专利名称：仿人形机器人的制作方法
技术领域：
本发明专利是一种仿生机器人，可用于工业自动化控制、教育、人工假肢、娱乐等领域。属于机械工程类机器人技术领域。
背景技术：
机器人广泛应用于工业自动化控制、教育、人工假肢、娱乐等领域。但现有的机器人具有如下问题一.体积庞大，质量高，结构复杂微小型化困难。
二.需使用多个电动机，控制复杂不灵活，电动机功率浪费。
发明内容
本发明专利的目的在于针对现有技术的上述不足，设计开发一种结构紧凑、质量低、控制灵活、电动机使用数量少、效率高的机器人。
为实现上述目的，本发明专利所采用的技术设施是一种仿人形机器人，包括机器人主体和电气控制机构；所述的机器人主体由五组七自由度控制机构、一组六自由度控制机构、两组二十自由度控制机构组成。一组七自由度控制机构作为躯干，两组七自由度控制机构的上端分别和躯干部的七自由度控制机构的中部连接作为两个手臂，两组七自由度控制机构的上端分别和躯干部的七自由度控制机构的下端连接作为两个腿部，一组六自由度控制机构的下端和躯干部的七自由度控制机构的上端连接作为头部，两组二十自由度控制机构的上端分别和两手臂的七自由度控制机构的下端连接作为两手掌。在机器人主体的适当部位分别设有八组动力输出单元、八十一组动力分配单元、十组三自由度关节、十三组两自由度关节、二十五组单自由度关节、十三组失电式电磁铁。
所述的七自由度控制机构包括两组三自由度关节、一组单自由度关节、一组动力输出单元、七组动力分配单元、两组失电式电磁铁、一组滑轮组组成。两组三自由度关节分别作为七自由度控制机构的上、下端，两组失电式电磁铁分别固定安装在上、下端的活动臂处，一组单自由度关节作为七自由度运动控制机构的中部，上端的三自由度关节的固定臂和中部的单自由度关节固定臂连接，下端的三自由度关节固定臂和中部的单自由度关节的活动臂固定连接，一组动力分配单元和七组动力分配单元啮合连接后，固定在上端三自由度关节的固定臂上；一组滑轮组固定安装在中部的单自由度关节固定臂上，起到改变下端三自由度关节处的钢丝绳方向的作用；三自由度关节由三组钢丝绳、两个半圆环形支撑架、一个圆形支撑架、一个卷线轮、活动臂、固定臂、三个双槽滑轮、两个单槽滑轮组成，固定臂和圆形支撑架之间通过十字轴连接，两个半圆环形支撑架的两端分别通过轴连接在圆形支撑架上，圆形支撑架和通过十字轴轴心并和活动臂垂直的截面重合，两个半圆环形支撑架分别通过固定臂上的两个孔，两组双槽滑轮分别固定在这两个孔的上方，且该两组双槽滑轮分别和两个半圆环形支撑架相切，十字轴的上方也固定一组双槽滑轮，且该双槽滑轮与半圆环形支撑架的轴线相切，两组单槽滑轮分别固定在十字轴两侧，且该两组单槽滑轮和半圆环形支撑架的轴线相切，位于圆形支撑架的底面，活动臂的一端通过卷线轮的圆心，同时垂直固定在卷线轮上，卷线轮通过轴和圆形支撑架相连，轴线通过十字轴的轴心，且与圆形支撑架所在平面垂直；一组钢丝绳的中点固定在一个动力分配单元的卷线轮上，并分别按顺时针和逆时针方向缠绕在卷线轮上，然后两端通过十字轴上方的双槽滑轮，再分别通过十字轴两侧的单槽滑轮，改变方向后，分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到活动臂上的卷线轮上，拉紧后固定；两组钢丝绳的中点分别固定在两个动力分配单元的卷线轮上，并分别按顺时针和逆时针方向分别缠绕在两个动力分配单元的卷线轮上，然后两组钢丝绳的两端各自分别通过固定在两个孔的上方的两组双槽滑轮，改变方向，再分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到两个半圆环形支撑架外表面的凹槽上，拉紧后分别固定在两个半圆环形支撑架的两端；单自由度关节由一组钢丝绳、一个卷线轮、一个双槽滑轮、活动臂、固定臂组成，固定臂和活动臂通过轴活动连接，卷线轮固定在活动臂上且所在平面与轴线垂直，圆心通过轴线，一组钢丝绳的中点固定在一个动力分配单元的卷线轮上，两端分别按顺时针和逆时针方向缠绕在卷线轮上，然后钢丝绳的两端分别通过固定在固定臂上的双槽滑轮，改变方向，再分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到固定在活动臂上的卷线轮外侧的凹槽上，拉紧后固定；动力分配单元由一个动力轴、一个卷线轮、一个减速器、两个离合器组成，减速器的输出端和卷线