CN205872233U - 具有零点位置检测功能的仿人机器人关节机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有零点位置检测功能的仿人机器人关节机构，其中，所述仿人机器人包括髋关节机构和踝关节机构，所述髋关节机构包括用于连接大腿和躯干的髋关节连接组件、用于驱动所述髋关节连接组件的驱动组件以及用于检测髋关节零点位置的检测组件，所述踝关节机构包括用于连接小腿和脚掌的踝关节连接组件、用于驱动所述踝关节连接组件的驱动组件以及用于检测踝关节零点位置的检测组件。本实用新型提供的一种具有零点位置检测功能的仿人机器人关节机构，能够在仿人机器人通电后自动检测髋关节和踝关节的零点位置，并将髋关节和踝关节回转至检测得到的零点位置。

Description

具有零点位置检测功能的仿人机器人关节机构

技术领域

本实用新型涉及仿人机器人领域，具体涉及一种具有零点位置检测功能的仿人机器人关节机构。

背景技术

在仿人机器人的技术领域中，仿人机器人稳定的行走步态实验一直是研究的热点和难点。而在进行步态实验之前，对仿人机器人各关节(髋关节、踝关节等)的零点位置进行定位是一项必备工作。现阶段，受到仿人机器人各关节体积大小和结构设计难度的限制，大多采用外置定位装置给机器人进行实验前的零点位置定位工作。而外置定位装置受限于精度较高的加工、装配要求，每次均需要经历安装卸载机器人等繁琐的过程，给实验过程带来诸多不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有零点位置检测功能的仿人机器人关节机构，能够在仿人机器人通电后自动检测髋关节和踝关节的零点位置，并将髋关节和踝关节回转至检测到的零点位置。

为实现上述目的，本实用新型提供一种具有零点位置检测功能的仿人机器人关节机构，所述仿人机器人关节机构包括髋关节机构和踝关节机构，所述髋关节机构包括用于连接大腿和躯干的髋关节连接组件、用于驱动所述髋关节连接组件的驱动组件以及用于检测髋关节零点位置的检测组件，所述踝关节机构包括用于连接小腿和脚掌的踝关节连接组件、用于驱动所述踝关节连接组件的驱动组件以及用于检测踝关节零点位置的检测组件，其中：所述髋关节连接组件和所述踝关节连接组件中均包括十字件和主支撑件，所述十字件包括中心件、两个第一零件、两个第二零件以及两个第三零件，所述两个第一零件分别与所述中心件相连，所述两个第二零件分别与所述两个第一零件对应相连，所述两个第三零件分别与所述中心件相连；用于检测髋关节零点位置的检测组件和用于检测踝关节零点位置的检测组件的结构相同，均包括两个磁铁和两个霍尔检测器，所述两个磁铁分别固定于所述两个第三零件上，所述两个霍尔检测器均固定于所述主支撑件上，其中，每个磁铁分别与一个霍尔检测器配套使用，每个霍尔检测器中均包括两个探头，所述两个探头分别位于所述磁铁的两侧并与所述磁铁相隔预设角度。

进一步地，所述十字件中的各个相连的部件之间均通过定位销进行定位，并通过螺栓进行固定连接。

进一步地，所述髋关节连接组件和所述踝关节连接组件中还包括谐波减速器和电机端盖，其中，所述十字件的一端与所述谐波减速器的柔轮通过螺栓固定相连，所述十字件的另一端通过轴和轴承与所述主支撑件相连，所述谐波减速器的钢轮和所述主支撑件之间通过螺栓固定连接，所述电机端盖和所述主支撑件之间通过螺栓固定连接。

进一步地，用于驱动所述髋关节连接组件的驱动组件和用于驱动所述踝关节连接组件的驱动组件的结构相同，均包括从动带轮、从动带轮轴、电机、主动带轮轴和主动带轮，其中，所述从动带轮和所述从动带轮轴通过垫片和卡簧进行固定连接，所述电机和所述主动带轮轴通过顶丝进行固定连接，所述主动带轮轴和所述主动带轮通过垫片和卡簧进行固定连接，所述从动带轮和所述主动带轮之间通过同步齿形带进行传动。

进一步地，所述霍尔检测器中两个探头之间的夹角为20°。

进一步地，所述磁铁通过胶水固定于对应的第三零件上。

本实用新型提供的一种具有零点位置检测功能的仿人机器人关节机构，通过髋关节连接组件可以连接大腿和躯干，通过踝关节连接组件可以连接小腿和脚掌。在检测髋关节和踝关节分别对应的零点位置时，可以在所述仿人机器人的驱动组件中的电机运转时，记录两个霍尔检测器分别输出的信号值，该信号值可以由磁铁与探头之间的距离来决定。在信号值最大时电机对应的位置可以是磁铁与其中一个探头最接近的位置，这样，将电机从该位置处反向转动两个探头之间夹角的一半角度，从而可以使得磁铁位于两个探头正中间。在这种情况下，仿人机器人的双腿能够竖直站立，髋关节和踝关节与竖直面也可以保持平行状态，从而能够在仿人机器人通电后自动检测髋关节和踝关节的零点位置，并将髋关节和踝关节回转至检测得到的零点位置。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1为本申请实施方式提供的一种具有零点位置检测功能的仿人机器人的髋关节机构的结构示意图；

