CN115816426B - 一种仿人机器人的模块化颈部 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种仿人机器人的模块化颈部，属于机器人技术领域，包括绳索、活动平台、二自由度并联机构、绳索预紧机构、转动平台、第一绕绳转筒、第二绕绳转筒、壳体和驱动机构，本发明的颈部装置通过绳索结合转筒及运动链组能够满足三自由度的颈部运动，能够将机器人的颈部装置模块化，通过活动平台连接不同的机器人头部；通过设置运动链组，采用动滑轮原理，在二自由度运动方向进行张力和刚度放大，确保机构轻量化以及紧凑小巧的同时，不丢失张力和刚度；通过设置绳索预紧机构，解决了绳索多次拉伸后由于绳索本身的特性所引起的绳索本身变长的问题。

Description

一种仿人机器人的模块化颈部

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种仿人机器人的模块化颈部。

背景技术

随着服务机器人应用场景的复杂化和多样化，对仿人服务机器人的需求也从完成简单重复的机械动作转向和谐自然的人机交互，其中仿人机器人颈部的设计往往面临着柔顺性差、通用性低以及维护成本高等问题。

为解决柔顺性差问题，现有技术采用绳驱动方式开发机器人颈部，绳驱动方式具有刚柔耦合的特点，且通过长距离传动的优势，使其质量轻、惯量小。但由于现大多数是采用弹簧或采用多连杆方式，该方式实用性差且维护成本高。

现有技术CN217256310U公开了一种仿生机器人的颈部结构，通过第一电机带动整体装置转动，实现机器人的摆头动作，然后通过第二电机带动转轴和第二齿轮转动，第二齿轮通过第一齿轮带动立柱和第一调节块转动，实现机器人的点头与抬头动作，使用灵活，同时在点头过程中通过传动板发生转动；通过设置防撞弧形板在装置受到冲击时能够对冲击力进行缓冲，通过滑杆带动弹簧在缓冲件内进行收缩，能够对装置整体起到保护作用；该装置结构简单，连杆传动进行点头或抬头动作，实用性差且转动范围有限，整体结构容易损坏。

综上，现有技术中机器人的颈部结构不方便使用，维护成本高；而且柔顺性差，可活动范围小，也存在不适合匹配其他机器人部位的问题。

发明内容

本发明为克服以上技术问题，提供一种仿人机器人的模块化颈部，本发明的技术方案如下：一种仿人机器人的模块化颈部，包括绳索、活动平台、二自由度并联机构、绳索预紧机构、转动平台、第一绕绳转筒、第二绕绳转筒、壳体和驱动机构；

所述二自由度并联机构两端分别与活动平台、转动平台铰接，所述二自由度并联机构包括连接机构、第一运动链组结合部和第二运动链组结合部，所述第一运动链组结合部与第二运动链组结合部交错设置，所述第一运动链组结合部与第二运动链组结合部均包括两个运动链组，所述绳索预紧机构安装在转动平台上，所述第一绕绳转筒、第二绕绳转筒、转动平台均与壳体转动连接，所述驱动机构安装在壳体上，所述驱动机构的输出端分别与转动平台、第一绕绳转筒、第二绕绳转筒连接；

所述绳索包括第一绳索和第二绳索，所述第一绳索中部环绕连接第一绕绳转筒，第一绳索两端分别绕设第一运动链组结合部后与绳索预紧机构连接，所述第二绳索中部环绕连接第二绕绳转筒，第二绳索两端分别绕设第二运动链组结合部后与绳索预紧机构连接。

即第一绳索两端分别绕设第一运动链组结合部的一个运动链组后与绳索预紧机构连接，第一绳索端部分别绕设的两个运动链组相对设置，

所述第二绳索中部环绕连接第二绕绳转筒，第二绳索两端分别绕设第二运动链组结合部的一个运动链组后与绳索预紧机构连接，第二绳索端部分别经过另两个运动链组相对设置。。

优选的，所述运动链组沿转动平台周向均匀布置，第一运动链组结合部的两个运动链组相对设置，第二运动链组结合部的两个运动链组相对设置，第一运动链组结合部的水平面的连线与第二运动链组结合部水平面的连线互相垂直。

