专利名称：一种机器人的颈关节的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种拟人机器人的颈关节。
技术背景能模拟人类运动的拟人机器人的研究是机器人技术领域的重要课题， 引起了众多学者的关注和兴趣。在拟人机器人结构设计中，机器人各关节 的合理设计非常重要。目前，拟人机器人颈关节一般都采用二维转动结构， 即机器人颈部只能实现前屈与后伸(低头与仰头)和左右旋转的二维转动 运动，还很少见同时能实现左右侧屈，即能实现三维转动运动的机器人颈关节；并且，现阶段机器人颈关节通常采用串联结构，这种串联结构机器 人颈关节存在结构复杂、承载能力低等不足。 发明内容为了克服现有技术机器人颈关节存在的不能实现左右侧屈运动和结构 复杂、承载能力低等不足，本发明提供一种机器人的颈关节，该颈关节能 实现前屈与后伸(低头与仰头)、左右旋转和左右侧屈的三维转动运动，能 够较真实地模拟人类的颈部运动，具有结构简单、承载能力强和工艺性好 等优点。本发明所采用的技术方案是这种机器人的颈关节，包括基座、驱动摆杆、三个伺服电机、两个连杆、联轴器、传动轴、框形件、四个u形件和两个环形件，其中，三个伺服电机安装在基座上，基座和筐型件之间由三个分支相连接第一分支的驱动摆杆的一端通过安装孔与伺服电机的转 动轴固联，其另一端通过转动副铰链与连杆的一端相连，连杆的另一端通 过转动副铰链与环形件相连，环形件通过一对同轴转动副铰链与基座相连， 环形件通过一对同轴转动副铰链与U形件相连，U形件通过转动副铰链与筐 型件相连；第二分支的驱动摆杆的一端通过安装孔与伺服电机的转动轴固 联，其另一端通过转动副铰链与连杆的一端相连，连杆的另一端通过转动 副铰链与U形件相连，U形件通过一对同轴转动副铰链与基座相连，U形件通过转动副铰链与u形件相连，u形件通过一对同轴转动副铰链与筐型件相连；第三分支的传动轴的一端通过联轴器与伺服电机的转动轴固联，传动 轴的另一端通过U形件上的安装孔与U形件固联，U形件通过一对同轴转动 副铰链与环形件相连，环形件通过一对同轴转动副铰链与筐型件相连。所 有环形件和U形件全部布局在框形件之内。
图1是机器人的颈关节的结构图；图2是第一分支伺服电机6转动轴至筐型件11相关连接示意图； 图3是第二分支伺服电机3转动轴至筐型件11相关连接示意图； 图4是第三分支伺服电机8转动轴至筐型件11相关连接示意图。 在上述附图中，l.基座，2、 5.驱动摆杆，3、 6、 8.伺服电机，4、 7. 连杆，9.联轴器，IO.传动轴，ll.框形件，12、 13、 16、 17.U形件，14、 15.环形件，18.转动副铰链，19、 19'.转动副铰链，20、 20'.转动副铰 链，21、 22、 23、 26、 27、 29.转动副铰链，24、 24'.转动副铰链，25、 25'.转动副铰链，28、 28'.转动副铰链。
具体实施方式
图1是本发明公开的一个实施例，这种机器人颈关节包括基座1、驱动 摆杆(2、 5)、伺服电机(3、 6、 8)、连杆(4、 7)、联轴器9、传动轴10、 框形件ll、 U形件(12、 13、 16、 17)和环形件(14， 15)，其中，所有环 形件和U形件全部布局在框形件11之内。伺服电机(3、 6、 8)安装在基 座1上，驱动摆杆5的一端通过安装孔与伺服电机6的转动轴固联，其另 一端通过转动副铰链22与连杆7的一端相连，连杆7的另一端通过转动副 铰链21与环形件15相连，环形件15通过一对同轴转动副铰链20和20' 与基座1相连，环形件15通过一对同轴转动副铰链19和19'与U形件12 相连，U形件12通过转动副铰链18与筐型件ll相连；驱动摆杆2的一端 通过安装孔与伺服电机3的转动轴固联，其另一端通过转动副铰链27与连 杆4的一端相连，连杆4的另一端通过转动副铰链23与U形件13相连，U 形件13通过一对同轴转动副铰链24和24'与基座1相连，U形件13通过 转动副铰链26与U形件16相连，U形件16通过一对同轴转动副铰链25和25'与筐型件11相连；传动轴10的一端通过联轴器9与伺服电机8的转 动轴固联，传动轴10的另一端通过U形件17上的安装孔与U形件17固联, U形件17通过一对同轴转动副铰链28和28'与环形件14相连，环形件14 通过一对同轴转动副铰链29和29'与筐型件11相连。