一种十自由度自由体操机器人的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种十自由度自由体操机器人，包括头型部件、肩部U型件、手臂架、躯干支架、腰部U型件、回形固定夹件、腿部U型件、U型固定夹件、脚部U型件、直角固定件、底板、电机、控制器和电池；由以上部分组成的机器人可以完成许多仿人形动作，如前滚翻，后滚翻，倒立，劈叉，俯卧撑等。本发明采用双轴电机控制，动作过程动力传输稳定，控制简单方便且稳定性好。为控制机器人的外形尺寸及其重量在一定范围内，各零部件的连接及固定，充分利用了其自身的形状，以减少固定所需的零部件。
【专利说明】一种十自由度自由体操机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种十自由度机器人，特别涉及一种十自由度自由体操机器人。
【背景技术】
[0002]人形机器人的机械结构和控制相对复杂。一个能完成倒立、滚翻、侧翻、劈叉等自由体操动作的人形机器人，最少需要10个电机来控制10个关节，才能保证机器人动作过程中的平稳性和可靠性。由于机器人结构和自由体操动作都比较复杂，其力学分析和运动控制也相对困难。一般在制作自由体操机器人时，在自由度比较少的情况下，机器人部件的可靠性与精简轻巧设计难以同时实现。过多的附件，会引起机器人自重增加，导致其平衡性与稳定性下降，对机器人动作执行的流畅性和平稳性有较大的影响。因此，需要一种十自由度机器人结构，使其在简单的结构和控制前提下可以完成比较复杂的体操动作，并在力学、步态规划和行走控制等方面具有良好的可操作性。
【发明内容】
[0003]本发明公开了一种十自由度自由体操机器人，本发明包括头型部件、控制器、肩部电机、肩部U型件、手部电机、手臂架、电池、躯干支架、腰部电机、腰部U型件、回形固定夹件、膝部电机、腿部U型件、U型固定夹件、脚部U型件、脚部电机、直角固定件与底板；其中，头型部件构成机器人头部；肩部电机、肩部U型件构成机器人肩部；手部电机、手臂架构成机器人手部；腰部电机、躯干支架、腰部U型件构成机器人腰部；回型固定夹件，膝部电机、腿部U型件、U型固定夹件构成机器人腿部；脚部U型件、脚部电机、直角固定件、脚底板构成机器人脚部。本发明充分利用躯干支架的外形结构达到连接和固定的目的，从而较大程度的简化了机器人的结构和重量。头部通过头型部件弯折的两个伸长端与肩部电机采用螺纹连接，肩部电机扭力输出轴外侧端与肩部U型件连接，并使得肩部电机扭力输出轴方向与机器人前进方向垂直；手部的手部电机通过螺纹连接固定在手臂架上，并与肩部U型件连接；腰部电机通过躯干支架底面上折的两个伸长端采用螺纹连接固定在躯干支架上，其扭力输出轴方向与机器人前进方向一致，并各与一腰部U型件连接；膝部电机通过十字固定的回型固定夹件和U型固定夹件与腰部U型件连接，其扭力输出轴方向与机器人前进方向垂直；脚部电机通过脚部U型件与腿部U型件连接，通过直角固定件固定在脚底板上，其扭力输出轴方向与机器人前进方向一致。肩部电机和手部电机配合实现机器人手部在前进平面内的旋转和竖直平面内的摆动；腰部电机和膝部电机的配合实现腿部在竖直平面内的左右摆动和在前进平面内的前后摆动；脚部电机实现脚底板在竖直平面内的旋转；控制器放置在头型部件内；电池放置在躯干支架内。所述躯干支架成矩形筒状，且没有前面和左右两侧面，上面左右两侧上折的两个伸长端固定肩部电机，底面前端上折的两个伸长端固定肩部电机，后面钻有两个孔，保证肩部电机扭力输出轴可以伸出，并不产生干涉；所述脚底板采用矩形铝合金板；所述电机为双轴电机。本发明靠重心的左右移动实现前进，即脚部电机扭力输出轴方向与机器人前进方向平行，其结构简单，控制方便，能顺利完成倒立、滚翻、侧翻、劈叉等自由体操动作，且力学分析以及运动控制相对简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]图1为一种十自由度自由体操机器人的结构剖视图 附图标记表
1、头型部件2、电机控制器3、肩部电机4、肩部U型件5、手部电机6、手臂架
7、电池8、躯干支架9、腰部电机10、腰部U型件11、回形固定夹件
12、膝部电机13、腿部U型件14、U型固定夹件15、脚部U型件16、脚部电机
17、直角固定件18、脚底板