优选的，所述运动链组包括动滑轮组、定滑轮组、定滑轮组保持架、动滑轮组保持架，

所述动滑轮组设置在动滑轮组保持架内，所述动滑轮组保持架与活动平台连接，所述动滑轮组保持架下端活动连接有第一导向架，

所述定滑轮组设置在定滑轮组保持架内，所述定滑轮组保持架与转动平台连接，所述定滑轮组两侧分别设置有出口绕绳滑轮、入口绕绳滑轮，所述出口绕绳滑轮和入口绕绳滑轮均用于绳索绕设，所述滑轮组保持架上端活动连接有第二导向架，所述第一导向架、第二导向架均开设有导向孔用于穿设绳索；

第一绳索和第二绳索分别依次绕设在入口绕绳滑轮、定滑轮组、动滑轮组、出口绕绳滑轮后，第一绳索和第二绳索的端部伸出定滑轮组保持架与绳索预紧机构连接。

优选的，所述活动平台下端安装有第一定位架，所述动滑轮组保持架与第一定位架铰接，

所述转动平台上端安装有第二定位架，所述定滑轮组保持架与第二定位架铰接，所述第二定位架与定滑轮组保持架连通，且第二定位架位于靠近入口绕绳滑轮的一侧，所述第二定位架内设置有定位架绕绳滑轮用于绳索绕设，所述第二定位架下方设置有贯穿转动平台的通孔，所述通孔用于绳索穿入第二定位架内。

优选的，所述动滑轮组设有两个动滑轮，所述定滑轮组设有三个定滑轮。

优选的，所述连接机构包括三个连杆，且三个连杆之间螺旋布置，所述连杆的两端通过虎克铰分别与活动平台、转动平台铰接。

优选的，所述虎克铰通过圆柱销分别与连杆、活动平台、转动平台铰接，所述圆柱销上设有虎克铰轴承。

优选的，所述转动平台下部固定安装有转动连接件，所述转动连接件侧壁安装有换向滑轮，所述转动连接件下部与驱动机构连接，所述转动连接件底部与壳体转动连接，所述第一绳索和第二绳索绕过滑轮与运动链组连接。

优选的，所述驱动机构包括固定在壳体内的第一电机、第二电机和第三电机，所述第一绕绳转筒下部套接有第一传动齿轮，所述第二绕绳转筒下部套接有第二传动齿轮，所述转动连接件底部套接有第三传动齿轮，

所述第一电机的输出端套接有与第一传动齿轮啮合的第一齿轮，所述第二电机的输出端套接有与第二传动齿轮啮合的第二齿轮，所述第三电机的输出端套接有与第三传动齿轮啮合的第一齿轮。

优选的，所述第一传动齿轮和第一齿轮之间、第二传动齿轮和第二齿轮之间、第三传动齿轮和第一齿轮之间均设有惰轮，所述惰轮底部与壳体连接，所述惰轮与壳体之间设有惰轮轴承。

优选的，所述第一绕绳转筒套设转动连接件下部，所述第二绕绳转筒套设第一绕绳转筒下部。

优选的，所述第一绕绳转筒和转动连接件之间设有第一转筒轴承，所述第二绕绳转筒和第一绕绳转筒之间设有第二转筒轴承，所述第二绕绳转筒与壳体之间设有转筒外轴承。

优选的，所述转动连接件底部与壳体之间设有深沟球轴承。

优选的，所述壳体包括驱动机构侧板和驱动机构底板，所述驱动机构侧板和驱动机构底板用于放置驱动机构。

优选的，所述绳索预紧机构包括中空螺丝、锁紧螺母和预紧支架，所述预紧支架安装在转动平台上，所述中空螺丝穿过预紧支架设置，所述绳索其中一个端部伸入中空螺丝内与中空螺丝连接，所述锁紧螺母套接在中空螺丝上用于对中空螺丝锁紧。

优选的，所述活动平台上端安装有接口模块，所述接口模块包括上接口公块、下接口公块和两个接口母块，所述上接口公块、下接口公块均贯通开设有六个环绕中心分布的螺栓孔，所述活动平台上端开设有三个环绕中心分布的螺栓孔，所述下接口公块用于与活动平台连接，所述上接口公块用于连接机器人头部，两个所述接口母块套设在上接口公块、下接口公块外侧，且两个接口母块连接。