轮固定连接，减速器的输入端和动力轴固定连接，动力轴的两端分别和两个离合器的输出端固定连接，离合器的输入端为齿轮输入，多个动力分配单元的两端可以通过离合器的输入端相互啮合连接；动力输出单元由一个双出轴电动机、两个齿轮箱组成，双出轴电动机的两端分别连接两个齿轮箱的输入端，两个齿轮箱通过齿轮的换向作用，使两个齿轮箱的输出端的输出动力的齿轮转速相同，方向相反；动力分配单元和多个动力输出单元可以通过齿轮啮合连接；两组失电式电磁铁分别固定安装在上、下端三自由度关节的活动臂上，失电式电磁铁在断电状态下产生强大的吸附力，而在通电状态下电磁铁不产生吸附力，当通电电压的极性与正常状态相反时，其强大的吸附力会更大，当通电电压的极性与正常状态相同时，可以利用电磁铁的同极相斥作用分离。
所述的六自由度控制机构包括三组两自由度关节、一组动力输出单元、六组动力分配单元、一组失电式电磁铁、支架组成。两组两自由度关节的固定臂分别和支架的中部连接，作为眼球的活动机构；一组两自由度关节的固定臂和支架的下部连接，作为嘴巴的活动机构；一组失电式电磁铁固定安装在支架的底部；一组动力输出单元、六组动力分配单元啮合连接后固定在支架的中部；两自由度关节由两组钢丝绳、两个半圆环形支撑架、一个圆形支撑架、活动臂、固定臂、两个双槽滑轮组成，固定臂和圆形支撑架之间通过十字轴连接，活动臂的一端通过圆形支撑架的圆心，同时垂直固定在圆形支撑架所在平面上，圆形支撑架和通过十字轴轴心并和活动臂垂直的截面重合，两个半圆环形支撑架的两端分别通过轴连接在圆形支撑架上，且各自所在的平面互相垂直，并分别通过固定臂上的两个孔，两组双槽滑轮分别固定在这两个孔的上方，且该两组双槽滑轮分别和两个半圆环形支撑架相切；两组钢丝绳的中点分别固定在两个动力分配单元的卷线轮上，并分别按顺时针和逆时针方向分别缠绕在卷线轮上，然后两组钢丝绳的两端各自分别通过固定在孔的上方的两组双槽滑轮，改变方向后，再分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到两个半圆环形支撑架外表面的凹槽上，拉紧后分别固定在两个半圆环形支撑架的两端；动力分配单元由一个动力轴、一个卷线轮、一组减速器、两个离合器组成，减速器的输出端和卷线轮固定连接，减速器的输入端和动力轴固定连接，动力轴的两端分别和两个离合器的输出端固定连接，两个离合器的输入端为齿轮输入，多个动力分配单元可以通过离合器的输入端相互啮合连接；动力输出单元由一个双出轴电动机、两个齿轮箱组成，双出轴电动机的两端分别连接两个齿轮箱的输入端，两个齿轮箱通过齿轮的换向作用，使两个齿轮箱的输出端的输出动力的齿轮转速相同，方向相反；动力分配单元和多个动力输出单元可以通过齿轮啮合连接；一组失电式电磁铁固定安装在支架的底部，失电式电磁铁在断电状态下产生强大的吸附力，而在通电状态下电磁铁不产生吸附力，当通电电压的极性与正常状态相反时，其强大的吸附力会更大，当通电电压的极性与正常状态相同时，可以利用电磁铁的同极相斥作用分离；支架是一个椭圆形的支撑架。
所述的二十自由度运动控制机构包括五组两自由度关节、十组单自由度关节、一组动力输出单元、二十组动力分配单元、十五个双槽滑轮、二十个单槽滑轮、一组失电式电磁铁、支架组成，一组单自由度关节一端的活动臂和一组单自由度关节的固定臂固定连接，另一端的固定臂和另一组两自由度关节的活动臂固定连接，两自由度关节的固定臂固定连接在支架的上端，一个双槽滑轮固定在中间的单自由度关节上，且其轴线和该单自由度关节的轴线重合，以改变上部的单自由度关节的钢丝绳的方向，四个单槽滑轮分别两两固定在两自由度关节的活动臂和半圆环形支撑架的轴线相交的平面上，四个单槽滑轮分别与半圆环形支撑架的轴线相切，且四个单槽滑轮的轴线和该平面垂直，四个切点分别位于活动臂的两侧；两个双槽滑轮固定安装在两自由度关节的固定臂和半圆环形支撑架的轴线相交的平面内，且这两个双槽滑轮的轴线和该平面垂直，且这两个双槽滑轮和半圆环形支撑架的轴线相切，切点位于两自由度关节十字轴的轴心，以改变来自两个单自由度关节的钢丝绳的方向，构成手指，四个手指顺序固定在支架的上端分别构成食指、中指、无名指、小拇指，一个手指固定连接在支架的中部一侧，构成大拇指；一组动力输出单元、二十组动力分配单元啮合连接后，固定在支架的中部；两自由度关节由两组钢丝绳、两个半圆环形支撑架、一个圆形支撑架、活动臂