图2为本申请实施方式提供的一种具有零点位置检测功能的仿人机器人的踝关节机构的结构示意图；

图3为本申请实施方式中十字件的结构示意图；

图4为本申请实施方式中检测组件的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。

本申请实施方式提供一种具有零点位置检测功能的仿人机器人关节机构，所述仿人机器人关节机构包括髋关节机构和踝关节机构。图1为本申请实施方式提供的一种具有零点位置检测功能的仿人机器人的髋关节机构的结构示意图。图2为本申请实施方式提供的一种具有零点位置检测功能的仿人机器人的踝关节机构的结构示意图。请参阅图1和图2，所述髋关节机构包括用于连接大腿和躯干的髋关节连接组件、用于驱动所述髋关节连接组件的驱动组件以及用于检测髋关节零点位置的检测组件，所述踝关节机构包括用于连接小腿和脚掌的踝关节连接组件、用于驱动所述踝关节连接组件的驱动组件以及用于检测踝关节零点位置的检测组件。

在本实施方式中，所述髋关节连接组件和所述踝关节连接组件中均包括十字件1和主支撑件4。图3为本申请实施方式中十字件的结构示意图。图4为本申请实施方式中检测组件的结构示意图。请参阅图1至图4，所述十字件包括中心件10、两个第一零件11、两个第二零件12以及两个第三零件13，所述两个第一零件11分别与所述中心件10相连，所述两个第二零件12分别与所述两个第一零件11对应相连，所述两个第三零件13分别与所述中心件10相连。在本实施方式中，所述十字件中的各个相连的部件之间均通过定位销进行定位，并通过螺栓进行固定连接。

在本实施方式中，所述髋关节连接组件和所述踝关节连接组件中还包括谐波减速器2和电机端盖3，其中，所述十字件1的一端与所述谐波减速器2的柔轮通过螺栓固定相连，所述十字件1的另一端通过轴和轴承与所述主支撑件4相连，所述谐波减速器2的钢轮和所述主支撑件4之间通过螺栓固定连接，所述电机端盖3和所述主支撑件4之间通过螺栓固定连接。所述电机端盖3可以用于封盖所述电机7，以避免所述电机7在工作时引入过多的灰尘。

在本实施方式中，用于驱动所述髋关节连接组件的驱动组件和用于驱动所述踝关节连接组件的驱动组件的结构相同，均包括从动带轮5、从动带轮轴6、电机7、主动带轮轴8和主动带轮9，其中，所述从动带轮5和所述从动带轮轴6通过垫片和卡簧进行固定连接，所述电机7和所述主动带轮轴8通过顶丝进行固定连接，所述主动带轮轴8和所述主动带轮9通过垫片和卡簧进行固定连接，所述从动带轮5和所述主动带轮9之间通过同步齿形带14进行传动。

在本实施方式中，用于检测髋关节零点位置的检测组件和用于检测踝关节零点位置的检测组件的结构相同，均包括两个磁铁32和两个霍尔检测器31，所述两个磁铁32分别固定于所述两个第三零件13上，所述两个霍尔检测器31均固定于所述主支撑件4上，其中，每个磁铁分别与一个霍尔检测器配套使用，每个霍尔检测器中均包括两个探头311、312，所述两个探头311、312分别位于所述磁铁32的两侧并与所述磁铁32相隔预设角度。具体地，在本实施方式中，所述霍尔检测器中两个探头311、312之间的夹角为20°，所述磁铁32通过胶水固定于对应的第三零件13上。

在本实施方式中，通过所述十字件1中的各个部件，所述髋关节连接组件和踝关节连接组件可以与仿人机器人中对应的部位进行连接。在电机7的带动下，主动带轮轴8可以进行转动，从而可以使得主动带轮9能够进行转动。主动带轮9通过同步齿形带14带动从动带轮5转动。这样，从动带轮轴6便可以带动十字件1进行转动，从而可以使得仿人机器人身体的各个部位进行活动。

在本实施方式中，随着髋关节连接组件和踝关节连接组件的转动，固定于第三零件13上的磁铁32也会随之转动。由于固定于主支撑件4上的霍尔检测器31是固定不动的，因此所述磁铁32会在两个探头311、312之间进行往复的运行。当磁铁靠近其中一个探头时，霍尔检测器输出的信号值会由低变高，而当磁铁远离探头时，霍尔检测器输出的信号值便会由高变低。这样，在磁铁进行往复运动时，霍尔检测器输出的信号值也会往复变化。其中，信号值最大时对应的位置是磁铁最接近其中一个探头的位置。这样，在本实施方式中可以记录下霍尔检测器输出的信号值中信号值最大时电机对应的目标转动位置，在该目标转动位置处，磁铁与其中一个探头最接近。当磁铁位于两个探头中间的位置时，可以对应髋关节或者踝关节的零点位置。这样，在记录了所述目标转动位置之后，可以将所述电机从所述目标转动位置反向转动两个探头之间夹角的一半角度，从而达到所述仿人机器人的髋关节和踝关节对应的零点位置。例如，在本实施方式中，两个探头之间的夹角为20°，这样，所述电机只需反向转动10°，便可以使得磁铁位于两个探头之间的中心位置，而该中心位置也正好对应着髋关节或者踝关节的零点位置。