一种机器人，包括如前述中任一项所述的机器人颈部装置。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明提供了一种仿人机器人的模块化颈部，

1、本发明的颈部装置通过绳索结合转筒及运动链组能够满足三自由度的颈部运动，能够将机器人的颈部装置模块化，通过活动平台连接不同的机器人头部；

2、本发明通过设置运动链组，采用动滑轮原理，在二自由度运动方向进行张力和刚度放大，确保机构轻量化以及紧凑小巧的同时，不丢失张力和刚度。

3、本发明通过设置绳索预紧机构，解决了绳索多次拉伸后由于绳索本身的特性所引起的绳索本身变长的问题。

4、本发明通过设置齿轮和惰轮传动，可以通过改变惰轮和齿轮的位置从而改变电机布置从而改变整体形状，便于应用不同形状需求的模块。

5、本发明通过设置接口模块实现头部与颈部间不需特定接口固定，且该模块加工要求低，节省成本。

附图说明

图1为本发明颈部装置正视结构示意图；

图2为本发明颈部装置俯视结构示意图；；

图3为本发明颈部装置立体结构示意图；

图4为本发明颈部装置另一立体结构示意图；

图5为本发明颈部装置内部结构示意图；

图6为本发明第一绕绳转筒与第一绳索装配部分结构示意图；

图7为本发明第二绕绳转筒与第二绳索装配部分结构示意图；

图8为本发明转动平台部位结构示意图；

图9为本发明连接机构爆炸结构示意图；

图10为本发明绕绳转筒与转动齿轮装配结构示意图；

图11为本发明转动连接件、第一绕绳转筒和第二绕绳转筒爆炸结构示意图；

图12为本发明接口模块爆炸结构示意图；

图13为本发明机器人初始状态结构示意图；

图14为本发明机器人摇头状态结构示意图；

图15为本发明机器人摆头状态结构示意图；

图16为本发明机器人另一摆头状态结构示意图；

其中：100、机器人头部；1、第一绳索；2、第二绳索；3、活动平台；4、二自由度并联机构；5、绳索预紧机构；6、转动平台；7、第一绕绳转筒；8、第二绕绳转筒；9、壳体；10、第一传动齿轮；11、第三传动齿轮；12、深沟球轴承；13、驱动机构；

131、第一电机；132、第二电机；133、第三电机；

14、驱动机构侧板；15、惰轮；16、惰轮轴承；17、驱动机构底板；18、运动链组；19、转动连接件；20、换向滑轮；21、转筒外轴承；22、第二传动齿轮；231、第一齿轮；232、第二齿轮；233、第三齿轮；24、虎克铰；25、连杆；26、圆柱销；27、虎克铰轴承；29、第一转筒轴承；30、第二转筒轴承；

31、动滑轮组；32、第一定位架；33、第一导向架；34、第二导向架；35、定滑轮组；36、定滑轮组保持架；37、第二定位架；38、定位架绕绳滑轮；39、出口绕绳滑轮；40、动滑轮组保持架；41、入口绕绳滑轮；42、中空螺丝；43、锁紧螺母；44、预紧支架；45、上接口公块；46、下接口公块；47、接口母块。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1：

如图1-16所示，一种仿人机器人的模块化颈部，参考图1-8，包括绳索、活动平台3、二自由度并联机构4、绳索预紧机构5、转动平台6、第一绕绳转筒7、第二绕绳转筒8、壳体9和驱动机构13；

二自由度并联机构4两端分别与活动平台3、转动平台6铰接，二自由度并联机构4包括连接机构、第一运动链组结合部和第二运动链组结合部，第一运动链组结合部与第二运动链组结合部交错设置，第一运动链组结合部与第二运动链组结合部均包括两个运动链组18，绳索预紧机构5安装在转动平台6上，第一绕绳转筒7、第二绕绳转筒8、转动平台6均与壳体9转动连接，驱动机构13安装在壳体9上，驱动机构13的输出端分别与转动平台6、第一绕绳转筒7、第二绕绳转筒8连接；

