一种可弯曲机器人躯干机构的制作方法

本发明涉及一种机器人，特别涉及一种可弯曲机器人躯干机构。

背景技术：

现有的家庭用机器人结构比较简单，其躯干大部分为柱状形结构，主要起支撑和固定头部或手臂的作用，由于没有类似人类的腰部或膝部结构，因为无法像人类一样具有弯曲、前倾或后仰的功能，因此也无法像人类一样实现需要弯腰才能完成的复杂动作。而工业用的机器人虽然具有躯干弯曲的作用，但是其结构设计复杂、成本较高，无法直接移植到家庭服务用的机器人设计中。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的家庭用机器人的躯干大多数为柱状形，并不具有弯曲的结构和功能的上述不足，提供一种可弯曲机器人躯干机构。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种可弯曲机器人躯干机构，包括躯干骨架，所述躯干骨架包括从上到下依次设置的上肢支撑骨架、膝腰支撑骨架和下肢支撑骨架，所述上肢支撑骨架、膝腰支撑骨架之间旋转连接有腰关节，所述膝腰支撑骨架、下肢支撑骨架之间旋转连接有膝关节。

该躯干机构包括上肢支撑骨架、膝腰支撑骨架、下肢支撑骨架，两两分别 通过腰关节、膝关节实现旋转，因此该躯干结构可以形成类人类的腰部、膝部的弯曲结构。该机构不同于现有的大多数柱状机器人躯干，可应用于家庭服务机器人的躯干设计，使机器人具备类人的弯腰屈膝动作，在这一基础上能够极大丰富机器人未来功能的相关开发，具有广泛的应用。

优选地，所述腰关节包括连接所述上肢支撑骨架、膝腰支撑骨架的腰部谐波减速器，所述腰部谐波减速器一端适配有同步轮，所述同步轮由腰部直流电机驱动旋转。

该腰关节采用腰部谐波减速器，配合同步轮和腰部直流电机驱动，能够有效的控制上肢支撑骨架与膝腰支撑骨架的相对旋转。

优选地，所述腰部直流电机的输出轴通过皮带与所述同步轮连接，所述腰部直流电机与所述腰部谐波减速器错位平行设置。

腰部直流电机与腰部谐波减速器错位平行设置，相对于横向设置在同一平面，能够有效利用躯干结构的空间，减少躯干机构在横向的占有空间。

优选地，所述膝关节包括连接所述膝腰支撑骨架、下肢支撑骨架的膝部谐波减速器，所述膝部谐波减速器一端适配有同步轮，所述同步轮由膝部直流电机驱动旋转。

该膝关节采用膝部谐波减速器，配合同步轮和膝部直流电机驱动，能够有效、准确的控制下肢支撑骨架与膝腰支撑骨架的相对旋转。

优选地，所述膝部直流电机的输出轴通过皮带与所述同步轮连接，所述膝部直流电机与所述膝部谐波减速器错位平行设置。

膝部直流电机与膝部谐波减速器错位平行设置，相对于横向设置在同一平 面，能够有效利用躯干结构的空间，减少躯干机构在横向的占有空间。

优选地，所述上肢支撑骨架包括两片相互平行的左上肢支撑板和右上肢支撑板，所述左上肢支撑板和右上肢支撑板之间横向固定有连接件。

上肢支撑骨架通过设置两片相互平行的左上肢支撑板和右上肢支撑板，且二者横向固连有连接件，在保证强度的基础上，有效减轻了上肢支撑骨架的重量，提高了上肢支撑骨架的弯曲效率。

