、减震器五、减震器六，所述减震器组件三(7)包括减震器七、减震器八、减震器九、减震器十。

7.根据权利要求1所述的机器人躯干结构，其特征在于：所述中间板组件和侧板组件之间还设有肋条组件，所述肋条组件包括若干根设置于竖板一(11)/竖板二(12)和侧板一(13)/侧板二(14)之间的肋条。