绳索包括第一绳索1和第二绳索2，第一绳索1中部环绕连接第一绕绳转筒7，第一绳索1两端分别绕设第一运动链组结合部后与绳索预紧机构5连接，第二绳索2中部环绕连接第二绕绳转筒8，第二绳索2两端分别绕设第二运动链组结合部后与绳索预紧机构5连接。

在具体实施过程中，二自由度并联机构4与活动平台3以及转动平台6为铰接，可以使得活动平台6呈现空间上的二自由度运动，实现活动平台3向左右、前后方向摆动，来模拟人类颈部的左右摆头、点头、仰头的行为；转动平台6与外壳9为转动连接关系，即外壳9是静止状态，转动平台6转动实现摇头单自由度运动，因此颈部装置具有三自由度；绳索预紧机构5能够固定绳索端部的位置，而且能够防止多次拉伸绳索变形。

第一绳索7对应两个运动链组18连接，且两个运动链组18不相邻处于相对的位置；第二绳索8对应另外两个运动链组18，该两个运动链组18不相邻；连接机构用于连接活动平台3和转动平台6，起到传动并且稳固支撑的作用，设置在运动链组18内侧，会随着活动平台3倾斜而倾斜；

参考图15，当驱动机构13驱动第一绕绳转筒7转动时，由于第一绳索1中间部分环绕在第一绕绳转筒7上，所以第一绳索1随着第一绕绳转筒7的转动，转动后，由于第一绳索1的两端分别绕设在其中两个不相邻的运动链组18上，且端部均与绳索预紧机构5固定连接，则会导致第一绳索1一端拉伸，另一端收缩，从而使得两个运动链组18倾斜，由于调节结构18与活动平台3铰接，此时转动平台6处于定位状态，所以第一绳索1收缩端会带动其绕设的运动链组18倾斜，从而使活动平台3倾斜，拉伸端绕设的运动链组18会向另一个运动链组18倾斜，整体上，活动平台3向第一绳索1收缩处倾斜，形成向收缩处方向的摆动，模拟颈部的摆动动作；同理，改变第一绕绳转筒7的转动方向，即可朝向另一端摆动；

参考图16，当驱动机构13驱动第二绕绳转筒8转动时，由于第二绳索2中间部分环绕在第二绕绳转筒8上，所以第二绳索2随着第二绕绳转筒8的转动，转动后，由于第二绳索2的两端分别绕设在另外两个不相邻的运动链组18上，且端部均与绳索预紧机构5固定连接，则会导致第二绳索2一端拉伸，另一端收缩，从而使得两个运动链组18倾斜，由于调节结构18与活动平台3铰接，此时转动平台6处于定位状态，所以第二绳索2收缩端会带动其绕设的运动链组18倾斜，从而使活动平台3倾斜，拉伸端绕设的运动链组18会向另一个运动链组18倾斜，整体上，活动平台3向第二绳索2收缩处倾斜，形成向收缩处方向的摆动，模拟颈部的摆动动作；同理，改变第二绕绳转筒8的转动方向，即可朝向另一端摆动；

采用两个绳索结合四个运动链组，在驱动机构13带动第一绕绳转筒7、第二绕绳转筒8的情况下，活动平台3可以朝向前后左右四个方向摆动，从而模拟颈部的摆动；

参考图14，驱动机构13带动转动平台6转动时，连接机构会带动活动平台3一起转动，由于转动平台6、第一绕绳转筒7、第二绕绳转筒8之间相互独立，所以当转动平台6转动时，为了防止运动链组18转动使得绳索伸缩造成影响，所以需要驱动机构13带动第一绕绳转筒7、第二绕绳转筒8与转动平台6一起转动，转动方向和速度一致，从而实现转动平台3的转动，模拟颈部的转动。

实施例2：

参考图1-16，在一种可选的实施例中，运动链组18包括动滑轮组31、定滑轮组35、定滑轮组保持架36、动滑轮组保持架40，

参考图3-4和8，动滑轮组31设置在动滑轮组保持架40内，动与活动平台3连接，动滑轮组保持架40下端活动连接有第一导向架33，

定滑轮组35设置在定滑轮组保持架36内，定滑轮组保持架36与转动平台6连接，定滑轮组35两侧分别设置有出口绕绳滑轮39、入口绕绳滑轮41，出口绕绳滑轮39和入口绕绳滑轮41均用于绳索绕设，滑轮组保持架36上端活动连接有第二导向架34，第一导向架33、第二导向架34均开设有导向孔用于穿设绳索；

