專利名稱：利用拉桿模擬人體踝部動(dòng)作的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用拉桿模擬人體踝部動(dòng)作的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
機(jī)器人是自動(dòng)控制機(jī)器(Robot)的通稱，主要用于協(xié)助人們進(jìn)行各種具高危險(xiǎn)性、具高精密性或需長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)執(zhí)行的工作，早在1980年代，便有汽車業(yè)者利用一種具多關(guān)節(jié)的機(jī)械手臂(robot arm)，來(lái)提升生產(chǎn)在線的良率及制造效率。時(shí)至今日，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，無(wú)論是半導(dǎo)體、金屬加工、風(fēng)機(jī)制造、太陽(yáng)能制造業(yè)、食品加工與包裝、電子、制藥等產(chǎn)業(yè)，都可見到各種不同類型的機(jī)器人，令業(yè)者能通過生產(chǎn)的自動(dòng)化及機(jī)械化，大幅改善生產(chǎn)效率、產(chǎn)品產(chǎn)能、營(yíng)運(yùn)成本及工安要求,并創(chuàng)造出更多的利潤(rùn)。為了讓機(jī)器人能執(zhí)行更多不同類型的工作，近年來(lái)，有許多的設(shè)計(jì)者致力于開發(fā)人形機(jī)器人，以期能使機(jī)器人具有手、腳等肢體，進(jìn)而模擬出人體的實(shí)際動(dòng)作。一般而言，為了能使機(jī)器人忠實(shí)地呈現(xiàn)出人體般的各種細(xì)微動(dòng)作，設(shè)計(jì)者必須在機(jī)器人上裝設(shè)多個(gè)馬達(dá)，以將各馬達(dá)模擬人體的關(guān)節(jié)分別控制各部位間的彎曲、翻動(dòng)或扭轉(zhuǎn)。如圖1所示是一種現(xiàn)有的機(jī)器人1，該機(jī)器人I包括一主體10、二上肢機(jī)構(gòu)11、二下肢機(jī)構(gòu)12及二足部13，其中，下肢機(jī)構(gòu)12還包括一第一驅(qū)動(dòng)模塊121、一第二驅(qū)動(dòng)模塊122及一第三驅(qū)動(dòng)模塊123，該第一驅(qū)動(dòng)模塊121裝設(shè)于下肢機(jī)構(gòu)12的頂部對(duì)應(yīng)于其主體10的位置，以使機(jī)器人I能提高整個(gè)下肢機(jī)構(gòu)，呈現(xiàn)出如同人體抬高大腿的動(dòng)作；第二驅(qū)動(dòng)模塊122則裝設(shè)于下肢機(jī)構(gòu)12的中段部，以能控制下肢機(jī)構(gòu)12彎曲，呈現(xiàn)出如同人體般彎曲膝蓋的動(dòng)作。第三驅(qū)動(dòng)模塊裝設(shè)于下肢機(jī)構(gòu)12底部對(duì)應(yīng)于足部13的位置，使足部13能相對(duì)于下肢機(jī)構(gòu)12轉(zhuǎn)動(dòng)，呈現(xiàn)出如同人體轉(zhuǎn)動(dòng)踝部的動(dòng)作。該機(jī)器人I雖能通過各驅(qū)動(dòng)模塊使下肢機(jī)構(gòu)12能靈活地彎曲，但此種設(shè)計(jì)卻存在有一極大的問題，即由于下肢機(jī)構(gòu)12中使用了過多的驅(qū)動(dòng)模塊，且驅(qū)動(dòng)模塊通常是由伺服馬達(dá)、減速機(jī)構(gòu)及其間的動(dòng)力傳遞裝置組成，其組件數(shù)目過多且不易小型化，因此，前一級(jí)的驅(qū)動(dòng)模塊必須足以負(fù)荷后一級(jí)的驅(qū)動(dòng)模塊重量，才能達(dá)成高效率、剛性與荷重比的優(yōu)異動(dòng)態(tài)特性。以圖1所示的機(jī)器人I為例，該機(jī)器人I于行走時(shí)，第一驅(qū)動(dòng)模塊121及第二驅(qū)動(dòng)模塊122承受了較大的外部作用力，故必須使用較大的電流，才能保持其具有足夠的動(dòng)力帶動(dòng)整個(gè)下肢機(jī)構(gòu)12運(yùn)轉(zhuǎn)，造成驅(qū)動(dòng)模塊121、122將會(huì)耗費(fèi)過多的電力，并容易因過負(fù)載所產(chǎn)生的高溫而損壞。