在本实施方式中，首先可以将仿人机器人吊装在辅助支架上并缓慢抬高，使仿人机器人处于近似直立站立状态。这时仿人机器人各关节转角均已经靠近零点位置，相应地，此时磁铁位于霍尔检测器的两个探头之间。

然后可以给仿人机器人通电，电机会按照计算机的指定程序，向一个方向缓慢旋转一定角度。当磁铁靠近一个探头时，霍尔检测器的输出信号值会由低变高；当磁铁远离该探头时，霍尔检测器的输出信号值会由高变低。计算机可以记录下这一过程中输出信号值最大时电机对应的目标转动位置。

最后，计算机可以向电机发出指令，使电机从所述目标转动位置处反向转动10°，从而达到各个关节对应的零点位置。

由上可见，本实用新型提供的一种具有零点位置检测功能的仿人机器人关节机构，通过髋关节连接组件可以连接大腿和躯干，通过踝关节连接组件可以连接小腿和脚掌。在检测髋关节和踝关节分别对应的零点位置时，可以在所述仿人机器人的驱动组件中的电机运转时，记录两个霍尔检测器分别输出的信号值，该信号值可以由磁铁与探头之间的距离来决定。在信号值最大时电机对应的位置可以是磁铁与其中一个探头最接近的位置，这样，将电机从该位置处反向转动两个探头之间夹角的一半角度，从而可以使得磁铁位于两个探头正中间。在这种情况下，仿人机器人的双腿能够竖直站立，髋关节和踝关节与竖直面也可以保持平行状态，从而能够在仿人机器人通电后自动检测髋关节和踝关节的零点位置，并将髋关节和踝关节回转至检测得到的零点位置。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种具有零点位置检测功能的仿人机器人关节机构，所述仿人机器人关节机构包括髋关节机构和踝关节机构，其特征在于，所述髋关节机构包括用于连接大腿和躯干的髋关节连接组件、用于驱动所述髋关节连接组件的驱动组件以及用于检测髋关节零点位置的检测组件，所述踝关节机构包括用于连接小腿和脚掌的踝关节连接组件、用于驱动所述踝关节连接组件的驱动组件以及用于检测踝关节零点位置的检测组件，其中：

所述髋关节连接组件和所述踝关节连接组件中均包括十字件和主支撑件，所述十字件包括中心件、两个第一零件、两个第二零件以及两个第三零件，所述两个第一零件分别与所述中心件相连，所述两个第二零件分别与所述两个第一零件对应相连，所述两个第三零件分别与所述中心件相连；

用于检测髋关节零点位置的检测组件和用于检测踝关节零点位置的检测组件的结构相同，均包括两个磁铁和两个霍尔检测器，所述两个磁铁分别固定于所述两个第三零件上，所述两个霍尔检测器均固定于所述主支撑件上，其中，每个磁铁分别与一个霍尔检测器配套使用，每个霍尔检测器中均包括两个探头，所述两个探头分别位于所述磁铁的两侧并与所述磁铁相隔预设角度。

2.根据权利要求1所述的仿人机器人关节机构，其特征在于，所述十字件中的各个相连的部件之间均通过定位销进行定位，并通过螺栓进行固定连接。

3.根据权利要求1所述的仿人机器人关节机构，其特征在于，所述髋关节连接组件和所述踝关节连接组件中还包括谐波减速器和电机端盖，其中，所述十字件的一端与所述谐波减速器的柔轮通过螺栓固定相连，所述十字件的另一端通过轴和轴承与所述主支撑件相连，所述谐波减速器的钢轮和所述主支撑件之间通过螺栓固定连接，所述电机端盖和所述主支撑件之间通过螺栓固定连接。

4.根据权利要求1所述的仿人机器人关节机构，其特征在于，用于驱动所述髋关节连接组件的驱动组件和用于驱动所述踝关节连接组件的驱动组件的结构相同，均包括从动带轮、从动带轮轴、电机、主动带轮轴和主动带轮，其中，所述从动带轮和所述从动带轮轴通过垫片和卡簧进行固定连接，所述电机和所述主动带轮轴通过顶丝进行固定连接，所述主动带轮轴和所述主动带轮通过垫片和卡簧进行固定连接，所述从动带轮和所述主动带轮之间通过同步齿形带进行传动。

5.根据权利要求1所述的仿人机器人关节机构，其特征在于，所述霍尔检测器中两个探头之间的夹角为20°。

6.根据权利要求1所述的仿人机器人关节机构，其特征在于，所述磁铁通过胶水固定于对应的第三零件上。