CN217801796U - 机器人腰关节及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机器人腰关节及机器人。机器人腰关节包括：第一支撑件和第二支撑件，第一支撑件和第二支撑件相对设置，且分别用于与机器人的不同身体部位连接；至少三个音圈电机，位于第一支撑件和第二支撑件之间，音圈电机包括能够相对滑动的定子和动子，各音圈电机的动子连接于第一支撑件，各音圈电机的定子连接于第二支撑件，且各音圈电机的定子和动子的相对滑动方向平行于第一支撑件和第二支撑件的相对方向；至少三个音圈电机的各动子在第一支撑件上的连接位置不共线。本实用新型的机器人腰关节及机器人结构简单且易于控制。

Description

机器人腰关节及机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及机器人腰关节及机器人。

背景技术

仿生机器人，即仿真机器人，指是以模仿真人为目的制造的机器人，随着科技的发展而逐渐出现的仿生机器人可以为人们服务，为生活提供便利。在仿生机器人中，腰部关节的主要作用是连接下肢与躯干，并为下肢和躯干提供活动自由度。相关技术中，腰部关节通常采用液压驱动源驱动连杆机构等来实现，然而，相关技术中的利用液压原理的腰部关节结构复杂控制难度较大。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有机器人中腰关节结构复杂控制难度较大的技术问题，提供一种结构简单、易于控制的机器人腰关节及机器人。

本申请实施例第一方面提供一种机器人腰关节，包括：

第一支撑件和第二支撑件，第一支撑件和第二支撑件相对设置，且分别用于与机器人的不同身体部位连接；

至少三个音圈电机，位于第一支撑件和第二支撑件之间，音圈电机包括能够相对滑动的定子和动子，各音圈电机的动子连接于第一支撑件，各音圈电机的定子连接于第二支撑件，且各音圈电机的定子和动子的相对滑动方向平行于第一支撑件和第二支撑件的相对方向；

至少三个音圈电机的各动子在第一支撑件上的连接位置不共线。

在其中一个实施例中，各音圈电机的动子的轴线方向平行于第一支撑件和第二支撑件的相对方向。

在其中一个实施例中，音圈电机的数量为4个，以4个音圈电机的动子与第一支撑件的连接位置为顶点的四边形为方形。

在其中一个实施例中，音圈电机还包括壳体，壳体和动子均被构造为一端具有开口的筒状件，壳体的背离自身开口的端部连接在第二支撑件上，动子的背离自身开口的端部连接在第一支撑件上；

定子插设并固定在壳体内，且定子的周向外表面和壳体的周向内表面之间形成环状的滑动空间，定子插入动子内时，动子的筒壁位于滑动空间内。

在其中一个实施例中，机器人腰关节还包括缓冲件，缓冲件连接在第一支撑件和第二支撑件之间，以用于对第一支撑件和第二支撑件的相对运动提供缓冲力。

在其中一个实施例中，缓冲件包括至少一个压缩弹簧，压缩弹簧的两端分别与第一支撑件和第二支撑件的相对的两个表面连接。

在其中一个实施例中，压缩弹簧的数量与音圈电机的数量相同，且各音圈电机的周向外侧均套接有压缩弹簧。

在其中一个实施例中，缓冲件包括柔性铰链，柔性铰链的两端分别与第一支撑件和第二支撑件的相对的两个表面连接，且柔性铰链位于各音圈电机围成的区域之内。

在其中一个实施例中，第一支撑件和第二支撑件的轮廓边缘位置均设有避让缺口，且第一支撑件和第二支撑件上的避让缺口相对设置。

本申请实施例第一方面提供一种机器人，包括至少一个上述的机器人腰关节。

上述的机器人腰关节及机器人的有益效果：

通过在第一支撑件和第二支撑件之间设置至少三个音圈电机，各音圈电机的动子和定子分别与第一支撑件和第二支撑件连接，且各音圈电机的定子和动子的相对滑动方向平行于第一支撑件和所述第二支撑件的相对方向，这样一来，其中任意一个音圈电机动作时，第一支撑件上与该音圈电机动子相连的部位相对于第二支撑件发生移动。

在此过程中，可以通过音圈电机的收缩和拉长、即动子相对于定子的移动来控制第一支撑件和第二支撑件的相对运动，以控制腰部的姿势。此处，通过音圈电机极大的简化了腰关节的复杂程度，与液压装置对多个机械连杆机构的控制相比，音圈电机的控制简单，响应速度高，这也简化了腰关节的控制难度。并且还规避了液压装置漏油的问题。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的机器人腰关节的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的机器人腰关节的主视图；

