CN106945071A - 一种仿人机器人的三自由度腰部装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仿人机器人的三自由度腰部装置，包括涡轮蜗杆机构，球关节机构，滑动螺旋机构，万向节机构，通过涡轮蜗杆与直流电机的连接，提供机构旋转的动力及运动能力，再通过滑动螺旋机构与万向节的配合，使直流电机所提供的动力在球关节机构的配合下，将直线运动转换为腰部转动的动力。滑动螺旋机构与万向节机构在直流电机的带动下，完成腰部的弯腰，侧腰运动。通过以上机构的相互配合可以解决仿人机器人腰部运动的灵活性问题。因此，本发明结构简单，运行平稳，经济实用，绿色环保，空间结构较小，便于生产装配等优点。

Description

一种仿人机器人的三自由度腰部装置

技术领域

本发明属于仿人机器人领域，具体涉及一种仿人机器人的三自由度腰部装置。

背景技术

现有的市场上流行的仿人服务机器人腰部机构大多具有较少的自由度，且结构较为庞大、与人体机构尺寸相差较大；这种机构可以有效的解决仿人服务机器人腰部的自由度少、机构尺寸过大的问题，且整体结构简单，加工成本低廉。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种电机驱动下的仿人机器人的三自由度的腰部运动机构，与传统仿人机器人腰部机构相比，该机构具有结构简单，大小尺寸接近人体尺寸，运行平稳，功能完善，结构性能稳定，便于装配调整等优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种仿人机器人的三自由度腰部装置，包括：涡轮蜗杆机构、球关节机构和滑动螺旋机构与万向节机构，所述涡轮蜗杆机构通过球关节机构与滑动螺旋机构与万向节机构连接；

所述涡轮蜗杆机构包括涡轮和与涡轮配合的蜗杆，蜗杆首先与滚动轴承配合连接，滚动轴承再与滚动轴承固定件固定连接，蜗杆与电机连接的一端首先与法兰盘联轴器固定连接，法兰盘联轴器再与直流电机输出轴固定连接，直流电机固定于直流电机壳中，腰部中心轴通过涡轮的中间孔与涡轮键连接，在涡轮的下端连接推力球轴承，推力球轴承通过推力球轴承固定件固定，腰部中心轴与球关节球体下部件固定连接；

所述球关节机构包括球关节球体下部件、球关节上部件和腰部球关节球体，球关节球体下部件、球关节上部件与腰部球关节体固定，防止腰部球关节球体的轴向运动，腰部中间轴一端与腰部球关节球体固定连接；

所述滑动螺旋机构与万向节机构包括侧腰直流电机，侧腰直流电机固定在侧腰电机壳中，侧腰电机壳与球关节球体下部件固定连接，侧腰电机输出轴通过刚性联轴器与丝杠固定连接，滚针轴承与刚性联轴器固定配合，滚针轴承固定件与侧腰电机壳固定连接且对滚针轴承进行固定，丝杠螺母与丝杠配合固定，在丝杠螺母的两侧设有固定滚动轴承，滚动轴承与万向节右端件配合连接，万向节右端件上的内孔与万向节中间十字件配合连接，万向节中间十字件与两个万向节左端件配合连接，万向节左端件与旋转平台件固定连接，旋转平台件的下端与上端盖连接固定，胸腔平台固定于旋转平台件内。

上述的仿人机器人的三自由度腰部装置，旋转电机与涡轮蜗杆的配合带动与涡轮连接的腰部中心轴转动，腰部中心轴与球关节球体下部件固定连接，促使与其相连的电机壳带动丝杠运动，四个丝杠的旋转运动带动旋转平台与胸腔平台的旋转。

上述的仿人机器人的三自由度腰部装置，腰部的侧腰与弯腰运动由两侧的侧腰电机进行相反的旋转运动带动丝杠螺母相反的运动，在球关节机构的配合下，旋转平台与胸腔平台形成左右及前后平移运动。