、固定臂、两个双槽滑轮组成，固定臂和圆形支撑架之间通过十字轴连接，活动臂的一端通过圆形支撑架的圆心，同时垂直固定在圆形支撑架所在平面上，圆形支撑架和通过十字轴轴心并和活动臂垂直的截面重合，两个半圆环形支撑架的两端分别通过轴连接在圆形支撑架上，且各自所在的平面互相垂直，并分别通过固定臂上的两个孔，两组双槽滑轮分别固定在这两个孔的上方，且该两组双槽滑轮分别和两个半圆环形支撑架相切；两组钢丝绳的中点分别固定在两个动力分配单元的卷线轮上，并分别按顺时针和逆时针方向分别缠绕在卷线轮上，然后两组钢丝绳的两端各自分别通过固定在孔的上方的两组双槽滑轮，改变方向后，再分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到两个半圆环形支撑架外表面的凹槽上，拉紧后分别固定在两个半圆环形支撑架的两端；动力分配单元由一个动力轴、一个卷线轮、一组减速器、两个离合器组成，减速器的输出端和卷线轮固定连接，减速器的输入端和动力轴固定连接，动力轴的两端分别和两个离合器的输出端固定连接，两个离合器的输入端为齿轮输入，多个动力分配单元可以通过离合器的输入端相互啮合连接；动力输出单元由一个双出轴电动机、两个齿轮箱组成，双出轴电动机的两端分别连接两个齿轮箱的输入端，两个齿轮箱通过齿轮的换向作用，使两个齿轮箱的输出端的输出动力的齿轮转速相同，方向相反；动力分配单元和多个动力输出单元可以通过齿轮啮合连接；一组失电式电磁铁固定安装在支架的下部，支架的下部和作为手臂的七自由度运动控制机构的下端的活动臂，通过电磁吸附作用连接在一起，失电式电磁铁在断电状态下产生强大的吸附力，而在通电状态下电磁铁不产生吸附力，当通电电压的极性与正常状态相反时，其强大的吸附力会更大，当通电电压的极性与正常状态相同时，可以利用电磁铁的同极相斥作用分离；支架是一个梯形支撑架。
所述的电气控制机构包括一组PC主机、八组单片机、无线传输设备、若干位置、速度、温度、压力、加速度、方向、图像、声音、味觉传感器组成，八组单片机分别通过无线传输设备和PC主机相连接，分别控制五组七自由度运动控制机构、一组六自由度运动控制机构、两组二十自由度运动控制机构，各个传感器分别和单片机连接，提供控制所需的实时数据，八组单片机任意一片都可以脱离PC机独立控制所连接的部分，当八组单片机独立控制所连接的部分脱离机器人本体时，PC主机可以通过无线传输设备控制八组单片机独立控制所连接的部分，也可以将其重新组装成一个机器人本体。
本发明专利的仿人形机器人由于采用以上的技术方案，使其与现有技术相比，具有以下的优点和特点1、体积缩小，质量降低，结构简单，易于小型化。
2、使用电动机个数减少，控制简单、灵活，电动机功率在一个自由度没有动作时可以分配到其他自由度上去，提高了电动机功率的利用效率。
图1是本发明专利仿人形机器人的主视结构示意图；图2是本发明专利仿人形机器人的七自由度运动控制机构的结构示意图；图3是本发明专利仿人形机器人的六自由度运动控制机构的结构示意图；图4是本发明专利仿人形机器人的二十自由度运动控制机构的结构示意图；图5是本发明专利仿人形机器人的三自由度关节的结构示意图；图6是本发明专利仿人形机器人的两自由度关节的结构示意图；图7是本发明专利仿人形机器人的单自由度关节的结构示意图；
图8是本发明专利仿人形机器人的动力输出单元的结构示意图；图9是本发明专利仿人形机器人的动力分配单元的结构示意图；图10是本发明专利仿人形机器人的电器控制部分的结构框图。
具体实施例方式
请参见图1，本发明专利仿人形机器人由机器人主体和电气控制部分组成。机器人主体由五组七自由度控制机构分别作为躯干4、左手臂2、右手臂6、左腿部5、右腿部8；一组六自由度运动控制机构作为头部1；两组二十自由度运动控制机构分别作为左手掌3、右手掌7。在机器人主体的适当部位分别设有八组动力输出单元、八十一组动力分配单元、十组三自由度关节、十三组两自由度关节、二十五组单自由度关节、十三组失电式电磁铁。
继续参见图2，本发明专利的七自由度控制机构由两组三自由度关节、一组单自由度关节、一组动力输出单元、七组动力分配单元、两组失电式电磁铁、一组滑轮组组成；两组三自由度关节分别作为七自由度运动控制机构的上端9、下端15，失电式电磁铁16、失电式电磁铁17分别固定在上端9、下端15的活动臂18、活动臂19上，一组单自由度关节作为中部12，上端9的固定臂10和中部12的固定臂11固定连接，下端15的固定臂14和中部12的活动臂13固定连接，一组动力输出单元20、七组动力分配单元21啮合连接后固定在上端9的固定臂10上；一组滑轮组22固定安装在中部12的固定臂11上，且以中部单自由度关节的轴线为轴，起到改变下端15处的钢丝绳方向的作用。