图3为本申请一实施例提供的机器人腰关节的俯视图；

图4为沿图3的A-A线的剖视图；

图5为图4的B处的局部放大图；

图6为本申请一实施例提供的机器人腰关节中音圈电机的控制电路的电路图；

图7为本申请一实施例提供的机器人腰关节的另一种结构的示意图；

图8为本申请一实施例提供的机器人的结构示意图。

附图标号说明：

100、机器人腰关节；10、第一支撑件；20、第二支撑件；30、音圈电机；31、动子；311、线圈；312、动子主体；313、插装槽；32、定子；33、动子在第一支撑件上的连接位置；34、壳体；50、缓冲件；51、压缩弹簧；52、弹性支撑垫；60、避让缺口；

200、机器人；210、上躯干；220、下躯干；230、头部；240、四肢。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“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。

图1为本申请一实施例提供的机器人腰关节的结构示意图，图2为本申请一实施例提供的机器人腰关节的主视图。图3为本申请一实施例提供的机器人腰关节100的俯视图，图4为沿图3的A-A线的剖视图。图5为图4的B处的局部放大图，图6为本申请一实施例提供的机器人腰关节中音圈电机的控制电路的电路图，图7为本申请一实施例提供的机器人腰关节的另一种结构的示意图。

参照图1至图5，本申请一实施例提供一种机器人腰关节100，包括：

第一支撑件10和第二支撑件20，第一支撑件10和第二支撑件20相对设置，且分别用于与机器人的不同身体部位连接；

至少三个音圈电机30，位于第一支撑件10和第二支撑件20之间，各音圈电机30的动子31连接于第一支撑件10，各音圈电机30的定子32连接于第二支撑件20，且各音圈电机30的定子32和动子31的相对滑动方向平行于第一支撑件10和第二支撑件20的相对方向；

至少三个音圈电机30的各动子31在第一支撑件10上的连接位置33不共线。

在上述方案中，通过在第一支撑件10和第二支撑件20之间设置至少三个音圈电机30，各音圈电机30的动子31和定子32分别与第一支撑件10和第二支撑件20连接，且各音圈电机30的定子32和动子31的相对滑动方向平行于第一支撑件10和第二支撑件20的相对方向，这样一来，其中任意一个音圈电机30动作时，第一支撑件10上与该音圈电机30动子31相连的部位相对于第二支撑件20发生移动。

由于至少三个音圈电机30的各动子31在第一支撑件10上的连接位置不共线，这样，只要至少一个音圈电机30动作，就能够驱动对第一支撑件10上对应连接部位相对于第二支撑件20运动；而通过第一支撑件10上与音圈电机的不同连接部位(与音圈电机30动子31的连接部位)的相互作用，就可以实现第一支撑件10相对于第二支撑件20的运动。

具体地，本申请音圈电机30被设置为用于缓冲第一支撑件10和第二支撑件20之间的振动。参考如图6所示的音圈电机30的控制电路，其中Vc表示线圈311的电压，Vs表示传感器测量出的电压，Vin表示输入电压(外部电源)。通过调整和控制Vin，使得传感器测量电压Vs接近于0，输入电压Vin可以和线圈电压Vc对抗抵消，相当于输入电压Vin在线圈311上产生一个跟Vc对应的运动磁场相反的磁场，这样音圈电机30就可以在第一支撑件10和第二支撑件20之间起到类似阻尼的作用。

在此过程中，可以通过音圈电机30的收缩和拉长、即动子31相对于定子32的移动来控制第一支撑件10和第二支撑件20的相对运动，以控制腰部的姿势。此处，通过音圈电机30极大的简化了机器人腰关节100的复杂程度，与液压装置对多个机械连杆机构的控制相比，对各音圈电机30的控制简单，响应速度高，这也简化了机器人腰关节100的控制难度。并且还规避了液压装置漏油的问题。

其中，第一支撑件10和第二支撑件20可以相对设置，例如，第一支撑件10和第二支撑件20均可以被构造为呈板状，则板状的第一支撑件10和板状的第二支撑件20可以彼此的板面相面对布置。当然，第一支撑件10和第二支撑件20的具体外轮廓形状包括但不限于为板状，还可以是圆台状等形状。

