CN209870593U - 一种仿人双足机器人机械结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种仿人双足机器人机械结构，其特征在于，包括头、躯干、上肢和下肢。且头部与躯干通过舵机固定支架连接；单上肢由肩关节，大臂，肘关节，小臂，腕关节和手部组成，且上肢和躯干通过肩关节翻滚驱动电机传动轴相连接；单下肢由髋关节，大腿，膝关节，小腿，踝关节和足部组成，且下肢和躯干通过髋关节翻滚驱动电机传动轴相连接；躯干将四肢和头部连接成一个整体，且其内部可安置由控制板，舵机驱动板等组成的控制组件；本实用新型的有益效果在于头通过颈关节可实现俯仰和偏航两个方向转动，即可实现点头和摇头动作；上肢可实现类人的抬手，举手，前后摇手等动作；下肢可实现仿人步行动作；制造成本低。

Description

一种仿人双足机器人机械结构

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种仿人双足机器人机械结构。

背景技术

仿人机器人是一种涉及仿生学，动力学，控制理论等多领域高度交叉的综合机器人，其关键技术包含了仿生机构设计，关节驱动设计，协调运动规划，稳定平衡控制等内容。仿人双足机器人具有灵活的运动行走能力和强劲的越障能力，能够适应各种复杂地形，因而能够在多种环境下工作，具有很高学术价值和应用价值。

现在市场上多是身长在30cm到40cm的小型仿人机器人作为科教娱乐产品进入人类生活中，并未以服务型机器人的定位出现。并且现行小型仿人机器人由于体小质轻，通常将足部脚掌设计得足够大即可使其具有很好的稳定性。然而正因为如此，控制算法在小型仿人机器人机械结构上难以体现。因此中大型仿人双足机器人研究具有宽阔的前景。但是具有更多实际社会价值和科研意义的中大型仿人机器人的关键技术仍掌握在少数公司和科研机构手中，并且造价十分昂贵。

实用新型内容

基于此，本实用新型提出一种仿人双足机器人机械结构，该仿人双足机器人结构可划分为头部，上肢，下肢和躯干四个部分。其中，头部(总长约10cm)由颈部关节和头组成，且头部与躯干通过舵机固定支架连接；单上肢(总长约35cm)由肩关节，大臂，肘关节，小臂，腕关节和手部组成，且上肢和躯干通过肩关节翻滚驱动电机传动轴相连接；单下肢(总长约75cm)由髋关节，大腿，膝关节，小腿，踝关节和足部组成，且下肢和躯干通过髋关节翻滚驱动电机传动轴相连接；躯干(总长约30cm)将四肢和头部连接成一个整体，且其内部可安置由控制板，舵机驱动板等组成的电控系统。为降低成本，在上述关节中，除头部，肘关节和腕关节使用小型舵机，其余关节均使用型号为“XJD-X1”的大扭矩铝合金舵机。

头通过颈关节可实现俯仰和偏航两个方向转动，即可实现点头和摇头动作。上肢通过肩关节可实现俯仰和翻滚两个方向转动，肘关节可实现俯仰方向转动，腕关节可实现翻滚转动，结合可实现类人的抬手，举手，前后摇手等动作。下肢通过髋关节可实现俯仰和翻滚两个方向转动，膝关节可实现俯仰转动，踝关节可实现可实现俯仰和翻滚两个方向转动，结合可实现仿人步行动作(包括抬腿，屈膝，调整足部等)。制造成本低，大幅度降低制造成本。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种仿人双足机器人机械结构，其特征在于，包括头、躯干、上肢和下肢；所述头通过颈部活动组件安装在躯干上端，上肢和下肢分别安装在躯干上；

颈部活动组件，包括颈部俯仰关节和颈部翻滚关节，头以及颈部俯仰关节和颈部翻滚关节自上而下依次设置，颈部翻滚关节与躯干相接；颈部俯仰关节和颈部翻滚关节处还对应设有颈部俯仰驱动和颈部转动驱动，分别用于驱动颈部进行左右摆动以及转动操作；

躯干，包括躯干支架、安装在躯干支架内的控制组件以及安装在躯干支架上的肢体驱动组件；所述肢体驱动组件的控制端电性连接安装在躯干支架内的控制组件；所述肢体驱动组件包括肩关节翻滚驱动和髋关节翻滚驱动；肩关节翻滚驱动包括左肩关节翻滚驱动和右肩关节翻滚驱动；所述髋关节翻滚驱动包括左髋关节翻滚驱动和右髋关节翻滚驱动；

