三自由度活動關節機構及仿生機器人制造技術

本發明專利技術適用于機器人領域，提供了一種三自由度活動關節機構，旨在解決現有技術中機器人之頸部活動的順應性問題，并提供傾側、俯仰和橫擺動作。該三自由度活動關節機構用于仿生機器人中以模擬人類的頸部活動，包括用于模擬頸椎的主支撐件、用于模擬頸部肌肉的副支撐件、驅動頭部部件運動的第一驅動器以及與副支撐件配合以驅動頭部部件運動的第二驅動器，主支撐件和副支撐件分別與頭部部件和軀干部件連接并由彈性材料制成。本發明專利技術還提供了一種具有上述關節機構的仿生機器人。本發明專利技術利用彈性材料制成的支撐件形成連續式關節機構以具有良好的順應性，并通過第一驅動器提供橫擺動作以及通過第二驅動器提供傾側和俯仰動作，以提供良好的安全性和真實感。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于機器人領域，尤其涉及一種三自由度活動關節機構以及具有該關節機構的仿生機器人。
技術介紹
研究模擬人類運動的仿生機器人是機器人
的重要課題，引起了眾多研究人員和學者的關注和興趣。在仿生機器人結構設計中，機器人各關節的合理設計非常重要，尤其是關節機構的順應性問題。例如，對于模仿頸部活動的機器人可以通過不同機械結構實現，常見的是通過單一球狀關節實現旋轉活動，這類結構的活動效果與人體頸部的實際關節組成存在差距，而且，該結構不能提供頸部活動的順應性，難以提供逼真的活動效果。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種三自由度活動關節機構及具有該關節機構的仿生機器人，旨在解決現有技術中機器人之頸部活動的順應性問題，并提供傾側、俯仰和橫擺動作。本專利技術實施例是這樣實現的，提供了一種三自由度活動關節機構，用于仿生機器人中以模擬人類的頸部活動，包括用于模擬人類之頸椎的主支撐件、用于模擬人類之頸部肌肉的副支撐件、驅動所述仿生機器人之頭部部件運動的第一驅動器以及與所述副支撐件配合以驅動所述頭部部件運動的第二驅動器，所述主支撐件和所述副支撐件分別與所述仿生機器人之頭部部件和軀干部件連接并由彈性材料制成。進一步地，所述第一驅動器和所述第二驅動器為電氣驅動器、液壓驅動器或者氣動驅動器。進一步地，所述三自由度活動關節機構還包括連接于所述軀干部件的第一連接件以及連接于所述頭部部件的第二連接件，所述主支撐件和所述副支撐件分別與所述第一連接件和所述第二連接件連接。進一步地，所述主支撐件的一端連接于所述第一連接件及另一端固定連接于所述第二連接件，所述副支撐件包括位于所述主支撐件周圍的第一支撐件和第二支撐件，所述第一支撐件和所述第二支撐件的一端分別固定連接于所述第二連接件，另一端與所述第一連接件相對活動并與所述第二驅動器配合。進一步地，所述主支撐件、所述第一支撐件和所述第二支撐件相互平行。進一步地，所述三自由度活動關節機構還包括連接于所述第二驅動器與所述第一支撐件之間或者連接于所述第二驅動器與所述第二支撐件之間的轉輪，所述轉輪與所述第一支撐件或者所述第二支撐件配合，所述第二驅動器帶動所述轉輪轉動以驅動所述第一支撐件或者所述第二支撐件上下移動并使所述頭部部件做俯仰或者傾側運動。進一步地，所述三自由度活動關節機構還包括連接于所述第二驅動器與所述第一支撐件之間或者連接于所述第二驅動器與所述第二支撐件之間的齒輪，所述第一支撐件和所述第二支撐件均設有與所述齒輪相互配合的配合部，所述第二驅動器帶動所述齒輪轉動以驅動所述第一支撐件或者所述第二支撐件上下移動并使所述頭部部件做俯仰或者傾側運動。進一步地，所述第一驅動器安裝于所述第一連接件與所述軀干部件之間以驅動所述關節機構旋轉并帶動所述頭部部件做橫擺運動。進一步地，所述第一驅動器安裝于所述第二連接件與所述頭部部件之間以驅動所述頭部部件做橫擺運動。本專利技術還提供了一種仿生機器人，包括頭部部件、軀干部件以及連接于所述頭部部件和所述軀干部件之間并用于模擬人類頸部運動的活動關節機構，所述活動關節機構為上述的三自由度活動關節機構。本專利技術的關節機構利用彈性材料制成的主支撐件、第一支撐件和第二支撐件以形成連續式關節機構，使該關節機構活動時接近人類的關節活動而且具有良好的順應性。本專利技術的關節機構通過第一驅動器提供橫擺動作以及通過第二驅動器提供傾側和俯仰動作，從而實現在與人相互接觸時能提供良好的安全性和真實感。附圖說明圖1是本專利技術第一實施例提供的三自由度活動關節機構的結構示意圖。圖2是本專利技術第一實施例提供的三自由度活動關節機構做俯仰和傾側運動的狀態示意圖。圖3是本專利技術第一實施例提供的三自由度活動關節機構的側向順應性示意圖。圖4 (a)是本專利技術第一實施例提供的三自由度活動關節機構做橫擺運動前的狀態示意圖。圖4 (b)是本專利技術第一實施例提供的三自由度活動關節機構做橫擺運動后的狀態示意圖。圖5是本專利技術第二實施例提供的三自由度活動關節機構的結構示意圖。圖6 (a)是本專利技術第二實施例提供的三自由度活動關節機構做橫擺運動前的狀態示意圖。圖6 (b)是本專利技術第二實施例提供的三自由度活動關節機構做橫擺運動后的狀態示意圖。