专利名称：仿人机器人腰部机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机器人工程，具体地说是一种仿人机器人腰部机构。
背景技术：
传统的仿人机器人腰部机构常常采用串联驱动方式，实现俯仰和侧倾两个方向的运动。此方式存在以下几个缺点1)由于串联驱动使其中一个方向的驱动电机和传动链成为另一个电机的负载，增加了电机的负荷；2)串联驱动要求驱动两个方向运动的电机和传动链处于上下两个不同平面，增加了腰部的高度，使仿人机器人重心提高，降低了仿人机器人的运动稳定性；3)串联驱动的误差是两个关节误差的累积，导致腰部误差的放大。
此外，仿人机器人腰部机构也可以采用并联机构方式，其并联机构可以把驱动电机布置在一个平面上，克服了串联机构的上述缺点，但并联机构的运动范围小，限制了仿人机器人的运动范围。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种系统稳定性好、运动精度高、功耗小、变刚度运动范围大的仿人机器人腰部机构。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是由两个差动轮系封闭传动机构、上下板、中间板、连杆、柔索组成，其中两个差动轮系具有两个自由度，两个差动轮系传动封闭后仍具有两个自由度，两个差动轮系传动机构安装在下板上，第一～二连杆上端固定安装在中间板的中心轴线上，第一连杆下端与由第一～二电机共同驱动的第一输出轴连接，第二连杆下端铰连于下板，第三～四连杆与中间板及上板两端连接，于其中心轴线上，第一～二柔索两端分别固接于上板的中心轴线与由第一～二电机共同驱动的第二输出轴之间；所述第一～二柔索通过滚筒与第二输出轴反向相接。
本实用新型仿人机器人腰部机构具有如下优点1)本实用新型采用两个方向的驱动电机和传动链都布置在下板上，降低了电机的负载，降低了腰部的高度，从而降低了仿人机器人的重心(腰部的高度降低近一半)，提高了系统的稳定性。
2)由于本实用新型采用两个差动轮系封闭传动方式，其中的加法器具有双电机驱动单方向运动的特点，从而大大降低了电机功率(驱动电机功率降低40％)，减少了仿人机器人的电源消耗。
3)由于采用了柔索驱动，可实现仿人机器人腰部变刚度控制，提高了系统的柔顺性和抗干扰能力，使仿人机器人与人协作时更加安全。
4)由于本实用新型的两个驱动电机不是串联布置，因此，不存在关节误差的累积，提高了腰部的运动精度。
5)本实用新型仿人机器人腰部机构除了克服了现有技术中串联机构的上述缺点以外，它的运动范围与串联机构相同，并高于并联机构。
6)本实用新型仿人机器人腰部机构，实现了仿人机器人的小型化，改善了运动和动力性能，也延长了驱动电源使用寿命。
图1为本实用新型两个差动轮系封闭传动机构示意图。
图2为本实用新型差动轮系封闭传动系统安装在下板上结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详述本实用新型。
如图1～2所示，本实用新型由两个差动轮系封闭传动机构、上下板、中间板、连杆、柔索组成，其中两个差动轮系具有两个自由度，两个差动轮系传动封闭后仍具有两个自由度，两个差动轮系传动机构安装在下板4上，第一～二连杆1、11上端固定安装在中间板5的中心轴线上，第一连杆1下端与由第一～二电机I1、I2共同驱动的第一输出轴A1连接，第二连杆11下端铰连于下板4，第三～四连杆2、21与中间板5两端固接，与上板6两端铰接，于其中心轴线上，第一～二柔索3、31两端分别固接于上板6的中心轴线与由第一～二电机I1、I2共同驱动的第二输出轴A2之间；所述第一～二柔索3、31通过滚筒与第二输出轴A2反向相接。
