CN113442161A - 机器人关节、机器人仿生髋关节及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人关节，涉及机器人技术领域，包括：机架、输出杆、偏移驱动装置、俯仰驱动装置、万向结构和转动驱动装置，偏移驱动装置和俯仰驱动装置分别能够驱动输出杆绕第二轴线和第三轴线转动，转动驱动装置能够驱动万向结构绕第一轴线转动，万向结构转动转动时带动输出杆自转，第二轴线、第三轴线和第一轴线两两互相垂直且相交于一点；本发明还提供了一种机器人仿生髋关节，包括两个如上所述的机器人关节，两个机器人关节固定连接且对称设置；本发明还提供了一种机器人，包括：如上所述的机器人关节或机器人仿生髋关节；本发明提供的机器人关节、机器人仿生髋关节及机器人的灵活性较高。

Description

机器人关节、机器人仿生髋关节及机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器人关节、机器人仿生髋关节及机器人。

背景技术

仿生髋关节在四足机器人、人形机器人等腿足式机器人上有着广泛的运用。仿生髋关节能够大幅提高腿足式机器人的运动灵活性，使其拥有适应更复杂地形环境的能力，自然界中的动物，如猎豹、羚羊以及人类每条腿的髋关节都具备三个旋转自由度，三个旋转自由度均以股骨与髋关节的接触点为旋转中心，若将双足动物双腿看作一个整体，则有两根股骨围绕着髋关节做旋转运动，共有6个自由度。同理，将四足动物的前肢或者后肢看作一个整体，同样有6个自由度。然而现有的仿生髋关节模拟效果差，自由度低，通常不能实现围绕髋骨的六个主动转动自由度，使得实际的运动灵活性下降，仿生表达欠缺，难以实现模拟动物髋关节的运动轨迹。而且，现有仿生髋关节大多没有将驱动元器件中央对称布置，使得仿生髋关节质心不在髋关节中心，从而在运动时会因为驱动电机的质量产生不必要的转矩载荷。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人关节、机器人仿生髋关节及机器人，以解决上述现有技术存在的问题，提高机器人关节的灵活性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种机器人关节，包括：机架、输出杆、偏移驱动装置、俯仰驱动装置、万向结构和转动驱动装置，所述万向结构的一头连接于所述输出杆的一端，另一端绕第一轴线转动连接于所述机架上，所述输出杆远离所述万向结构的一端用于连接活动部件；所述偏移驱动装置、所述俯仰驱动装置、所述转动驱动装置均固定连接于所述机架上，所述偏移驱动装置和所述俯仰驱动装置分别能够驱动所述输出杆绕第二轴线和第三轴线转动，所述转动驱动装置能够驱动所述万向结构绕所述第一轴线转动，所述万向结构转动转动时带动所述输出杆自转，所述第二轴线、所述第三轴线和所述第一轴线两两互相垂直且相交于一点。

优选的，所述偏移驱动装置包括偏移驱动装置本体和第一驱动环，所述俯仰驱动装置包括俯仰驱动装置本体和第二驱动环，所述第一驱动环绕所述第二轴线转动连接于所述机架上，所述第二驱动环绕所述第三轴线转动连接于所述机架上，所述第一驱动环上开设有第一弧形孔，所述第二驱动环上开设有第二弧形孔，所述第一驱动环绕所述第二轴线转动时，所述第一弧形孔的中线的轨迹始终在第一球面上，所述第二驱动环绕所述第三轴线转动时，所述第二弧形孔的中线的轨迹始终在第二球面上，所述第一球面和所述第二球面同心但不重合，所述输出杆未连接所述万向结构的一端穿过所述第一弧形孔和所述第二弧形孔，所述输出杆能够在所述第一弧形孔中沿所述第一弧形孔的周向移动，所述输出杆也能够在所述第二弧形孔中沿所述第二弧形孔的周向移动，所述偏移驱动装置本体能够驱动所述第一驱动环绕所述第二轴线转动进而带动所述输出杆在所述第二弧形孔中移动，所述俯仰驱动装置本体能够驱动所述第二驱动环绕所述第三轴线转动进而带动所述输出杆在所述第一弧形孔中移动。