继续参见图3，本发明专利的六自由度运动控制机构的结构包括三组两自由度关节、一组动力输出单元、六组动力分配单元、一组失电式电磁铁、支架组成。一组两自由度关节的固定臂和支架29的中部固定连接作为左眼23，另一组两自由度关节的固定臂和支架29的中部固定连接作为右眼24，另一组两自由度关节的固定臂和支架29的下部固定连接作为嘴25，一组动力输出单元26、六组动力分配单元27啮合连接后固定在支架29的中部；一组失电式电磁铁28固定安装在支架29的底部，失电式电磁铁28在断电状态下产生强大的吸附力，而在通电状态下电磁铁不产生吸附力，当通电电压的极性与正常状态相反时，其强大的吸附力会更大，当通电电压的极性与正常状态相同时，可以利用电磁铁的同极相斥作用分离；支架29是一个椭圆形的支撑架。
继续参见图4本发明专利的二十自由度运动控制机构包括五组两自由度关节、十组单自由度关节、一组动力输出单元、二十组动力分配单元、一组失电式电磁铁、十五个双槽滑轮、二十个单槽滑轮、支架组成，一组单自由度关节30一端的活动臂31和另一组单自由度关节32的固定臂33固定连接，另一端的固定臂34和一组两自由度关节35的活动臂36固定连接，两自由度关节35的固定臂37固定连接在支架38的上端，一个双槽滑轮39固定在中间的单自由度关节30上，且其轴线和该单自由度关节30的轴线重合，以改变上部的单自由度关节32的钢丝绳的方向，四个单槽滑轮40、41、42、43分别两两固定在两自由度关节35的活动臂36和两自由度关节35的其中一个半圆环形支撑架的轴线相交的平面上，四个单槽滑轮40、41、42、43分别和两自由度关节35的其中一个半圆环形支撑架的轴线相切，四个切点分别位于活动臂36的两侧，且四个单槽滑轮40、41、42、43的轴线和该平面垂直，两个双槽滑轮44、45固定安装在两自由度关节35的固定臂37和两自由度关节35的其中一个半圆环形支撑架的轴线相交的平面内，且这两个双槽滑轮44、45的轴线和该平面垂直，且这两个双槽滑轮44、45和两自由度关节35的其中一个半圆环形支撑架的轴线相切，切点位于两自由度关节35的十字轴的轴心，以改变来自两个单自由度关节30、32的钢丝绳的方向，构成手指；四个手指顺序固定在支架的上端分别构成食指46、中指47、无名指48、小拇指49，一个手指固定连接在支架的中部一侧，构成大拇指50；一组失电式电磁铁51固定安装在支架38的下部，支架38的下部和作为手臂的七自由度控制机构的下端的活动臂，通过电磁吸附作用连接在一起，一组动力输出单元52、二十组动力分配单元53啮合连接后，固定在支架38的中部。
继续参见图5，本发明专利仿人形机器人的三自由度关节由三组钢丝绳、两个半圆环形支撑架、一个圆形支撑架、一个卷线轮、活动臂、固定臂、三个双槽滑轮、两个单槽滑轮组成，固定臂63和圆形支撑架55之间通过十字轴56连接，两个半圆环形支撑架57、58的两端分别通过轴59、60、61、62连接在圆形支撑架55上，圆形支撑架55和通过十字轴56的轴心并和活动臂54垂直的截面重合，两个半圆环形支撑架57、58分别通过固定臂63上的两个孔64、65，两组双槽滑轮66、67分别固定在这两个孔64、65的上方，且该两组双槽滑轮66、67分别和两个半圆环形支撑架57、58相切，十字轴56的上方也固定一组双槽滑轮68，且该双槽滑轮68与半圆环形支撑架58的轴线相切，两组单槽滑轮69、70分别固定在十字轴56两侧，且该两组单槽滑轮69、70和半圆环形支撑架58的轴线相切，位于圆形支撑架55的底面，活动臂54的一端通过卷线轮71的圆心，同时垂直固定在卷线轮71上，卷线轮71通过轴72和圆形支撑架55相连，轴线通过十字轴56的轴心，且与圆形支撑架55所在平面垂直；一组钢丝绳73的中点固定在一个动力分配单元74的卷线轮75上，并分别按顺时针和逆时针方向缠绕在卷线轮75上，然后两端通过十字轴56上方的双槽滑轮68，再分别通过十字轴56两侧的单槽滑轮69、70，改变方向后，分