本实用新型仿人机器人腰部机构传动过程本实用新型仿人机器人腰部机构采用了两个差动轮系封闭传动(见图1)。一个差动轮系存在两个自由度，两个差动轮系传动封闭后，系统仍存在两个自由度，其中，I1、I2是第一～二驱动电机，A1、A2是第一～二输出轴。工作时，第一驱动电机I1驱动第一齿轮g1，第一齿轮g1与第二双联齿轮g2啮合，第二驱动电机I2驱动第十一齿轮g11，第十一齿轮g11与第八双联齿轮g8啮合，第八双联齿轮g8与第七双联齿轮g7啮合，第七双联齿轮g7与第三双联齿轮g3啮合；第二、三双联齿g2、g3驱动安装在第一加法器p1上的第一输出轴A1转动；第二驱动电机I2驱动第十一齿轮g11，第十一齿轮g11与第八双联齿轮g8啮合，第一驱动电机I1驱动第一齿轮g1，第一齿轮g1与第二双联齿轮g2啮合，第二双联齿轮g2与第五齿轮g5啮合，第四、五齿轮g4、g5同轴转动，第四齿轮g4与第六齿轮g6啮合，第六齿轮g6、第九齿轮g9同轴转动，第九齿轮g9与第十双联齿轮g10啮合，第八双联齿轮g8与第十双联齿轮g10驱动第二加法器p2上的输出轴转动，第十二齿轮g12与第二加法器p2的输出轴同步转动，第十二齿轮g12与第十四齿轮g14啮合，则驱动第二输出轴A2转动。
差动轮系封闭传动系统安装在下板4上(见图2)。第一输出轴A1驱动第一连杆1，第一连杆1、第二连杆11上端支撑在中间板5的中心轴线上，与中间板5固接，第一连杆1的下端与第一输出轴A1连接，第二连杆11通过铰链与下板4相连；第三～四连杆2、21与中间板5两端固接，与上板6两端铰接，其两端分别固接在中间板5与上板6的中心轴线上，则上板6随中间板5作同步的俯仰运动，从而实现腰部的俯仰运动；第一～二柔索3、31一端固接于上板6的中心轴线上，另一端固接于第二输出轴A2上，两者采用反向连接，即柔索3，31运动方向相反，这样，由柔索3、31驱动上板6，实现侧倾运动。通过上板6安装仿人机器人躯干等部件。
权利要求1.一种仿人机器人腰部机构，其特征在于由两个差动轮系封闭传动机构、上下板、中间板、连杆、柔索组成，其中两个差动轮系具有两个自由度，两个差动轮系传动封闭后仍具有两个自由度，两个差动轮系传动机构安装在下板(4)上，第一～二连杆(1、11)上端固定安装在中间板(5)的中心轴线上，第一连杆(1)下端与由第一～二电机(I1、I2)共同驱动的第一输出轴(A1)连接，第二连杆(11)下端铰连于下板(4)，第三～四连杆(2、21)与中间板(5)及上板(6)两端连接，于其中心轴线上，第一～二柔索(3、31)两端分别固接于上板(6)的中心轴线与由第一～二电机(I1、I2)共同驱动的第二输出轴(A2)之间。
2.按照权利要求1所述仿人机器人腰部机构，其特征在于所述第一～二柔索(3、31)通过滚筒与第二输出轴(A2)反向相接。
专利摘要本实用新型涉及机器人工程，具体地说是一种仿人机器人腰部机构。它由两个差动轮系封闭传动机构、上下板、中间板、连杆、柔索组成，其中两个差动轮系具有两个自由度，两个差动轮系传动封闭后仍具有两个自由度，两个差动轮系传动机构安装在下板上，第一～二连杆上端固定安装在中间板的中心轴线上，第一连杆下端与由第一～二电机共同驱动的第一输出轴连接，第二连杆下端铰连于下板，第三～四连杆与中间板及上板两端连接，于其中心轴线上，第一～二柔索两端分别固接于上板的中心轴线与由第一～二电机共同驱动的第二输出轴之间。本实用新型具有系统稳定性好、运动精度高、功耗小、变刚度运动范围大等特点。
文档编号B25J9/00GK2536361SQ02211549
公开日2003年2月19日 申请日期2002年4月29日 优先权日2002年4月29日
发明者赵铁军, 赵明扬, 王洪光 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所