造成上述問題的主要原因是因?yàn)榈谌?qū)動(dòng)模塊設(shè)于鄰近于足部13的位置，根據(jù)物理學(xué)原理，在第一驅(qū)動(dòng)模塊121欲驅(qū)動(dòng)下肢機(jī)構(gòu)12進(jìn)行擺動(dòng)時(shí)，第一驅(qū)動(dòng)模塊121所產(chǎn)生的動(dòng)力需足以驅(qū)動(dòng)第三驅(qū)動(dòng)模塊123所產(chǎn)生的力矩:即作用力(第三驅(qū)動(dòng)模塊123的重量)與力臂(下肢機(jī)構(gòu)12的長(zhǎng)度)。因此，發(fā)明人歸納出解決現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)載過重問題的兩大方法:簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)及改變驅(qū)動(dòng)模塊的裝設(shè)位置。如圖2和圖3所示，是發(fā)明人過去設(shè)計(jì)的一款設(shè)有雙馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)模塊2，該驅(qū)動(dòng)模塊2能在大幅縮減整體體積與重量的條件下 ，仍可進(jìn)行一個(gè)或二個(gè)方向自由度的運(yùn)動(dòng)，減少機(jī)器人因驅(qū)動(dòng)模塊過重而產(chǎn)生的前述諸多問題。這里扼要說明該驅(qū)動(dòng)模塊2的結(jié)構(gòu)如下:其中，為避免驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)被外部的諸多齒輪所遮蔽，在圖3中省略了部份組件，以清楚地繪制出驅(qū)動(dòng)模塊2的整體架構(gòu)。該驅(qū)動(dòng)模塊2包括一座體21、二伺服馬達(dá)22、二傳動(dòng)模塊23及一輸出模塊24,其中伺服馬達(dá)22、傳動(dòng)模塊23及輸出模塊24皆設(shè)于座體21上，各伺服馬達(dá)22上分別設(shè)有一傳動(dòng)軸220 ;傳動(dòng)模塊23包括復(fù)數(shù)個(gè)傳動(dòng)組件231 (如:傳動(dòng)齒輪、蝸桿或蝸輪)、至少一從動(dòng)組件234 (如:從動(dòng)齒輪)及一輸出軸235，在伺服馬達(dá)22動(dòng)作時(shí)，傳動(dòng)軸220依序帶動(dòng)各傳動(dòng)組件231、從動(dòng)齒輪234及輸出軸235，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)輸出模塊24。輸出模塊24包括一框架241、一內(nèi)軸桿242、二第一傘形齒輪243、一第二傘形齒輪244及一輸出件245，輸出軸235貫穿框架241的兩對(duì)應(yīng)側(cè)部，其伸入框架241內(nèi)的一端則與第一傘形齒輪243相連接，以在輸出軸235被從動(dòng)齒輪234帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出軸235將能帶動(dòng)第一傘形齒輪243旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使框架241執(zhí)行前后轉(zhuǎn)動(dòng)(在圖2及圖3中以左下為前方，右上為后方)；內(nèi)軸桿242貫穿框架241的另兩對(duì)應(yīng)側(cè)部，第二傘形齒輪244則設(shè)于內(nèi)軸桿242的中段部，且能分別與各第一傘形齒輪243相嚙合，各第一傘形齒輪243間的差速關(guān)系會(huì)帶動(dòng)第二傘形齒輪244，使得輸出件245能因此執(zhí)行左右轉(zhuǎn)動(dòng)(在圖2及圖3中系以左上為左方，右下為右方)。在設(shè)計(jì)出上述的驅(qū)動(dòng)模塊2后，發(fā)明人進(jìn)一步考慮如何將驅(qū)動(dòng)模塊2實(shí)際應(yīng)用于一機(jī)器人上，同時(shí)，對(duì)機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)進(jìn)行改良，以改變控制機(jī)器人踝部動(dòng)作驅(qū)動(dòng)模塊的位置。