上肢，包括结构相同相对设置的左上肢和右上肢，左上肢和右上肢安装在躯干上部，且分别设于躯干的左右两侧；所述左上肢包括大臂、左手肘关节驱动、小臂、左腕关节和右手从上到下依次连接；所述大臂上端通过左肩前后摆动关节驱动连接左肩连接件，所述左肩连接件另一端安装在躯干支架上并通过传动轴与左肩关节翻滚驱动相接；

下肢，包括结构相同相对设置的左下肢和右下肢，所述左下肢和右下肢安装在躯干下部，且分别设于躯干的左右两侧；所述左下肢包括从上而下依次连接的左髋关节俯仰驱动、大腿、左膝关节驱动、小腿、左踝部驱动和足部，所述左髋关节俯仰驱动与安装在躯干上的左髋关节翻滚驱动通过连接件连接。

优选的，所述小臂和大臂通过传动轴铰接形成可以活动的关节，小臂一端固定在传动轴上，传动轴一端安装在大臂上轴承座内，另一端与安装大臂上的左手肘关节驱动相接，左手肘关节驱动工作带动小臂运动。

优选的，所述左手肘关节驱动采用大扭矩铝合金舵机。

优选的，所述小臂和左手通过左腕关节相接，所述左腕关节包括两个分别控制机器人左手前后转动和左右转动的舵机，两个舵机协同控制机器人左腕关节的活动。

优选的，所述大腿和小腿通过传动轴铰接形成可以活动的关节，小腿一端固定在传动轴上，传动轴一端安装在大腿上轴承座内，另一端与安装大臂上的左手肘关节驱动相接，左膝关节驱动带动小腿运动。

优选的，所述小腿通过左踝部驱动和足部相接，所述左踝部驱动包括左踝部俯仰驱动和左踝部左右驱动；左踝部俯仰驱动和左踝部左右驱动配合驱动足部完成俯仰、翻滚活动的操作。

本实用新型的有益效果在于：(1)头通过颈关节可实现俯仰和偏航两个方向转动，即可实现点头和摇头动作；

(2)上肢通过肩关节可实现俯仰和翻滚两个方向转动，肘关节可实现俯仰方向转动，腕关节可实现翻滚转动，结合可实现类人的抬手，举手，前后摇手等动作；

(3)下肢通过髋关节可实现俯仰和翻滚两个方向转动，膝关节可实现俯仰转动，踝关节可实现可实现俯仰和翻滚两个方向转动，结合可实现仿人步行动作(包括抬腿，屈膝，调整足部等)；

(4)制造成本低。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型后侧视结构示意图。

图3是本实用新型头和躯干结构示意图。

图4是本实用新型左上肢后侧视结构示意图。

图5是本实用新型左下肢后侧视结构示意图。

图中：1-头，2-躯干，3-左上肢，4-右上肢，5-左下肢，6-右下肢，7-传动轴，8-足部，11-颈部俯仰关节，12-颈部翻滚关节，31-左肩前后摆动关节驱动，32-左手肘关节驱动，33-左腕关节，34-左肩关节翻滚驱动，35-左手，36-大臂，37-小臂，38-左肩连接件，39-大扭矩铝合金舵机，41-右肩前后摆动关节驱动，42-右手肘关节驱动，43-右腕关节，44-右肩关节翻滚驱动，45-右手，51-左髋关节俯仰驱动，52-左膝关节驱动，53-左踝部俯仰驱动，54-左髋关节翻滚驱动，55-大腿，56-小腿，57-左踝部左右驱动，61-右髋关节俯仰驱动，62-右膝关节驱动，63-右踝部俯仰驱动，64-右髋关节翻滚驱动。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是,本实用新型可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式，本文所使用的术语“上端”、“下端”、“左侧”、“右侧”、“前端”、“后端”以及类似的表达是参考附图的位置关系。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