优选的，所述第一驱动环和所述第二驱动环均为一弧形板，所述第一弧形孔沿所述第一驱动环的周向布设，所述第二弧形孔沿所述第二驱动环的周向布设，所述第一驱动环和所述第二驱动环的两端均转动连接于所述机架上。

优选的，所述机架包括两个固定长板，两个所述固定长板垂直交叉且固定连接为一体；所述第一驱动环的两端分别转动连接于一个所述固定长板的两端，所述第二驱动环的两端分别转动连接于另一个所述固定长板的两端。

本发明还提供了一种机器人仿生髋关节，包括两个如上所述的机器人关节，两个所述机器人关节固定连接且对称设置。

优选的，两个所述机架、两个所述偏移驱动装置、两个所述俯仰驱动装置以及两个所述转动驱动装置分别关于中心点中心对称设置。

优选的，两个所述机架平行且具备间隔的设置，所述偏移驱动装置和所述俯仰驱动装置的动力源均为电机，各所述电机均固定设置于两个所述机架之间，所述转动驱动装置以及各所述电机的重心均与所述中心点位于同一平面上。

优选的，还包括四个固定夹，各所述固定夹的两端分别固定连接于两个所述机架上，四个所述固定夹两两关于所述中心点中心对称设置，四个所述电机分别固定连接于四个所述固定夹上。

优选的，所述固定夹包括两个相对设置的抱箍，两个所述抱箍的一端均一体连接于一个所述机架上，另一端能够拆卸的连接于另一个所述机架上，两个所述抱箍之间抱紧所述电机。

本发明还提供了一种机器人，包括：如上所述的机器人关节或机器人仿生髋关节。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供了一种机器人关节、机器人仿生髋关节及机器人，机器人关节中的偏移驱动装置、俯仰驱动装置、转动驱动装置分别能够驱动输出杆绕第二轴线、第三轴线以及第一轴线转动，因此，本发明提供的机器人关节具备三个自由度；机器人仿生髋关节中的两个机器人关节均具备三个自由度，因此，本发明提供的机器人仿生髋关节具备六个自由度；本发明提供的机器人关节、机器人仿生髋关节及机器人的灵活性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例一提供的机器人关节的结构示意图；

图2为实施例一提供的机器人关节中的机架的结构示意图；

图3为实施例二提供的机器人仿生髋关节的结构示意图；

图4为图3的正视图；

图中：100-机器人关节、200-机器人仿生髋关节、1-转动驱动装置、2-俯仰驱动装置、3-偏移驱动装置、4-机架、5-输出杆、6-万向结构、7-第二驱动环、8-第一驱动环、9-固定夹、10-连接板、101-锥齿轮、41-固定长板、91-抱箍。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种机器人关节、机器人仿生髋关节及机器人，以解决现有技术存在的问题，本发明提供的机器人关节、机器人仿生髋关节及机器人的灵活性高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供了一种机器人关节100，如图1～2所示，包括：机架4、输出杆5、偏移驱动装置3、俯仰驱动装置2、万向结构6和转动驱动装置1，万向结构6选取市面上的普通万向节即可，万向结构6包括万向连接的两个组件，两个组件中的任意一组件自转时均能够带动另一个组件自转，万向结构6的一头连接于输出杆5的一端，另一端绕第一轴线转动连接于机架4上，输出杆5远离万向结构6的一端用于连接活动部件；偏移驱动装置3、俯仰驱动装置2、转动驱动装置1均固定连接于机架4上，偏移驱动装置3和俯仰驱动装置2分别能够驱动输出杆5绕第二轴线和第三轴线转动，转动驱动装置1能够驱动万向结构6绕第一轴线转动，万向结构6转动转动时带动输出杆5自转，第二轴线、第三轴线和第一轴线两两互相垂直且相交于一点，偏移驱动装置3、俯仰驱动装置2、转动驱动装置1分别能够驱动输出杆5绕第二轴线、第三轴线以及第一轴线转动，且偏移驱动装置3、俯仰驱动装置2、转动驱动装置1能够同时驱动输出杆5作动，因此，本发明提供的机器人关节100具备三个自由度，提高了机器人关节的灵活性。