转动副铰链26的轴 线分别与同轴转动副铰链24和24'与同轴转动副铰链25和25'的轴线在 空间互相垂直并共面；同轴转动副铰链24和24'与同轴转动副铰链20和 20'的轴线在空间互相垂直并共面；转动副铰链18的轴线分别与同轴转动 副铰链25和25'与同轴转动副铰链29和29'的轴线在空间互相垂直并共 面；同轴转动副铰链25和25'与同轴转动副铰链29和29'的轴线在空间 互相垂直并共面。筐型件ll是该机器人颈关节的运动输出件。驱动摆杆2通过转动副铰链27带动连杆4，连杆4通过转动副铰链23 带动U形件13， U形件13通过转动副铰链26带动U形件16， U形件16通 过同轴转动副铰链25和25'可带动框形件ll;驱动摆杆5通过转动副铰 链22带动连杆7，连杆7通过转动副铰链21带动环形件15，环形件15通 过同轴转动副铰链19和19'带动U形件12， U形件12通过转动副铰链18 带动框形件11;传动轴10的转动可带动U形件17的转动，U形件17通过 同轴转动副铰链28和28'带动环形件14，环形件14通过同轴转动副铰链 29和29'带动框形件11。通过三个伺服电机分别驱动对应驱动摆杆和传动 轴，可实现筐型件11绕转动副铰链24、转动副铰链20和转动副铰链18的 轴线的三维转动，从而实现框形件11的三维转动。该发明可以模拟人类颈关节的运动，具有结构简单、承载能力强和工 艺性能好等优点，适用于拟人机器人的颈关节。
权利要求
1、一种机器人的颈关节，包括基座1、驱动摆杆(2、5)、伺服电机(3、6、8)、连杆(4、7)、联轴器(9)、传动轴(10)、框形件(11)、U形件(12、13、16、17)和环形件(14，15)，其中，伺服电机(3、6、8)安装在基座(1)上，其特征是基座(1)和筐型件(11)之间由三个分支相连接，其中第一分支的驱动摆杆(5)的一端通过安装孔与伺服电机(6)的转动轴固联，其另一端通过转动副铰链(22)与连杆7的一端相连，连杆7的另一端通过转动副铰链(21)与环形件(15)相连，环形件(15)通过一对同轴转动副铰链20和20′与基座(1)相连，环形件15通过一对同轴转动副铰链(19)和(19′)与U形件(12)相连，U形件(12)通过转动副铰链(18)与筐型件(11)相连；第二分支的驱动摆杆(2)的一端通过安装孔与伺服电机(3)的转动轴固联，其另一端通过转动副铰链(27)与连杆(4)的一端相连，连杆(4)的另一端通过转动副铰链(23)与U形件(13)相连，U形件(13)通过一对同轴转动副铰链(24)和(24′)与基座(1)相连，U形件(13)通过转动副铰链(26)与U形件(16)相连，U形件(16)通过一对同轴转动副铰链(25)和(25′)与筐型件(11)相连；第三分支的传动轴(10)的一端通过联轴器(9)与伺服电机(8)的转动轴固联，传动轴(10)的另一端通过U形件(17)上的安装孔与U形件(17)固联，U形件(17)通过一对同轴转动副铰链(28)和(28′)与环形件(14)相连，环形件(14)通过一对同轴转动副铰链(29)和(29′)与筐型件(11)相连。
2. 根据权利要求2所述的机器人的颈关节，其特征是所有环形件和U 形件全部布局在框形件(11)之内，筐型件(11)是机器人颈关节的运动 输出件。
全文摘要
本发明公开了一种机器人的颈关节，涉及机器人技术领域。这种机器人的关节包括基座(1)、驱动摆杆(2、5)、伺服电机(3、6、8)、连杆(4、7)、联轴器(9)、传动轴(10)、框形件(11)、U形件(12、13、16、17)和环形件(14、15)，其中，伺服电机(3、6、8)安装在基座(1)上，其特征是基座(1)和筐型件(11)之间由三个分支相连接，筐型件(11)是颈关节的运动输出件。本发明能实现机器人颈关节的前屈与后伸(低头与仰头)、左右旋转和左右侧屈的三维转动运动，能够较真实地模拟人类的颈部运动，具有结构简单、承载能力强和工艺性好等优点。该颈关节可实现筐型件(11)的三维转动，适用于拟人机器人的颈关节。
文档编号A63H13/00GK101229440SQ200710185710
公开日2008年7月30日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者金振林, 峰 高 申请人:燕山大学