优选地，所述膝腰支撑骨架包括两片相互平行的左膝腰支撑板和右膝腰支撑板。

膝腰支撑骨架通过设置两片相互平行的左膝腰支撑板和右膝腰支撑板，在保证强度和稳定性基础上，有效减轻了膝腰支撑骨架的重量，提高了膝腰支撑骨架的弯曲效率。

优选地，所述下肢支撑骨架包括两片相互平行的左下肢支撑板和右下肢支撑板。

下肢支撑骨架通过设置两片相互平行的左下肢支撑板和右下肢支撑板，在保证强度和稳定性基础上，有效减轻了下肢支撑骨架的重量，提高了下肢支撑骨架的弯曲效率。

优选地，所述上肢支撑骨架、膝腰支撑骨架和下肢支撑骨架为铝合金板，能够有效减轻躯干机构的重量。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明所述一种可弯曲机器人躯干机构，包括上肢支撑骨架、膝腰支撑骨架、下肢支撑骨架，分别通过腰关节、膝关节连接实现旋转，因此该躯干结 构可以形成类人的腰部、膝部弯曲结构，其不同于现有的大多数柱状机器人躯干，可应用于家庭服务机器人的躯干设计，使机器人具备类人的弯腰屈膝动作，在这一基础上能够极大丰富机器人未来功能的相关开发，具有广泛的应用；

2、该躯干机构的腰关机、膝关节分别通过腰部谐波减速器、膝部谐波减速器配合同步轮、直流电机驱动上肢支撑骨架、膝腰支撑骨架旋转，效率较高、可靠性好；

3、该躯干机构的上肢支撑骨架、膝腰支撑骨架和下肢支撑骨架均是通过左右两个支撑板连接而成，在保证强度和稳定性基础上，有效减轻了躯干的重量，提高了躯干的弯曲效率。

附图说明：

图1为本发明所述一种可弯曲机器人躯干机构的使用示意图；

图2为图1中躯干机构的结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为图2的右视图；

图5为图4中躯干机构弯曲时的示意图；

图6为图1中腰关节或膝关节中使用的U形组合件结构示意图。

图中标记：

1、上肢支撑骨架，11、左上肢支撑板，12、右上肢支撑板，13、连接件，2、膝腰支撑骨架，21、左膝腰支撑板，22、右膝腰支撑板，3、下肢支撑骨架，31、左下肢支撑板，32、右下肢支撑板，4、腰关节，41、腰部谐波减速器，42、 同步轮，43、皮带，44、腰部直流电机，45、U形组合件，5、膝关节，51、膝部谐波减速器，52、同步轮，53、皮带，54、膝部直流电机，55、连接件，56、U形组合件。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1-4所示，一种可弯曲机器人躯干机构，包括躯干骨架，躯干骨架包括上肢支撑骨架1、膝腰支撑骨架2和下肢支撑骨架3，分别从上到下依次设置，其中上肢支撑骨架1、膝腰支撑骨架2之间旋转连接有腰关节4，膝腰支撑骨架2、下肢支撑骨架3之间旋转连接有膝关节5。

上述的腰关节4包括连接上肢支撑骨架1、膝腰支撑骨架2的腰部谐波减速器41，腰部谐波减速器41一端适配有同步轮42，同步轮42由腰部直流电机44驱动旋转。腰部直流电机44的输出轴通过皮带43与同步轮42连接，腰部直流电机44与腰部谐波减速器41错位平行设置。

其中上肢支撑骨架1包括两片相互平行的左上肢支撑板11、右上肢支撑板12，左上肢支撑板11和右上肢支撑板12之间横向固定有连接件13，连接件13负责左上肢支撑板11、右上肢支撑板12下端的固定，连接件13左右两端的螺孔与左上肢支撑板11、右上肢支撑板12下端的螺孔对齐，通过螺丝固定。

上述的膝关节5包括连接膝腰支撑骨架2、下肢支撑骨架3的膝部谐波减速器51，膝部谐波减速器51一端适配有同步轮52，同步轮52由膝部直流电机54 驱动旋转。膝部直流电机54与膝部谐波减速器51错位平行设置，相对于横向设置在同一平面，能够有效利用躯干结构的空间，减少躯干机构在横向的占有空间。

膝腰支撑骨架2包括两片相互平行的左膝腰支撑板21和右膝腰支撑板22。左膝腰支撑板21的下端与连接件55的右上端打孔处通过螺丝固定，右膝腰支撑板22的下端与图1中连接件55的左上端打孔处通过螺丝固定，即膝腰支撑骨架2以垂直于连接件55上平面的方式与其固定。