上述的仿人机器人的三自由度腰部装置，万向节结构与球关节机构配合连接，使腰部结构在侧腰及弯腰运动时不形成相互干涉。

本发明的有益效果：

本发明各个构件不同的连接方式和配合实现了腰部的三个自由度，通过直流电机提供动能，再通过球关节机构，万向节关节机构，滑动螺旋机构的相互配合使此腰部装置在较小的结构设计空间下达到较多的运动空间范围，完成仿人服务机器人所需求的运动能力；本发明具有功能完善到位，机构简单，目的性强，运动平稳，机构性能稳定，便于装配调整等优点。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明部分结构示意图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

参照图1和图2，本实施例公开了一种仿人机器人的三自由度腰部装置，包括：

一涡轮蜗杆机构，蜗杆30首先与相应的滚动轴承配合连接，滚动轴承再与滚动轴承固定件4，电机端轴承座13连接固定，蜗杆30与直流电机10连接的另一端首先与法兰盘联轴器11通过螺钉固定连接，法兰盘联轴器再与直流电机10输出轴固定连接，直流电机10固定于直流电机壳12中，电机壳固定件20与电机壳后盖24通过螺钉固定直流电机壳12，涡轮28与蜗杆30配合，腰部中心轴1通过涡轮29的中间孔与涡轮通过平键2连接，在涡轮28的下端，配合一推力球轴承，推力球轴承通过推力球轴承固定件3固定，腰部中心轴1通过螺栓与球关节球体下部件6固定连接,直流电机10将动力通过涡轮28、蜗杆30传递到球关节球体下部件6上，再通过侧腰电机壳15与丝杠14的连接配合，以四个丝杠14的旋转带动整个旋转平台件26与胸腔平台19的旋转运动；

一球关节机构，球关节机构包括一球关节球体下部6、球关节上部件7、腰部球关节球体5三个部件，球关节球体下部件6、球关节上部件7通过内螺纹将腰部球关节体5固定，防止腰部球关节球体的轴向运动，腰部中间轴8的一端与腰部球关节球体5通过螺纹配合连接，腰部中间轴8与旋合轴29通过螺纹连接配合调节旋转平台件26与胸腔平台19的高度；

一滑动螺旋机构与万向节机构，滑动螺旋机构与万向节机构包括一侧腰直流电机9，侧腰直流电机9首先固定在侧腰电机壳15中，侧腰电机壳15首先通过螺钉与电机后盖固定件25固定再与球关节球体下部件6固定连接，侧腰直流电机9输出轴通过刚性联轴器16与丝杠14固定连接，滚针轴承与刚性联轴器16固定配合，滚针轴承固定件18与侧腰直流电机壳15通过螺钉固定连接且对滚针轴承进行固定，丝杠螺母17通过螺纹与丝杠14配合，在丝杠螺母17的两侧配合固定滚动轴承，滚动轴承再与万向节右端件21配合连接，万向节右端件21上的内孔与万向节中间十字件22配合连接，万向节中间十字件22再与两个万向节左端件23配合连接，万向节左端件23通过螺钉与旋转平台件26固定连接，在旋转平台件26的下端通过螺钉与上端盖27连接固定，胸腔平台19通过配合固定于旋转平台件26内，相对的两个侧腰电机进行相反运转，促使丝杠螺母进行相反的运动，在中心球关节与万向节的配合下，可以使旋转平台件与胸腔平台进行平行移动，模拟仿人机器人腰部的侧腰运动，弯腰运动与此运动方式相同。

作为优选，其中腰部的旋转运动由旋转电机与涡轮蜗杆的配合带动与涡轮连接的腰部中心轴转动，腰部中心轴又与球关节球体下部件连接连接固定，促使与之相连的电机壳带动丝杠运动，四个丝杠的旋转运动带动旋转平台与胸腔平台的旋转。