第一绳索1和第二绳索2分别依次绕设在入口绕绳滑轮41、定滑轮组35、动滑轮组31、出口绕绳滑轮39后，第一绳索1和第二绳索2的端部伸出定滑轮组保持架36与绳索预紧机构5连接。

具体实施过程中，绳索两端穿出绕绳转筒后，端部先绕设在入口绕绳滑轮41上，防止绳索滑移与摩擦，也起到变向作用，然后绕过定滑轮组35得第一个定滑轮先绕过定滑轮组35的第一个定滑轮使得绳索向上进入第二导向架34中的第一个对应导向孔，再进入第一导向架33的第一个对应导向孔进入到动滑轮组31中的第一个动滑轮使得绳索换向向下进入第一导向架33的第二个对应导向孔，再进入到第二导向架34中的第二个对应导向孔进入到定滑轮组35的第二个定滑轮中使得绳索换向向上进入第二导向架34中第三个对应导向孔，再进入第一导向架33的第三个对应导向孔绕过动滑轮组的第二个动滑轮并换向进入到第一导向架33的第四个对应导向孔，再进入到第二导向架34中的第四个对应导向孔，

根据定滑轮和动滑轮的数量依次重复上述过程，最后绕过定滑轮组35的最后一个定滑轮后，再绕过出口绕绳滑轮39，为了保证绳索不与出口产生滑移与摩擦，然后从定滑轮组保持架36出口中出来进入到绳索预紧机构5实现绳索的预紧；

当绳索随着绕绳转筒转动时产生拉力，绳索会在动滑轮组31和定滑轮组35上转动，从而实现两端分别收缩、拉伸，实现对运动链组18的带动，从而带动活动平台3实现倾斜，完成颈部的摆动。

更进一步地实施例中，活动平台3下端安装有第一定位架32，动滑轮组保持架40与第一定位架32铰接，

转动平台6上端安装有第二定位架37，定滑轮组保持架36与第二定位架37铰接，第二定位架37与定滑轮组保持架36连通，且第二定位架37位于靠近入口绕绳滑轮41的一侧，第二定位架37内设置有定位架绕绳滑轮38用于绳索绕设，第二定位架37下方设置有贯穿转动平台6的通孔，通孔用于绳索穿入第二定位架37内。

设置定位架能够更好的稳定连接，其中第二定位架37位于靠近入口绕绳滑轮41的一侧，设置的定位架绕绳滑轮38能够在绳索穿出绕绳转筒之后进行绕设，从而更方便的改变绳索走向进入定滑轮组保持架36内，然后与入口绕绳滑轮41连接。

更进一步地实施例中，参考图9，连接机构包括三个连杆25，且三个连杆25之间螺旋布置，连杆25的两端通过虎克铰24分别与活动平台3、转动平台6铰接，三个连杆25之间螺旋设置，形成三螺旋结构，连杆25采用异形，相较于直杆转动更方便，连杆25的顶端与底端不在一条竖直线上，一个连杆25的顶端与相邻连杆25的底端在一条垂直与转动平台6的直线上，依次类推，三个连杆25螺旋布置。

更进一步地实施例中，虎克铰24通过圆柱销26分别与连杆25、活动平台3、转动平台6铰接，圆柱销26上设有虎克铰轴承27，虎克铰轴承27减少摩擦，圆柱销26方便取下使虎克铰24脱离连接，方便维修。

实施例3：

参考图1-16，在一种可选的实施例中，转动平台6下部固定安装有转动连接件19，转动连接件19侧壁安装有换向滑轮20，转动连接件19下部与驱动机构13连接，转动连接件19底部与壳体9转动连接，第一绳索1和第二绳索2绕过滑轮20与运动链组18连接。