發(fā)明人希望通過一嶄新的機(jī)械結(jié)構(gòu)，令具備雙足結(jié)構(gòu)的機(jī)器人于行走時(shí)，不會(huì)因?yàn)轵?qū)動(dòng)模塊的重量而增加 不必要的負(fù)載，進(jìn)而提升機(jī)器人的效率及穩(wěn)定度。因此，如何設(shè)計(jì)出一種機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)，以達(dá)成發(fā)明人的上述目的，即成為本發(fā)明在此亟欲解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種運(yùn)作更有效率，行走更加穩(wěn)定，且結(jié)構(gòu)能更趨近于真實(shí)人體的利用拉桿模擬人體踝部動(dòng)作的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種利用拉桿模擬人體踝部動(dòng)作的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)，在鄰近機(jī)器人膝部關(guān)節(jié)的位置設(shè)有二個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，所述機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)包括:一裝設(shè)于機(jī)器人鄰近膝部關(guān)節(jié)下方的支撐架，該支撐架的頂部定位于各驅(qū)動(dòng)模塊之間，且其上兩對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)有一第一樞接部，各第一樞接部上分別開設(shè)有一第一樞接孔；一樞接于支撐架底部的腳板，使機(jī)器人能通過支撐架和腳板穩(wěn)固地站立于一平面上；一定位于第一樞接部之間的框架，且其兩對(duì)應(yīng)側(cè)面分別設(shè)有一外軸桿，各外軸桿分別樞接于各第一樞接孔上，且其一端穿過對(duì)應(yīng)的第一樞接孔，分別連接至各驅(qū)動(dòng)模塊，在驅(qū)動(dòng)模塊朝同一方向動(dòng)作時(shí)，該框架能以外軸桿為中心，進(jìn)行前后擺動(dòng)；一貫穿框架另兩對(duì)應(yīng)側(cè)面的內(nèi)軸桿，且其兩端延伸至框架外，該內(nèi)軸桿的后端固設(shè)有一連接桿，在內(nèi)軸桿被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，該連接桿能隨之左右擺動(dòng)；二后拉桿，其上端分別樞接于連接桿的兩端，其下端則分別樞接至腳板上鄰近后端的兩對(duì)應(yīng)位置，在框架以外軸桿為中心，進(jìn)行前后擺動(dòng)時(shí)，后拉桿能同時(shí)帶動(dòng)腳板，使腳板產(chǎn)生相同的前后擺動(dòng)，或在連接桿產(chǎn)生左右擺動(dòng)的情況下，后拉桿能分別拉動(dòng)腳板，使腳板產(chǎn)生相同的左右擺動(dòng)。本發(fā)明所述機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)還包括一前拉桿，該前拉桿的上端與內(nèi)軸桿的前端相樞接，其下端則樞接至腳板鄰近前端的位置，在框架產(chǎn)生前后擺動(dòng)時(shí)，該前拉桿能拉動(dòng)腳板，使腳板產(chǎn)生相同的前后擺動(dòng)。本發(fā)明所述機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)還包括二第一傘形齒輪及一第二傘形齒輪，各第一傘形齒輪分別固設(shè)于各外軸桿上對(duì)應(yīng)于框架內(nèi)的另一端；該第二傘形齒輪則設(shè)于內(nèi)軸桿的中段部上，且分別與各第一傘形齒輪相嚙合，在第一傘形齒輪分別被驅(qū)動(dòng)模塊帶動(dòng)，且具有相對(duì)差速運(yùn)動(dòng)的情況下，第二傘形齒輪能被第一傘形齒輪帶動(dòng)。本發(fā)明所述腳板的頂部設(shè)有一樞接座，該樞接座的左右兩側(cè)分別延伸設(shè)有一第二樞接部，各第二樞接部分別與各后拉桿的下端相樞接，在連接桿產(chǎn)生左右擺動(dòng)時(shí)，后拉桿能分別拉 動(dòng)腳板，使腳板產(chǎn)生相同的左右擺動(dòng)。