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到活动臂54上的卷线轮71外表面的凹槽上，拉紧后固定在卷线轮71上；两组钢丝绳76、77的中点分别固定在两个动力分配单元78、79的卷线轮80、81上，并分别按顺时针和逆时针方向分别缠绕在两个动力分配单元78、79的卷线轮80、81上，然后两组钢丝绳76、77的两端各自分别通过固定在两个孔65、64的上方的两组双槽滑轮67、66，改变方向，再分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到两个半圆环形支撑架57、58外表面的凹槽上，拉紧后分别固定在两个半圆环形支撑架57、58的两端；继续参见图6，本发明专利仿人形机器人的两自由度关节，两自由度关节由两组钢丝绳、两个半圆环形支撑架、一个圆形支撑架、活动臂、固定臂、两个双槽滑轮组成，固定臂82和圆形支撑架83之间通过十字轴84连接，活动臂85的一端通过圆形支撑架83的圆心，同时垂直固定在圆形支撑架83所在平面上，圆形支撑架83和通过十字轴84轴心并和活动臂85垂直的截面重合，两个半圆环形支撑架86、87的两端分别通过轴88、89、90、91连接在圆形支撑架83上，且各自所在的平面互相垂直，并分别通过固定臂82上的两个孔92、93，两组双槽滑轮94、95分别固定在这两个孔92、93的上方，且该两组双槽滑轮94、95分别和两个半圆环形支撑架86、87相切；两组钢丝绳96、97的中点分别固定在两个动力分配单元98、99的卷线轮100、101上，并分别按顺时针和逆时针方向分别缠绕在卷线轮100、101上，然后两组钢丝绳96、97的两端各自分别通过固定在孔92、93的上方的两组双槽滑轮94、95，改变方向后，再分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到两个半圆环形支撑架86、87外表面的凹槽上，拉紧后分别固定在两个半圆环形支撑架86、87的两端。
继续参见图7，本发明专利仿人形机器人的单自由度关节，单自由度关节由一组钢丝绳、一个卷线轮、一个双槽滑轮、活动臂、固定臂组成，固定臂102和活动臂103通过轴104活动连接，卷线轮105固定在活动臂103上且所在平面与轴104的轴线垂直，圆心通过轴线，一组钢丝绳109的中点固定在一个动力分配单元106的卷线轮107上，两端分别按顺时针和逆时针方向缠绕在卷线轮105上，然后钢丝绳的两端分别通过固定在固定臂102上的双槽滑轮108，改变方向，再分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到固定在活动臂103上的卷线轮105外侧的凹槽上，拉紧后固定继续参见图8，本发明专利仿人形机器人的动力输出单元，动力输出单元由一个双出轴电动机、两个齿轮箱组成，双出轴电动机110的两端分别连接两个齿轮箱111、112的输入端，两个齿轮箱111、112通过齿轮的换向作用，使两个齿轮箱111、112的输出端的输出动力的齿轮转速相同，方向相反；动力分配单元和动力输出单元可以通过齿轮啮合连接；继续参见图9，本发明专利仿人形机器人的动力分配单元，动力分配单元由一个动力轴、一个卷线轮、一个减速器、两个离合器组成，减速器113的输出端和卷线轮114固定连接，减速器113的输入端和动力轴115固定连接，动力轴115的两端分别和两个离合器116、117的输出端固定连接，离合器116、117的输入端为齿轮输入，动力分配单元和动力输出单元的两端可以通过离合器的输入端相互啮合连接；继续参见图10，本发明专利仿人形机器人的电气控制机构的结构框图，所述的电气控制机构包括一组PC主机118、八组单片机119、无线传输设备120、若干位置121、速度122、温度123、压力124、加速度125、方向126、图像127、声音128、味觉129传感器组成，八组单片机119分别通过无线传输设备120和PC主机118相连接，分别控制五组七自由度运动控制机构、一组六自由度运动控制机构、两组二十自由度运动控制机构，各个传感器分别和单片机连接，提供控制所需的实时数据，八组单片机任意一片都可以脱离PC机独立控制所连接的部分，当八组单片机独立控制所连接的部分脱离机器人本体时，PC主机可以通过无线传输设备控制八组单片机独立控制所连接的部分，也可以将其重新组装成一个机器人本体。