采用转动连接件19连接转动平台6，通过驱动机构13驱动转动连接件19转动，再带动转动平台6转动，通过安装换向滑轮20，伸缩穿出绕绳转筒时经过换向滑轮20与运动链组连接，有利于改变绳索的方向，提高传动的稳定性。

更进一步地实施例中，驱动机构13包括固定在壳体9内的第一电机131、第二电机132和第三电机133，第一绕绳转筒7下部套接有第一传动齿轮10，第二绕绳转筒8下部套接有第二传动齿轮22，转动连接件19底部套接有第三传动齿轮11，

第一电机131的输出端套接有与第一传动齿轮10啮合的第一齿轮231，第二电机132的输出端套接有与第二传动齿轮22啮合的第二齿轮232，第三电机133的输出端套接有与第三传动齿轮11啮合的第一齿轮233。

第一电机131的输出端转动，从而带动第一齿轮231转动，再带动与第一齿轮231其啮合的第一传动齿轮10转动，从而带动第一绕绳转筒7转动，完成对第一绕绳转筒7的驱动；同理，第二电机132用于驱动第二绕绳转筒8转动；第三电机133用于驱动转动连接件19转动，从而带动转动平台6转动。

更进一步地实施例中，第一传动齿轮10和第一齿轮231之间、第二传动齿轮22和第二齿轮232之间、第三传动齿轮11和第一齿轮233之间均设有惰轮15，惰轮15底部与壳体9连接，惰轮15与壳体9之间设有惰轮轴承16，惰轮15用于增加传动距离，方便内部位置的调整。

更进一步地实施例中，参考图10、11，第一绕绳转筒7套设在转动连接件19下部，第二绕绳转筒8套设在第一绕绳转筒7下部，三者之间套设有利于节省空间，维持转动的稳定性。

更进一步地实施例中，参考图11，第一绕绳转筒7和转动连接件19之间设有第一转筒轴承29，第二绕绳转筒8和第一绕绳转筒7之间设有第二转筒轴承30，第二绕绳转筒8与壳体9之间设有转筒外轴承21，减少摩擦，提高转动的稳定性。

更进一步地实施例中，参考图10，转动连接件19底部与壳体9之间设有深沟球轴承12，使转动连接件19与壳体12相对转动时更稳定。

更进一步地实施例中，壳体9包括驱动机构侧板14和驱动机构底板17，驱动机构侧板14和驱动机构底板17用于放置驱动机构13，壳体9分区域安装，有利于维修，方便拆卸。

实施例4：

参考图1-16，在一种可选的实施例中，参考图8，绳索预紧机构5包括中空螺丝42、锁紧螺母43和预紧支架44，预紧支架44安装在转动平台6上，中空螺丝42穿过预紧支架44设置，绳索其中一个端部伸入中空螺丝42内与中空螺丝42连接，锁紧螺母43套接在中空螺丝42上用于对中空螺丝42锁紧。

绳索从运动链组18绕设完成穿出后，进入中空螺丝42的空隙中与其连接，通过中空螺丝42与预紧支架44之间的旋进距离可以实现绳索的预紧，锁紧螺母43用于固定中空螺丝42的位置，防止受力后发生自转。绳索固定在中空螺丝42中的方法可以通过打绳结或涂胶水。

更进一步地实施例中，活动平台3上端安装有接口模块，接口模块包括上接口公块45、下接口公块46和两个接口母块47，上接口公块45、下接口公块46均贯通开设有六个环绕中心分布的螺栓孔，活动平台3上端开设有三个环绕中心分布的螺栓孔，下接口公块46用于与活动平台3连接，上接口公块46用于连接机器人头部100，两个接口母块47套设在上接口公块45、下接口公块46外侧，且两个接口母块47连接。

采用接口模块连接机器人头部100，实现颈部与头部的连接，将颈部的摆动、转动转化为头部的摆动与转动，上接口公块46用于连接机器人头部100，下接口公块46用于与活动平台3连接，上接口公块46与下接口公块46连接，从而将机器人头部100与活动平台3连接，两个接口母块47在上接口公块46与下接口公块46连接完成后，套设在外侧对其进行夹紧。