下肢支撑骨架3包括两片相互平行的左下肢支撑板31和右下肢支撑板32。两块支撑板保持20cm平行，左下肢支撑板31和右下肢支撑板32分别对准底盘中心螺孔进行固定，形成不活动端。下肢支撑骨架3与膝腰支撑骨架2之间通过连接件55进行连接。右下肢支撑板32的顶端圆孔处与连接件55的右下端圆孔处对准，通过螺丝固定，形成法兰结构，左下肢支撑板31的顶端镂空处与连接件55的左下端圆形打孔处对其，两者之间留有一定距离，距离大小依据膝关节的膝部谐波减速器51的大小而定。

上述的连接件55与膝腰支撑骨架2的连接方式为：左膝腰支撑板21的下端与连接件55的右上端打孔处通过螺丝固定，右膝腰支撑板22的下端与连接件55的左上端打孔处通过螺丝固定，即膝腰支撑骨架2以垂直于连接件55上平面的方式与其固定。

膝腰支撑骨架2与上肢支撑骨架1的连接方式为：右上肢支撑板12的下端打孔处与右膝腰支撑板22上端打孔处对准，且通过螺丝进行固定，形成另一个法兰结构，左上肢支撑板11的下端和左膝腰支撑板21之间的连接关系同连接件55左下端和左下肢支撑板31顶端的连接关系类似，即左上肢支撑板11下端 的打孔处与左膝腰支撑板21上端的打孔处对准，两者之间的距离和左下肢支撑板31与连接件55之间的距离一致，这是因为膝与腰两关节选取同样型号的谐波减速器。

由于膝关节、腰关节均采用“直流电机+谐波减速器”结构。腰部关节4：腰部直流电机44通过U组合形件45固定在机器人躯干骨架上，即图6中U组合形件45的上端部件通过螺丝固定在膝腰支撑骨架2之间，腰部直流电机44通过U行组合件45的下端部件和螺丝与U行组合件45的上端部件固定，从而实现直流电机固定在膝腰支撑骨架2之间。腰部谐波减速器41通过螺丝固定在左上肢支撑板11下端和左膝腰支撑板21上端之间，腰部谐波减速器41外齿圈与同步轮42嵌套连接，同步轮42与腰部直流电机44输出轴舵盘通过皮带43进行连接，从而构成了腰部关节4。

膝部关节5：类似于腰部关节4，膝部直流电机51通过U行组合件56固定在机器人下肢支撑骨架3上，膝部谐波减速器51通过螺丝固定在左支撑板11下端与左下肢支撑板31上端之间，膝部直流电机54的输出轴舵盘通过皮带43与膝部同步轮52相连，同步轮52和膝部谐波减速器51外齿圈嵌套连接，从而形成膝部活动关节。右上肢支撑板12下端与右膝腰支撑板22上端，右膝腰支撑板22下端与右下肢支撑板32上端均通过法兰轴承进行连接，且轴承中心与相应的谐波减速器中心连线保持与底盘保持平行。

左上肢支撑板11、右上肢支撑板12之间的距离与左下肢支撑板31、右下肢支撑板32之间的距离相同，且左上肢侧支撑板12与左下肢支撑板32保持垂直于底盘的同一条直线上，膝腰支撑骨架2之间的距离根据所采用膝部直流电机541以及膝部谐波减速器51的大小尺寸而定。

再将躯干机构装配在机器人上时，如图1、5所示，机器人的躯干机构与底盘呈垂直关系，且躯干上的下肢支撑骨架3与底盘成竖直固定连接状态。考虑到机器人的外形以及整体平衡性，机器人的腰部即腰关节4，可以实现上肢支撑骨架1前后30°的倾斜；膝部即膝关节5，可以实现膝腰支撑骨架2前后15°的倾斜，且可以通过控制方法实现两者的同步运动，采用不同外形和控制方法，机器人可实现腰部前后90°，膝部前后45°的运动。

该躯干机构不同于现有的大多数柱状机器人躯干，可应用于家庭服务机器人的躯干设计，使机器人具备类人的弯腰屈膝动作，在这一基础上能够极大丰富机器人未来功能的相关开发，具有广泛的应用。