本發(fā)明所述樞接座上還樞設(shè)有一下軸桿，該下軸桿的一端朝腳板的前端延伸，并與前拉桿的下端相樞接，在框架前后擺動(dòng)時(shí)，該前拉桿能拉動(dòng)下軸桿的一端，使腳板產(chǎn)生相同的前后擺動(dòng)。本發(fā)明所述支撐架的底部設(shè)有二第二樞接孔，且下軸桿的中段部分別朝其左右方向延伸，形成二第三樞接部，各第三樞接部的位置與各第二樞接孔相對(duì)應(yīng)，以使各第三樞接部能與對(duì)應(yīng)的第二樞接孔相樞接。本發(fā)明所述前拉桿或后拉桿由撓性材料制成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在支撐架頂部樞設(shè)框架，并通過框架上的內(nèi)軸桿帶動(dòng)拉桿，由拉桿調(diào)整框架底部腳板的角度，進(jìn)而模擬出人體腳掌內(nèi)彎或外踢的動(dòng)作和人體腳部提高腳掌或提高腳跟的動(dòng)作，進(jìn)一步強(qiáng)化機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)在動(dòng)作上的穩(wěn)定性和仿真性。


圖1是現(xiàn)有機(jī)器人的示意圖。圖2是現(xiàn)有機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊的立體示意圖。圖3是現(xiàn)有機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊的局部示意圖。圖4是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明腳板的示意圖。圖6是本發(fā)明的動(dòng)作示意圖。圖7是本發(fā)明的另一動(dòng)作示意圖。圖中主要零件符號(hào)說明:
權(quán)利要求
1.一種利用拉桿模擬人體踝部動(dòng)作的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)，在鄰近機(jī)器人膝部關(guān)節(jié)的位置設(shè)有二個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于:所述機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)包括: 一裝設(shè)于機(jī)器人鄰近膝部關(guān)節(jié)下方的支撐架，該支撐架的頂部定位于各驅(qū)動(dòng)模塊之間，且其上兩對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)有一第一樞接部，各第一樞接部上分別開設(shè)有一第一樞接孔； 一樞接于支撐架底部的腳板，使機(jī)器人能通過支撐架和腳板穩(wěn)固地站立于一平面上； 一定位于第一樞接部之間的框架，且其兩對(duì)應(yīng)側(cè)面分別設(shè)有一外軸桿，各外軸桿分別樞接于各第一樞接孔上，且其一端穿過對(duì)應(yīng)的第一樞接孔，分別連接至各驅(qū)動(dòng)模塊，在驅(qū)動(dòng)模塊朝同一方向動(dòng)作時(shí)，該框架能以外軸桿為中心，進(jìn)行前后擺動(dòng)； 一貫穿框架另兩對(duì)應(yīng)側(cè)面的內(nèi)軸桿，且其兩端延伸至框架外，該內(nèi)軸桿的后端固設(shè)有一連接桿，在內(nèi)軸桿被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，該連接桿能隨之左右擺動(dòng)； 二后拉桿，其上端分別樞接于連接桿的兩端，其下端則分別樞接至腳板上鄰近后端的兩對(duì)應(yīng)位置，在框架以外軸桿為中心，進(jìn)行前后擺動(dòng)時(shí)，后拉桿能同時(shí)帶動(dòng)腳板，使腳板產(chǎn)生相同的前后擺動(dòng)， 