一种仿生机器人两自由度柔性颈部关节结构的制作方法

本发明属于仿生机器人领域，特指一种仿生机器人两自由度柔性颈部关节结构。

背景技术：

仿生机器人的研究是机器人领域的热点之一，而机器人头部的灵活运动特性可以提高仿生机器人的人机交流姿态。为了使得仿生机器人的头部运动更加接近于人类的头部运动姿态，需要设计具有颈部旋转与点头功能的颈部关节结构。现有技术中颈部关节大多采用刚性关节实现点头，这与人类点头时颈部可以发生一定的伸长不一致。因此，需要设计一种具有柔性点头功能的颈部关节结构。

技术实现要素：

本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够用作仿生机器人的颈部关节、更加类人地实现头部转动与前后点头姿态、且颈部可以自由屈伸的柔性颈部关节结构。

为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种仿生机器人两自由度柔性颈部关节结构，它包括可连接机器人头部的颈部连接件，可连接机器人躯体的躯干连接件，和装设于所述颈部连接件与所述躯干连接件之间的、具有头部旋转与前后点头功能的复合颈部关节主体。

复合颈部关节主体包括通过轴承装设于所述躯干连接件上的外置曲线管，装设于所述外置曲线管内部、能够自由滑动的内置曲线管，两端分别连接所述外置曲线管与所述内置曲线管的磁铁弹簧复合装置，通过电机架固定装设于所述躯干连接件上的步进电机，与所述步进电机的输出轴相连铅垂方向装设的主动轴，固定装设于所述外置曲线管的中下部与装设于所述主动轴上的小齿轮相啮合传动的大齿轮。

所述外置曲线管为下端为直线型空心圆管和上端为度圆弧曲线型空心圆管组成；所述内置曲线管为90度圆弧曲线型空心圆管，其上端与所述颈部连接件的下端固定相连。

所述磁铁弹簧复合装置由金属拉伸螺旋弹簧与电磁铁组成，所述金属拉伸螺旋弹簧始终处于拉伸受力状态，所述电磁铁通电后产生巨大的排斥力，能够驱动所述内置曲线管相对于所述外置曲线管向上滑动。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明的一种仿生机器人两自由度柔性颈部关节结构磁铁弹簧复合装置驱动内置曲线管相对于外置曲线管曲线运动，从而实现前后点头功能；且点头过程中，整个颈部发生屈伸，从而增加了颈部关节的柔性。由此可知，本发明结构简单合理、具有足够的柔性自由度、可以用作仿生机器人的颈部关节、从而实现更加类人的头部运动姿态。

附图说明

图1是本发明的一种仿生机器人两自由度柔性颈部关节结构的结构原理示意图。

图2是本发明的一种仿生机器人两自由度柔性颈部关节结构的点头状态示意图。

图中，1—颈部连接件；2—躯干连接件；30—外置曲线管；31—内置曲线管；32—磁铁弹簧复合装置；33—大齿轮；34—小齿轮；35—主动轴；36—电机架；37—步进电机。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2所示，本发明的一种仿生机器人两自由度柔性颈部关节结构，包括可连接机器人头部的颈部连接件1，可连接机器人躯体的躯干连接件2，和装设于颈部连接件1与躯干连接件2之间的、具有头部旋转与前后点头功能的复合颈部关节主体。

参见图1和图2所示，复合颈部关节主体包括通过轴承装设于躯干连接件2上的外置曲线管30，装设于外置曲线管31内部、能够自由滑动的内置曲线管31，两端分别连接外置曲线管30与内置曲线管31的磁铁弹簧复合装置32，通过电机架36固定装设于躯干连接件2上的步进电机37，与步进电机37的输出轴相连铅垂方向装设的主动轴35，固定装设于外置曲线管30的中下部与装设于主动轴35上的小齿轮34相啮合传动的大齿轮33。

参见图1和图2所示，外置曲线管30由下端为直线型空心圆管和上端为90度圆弧曲线型空心圆管组成；内置曲线管31为90度圆弧曲线型空心圆管，其上端与颈部连接件1的下端固定相连；磁铁弹簧复合装置32由金属拉伸螺旋弹簧与电磁铁组成，金属拉伸螺旋弹簧始终处于拉伸受力状态，电磁铁通电后产生巨大的排斥力，能够驱动内置曲线管31相对于外置曲线管30向上滑动。

工作原理：步进电机37转动、带动主动轴35和小齿轮34转动，进而通过到齿轮33带动外置曲线管30、内置曲线管31和颈部连接件1相对于躯干连接件2转动；由于机器人头部固定装设于颈部连接件1上，而机器人的躯体与躯干连接件2固定相连，从而实现了机器人头部相对于机器人躯体的扭转动作；磁铁弹簧复合装置32因此于外置曲线管30内，断电时，内置曲线管31在弹簧拉力的作用下处于最低位置；通电后产生巨大的排斥力，从而使得内置曲线管31沿外置曲线管30的内壁向上运动，由于外置曲线管30与内置曲线管31的上部为90的圆弧曲线管，从而使得装设于内置曲线管31上端的颈部连接件1发生90的曲线运动，从而实现了类人的点头效果。