如图所示，一种仿人双足机器人机械结构，其特征在于，包括头1、躯干2、上肢和下肢；所述头1通过颈部活动组件安装在躯干2上端，上肢和下肢分别安装在躯干2上；

颈部活动组件，包括颈部俯仰关节11和颈部翻滚关节12，头1以及颈部俯仰关节11和颈部翻滚关节12自上而下依次设置，颈部翻滚关节12与躯干2相接；颈部俯仰关节11和颈部翻滚关节12处还对应设有颈部俯仰驱动和颈部转动驱动，分别用于驱动颈部进行左右摆动以及转动操作；

躯干2，包括躯干支架、安装在躯干支架内的控制组件以及安装在躯干支架上的肢体驱动组件；所述肢体驱动组件的控制端电性连接安装在躯干支架内的控制组件；所述肢体驱动组件包括肩关节翻滚驱动和髋关节翻滚驱动；肩关节翻滚驱动包括左肩关节翻滚驱动34和右肩关节翻滚驱动；所述髋关节翻滚驱动包括左髋关节翻滚驱动54和右髋关节翻滚驱动；

上肢，包括结构相同相对设置的左上肢3和右上肢4，左上肢3和右上肢4安装在躯干2上部，且分别设于躯干2的左右两侧；所述左上肢3包括大臂36、左手35肘关节驱动32、小臂37、左腕关节33和右手从上到下依次连接；所述大臂36上端通过左肩前后摆动关节驱动31连接左肩连接件38，所述左肩连接件38另一端安装在躯干支架上并通过传动轴7与左肩关节翻滚驱动34相接；

所述左上肢3包括大臂、小臂、右肩前后摆动关节驱动41、右手肘关节驱动42、右腕关节43、右肩关节翻滚驱动44和右手45。

下肢，包括结构相同相对设置的左下肢5和右下肢6，所述左下肢5和右下肢6安装在躯干2下部，且分别设于躯干2的左右两侧；所述左下肢5包括从上而下依次连接的左髋关节俯仰驱动51、大腿55、左膝关节驱动52、小腿56、左踝部驱动和足部8，所述左髋关节俯仰驱动51与安装在躯干2上的左髋关节翻滚驱动54通过连接件连接。

所述右下肢6包括从上而下依次连接的右髋关节俯仰驱动61、大腿、右膝关节驱动62、小腿、右踝部驱动(右踝部俯仰驱动63和右踝部左右驱动)和足部8，所述右髋关节俯仰驱动61与安装在躯干2上的左髋关节翻滚驱动64通过连接件连接。

进一步地，小臂37和大臂36通过传动轴7铰接形成可以活动的关节，小臂37一端固定在传动轴7上，传动轴7一端安装在大臂36上轴承座内，另一端与安装大臂36上的左手35肘关节驱动32相接，左手35肘关节驱动32工作带动小臂37运动。

进一步地，左手35肘关节驱动32采用大扭矩铝合金舵机39。

进一步地，小臂37和左手35通过左腕关节33相接，所述左腕关节33包括两个分别控制机器人左手35前后转动和左右转动的舵机，两个舵机协同控制机器人左腕关节33的活动。

进一步地，大腿55和小腿56通过传动轴7铰接形成可以活动的关节，小腿56一端固定在传动轴7上，传动轴7一端安装在大腿55上轴承座内，另一端与安装大臂36上的左手35肘关节驱动32相接，左膝关节驱动52带动小腿56运动。

进一步地，小腿56通过左踝部驱动和足部8相接，所述左踝部驱动包括左踝部俯仰驱动53和左踝部左右驱动57；左踝部俯仰驱动53和左踝部左右驱动57配合驱动足部8完成俯仰、翻滚活动的操作。

本实用新型是以舵机“XJD-X1”和小型舵机作为关节驱动舵机设计的由头1，躯干2，上肢，下肢组成的仿人双足机器人。其中，头1由两个小型舵机串联构成的颈部俯仰关节11和颈部翻滚关节12以及头1组成，再与铝板加工成的躯干2相连。单上肢由大舵机和定制铝板结构构成的肩部翻滚关节，肩部俯仰关节，铝板加工成的大臂36，肘关节以及铝板加工成的小臂37，小舵机构成的腕关节，铝板加工成的手通过定制铝板结构串联组成，再通过肩部翻滚关节与躯干2相连。单下肢由大舵机和定制铝板结构构成的髋部翻滚关节，髋部俯仰关节，铝板加工成的大腿55，膝关节，铝板加工成的小腿56，踝部俯仰关节，踝部翻滚关节，定制铝板结构构成的足部8串联组成，再通过髋部翻滚关节与躯干2相连。