权利要求
1.一种仿人形机器人，其特征在于包括机器人主体和电气控制机构；所述的机器人主体由五组七自由度控制机构、一组六自由度控制机构、两组二十自由度控制机构组成。一组七自由度控制机构作为躯干，两组七自由度控制机构的上端分别和躯干部的七自由度控制机构的中部连接作为两个手臂，两组七自由度控制机构的上端分别和躯干部的七自由度控制机构的下端连接作为两个腿部，一组六自由度控制机构的下端和躯干部的七自由度控制机构的上端连接作为头部，两组二十自由度控制机构的上端分别和两手臂的七自由度控制机构的下端连接作为两手掌。在机器人主体的适当部位分别设有八组动力输出单元、八十一组动力分配单元、十组三自由度关节、十三组两自由度关节、二十五组单自由度关节、十三组失电式电磁铁。
2.如权利要求1所述的仿人形机器人，其特征在于所述的七自由度控制机构包括两组三自由度关节、一组单自由度关节、一组动力输出单元、七组动力分配单元、两组失电式电磁铁、一组滑轮组组成。两组三自由度关节分别作为七自由度控制机构的上、下端，两组失电式电磁铁分别固定安装在上、下端的活动臂处，一组单自由度关节作为七自由度运动控制机构的中部，上端的三自由度关节的固定臂和中部的单自由度关节固定臂连接，下端的三自由度关节固定臂和中部的单自由度关节的活动臂固定连接，一组动力分配单元和七组动力分配单元啮合连接后，固定在上端三自由度关节的固定臂上；一组滑轮组固定安装在中部的单自由度关节固定臂上，起到改变下端三自由度关节处的钢丝绳方向的作用；三自由度关节由三组钢丝绳、两个半圆环形支撑架、一个圆形支撑架、一个卷线轮、活动臂、固定臂、三个双槽滑轮、两个单槽滑轮组成，固定臂和圆形支撑架之间通过十字轴连接，两个半圆环形支撑架的两端分别通过轴连接在圆形支撑架上，圆形支撑架和通过十字轴轴心并和活动臂垂直的截面重合，两个半圆环形支撑架分别通过固定臂上的两个孔，两组双槽滑轮分别固定在这两个孔的上方，且该两组双槽滑轮分别和两个半圆环形支撑架相切，十字轴的上方也固定一组双槽滑轮，且该双槽滑轮与半圆环形支撑架的轴线相切，两组单槽滑轮分别固定在十字轴两侧，且该两组单槽滑轮和半圆环形支撑架的轴线相切，位于圆形支撑架的底面，活动臂的一端通过卷线轮的圆心，同时垂直固定在卷线轮上，卷线轮通过轴和圆形支撑架相连，轴线通过十字轴的轴心，且与圆形支撑架所在平面垂直；一组钢丝绳的中点固定在一个动力分配单元的卷线轮上，并分别按顺时针和逆时针方向缠绕在卷线轮上，然后两端通过十字轴上方的双槽滑轮，再分别通过十字轴两侧的单槽滑轮，改变方向后，分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到活动臂上的卷线轮上，拉紧后固定；两组钢丝绳的中点分别固定在两个动力分配单元的卷线轮上，并分别按顺时针和逆时针方向分别缠绕在两个动力分配单元的卷线轮上，然后两组钢丝绳的两端各自分别通过固定在两个孔的上方的两组双槽滑轮，改变方向，再分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到两个半圆环形支撑架外表面的凹槽上，拉紧后分别固定在两个半圆环形支撑架的两端；单自由度关节由一组钢丝绳、一个卷线轮、一个双槽滑轮、活动臂、固定臂组成，固定臂和活动臂通过轴活动连接，卷线轮固定在活动臂上且所在平面与轴线垂直，圆心通过轴线，一组钢丝绳的中点固定在一个动力分配单元的卷线轮上，两端分别按顺时针和逆时针方向缠绕在卷线轮上，然后钢丝绳的两端分别通过固定在固定臂上的双槽滑轮，改变方向，再分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到固定在活动臂上的卷线轮外侧的凹槽上，拉紧后固定；动力分配单元由一个动力轴、一个卷线轮、一个减速器、两个离合器组成，减速器的输出端和卷线轮固定连接，减速器的输入端和动力轴固定连接，动力轴的两端分别和两个离合器的输出端固定连接，离合器的输入端为齿轮输入，多个动力分配单元的两端可以通过离合器的输入端相互啮合连接；动力输出单元由一个双出轴电动机、两个齿轮箱组成，双出轴电动机的两端分别连接两个齿轮箱的输入端，两个齿轮箱通过齿轮的换向作用，使两个齿轮箱的输出端的输出动力的齿轮转速相同，方向相反；动力分配单元和多个动力输出单元可以通过齿轮啮合连接；两组失电式电磁铁分别固定安装在上、下端三自由度关节的活动臂上，失电式电磁铁在断电状态下产生强大的吸附力，而在通电状态下电磁铁不产生吸附力，当通电电压的极性与正常状态相反时，其强大的吸附力会更大，当通电电压的极性与正常状态相同时，可以利用电磁铁的同极相斥作用分离。