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
【具体实施方式】
[0005]图1从剖视图的角度给出了本发明的一种十自由度自由体操机器人的结构图，该机器人通过电机驱动十个关节，使机器人的重心左右移动，进而实现机器人前进，同时该机器人还能完成前滚翻、后滚翻、侧翻、倒立、倒立劈叉及俯卧撑等动作。此外，操作者也可以根据需求使机器人完成部分其他自由体操动作，使机器人动作更加连贯且提高观赏性。头型部件I弯折的两个伸长端与肩部电机3采用螺纹连接；肩部电机3扭力输出轴外侧端与肩部U型件4连接,并使得肩部电机3的扭力输出轴方向与机器人前进方向垂直；手部电机5与手臂架6长度方向的两侧伸长端采用螺纹连接，使得手部电机5固定在手臂架6上，同时手部电机5与肩部U型件4连接，实现手部与肩部的连接；腰部电机12通过躯干支架8底面上折的两个伸长端固定在躯干支架8上，为螺纹连接，其扭力输出轴方向与机器人前进方向一致，并与一腰部U型件10连接；膝部电机12通过十字固定的回型固定夹件11和U型固定夹件14与腰部U型件10连接，其扭力输出轴方向与机器人前进方向垂直；脚部电机16通过脚部U型件15与腿部U型件13连接，并通过直角固定件17固定在脚底板18上，其扭力输出轴方向与机器人前进方向一致；控制器2置于头型部件I内；电池7置于躯干支架8内；所述脚部U形件15与腰部U型件10尺寸相同；所述脚底板18为矩形；所述肩部U形件4、腰部U形件10、腿部U型件13和脚部U型件15均为铝合金U形件。
[0006]本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上的等同的替代，均在本发明保护范围内。
【权利要求】
1.一种十自由度自由体操机器人，其特征在于，包括头型部件、肩部U型件、手臂架、躯干支架、腰部U型件、回形固定夹件、腿部U型件、U型固定夹件、脚部U型件、直角固定件、底板、电机、控制器和电池；头部通过头型部件向上弯折的两个伸长端与肩部电机采用螺纹连接，肩部电机扭力输出轴外侧端与肩部U型件连接，并使得肩部电机扭力输出轴方向与机器人前进方向垂直；手部的手部电机通过螺纹连接固定在手臂架上，并与肩部U型件连接；腰部电机通过躯干支架底面上折的两个伸长端采用螺纹连接固定在躯干支架上，其扭力输出轴方向与机器人前进方向一致，并各与一腰部U型件连接；膝部电机通过十字固定的回型固定夹件和U型固定夹件与腰部U型件连接，其扭力输出轴方向与机器人前进方向垂直；脚部电机通过脚部U型件与腿部U型件连接，通过直角固定件固定在脚底板上，其扭力输出轴方向与机器人前进方向一致。
2.根据权利要求1所述的一种十自由度自由体操机器人，其特征在于，躯干支架中间部分空间恰能放置电池及固定腰部电机。
3.根据权利要求1所述的一种十自由度自由体操机器人，其特征在于，腰部电机通过躯干支架的向上回折的伸长端固定于躯干支架上。
4.根据权利要求1所述的一种十自由度自由体操机器人，其特征在于，膝部电机的的固定及使其转轴与腰部电机转轴的垂直交叉由回形固定夹件及U型固定夹件组成的套件完成。
5.根据权利要求1所述的一种十自由度自由体操机器人，其特征在于，脚部电机的扭力输出轴方向与机器人前进方向水平。
6.根据权利要求1所述的一种十自由度自由体操机器人，其特征在于，肩部电机通过躯干支架两侧向上回折的伸长端固定。
7.根据权利要求1所述的一种十自由度自由体操机器人，其特征在于，头型部件通过其自身伸长端与肩部电机固定。
8.根据权利要求1所述的一种十自由度自由体操机器人，其特征在于，手臂架的回折边的距离与电机安装时的宽度相同。
9.根据权利要求1所述的一种十自由度自由体操机器人，其特征在于，手臂架与电机固定采用回折边的夹持及安装孔处上紧螺钉。
10.根据权利要求1所述的一种十自由度自由体操机器人，其特征在于，脚部U型件与腰部U型件外形尺寸相同。
【文档编号】B25J11/00GK103659818SQ201310636212
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】刘利, 史颖刚, 刘振彦, 孟革, 吴圆圆, 韦智荟, 贺凯, 夏海生, 魏秋旭, 李维 申请人:西北农林科技大学