作为优选，其中腰部的侧腰与弯腰运动由两侧的侧腰电机进行相反的旋转运动带动丝杠螺母相反的运动，在球关节机构的配合下，旋转平台与胸腔平台形成左右及前后移动运动。

作为优选，其中在腰部结构中采用万向节结构与球关节机构相互配合，使腰部结构在侧腰及弯腰运动时不形成相互干涉。

本实施例的装置包括涡轮蜗杆机构，球关节机构，滑动螺旋机构，万向节机构，通过涡轮蜗杆与直流电机的连接，提供机构旋转的动力及运动能力，再通过滑动螺旋机构与万向节的配合，使直流电机所提供的动力在球关节机构的配合下，将直线运动转换为腰部转动的动力。滑动螺旋机构与万向节机构在直流电机的带动下，完成腰部的弯腰，侧腰运动。通过以上机构的相互配合可以解决仿人机器人腰部运动的灵活性问题。机器人腰部结构简单，运行平稳，经济实用，绿色环保，空间结构较小，便于生产装配等优点。

整个腰部装置在涡轮蜗杆机构，滑动螺旋机构，万向节机构，球关节机构的配合下，实现了仿人机器人腰部装置的三自由度运动，使此腰部装置在较小的结构设计空间下达到较多的运动空间范围，完成仿人服务机器人所需求的运动能力。

本实施例通过结构的仿生设计，结构间的合理连接和配合，动力机构间的有效搭配，成功的实现了仿人机器人腰部结构的较大运动范围的运动性能，此结构科学合理，功能完善，机构性能稳定，便于生产调试。

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 (4)

1.一种仿人机器人的三自由度腰部装置，其特征在于，包括：涡轮蜗杆机构、球关节机构和滑动螺旋机构与万向节机构，所述涡轮蜗杆机构通过球关节机构与滑动螺旋机构与万向节机构连接；

所述涡轮蜗杆机构包括涡轮和与涡轮配合的蜗杆，蜗杆首先与滚动轴承配合连接，滚动轴承再与滚动轴承固定件固定连接，蜗杆与电机连接的一端首先与法兰盘联轴器固定连接，法兰盘联轴器再与直流电机输出轴固定连接，直流电机固定于直流电机壳中，腰部中心轴通过涡轮的中间孔与涡轮键连接，在涡轮的下端连接推力球轴承，推力球轴承通过推力球轴承固定件固定，腰部中心轴与球关节球体下部件固定连接；

所述球关节机构包括球关节球体下部件、球关节上部件和腰部球关节球体，球关节球体下部件、球关节上部件与腰部球关节体固定，防止腰部球关节球体的轴向运动，腰部中间轴一端与腰部球关节球体固定连接；

所述滑动螺旋机构与万向节机构包括侧腰直流电机，侧腰直流电机固定在侧腰电机壳中，侧腰电机壳与球关节球体下部件固定连接，侧腰电机输出轴通过刚性联轴器与丝杠固定连接，滚针轴承与刚性联轴器固定配合，滚针轴承固定件与侧腰电机壳固定连接且对滚针轴承进行固定，丝杠螺母与丝杠配合固定，在丝杠螺母的两侧设有固定滚动轴承，滚动轴承与万向节右端件配合连接，万向节右端件上的内孔与万向节中间十字件配合连接，万向节中间十字件与两个万向节左端件配合连接，万向节左端件与旋转平台件固定连接，旋转平台件的下端与上端盖连接固定，胸腔平台固定于旋转平台件内。

2.如权利要求1所述的仿人机器人的三自由度腰部装置，其特征在于，旋转电机与涡轮蜗杆的配合带动与涡轮连接的腰部中心轴转动，腰部中心轴与球关节球体下部件固定连接，促使与其相连的电机壳带动丝杠运动，四个丝杠的旋转运动带动旋转平台与胸腔平台的旋转。

3.如权利要求1所述的仿人机器人的三自由度腰部装置，其特征在于，腰部的侧腰与弯腰运动由两侧的侧腰电机进行相反的旋转运动带动丝杠螺母相反的运动，在球关节机构的配合下，旋转平台与胸腔平台形成左右及前后平移运动。

4.如权利要求1所述的仿人机器人的三自由度腰部装置，其特征在于，万向节结构与球关节机构配合连接，使腰部结构在侧腰及弯腰运动时不形成相互干涉。