本申请实施例中，第一支撑件10和第二支撑件20可以分别用于与机器人的不同身体部位连接，具体实现时，可以将机器人的躯干分为上躯干210和下躯干220(参见后述图8)，第一支撑件10用于和上躯干210连接，第二支撑件20用于和下躯干220连接，当然，本申请不限于此，也可以第一支撑件10用于和下躯干220连接，第二支撑件20用于和上躯干210连接，或者也可以是第一支撑件10和第二支撑件20分别连接上躯干210和两个下肢等。

本申请实施例中，至少三个音圈电机30可以位于第一支撑件10和第二支撑件20之间，即至少三个音圈电机30被夹持在第一支撑件10和第二支撑件20之间。

继续参照图3、图4，各音圈电机30的动子31连接于第一支撑件10上的不同位置，是指各音圈电子的动子31在第一支撑件10上的连接位置33不能重合，而各音圈电机30的定子32连接于第二支撑件20时，连接位置也可以不重合。

本申请实施例中，至少三个音圈电机30的各动子31在第一支撑件10上的连接位置33不共线，这里，各音圈电机30的各动子31在第一支撑件10上的连接位置33可以不在一条直线上，例如，可以如图3所示那样，各连接位置33环绕第一支撑件10的中心布置。或者也可以其中三个连接位置共线，剩余的连接位置位于这三个连接位置所在的直线之外。需要注意的是，至少三个音圈电机30的各动子31在第一支撑件10上的连接位置33不共线时，只要至少一个音圈电机30动作时，就能够通过音圈电机30的动子31改变第一支撑件10和第二支撑件20的相对运动状态。

可以理解的是，音圈电机30的数量可以根据实际需要设置，只要不小于3个即可，此处以机器人腰关节100包括4个音圈电机30为例进行说明。另外，音圈电机30的数量为更多的情况与4个的情况类似，以下不再赘述。

具体的，音圈电机30的数量为4个时，以4个音圈电机30的动子31与第一支撑件10的连接位置为顶点的四边形M为方形，示例性的可以为正方形。这样的位置关系，便于四个音圈电机30对第一支撑件10的支撑力较为均衡，易于控制第一支撑件10相对于第二支撑件20的移动姿态。

本申请实施例中，可以使各音圈电机30的动子31的轴线方向平行于第一支撑件10和第二支撑件20的相对方向D。在第二支撑件20为板状件的情况下，各个定子32的轴线方向均垂直于第二支撑件20。这样，在各动子31在第一支撑件10上的连接位置33与各定子32在第二支撑件20上的连接位置一一对应。

以下参照图4、图5详细说明音圈电机30与第一支撑件10和第二支撑件20的连接方式。具体的，音圈电机30除了上述的动子31和定子32外，还包括壳体34，壳体34和动子31均被构造为一端具有开口的筒状件，壳体34的背离自身开口的端部连接在第二支撑件20上，动子31的背离自身开口的端部连接在第一支撑件10上；

定子32插设并固定在壳体34内，且定子32的周向外表面和壳体34的周向内表面之间形成环状的滑动空间N，定子32插入动子31内时，动子31的筒壁位于滑动空间N内。

具体的，定子32通过设置在壳体34上的开口固定安装在壳体34内，以使定子32和壳体34相对固定，定子32为永磁体。动子31可以包括动子主体312和线圈311，动子主体312上开设有供定子32插入的插装槽313，线圈311绕制在动子主体312外表面上，从而使动子31整体形成为具有开口的筒状结构。

定子32从动子主体312的插装槽313的槽口进入动子主体312的插装槽313内部。当线圈311通电时，动子31可以相对于定子32沿着定子32的轴线方向滑动。在图5的例示中，动子主体312背离第二支撑件20的端部与第一支撑件10固定连接。

本申请实施例中，参照图1、图2，机器人腰关节100还包括缓冲件50，缓冲件50连接在第一支撑件10和第二支撑件20之间，以用于对第一支撑件10和第二支撑件20的相对运动提供缓冲力。

示例性的，缓冲件50可以包括至少一个压缩弹簧51，压缩弹簧51的两端分别与第一支撑件10和第二支撑件20的相对的两个表面连接。压缩弹簧51可以在第一支撑件10相对于第二支撑件20运动时起到减震作用。

示例性的，压缩弹簧51的数量与音圈电机30的数量相同，且各音圈电机30的周向外侧均套接有压缩弹簧51。

在另一些实施例中，缓冲件50可以包括柔性铰链，柔性铰链例如可以是弹性支撑垫52，柔性铰链的两端分别与第一支撑件10和第二支撑件20的相对的两个表面连接，且柔性铰链可以位于各音圈电机30围成的区域之内。或者，在其它一些实施例中，缓冲件可以同时包括压缩弹簧51和柔性铰链。