3.如权利要求1所速的仿人形机器人，其特征在于所述的六自由度控制机构包括三组两自由度关节、一组动力输出单元、六组动力分配单元、一组失电式电磁铁、支架组成。两组两自由度关节的固定臂分别和支架的中部连接，作为眼球的活动机构；一组两自由度关节的固定臂和支架的下部连接，作为嘴巴的活动机构；一组失电式电磁铁固定安装在支架的底部；一组动力输出单元、六组动力分配单元啮合连接后固定在支架的中部；两自由度关节由两组钢丝绳、两个半圆环形支撑架、一个圆形支撑架、活动臂、固定臂、两个双槽滑轮组成，固定臂和圆形支撑架之间通过十字轴连接，活动臂的一端通过圆形支撑架的圆心，同时垂直固定在圆形支撑架所在平面上，圆形支撑架和通过十字轴轴心并和活动臂垂直的截面重合，两个半圆环形支撑架的两端分别通过轴连接在圆形支撑架上，且各自所在的平面互相垂直，并分别通过固定臂上的两个孔，两组双槽滑轮分别固定在这两个孔的上方，且该两组双槽滑轮分别和两个半圆环形支撑架相切；两组钢丝绳的中点分别固定在两个动力分配单元的卷线轮上，并分别按顺时针和逆时针方向分别缠绕在卷线轮上，然后两组钢丝绳的两端各自分别通过固定在孔的上方的两组双槽滑轮，改变方向后，再分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到两个半圆环形支撑架外表面的凹槽上，拉紧后分别固定在两个半圆环形支撑架的两端；动力分配单元由一个动力轴、一个卷线轮、一组减速器、两个离合器组成，减速器的输出端和卷线轮固定连接，减速器的输入端和动力轴固定连接，动力轴的两端分别和两个离合器的输出端固定连接，两个离合器的输入端为齿轮输入，多个动力分配单元可以通过离合器的输入端相互啮合连接；动力输出单元由一个双出轴电动机、两个齿轮箱组成，双出轴电动机的两端分别连接两个齿轮箱的输入端，两个齿轮箱通过齿轮的换向作用，使两个齿轮箱的输出端的输出动力的齿轮转速相同，方向相反；动力分配单元和多个动力输出单元可以通过齿轮啮合连接；一组失电式电磁铁固定安装在支架的底部，失电式电磁铁在断电状态下产生强大的吸附力，而在通电状态下电磁铁不产生吸附力，当通电电压的极性与正常状态相反时，其强大的吸附力会更大，当通电电压的极性与正常状态相同时，可以利用电磁铁的同极相斥作用分离；支架是一个椭圆形的支撑架。
4.如权利要求1所述的仿人形机器人，其特征在于所述的二十自由度运动控制机构包括五组两自由度关节、十组单自由度关节、一组动力输出单元、二十组动力分配单元、十五个双槽滑轮、二十个单槽滑轮、一组失电式电磁铁、支架组成，一组单自由度关节一端的活动臂和一组单自由度关节的固定臂固定连接，另一端的固定臂和另一组两自由度关节的活动臂固定连接，两自由度关节的固定臂固定连接在支架的上端，一个双槽滑轮固定在中间的单自由度关节上，且其轴线和该单自由度关节的轴线重合，以改变上部的单自由度关节的钢丝绳的方向，四个单槽滑轮分别两两固定在两自由度关节的活动臂和半圆环形支撑架的轴线相交的平面上，四个单槽滑轮分别与半圆环形支撑架的轴线相切，且四个单槽滑轮的轴线和该平面垂直，四个切点分别位于活动臂的两侧；两个双槽滑轮固定安装在两自由度关节的固定臂和半圆环形支撑架的轴线相交的平面内，且这两个双槽滑轮的轴线和该平面垂直，且这两个双槽滑轮和半圆环形支撑架的轴线相切，切点位于两自由度关节十字轴的轴心，以改变来自两个单自由度关节的钢丝绳的方向，构成手指，四个手指顺序固定在支架的上端分别构成食指、中指、无名指、小拇指，一个手指固定连接在支架的中部一侧，构成大拇指；一组动力输出单元、二十组动力分配单元啮合连接后，固定在支架的中部；两自由度关节由两组钢丝绳、两个半圆环形支撑架、一个圆形支撑架、活动臂、固定臂、两个双槽滑轮组成，固定臂和圆形支撑架之间通过十字轴连接，活动臂的一端通过圆形支撑架的圆心，同时垂直固定在圆形支撑架所在平面上，圆形支撑架和通过十字轴轴心并和活动臂垂直的截面重合，两个半圆环形支撑架的两端分别通过轴连接在圆形支撑架上，且各自所在的平面互相垂直，并分别通过固定臂上的两个孔，两组双槽滑轮分别固定在这两个孔的上方，且