进一步的，偏移驱动装置3包括偏移驱动装置3本体和第一驱动环8，俯仰驱动装置2包括俯仰驱动装置2本体和第二驱动环7，第一驱动环8绕第二轴线转动连接于机架4上，第二驱动环7绕第三轴线转动连接于机架4上，第一驱动环8上开设有第一弧形孔，第二驱动环7上开设有第二弧形孔，第一驱动环8绕第二轴线转动时，第一弧形孔的中线的轨迹始终在第一球面上，第二驱动环7绕第三轴线转动时，第二弧形孔的中线的轨迹始终在第二球面上，第一球面和第二球面同心但不重合，输出杆5未连接万向结构6的一端穿过第一弧形孔和第二弧形孔，输出杆5能够在第一弧形孔中沿第一弧形孔的周向移动，输出杆5也能够在第二弧形孔中沿第二弧形孔的周向移动，偏移驱动装置本体能够驱动第一驱动环绕第二轴线转动进而带动输出杆在第二弧形孔中移动，俯仰驱动装置本体能够驱动第二驱动环绕第三轴线转动进而带动输出杆在第一弧形孔中移动，第二驱动环7转动的时候能够带动输出杆5在第一弧形孔中的移动，第一驱动环8转动的时候能够带动输出杆5在第二弧形孔中的移动，因此第一弧形孔和第二弧形孔同时作为输出杆5的滑道与驱动结构，且采用上述结构驱动输出杆5时，输出杆5上的被驱动点距万向结构6的距离始终一致，力矩一致，运动过程稳定。

进一步的，第一驱动环8和第二驱动环7均为一弧形板，第一弧形孔沿第一驱动环8的周向布设，第二弧形孔沿第二驱动环7的周向布设，第一驱动环8和第二驱动环7的两端均转动连接于机架4上，采用两端均连接于机架4上的方式能够使得结构更加稳定。

进一步的，机架4包括两个固定长板41，两个固定长板41垂直交叉且固定连接为一体；第一驱动环8的两端分别转动连接于一个固定长板41的两端，第二驱动环7的两端分别转动连接于另一个固定长板41的两端，此机架4没有多余的结构，减轻了机器人关节的整体质量，实用性高。

实施例二

本实施例提供了一种机器人仿生髋关节200，如图1～4所示，包括两个实施例一中的机器人关节100，两个机器人关节固定连接且对称设置，每个机器人关节均具备三个自由度，能够更加真实的模拟髋关节运动轨迹，使得机器人满足类人行走的特性，仿生表达能力较佳，本实施例提供的机器人仿生髋关节200适用于两足机器人。

进一步的，两个机架4、两个偏移驱动装置3、两个俯仰驱动装置2以及两个转动驱动装置1分别关于中心点中心对称设置，中心点即为机器人仿生髋关节的中心，上述设置能够使得机器人仿生髋关节质心位于髋关节的中心，从而在运动时避免因各组件的质量偏差而产生不必要的转矩载荷。

进一步的，两个机架4平行且具备间隔的设置，偏移驱动装置3和俯仰驱动装置2的动力源均为电机，各电机均固定设置于两个机架4之间，转动驱动装置1以及各电机的重心均与中心点位于同一平面上，提高了装置的稳定性，偏移驱动装置3和俯仰驱动装置2中的电机均通过传动齿轮组、皮带轮等传动组件来驱动第一驱动环8和第二驱动环7转动；转动驱动装置1的动力源也为电机，转动驱动装置1的电机通过锥齿轮101来驱动万向结构6自转。

进一步的，机器人仿生髋关节200还包括四个固定夹9，各固定夹9的两端分别固定连接于两个机架4上，四个固定夹9两两关于中心点中心对称设置，四个电机分别固定连接于四个固定夹9上，机架4包括两个固定长板41，两个固定长板41垂直交叉且固定连接为一体；四个固定夹9分别布设于两个固定长板41的四端，且各固定夹9的两端分别连接于两个机架4中的固定长板41上。

进一步的，固定夹9包括两个相对设置的抱箍91，两个抱箍91的一端均一体连接于一个机架4上，另一端能够拆卸的连接于另一个机架4上，两个抱箍91之间抱紧电机，抱箍91同时起到固定电机以及连接两个机架4的作用，设计巧妙，无多余结构，减轻了整体的质量。