或在連接桿產(chǎn)生左右擺動(dòng)的情況下，后拉桿能分別拉動(dòng)腳板，使腳板產(chǎn)生相同的左右擺動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用拉桿模擬人體踝部動(dòng)作的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)還包括一前拉桿，該前拉桿的上端與內(nèi)軸桿的前端相樞接，其下端則樞接至腳板鄰近前端的位置，在框架產(chǎn)生前后擺動(dòng)時(shí)，該前拉桿能拉動(dòng)腳板，使腳板產(chǎn)生相同的前后擺動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用拉桿模擬人體踝部動(dòng)作的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)還包括二第一傘形齒輪及一第二傘形齒輪，各第一傘形齒輪分別固設(shè)于各外軸桿上對(duì)應(yīng)于框架內(nèi)的另一端；該第二傘形齒輪則設(shè)于內(nèi)軸桿的中段部上，且分別與各第一傘形齒輪相嚙合，在第一傘形齒輪分別被驅(qū)動(dòng)模塊帶動(dòng)，且具有相對(duì)差速運(yùn)動(dòng)的情況下，第二傘形齒輪能被第一傘形齒輪帶動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用拉桿模擬人體踝部動(dòng)作的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述腳板的頂部設(shè)有一樞接座，該樞接座的左右兩側(cè)分別延伸設(shè)有一第二樞接部，各第二樞接部分別與各后拉桿的下端相樞接，在連接桿產(chǎn)生左右擺動(dòng)時(shí)，后拉桿能分別拉動(dòng)腳板，使腳板產(chǎn)生相同的左右擺動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用拉桿模擬人體踝部動(dòng)作的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述樞接座上還樞設(shè)有一下軸桿，該下軸桿的一端朝腳板的前端延伸，并與前拉桿的下端相樞接，在框架前后擺動(dòng)時(shí)，該前拉桿能拉動(dòng)下軸桿的一端，使腳板產(chǎn)生相同的前后擺動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用拉桿模擬人體踝部動(dòng)作的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述支撐架的底部設(shè)有二第二樞接孔，且下軸桿的中段部分別朝其左右方向延伸，形成二第三樞接部，各第三樞接部的位置與各第二樞接孔相對(duì)應(yīng)，以使各第三樞接部能與對(duì)應(yīng)的第二樞接孔相樞接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6任意一項(xiàng)所述的利用拉桿模擬人體踝部動(dòng)作的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述前拉桿或后拉桿由撓性材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用拉桿模擬人體踝部動(dòng)作的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)，包括一支撐架、一腳板、一框架、一內(nèi)軸桿及二后拉桿，該支撐架設(shè)于機(jī)器人膝部下方鄰近二驅(qū)動(dòng)模塊的位置，且其頂部設(shè)有二第一樞接部；腳板樞設(shè)于支撐架的底部；框架定位于第一樞接部之間，且其兩對(duì)應(yīng)側(cè)分別設(shè)有一外軸桿，各外軸桿能與各第一樞接部相樞接，并穿過各第一樞接部，以連接各驅(qū)動(dòng)模塊；內(nèi)軸桿貫穿框架的另兩對(duì)應(yīng)側(cè)，其一端設(shè)有一連接桿；各后拉桿的兩端則分別連接連接桿及腳板，在外軸桿及內(nèi)軸桿分別被帶動(dòng)時(shí)，框架及連接桿將能分別前后擺動(dòng)及左右擺動(dòng)，以使拉桿能如同人體的小腿肌肉一樣控制腳板產(chǎn)生各種踝部動(dòng)作。
文檔編號(hào)B25J11/00GK103213131SQ20131014827
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者戴文鐘 申請(qǐng)人:戴文鐘