其中上接口公块45、下接口公块46具有六个螺栓孔，其中三个互不相邻的螺栓孔形成等边三角形，另外三个互不相邻的螺栓孔形成等边三角形，两三角形相邻顶点偏移45°便于机器人头部100实现正向安装，也可偏置45°安装，实现不同模块的更换。

更进一步地实施例中，上接口公块45、下接口公块46和两个接口母块47呈正方形圆角状，圆角和倒角边缘便于两个接口母块47合并时不需太高精度。

实施例5：

参考图1-16，在前述实施例的基础上，定滑轮组35中的定滑轮数量为3个，动滑轮组31的动滑轮数量为2；

其中n为绳索绕在滑轮组的匝数，当忽略绳索与滑轮间摩擦力时，从左侧输入绳索拉力T_in后，由于绳索属于连续的挠性元件，绳索上张力处处为T_in，绳索经滑轮换向后拉力发生了改变，即滑轮两端拉力方向相反使得两滑轮间的张力为：T_out＝nT_in。因此这里缠绕了定滑轮与动滑轮组数为3：2，一根绳绕4匝，使得张力放大4倍。

而当绳索在输入拉力T_in作用下发生位移Δx_in时，设绳索刚度K＝T_in/Δx_in，由于绳索伸长量总是等于伸缩量，所以动滑轮与定滑轮之间的位移为：Δx_out＝Δx_in/n。

即滑轮组间每根绳索的平均位移为Δx_out＝Δx_in/n，可见绳索位移Δx_in为滑轮组间位移Δx_out的n倍，即定滑轮和动滑轮间的输出刚度为：

因此定滑轮与动滑轮间的输出刚度为16倍。另外当滑轮组之间施加一定外力时，缠绕在滑轮组间的n匝绳索平均分配了外力，与单根绳索相比多匝绕绳不容易发生断裂，提高机构强度。

实施例6：

参考图1-16，在前述实施例的基础上，一种机器人，包括前述机器人颈部装置，参考图13-16，该机器人的头部结合本发明的颈部装置可以进行摇头、摆头的动作；符合人体头部运动点头与仰头各60°的范围要求，左右摆头各50°的范围要求。转动平台可进行360度的旋转，满足人体头部运动左右摇头各60°的范围要求。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种仿人机器人的模块化颈部，其特征在于：包括绳索、活动平台（3）、二自由度并联机构（4）、绳索预紧机构（5）、转动平台（6）、第一绕绳转筒（7）、第二绕绳转筒（8）、壳体（9）和驱动机构（13）；

所述二自由度并联机构（4）两端分别与活动平台（3）、转动平台（6）铰接，所述二自由度并联机构（4）包括连接机构、第一运动链组结合部和第二运动链组结合部，所述第一运动链组结合部与第二运动链组结合部交错设置，所述第一运动链组结合部与第二运动链组结合部均包括两个运动链组（18），所述绳索预紧机构（5）安装在转动平台（6）上，所述第一绕绳转筒（7）、第二绕绳转筒（8）、转动平台（6）均与壳体（9）转动连接，所述驱动机构（13）安装在壳体（9）上，所述驱动机构（13）的输出端分别与转动平台（6）、第一绕绳转筒（7）、第二绕绳转筒（8）连接；

所述绳索包括第一绳索（1）和第二绳索（2），所述第一绳索（1）中部环绕连接第一绕绳转筒（7），第一绳索（1）两端分别绕设第一运动链组结合部后与绳索预紧机构（5）连接， 所述第二绳索（2）中部环绕连接第二绕绳转筒（8），第二绳索（2）两端分别绕设第二运动链组结合部后与绳索预紧机构（5）连接；

所述运动链组（18）包括动滑轮组（31）、定滑轮组（35）、定滑轮组保持架（36）、动滑轮组保持架（40），

所述动滑轮组（31）设置在动滑轮组保持架（40）内，所述动滑轮组保持架（40）与活动平台（3）连接，所述动滑轮组保持架（40）下端活动连接有第一导向架（33），

所述定滑轮组（35）设置在定滑轮组保持架（36）内，所述定滑轮组保持架（36）与转动平台（6）连接，所述定滑轮组（35）两侧分别设置有出口绕绳滑轮（39）、入口绕绳滑轮（41），所述出口绕绳滑轮（39）和入口绕绳滑轮（41）均用于绳索绕设，所述定滑轮组保持架（36）上端活动连接有第二导向架（34），所述第一导向架（33）、第二导向架（34）均开设有导向孔用于穿设绳索；