本实施例中经测量机器人总身长约115cm，重50kg，其外形结构和驱动关节均与人体类似，属于中型仿人双足机器人。

本实用新型的有益效果在于：头1通过颈关节可实现俯仰和偏航两个方向转动，即可实现点头和摇头动作。上肢通过肩关节可实现俯仰和翻滚两个方向转动，肘关节可实现俯仰方向转动，腕关节可实现翻滚转动，结合可实现类人的抬手，举手，前后摇手等动作。下肢通过髋关节可实现俯仰和翻滚两个方向转动，膝关节可实现俯仰转动，踝关节可实现可实现俯仰和翻滚两个方向转动，结合可实现仿人步行动作(包括抬腿，屈膝，调整足部8等)。制造成本低。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种仿人双足机器人机械结构，其特征在于，包括头、躯干、上肢和下肢；所述头通过颈部活动组件安装在躯干上端，上肢和下肢分别安装在躯干上；

颈部活动组件，包括颈部俯仰关节和颈部翻滚关节，头以及颈部俯仰关节和颈部翻滚关节自上而下依次设置，颈部翻滚关节与躯干相接；颈部俯仰关节和颈部翻滚关节处还对应设有颈部俯仰驱动和颈部转动驱动，分别用于驱动颈部进行左右摆动以及转动操作；

躯干，包括躯干支架、安装在躯干支架内的控制组件以及安装在躯干支架上的肢体驱动组件；所述肢体驱动组件的控制端电性连接安装在躯干支架内的控制组件；所述肢体驱动组件包括肩关节翻滚驱动和髋关节翻滚驱动；肩关节翻滚驱动包括左肩关节翻滚驱动和右肩关节翻滚驱动；所述髋关节翻滚驱动包括左髋关节翻滚驱动和右髋关节翻滚驱动；

上肢，包括结构相同相对设置的左上肢和右上肢，左上肢和右上肢安装在躯干上部，且分别设于躯干的左右两侧；所述左上肢包括大臂、左手肘关节驱动、小臂、左腕关节和右手从上到下依次连接；所述大臂上端通过左肩前后摆动关节驱动连接左肩连接件，所述左肩连接件另一端安装在躯干支架上并通过传动轴与左肩关节翻滚驱动相接；

下肢，包括结构相同相对设置的左下肢和右下肢，所述左下肢和右下肢安装在躯干下部，且分别设于躯干的左右两侧；所述左下肢包括从上而下依次连接的左髋关节俯仰驱动、大腿、左膝关节驱动、小腿、左踝部驱动和足部，所述左髋关节俯仰驱动与安装在躯干上的左髋关节翻滚驱动通过连接件连接。

2.根据权利要求1所述的一种仿人双足机器人机械结构，其特征在于，所述小臂和大臂通过传动轴铰接形成可以活动的关节，小臂一端固定在传动轴上，传动轴一端安装在大臂上轴承座内，另一端与安装大臂上的左手肘关节驱动相接，左手肘关节驱动工作带动小臂运动。

3.根据权利要求2所述的一种仿人双足机器人机械结构，其特征在于，所述左手肘关节驱动采用大扭矩铝合金舵机。

4.根据权利要求1所述的一种仿人双足机器人机械结构，其特征在于，所述小臂和左手通过左腕关节相接，所述左腕关节包括两个分别控制机器人左手前后转动和左右转动的舵机，两个舵机协同控制机器人左腕关节的活动。

5.根据权利要求1所述的一种仿人双足机器人机械结构，其特征在于，所述大腿和小腿通过传动轴铰接形成可以活动的关节，小腿一端固定在传动轴上，传动轴一端安装在大腿上轴承座内，另一端与安装大臂上的左手肘关节驱动相接，左膝关节驱动带动小腿运动。

6.根据权利要求5所述的一种仿人双足机器人机械结构，其特征在于，所述小腿通过左踝部驱动和足部相接，所述左踝部驱动包括左踝部俯仰驱动和左踝部左右驱动；左踝部俯仰驱动和左踝部左右驱动配合驱动足部完成俯仰、翻滚活动的操作。