该两组双槽滑轮分别和两个半圆环形支撑架相切；两组钢丝绳的中点分别固定在两个动力分配单元的卷线轮上，并分别按顺时针和逆时针方向分别缠绕在卷线轮上，然后两组钢丝绳的两端各自分别通过固定在孔的上方的两组双槽滑轮，改变方向后，再分别沿顺时针和逆时针方向缠绕到两个半圆环形支撑架外表面的凹槽上，拉紧后分别固定在两个半圆环形支撑架的两端；动力分配单元由一个动力轴、一个卷线轮、一组减速器、两个离合器组成，减速器的输出端和卷线轮固定连接，减速器的输入端和动力轴固定连接，动力轴的两端分别和两个离合器的输出端固定连接，两个离合器的输入端为齿轮输入，多个动力分配单元可以通过离合器的输入端相互啮合连接；动力输出单元由一个双出轴电动机、两个齿轮箱组成，双出轴电动机的两端分别连接两个齿轮箱的输入端，两个齿轮箱通过齿轮的换向作用，使两个齿轮箱的输出端的输出动力的齿轮转速相同，方向相反；动力分配单元和多个动力输出单元可以通过齿轮啮合连接；一组失电式电磁铁固定安装在支架的下部，支架的下部和作为手臂的七自由度运动控制机构的下端的活动臂，通过电磁吸附作用连接在一起，失电式电磁铁在断电状态下产生强大的吸附力，而在通电状态下电磁铁不产生吸附力，当通电电压的极性与正常状态相反时，其强大的吸附力会更大，当通电电压的极性与正常状态相同时，可以利用电磁铁的同极相斥作用分离；支架是一个梯形支撑架。
5.如权利要求1所述的仿人形机器人，其特征在于所述的动力输出单元由一个双出轴电动机、两个齿轮箱组成，双出轴电动机的两端分别连接两个齿轮箱的输入端，两个齿轮箱通过齿轮的换向作用，使两个齿轮箱的输出端的输出动力的齿轮转速相同，方向相反；动力分配单元由一个动力轴、一个卷线轮、一个减速器、两个离合器组成，减速器的输出端和卷线轮固定连接，减速器的输入端和动力轴固定连接，动力轴的两端分别和两个离合器的输出端固定连接，离合器的输入端为齿轮输入，多个动力分配单元的两端可以通过离合器的输入端相互啮合连接；动力分配单元和动力输出单元可以通过齿轮啮合连接；所述的动力分配单元中的离合器为电磁离合器、气动离合器、液压离合器、磁滞式离合器、或其他类型离合器。
6.如权利要求1所述的仿人形机器人，其特征在于所述的组成机器人主体的五组七自由度运动控制机构、一组六自由度运动控制机构、两组二十自由度运动控制机构相互之间的连接是通过失电式电磁铁的磁力吸附作用实现的，同时相互之间的分离也可以通过失电式电磁铁的磁力排斥作用实现，失电式电磁铁在失电状态下产生强大的吸附力，而在通电状态下电磁铁不产生吸附力，当通电电压的极性与正常状态相反时，其强大的吸附力会更大，当通电电压的极性与正常状态相同时，可以利用电磁铁的同极相斥作用分离，也可采用其他形式的电磁铁或电磁铁和永磁铁结合使用。
7.如权利要求1所述的仿人形机器人，其特征在于所述的电气控制机构包括一组PC主机、八组单片机、无线传输设备、若干位置、速度、温度、压力、加速度、方向、图像、声音、味觉传感器组成，八组单片机分别通过无线传输设备和PC主机相连接，分别控制五组七自由度运动控制机构、一组六自由度运动控制机构、两组二十自由度运动控制机构，各个传感器分别和单片机连接，提供控制所需的实时数据，八组单片机任意一片都可以脱离pC机独立控制所连接的部分，当八组单片机独立控制所连接的部分脱离机器人本体时，PC主机可以通过无线传输设备控制八组单片机独立控制所连接的部分，也可以将其重新组装成一个机器人本体。
全文摘要
一种仿人形机器人，包括机器人主体和电气控制机构；所述的机器人主体由五组七自由度控制机构、一组六自由度控制机构、两组二十自由度控制机构组成。一组七自由度控制机构作为躯干，两组七自由度控制机构的上端和躯干部的中部连接作为两个手臂，两组七自由度控制机构的上端和躯干部的下端连接作为两个腿部，一组六自由度控制机构的下端和躯干部的上端连接作为头部，两组二十自由度控制机构的上端分别和两手臂的七自由度控制机构的下端连接作为两手掌。该机器人结构简单，可以拆开使用，易于小型化。使用电动机个数少，电动机功率可以自由分配到各个自由度，提高了电动机功率的利用效率。
文档编号B25J9/18GK1810463SQ20051013225
公开日2006年8月2日 申请日期2005年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者郁有华 申请人:郁有华