进一步的，两个机架4上均设置有向对方延伸的连接板10，抱箍91一体连接与一个机架上，另一端通过螺栓固定连接于另一个机架上的连接板10上。

实施例三

本实施例提供了一种机器人，包括：实施例一中的机器人关节或实施例二中的机器人仿生髋关节。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种机器人关节，其特征在于：包括：机架、输出杆、偏移驱动装置、俯仰驱动装置、万向结构和转动驱动装置，所述万向结构的一头固定连接于所述输出杆的一端，另一端绕第一轴线转动连接于所述机架上，所述输出杆远离所述万向结构的一端用于连接活动部件；所述偏移驱动装置、所述俯仰驱动装置、所述转动驱动装置均固定连接于所述机架上，所述偏移驱动装置和所述俯仰驱动装置分别能够驱动所述输出杆绕第二轴线和第三轴线转动，所述转动驱动装置能够驱动所述万向结构绕所述第一轴线转动，所述万向结构转动转动时带动所述输出杆自转，所述第二轴线、所述第三轴线和所述第一轴线两两互相垂直且相交于一点。

2.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于：所述偏移驱动装置包括偏移驱动装置本体和第一驱动环，所述俯仰驱动装置包括俯仰驱动装置本体和第二驱动环，所述第一驱动环绕所述第二轴线转动连接于所述机架上，所述第二驱动环绕所述第三轴线转动连接于所述机架上，所述第一驱动环上开设有第一弧形孔，所述第二驱动环上开设有第二弧形孔，所述第一驱动环绕所述第二轴线转动时，所述第一弧形孔的中线的轨迹始终在第一球面上，所述第二驱动环绕所述第三轴线转动时，所述第二弧形孔的中线的轨迹始终在第二球面上，所述第一球面和所述第二球面同心但不重合，所述输出杆未连接所述万向结构的一端穿过所述第一弧形孔和所述第二弧形孔，所述偏移驱动装置本体能够驱动所述第一驱动环绕所述第二轴线转动进而带动所述输出杆在所述第二弧形孔中移动，所述俯仰驱动装置本体能够驱动所述第二驱动环绕所述第三轴线转动进而带动所述输出杆在所述第一弧形孔中移动，所述输出杆能够在所述第一弧形孔中沿所述第一弧形孔的周向移动，所述输出杆也能够在所述第二弧形孔中沿所述第二弧形孔的周向移动。

3.根据权利要求2所述的机器人关节，其特征在于：所述第一驱动环和所述第二驱动环均为一弧形板，所述第一弧形孔沿所述第一驱动环的周向布设，所述第二弧形孔沿所述第二驱动环的周向布设，所述第一驱动环和所述第二驱动环的两端均转动连接于所述机架上。

4.根据权利要求3所述的机器人关节，其特征在于：所述机架包括两个固定长板，两个所述固定长板垂直交叉且固定连接为一体；所述第一驱动环的两端分别转动连接于一个所述固定长板的两端，所述第二驱动环的两端分别转动连接于另一个所述固定长板的两端。

5.一种机器人仿生髋关节，其特征在于：包括两个权利要求1～4任意一项所述的机器人关节，两个所述机器人关节固定连接且对称设置。

6.根据权利要求5所述的机器人仿生髋关节，其特征在于：两个所述机架、两个所述偏移驱动装置、两个所述俯仰驱动装置以及两个所述转动驱动装置分别关于中心点中心对称设置。

7.根据权利要求6所述的机器人仿生髋关节，其特征在于：两个所述机架平行且具备间隔的设置，所述偏移驱动装置和所述俯仰驱动装置的动力源均为电机，各所述电机均固定设置于两个所述机架之间，所述转动驱动装置以及各所述电机的重心均与所述中心点位于同一平面上。

8.根据权利要求7所述的机器人仿生髋关节，其特征在于：还包括四个固定夹，各所述固定夹的两端分别固定连接于两个所述机架上，四个所述固定夹两两关于所述中心点中心对称设置，四个所述电机分别固定连接于四个所述固定夹上。

9.根据权利要求8所述的机器人仿生髋关节，其特征在于：所述固定夹包括两个相对设置的抱箍，两个所述抱箍的一端均一体连接于一个所述机架上，另一端能够拆卸的连接于另一个所述机架上，两个所述抱箍之间抱紧所述电机。

10.一种机器人，其特征在于：包括：权利要求1～4任意一项所述的机器人关节或权利要求5～9任意一项所述的机器人仿生髋关节。

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