第一绳索（1）和第二绳索（2）分别依次绕设在入口绕绳滑轮（41）、定滑轮组（35）、动滑轮组（31）、出口绕绳滑轮（39）后，第一绳索（1）和第二绳索（2）的端部伸出定滑轮组保持架（36）与绳索预紧机构（5）连接。

2.根据权利要求1所述的一种仿人机器人的模块化颈部，其特征在于：所述活动平台（3）下端安装有第一定位架（32），所述动滑轮组保持架（40）与第一定位架（32）铰接，

所述转动平台（6）上端安装有第二定位架（37），所述定滑轮组保持架（36）与第二定位架（37）铰接，所述第二定位架（37）与定滑轮组保持架（36）连通，且第二定位架（37）位于靠近入口绕绳滑轮（41）的一侧，所述第二定位架（37）内设置有定位架绕绳滑轮（38）用于绳索绕设，所述第二定位架（37）下方设置有贯穿转动平台（6）的通孔，所述通孔用于绳索穿入第二定位架（37）内。

3.根据权利要求1所述的一种仿人机器人的模块化颈部，其特征在于：所述连接机构包括三个连杆（25），且三个连杆（25）之间螺旋布置，所述连杆（25）的两端通过虎克铰（24）分别与活动平台（3）、转动平台（6）铰接。

4.根据权利要求1所述的一种仿人机器人的模块化颈部，其特征在于：所述转动平台（6）下部固定安装有转动连接件（19），所述转动连接件（19）侧壁安装有换向滑轮（20），所述转动连接件（19）下部与驱动机构（13）连接，所述转动连接件（19）底部与壳体（9）转动连接，所述第一绳索（1）和第二绳索（2）绕过换向滑轮（20）与运动链组（18）连接。

5.根据权利要求4所述的一种仿人机器人的模块化颈部，其特征在于：所述驱动机构（13）包括固定在壳体（9）内的第一电机（131）、第二电机（132）和第三电机（133），所述第一绕绳转筒（7）下部套接有第一传动齿轮（10），所述第二绕绳转筒（8）下部套接有第二传动齿轮（22），所述转动连接件（19）底部套接有第三传动齿轮（11），

所述第一电机（131）的输出端套接有与第一传动齿轮（10）啮合的第一齿轮（231），所述第二电机（132）的输出端套接有与第二传动齿轮（22）啮合的第二齿轮（232），所述第三电机（133）的输出端套接有与第三传动齿轮（11）啮合的第三齿轮（233）。

6.根据权利要求4所述的一种仿人机器人的模块化颈部，其特征在于：所述第一绕绳转筒（7）套设在转动连接件（19）下部，所述第二绕绳转筒（8）套设在第一绕绳转筒（7）下部。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种仿人机器人的模块化颈部，其特征在于：所述绳索预紧机构（5）包括中空螺丝（42）、锁紧螺母（43）和预紧支架（44），所述预紧支架（44）安装在转动平台（6）上，所述中空螺丝（42）穿过预紧支架（44）设置，所述绳索其中一个端部伸入中空螺丝（42）内与中空螺丝（42）连接，所述锁紧螺母（43）套接在中空螺丝（42）上用于对中空螺丝（42）锁紧。

8.根据权利要求7所述的一种仿人机器人的模块化颈部，其特征在于：所述活动平台（3）上端安装有接口模块，所述接口模块包括上接口公块（45）、下接口公块（46）和两个接口母块（47），所述上接口公块（45）、下接口公块（46）均贯通开设有六个环绕中心分布的螺栓孔，所述活动平台（3）上端开设有三个环绕中心分布的螺栓孔，所述下接口公块（46）用于与活动平台（3）连接，所述上接口公块（45）用于连接机器人头部（100），两个所述接口母块（47）套设在上接口公块（45）、下接口公块（46）外侧，且两个接口母块（47）连接。

9.一种机器人，其特征在于：包括如权利要求1-8中任一项所述的一种仿人机器人的模块化颈部。