一种拉线木偶式人形机器人驱动结构的制作方法

本发明属于机械传动领域，具体涉及一种拉线木偶式人形机器人驱动结构。

背景技术：

1、人形机器人以其优异的性能必将有更广泛的应用，但人形机器人一直被关节大力小的瓶颈所制约，究其根本原因有以下几个：第一是电机驱动形式主要受硅钢片磁饱和强度制约。在现有的关节形式中无法提高磁饱和强度的情况下，要有更高的输出力矩必须增大电机体积；第二是如液压、气动、固体传动等机械驱动形式虽然能量密度更高但动作反应时间过长，使得机器人不够灵活。所以人形机器人关节大力小的瓶颈最终解决形式还得是用电机，但如何在使用电机的情况下解决关节大力小的问题值得深究。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述技术问题，提供一种拉线木偶式人形机器人驱动结构。本发明的技术目的在于：通过改变电机安装位置，让电机提供拉力，牵引关节动作。此技术方案不仅减小了关节体积，还可以通过增大电机，让关节有更大的驱动力。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于它包括动力装置、拉线组和关节；所述拉线组包括有拉线和螺旋管；所述动力装置连接有调节拉线和螺旋管相对长度的拉线调节装置。所述拉线组跟自行车刹车线以及传动软轴结构大致相符。所述拉线调节装置可以是设置在拉线组中间改变螺旋管位置的装置，也可以是设置在拉线组末端的装置，但它们都直接或间接的动力装置相连。

4、进一步的是，所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述动力装置还连接有减速器和/或自锁装置；所述拉线组还包括护套。所述自锁装置就是人形机器人停止动作静止时维持姿态，增加动力装置的转子转动所需要动力，其形式很多，可以是在转子在加电磁离合，自锁时增加转子和定子间的摩擦力。

5、进一步的是，所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述动力装置优选无框力矩电机；优选地所述无框力矩电机定子连接有法兰和/或电磁离合和/或所述无框力矩电机转子连接有法兰和/或电磁离合；其特征还在于它包括线管；所述线管设置在转子内；线管连接有螺旋管。所述动力装置大概分为普通伺服电机和无框力矩电机；人形机器人执行单元也主要是上肢和下肢，上肢关节和自由度要求较多，上肢也较纤细；综上就可以控制上肢时用本专利所述拉线关节，将其拉线引出到胸腔等，用普通伺服电机对上肢进行控制。下肢较为粗壮，就可以把多个无框力矩电机通过设置在其中间的线管串起来并设置在两个关节中间，如股骨一般。鉴于一个关节需要控制拉线和螺旋管的相对长度以及控制关节的转动等因素，可以把串起来的多个无框力矩电机，通过其上面的电磁离合按需组合成大功率电机，并输出不同的速度和方向达到提高电机利用率，减少电机使用的目的。

6、进一步的是，所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述拉线包括正拉线和反拉线；所述正拉线和反拉线设置在螺旋管中。传动软轴式拉线在因关节动作时会改变螺旋管和拉线的位置，因为螺旋管弯曲半径发生改变表现出它们相对长度发生变化，为减少这种影响把正拉线和反拉线尽可能并在一起，让正反拉线与螺旋管的相对长度一致，所以把一个关节对称动作的正反拉线设置在同一螺旋管中，或者把设置有一个关节对称动作的正反拉线正拉线的螺旋管和设置有反拉线的螺旋管并排靠在一起。通过与电机相连的拉线调节装置调节拉线与螺旋管的相对长度尽可能始终一致。

7、进一步的是，所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述的拉线调节装置结构上包括伺服电机和/或变速器和/或调节器；所述伺服电机优选无框力矩电机。拉线调节装置大致分为两大类，一类是增加专门的电机来控制拉线和螺旋管相对长度，即伺服电机加调节器结构，通过伺服电机在不断变化的情况下快速响应调节拉线与螺旋管的相对长度，在这一大类中又分为三种方式，第一是通过伺服电机和油缸来调节拉线、第二是通过伺服电机和翘翘板来调节拉线、第三是通过伺服电机和调节器来改变螺旋管的相对长度。第二类是控制拉线与螺旋管相对长度和控制拉线收缩与放松共用一电机，即用变速器、离合器、调节器配置，通过离合器从动力装置耦合出合适力矩、速度、方向，也就是在不需要拉线驱动关节时离合从动力装置脱离、需要拉线驱动关节时直接从动力装置耦合出合适的力驱动关节；另一方面动力装置输出合适的力矩通过不同的离合器耦合出合适方向的力，通过一个小的伺服电机组调节变速器控制拉线与螺旋管相对长度的调节速度，最后通过执行单元改变拉线和螺旋管的相对长度。