圖7是本專利技術提供的一種第二驅動器與第一支撐件或者第二支撐件相互配合的正視示意圖。圖8是本專利技術提供的一種第二驅動器與第一支撐件或者第二支撐件相互配合的俯視不意圖。圖9是本專利技術提供的另一種第二驅動器與第一支撐件或者第二支撐件相互配合的正視示意圖。圖10 (a)是本專利技術第一實施例提供的三自由度活動關節機構的坐標系統示意圖。圖10 (b)是本專利技術第二實施例提供的三自由度活動關節機構的坐標系統示意圖。圖11是本專利技術第一或者第二實施例提供的三自由度活動關節機構的參數示意圖。具體實施例方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。請同時參照圖1和圖5，本專利技術提供的三自由度活動關節機構10連接于頭部部件和軀干部件之間，用于仿生機器人中以模擬人類的頸部活動。該關節機構10包括用于模擬人類之頸椎的主支撐件12、用于模擬人類之頸部肌肉的副支撐件13、驅動所述仿生機器人之頭部部件運動的第一驅動器16以及與所述副支撐件13配合以驅動所述頭部部件運動的第二驅動器17，所述主支撐件12和所述副支撐件13分別與所述仿生機器人之頭部部件和軀干部件連接并由彈性材料制成。該關節機構10利用彈性材料制成的主支撐件12和副支撐件13以形成連續式關節機構，使該關節機構10活動時接近人類的頸椎關節活動而且具有良好的順應性。順應性是指受外力作用下能改變機構的位置、形狀和姿態的能力。該關節機構10通過第一驅動器16提供橫擺動作以及通過第二驅動器17提供傾側和俯仰動作，從而實現在與人相互接觸時能提供良好的安全性和真實感。在本實施方式中，彈性材料為可彎曲且具有回彈能力的材料，例如，彈簧等。本專利技術的第一驅動器16和第二驅動器17采用常見的機器人驅動器，可以是電氣驅動器、液壓驅動器、氣動驅動器或者特種驅動器。電氣驅動器是利用電機產生的力或者力矩直接或者經過減速機構驅動機器人的關節，以獲得要求的位置、速度和加速度，可以是直流伺服電機、步進電機或者交流伺服電機，液壓驅動器可以是電液步進馬達或者油缸，氣動驅動器可以是氣缸或者氣動馬達，特種驅動器可以是壓電體、超聲波馬達、橡膠驅動器或者形狀記憶合金等。該關節機構10包括固定安裝第二驅動器17并連接于軀干部件的第一連接件14以及連接于頭部部件的第二連接件15。第二驅動器17固定安裝于第一連接件14上并位于第一連接件14和軀干部件之間以與主支撐件12相互配合。在本實施方式中，第一連接件14與第二連接件15相互平行。主支撐件12用于支撐該關節機構10，例如，仿生機器人的頸椎。副支撐件13用于輔助支撐關節機構10，例如，仿生機器人的頸部肌肉。主支撐件12和副支撐件13分別與第一連接件14和第二連接件15連接。主支撐件12 —端固定連接于第二連接件15，另一端連接于第一連接件14。副支撐件13的數量至少為兩件，該副支撐件13包括位于主支撐件12周圍的第一支撐件134和第二支撐件136，第一支撐件134和第本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三自由度活動關節機構，用于仿生機器人中以模擬人類的頸部活動，其特征在于，包括用于模擬人類之頸椎的主支撐件、用于模擬人類之頸部肌肉的副支撐件、驅動所述仿生機器人之頭部部件運動的第一驅動器以及與所述副支撐件配合以驅動所述頭部部件運動的第二驅動器，所述主支撐件和所述副支撐件分別與所述仿生機器人之頭部部件和軀干部件連接并由彈性材料制成。

【技術特征摘要】
1.一種三自由度活動關節機構，用于仿生機器人中以模擬人類的頸部活動，其特征在于，包括用于模擬人類之頸椎的主支撐件、用于模擬人類之頸部肌肉的副支撐件、驅動所述仿生機器人之頭部部件運動的第一驅動器以及與所述副支撐件配合以驅動所述頭部部件運動的第二驅動器，所述主支撐件和所述副支撐件分別與所述仿生機器人之頭部部件和軀干部件連接并由彈性材料制成。2.如權利要求1所述的三自由度活動關節機構，其特征在于，所述第一驅動器和所述第二驅動器為電氣驅動器、液壓驅動器或者氣動驅動器。3.如權利要求1所述的三自由度活動關節機構，其特征在于，還包括連接于所述軀干部件的第一連接件以及連接于所述頭部部件的第二連接件，所述主支撐件和所述副支撐件分別與所述第一連接件和所述第二連接件連接。4.如權利要求3所述的三自由度活動關節機構，其特征在于，所述主支撐件的一端連接于所述第一連接件及另一端固定連接于所述第二連接件，所述副支撐件包括位于所述主支撐件周圍的第一支撐件和第二支撐件，所述第一支撐件和所述第二支撐件的一端分別固定連接于所述第二連接件，另一端與所述第一連接件相對活動并與所述第二驅動器配合。5.如權利要求4所述的三自由度活動關節機構，其特征在于，所述主支撐件、所述第一支撐件和所述第二支撐件相互平行。6.如權利要求4所述的三自由度活動關節機構，其特征在于，還...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林天麟，閻鏡予，鐘翔宇，
申請(專利權)人：安科智慧城市技術中國有限公司，
類型：發明
國別省市：