在图1所示的机器人腰关节100中，至少一个音圈电机30动作时，音圈电机的动子31相对于定子32沿定子32的轴线方向移动，此时第一支撑件10可以相对于第二支撑件20进行翻转，可以对应于机器人的弯腰等动作。在此过程中，缓冲件50起到缓冲作用。

可以理解的是，上述以缓冲件50包括压缩弹簧51和弹性支撑垫52为例进行来说明，缓冲件50也可以如图7所示那样，仅包括压缩弹簧51。

另外，本申请实施例中，第一支撑件10和第二支撑件20的轮廓边缘位置可以均设有避让缺口60，且第一支撑件10和第二支撑件20上的避让缺口60相对设置。这样便于机器人中上躯干210和下躯干220之间的电连接线等穿过该避让缺口60布置。

图8为本申请一实施例提供的机器人的结构示意图。

参照图8，本申请还提供一种机器人200，包括上述的机器人腰关节100。机器人腰关节100的结构、功能、工作原理等已经前面进行过详细说明，此处不再赘述。

可以理解的是，这里的机器人200可以是仿生机器人。

机器人200可以包括头部230、躯干以及四肢240，头部230和四肢240分别连接在躯干上。

躯干可以包括上躯干210和下躯干220，四肢240中的两条手臂和头部230可以连接在上躯干210上。四肢240中的两条腿部可以连接在下躯干220上。上述的机器人腰关节100连接在上躯干210和下躯干220之间。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机器人腰关节，其特征在于，包括：

第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和所述第二支撑件相对设置，且分别用于与机器人的不同身体部位连接；

至少三个音圈电机，位于所述第一支撑件和所述第二支撑件之间，所述音圈电机包括能够相对滑动的定子和动子，各所述音圈电机的动子连接于所述第一支撑件，各所述音圈电机的定子连接于所述第二支撑件，且各所述音圈电机的所述定子和所述动子的相对滑动方向平行于所述第一支撑件和所述第二支撑件的相对方向；

所述至少三个音圈电机的各所述动子在所述第一支撑件上的连接位置不共线。

2.根据权利要求1所述的机器人腰关节，其特征在于，各所述音圈电机的动子的轴线方向平行于所述第一支撑件和所述第二支撑件的相对方向。

3.根据权利要求2所述的机器人腰关节，其特征在于，所述音圈电机的数量为4个，以4个所述音圈电机的动子与所述第一支撑件的连接位置为顶点的四边形为方形。

4.根据权利要求1所述的机器人腰关节，其特征在于，所述音圈电机还包括壳体，所述壳体和所述动子均被构造为一端具有开口的筒状件，所述壳体的背离自身开口的端部连接在所述第二支撑件上，所述动子的背离自身开口的端部连接在所述第一支撑件上；

所述定子插设并固定在所述壳体内，且所述定子的周向外表面和所述壳体的周向内表面之间形成环状的滑动空间，所述定子插入所述动子内时，所述动子的筒壁位于所述滑动空间内。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的机器人腰关节，其特征在于，所述机器人腰关节还包括缓冲件，所述缓冲件连接在所述第一支撑件和所述第二支撑件之间，以用于对所述第一支撑件和所述第二支撑件的相对运动提供缓冲力。

6.根据权利要求5所述的机器人腰关节，其特征在于，所述缓冲件包括至少一个压缩弹簧，所述压缩弹簧的两端分别与所述第一支撑件和所述第二支撑件的相对的两个表面连接。

7.根据权利要求6所述的机器人腰关节，其特征在于，所述压缩弹簧的数量与所述音圈电机的数量相同，且各所述音圈电机的周向外侧均套接有所述压缩弹簧。

8.根据权利要求5所述的机器人腰关节，其特征在于，所述缓冲件包括柔性铰链，所述柔性铰链的两端分别与所述第一支撑件和所述第二支撑件的相对的两个表面连接，且所述柔性铰链位于各所述音圈电机围成的区域之内。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的机器人腰关节，其特征在于，所述第一支撑件和所述第二支撑件的轮廓边缘位置均设有避让缺口，且第一支撑件和所述第二支撑件上的所述避让缺口相对设置。

10.一种机器人，其特征在于，包括至少一个如权利要求1～9中任一项所述的机器人腰关节。

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