8、进一步的是，所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述的调节器包括带螺旋中空管的压板和/或油缸或拉线翘翘板和/或离合器；所述油缸或拉线翘翘板还连接有正反拉线接线柱；所述油缸和带螺旋中空管的压板和/或拉线翘翘板中还设有线管；线管表面还设有正反拉线线槽。为减小拉线和线槽间的摩擦，线槽中可轴向设置滚柱。

9、进一步的是，所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述的关节包括远端关节头和近端关节窝；所述关节头和关节窝铰链连接；所述关节头结构上还包括偏转轮；所述偏转轮连接有拉线。由此组成转轴关节。

10、进一步的是，所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述的关节还包括弹簧外圈和/或近端偏转轮和/或远端偏转轮。由此可组成球窝关节，再加上前面所述转轴关节就能模仿人的大部份动作。驱动偏转轮的可以是伺服电机，也可以是拉线。

11、进一步的是，所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述的所述弹簧外圈与外壳相连；所述的近端偏转轮和远端偏转轮连接有拉线。由此再串联多个关节头和关节窝组成的转轴关节可以得到一象鼻模组或蛇形模组。

12、进一步的是，所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述的关节包括螺旋；所述螺旋上设置有偏转片；所述偏转片上设置有定位套；所述定位套中设有拉线。在人体上除了小范围内偏转的关节如肘等，还有腰部同象鼻一样在更大范围偏转。本发明这里讲的方案就有如此效果。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

14、本发明提供的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构改变了原有机器人电机的布局，把一些需要大扭力的电机放在关节外，用拉线驱动关节的旋转，提供更大力矩的情况下又不受关节大小的限制，从而突破人形机器人关节大力小的瓶颈。

1.一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于它包括动力装置、拉线组和关节；所述拉线组包括有拉线和螺旋管；所述动力装置连接有调节拉线和螺旋管相对长度的拉线调节装置。

2.根据权利要求1所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述动力装置还连接有减速器和/或自锁装置；所述拉线组还包括护套。

3.根据权利要求1所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述动力装置优选无框力矩电机；优选地所述无框力矩电机定子连接有法兰和/或电磁离合和/或所述无框力矩电机转子连接有法兰和/或电磁离合；其特征还在于它包括线管；所述线管设置在转子内；线管连接有螺旋管。

4.根据权利要求1所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述拉线包括正拉线和反拉线；所述正拉线和反拉线设置在螺旋管中。

5.根据权利要求1所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述的拉线调节装置结构上包括伺服电机和/或变速器和/或调节器；所述伺服电机优选无框力矩电机。

6.根据权利要求5所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述调节器包括带螺旋中空管的压板和/或油缸或拉线翘翘板和/或离合器；所述油缸或拉线翘翘板还连接有正反拉线接线柱；所述油缸和带螺旋中空管的压板和/或拉线翘翘板中还设有线管；线管表面还设有正反拉线线槽。

7.根据权利要求1所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述的关节包括远端关节头和近端关节窝；所述关节头和关节窝铰链连接；所述关节头结构上还包括偏转轮；所述偏转轮连接有拉线。

8.根据权利要求7所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述的关节还包括弹簧外圈和/或近端偏转轮和/或远端偏转轮。

9.根据权利要求8所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述的所述弹簧外圈与外壳相连；所述的近端偏转轮和远端偏转轮连接有拉线。

10.根据权利要求1所述的一种拉线木偶式人形机器人驱动结构，其特征在于所述的关节包括螺旋；所述螺旋上设置有偏转片；所述偏转片上设置有定位套；所述定位套中设有拉线。