本發(fā)明涉及人形機(jī)器人的，尤其涉及一種人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、人型機(jī)器人(英語：android)，又稱仿生人，是一種旨在模仿人類外觀和行為的機(jī)器人(robot)。尤其特指具有和人類相似肌體的種類。直到最近，人型機(jī)器人的概念之前在科學(xué)幻想領(lǐng)域，常見于電影、電視、漫畫、小說等?，F(xiàn)今，機(jī)器人學(xué)方面的進(jìn)展已經(jīng)可以設(shè)計(jì)出功能化擬真化的人形機(jī)器人(humanoid?robot)。

2、人形機(jī)器人的肩部是其設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的部分，它不僅需要支撐機(jī)器人的大臂、小臂和靈巧手以及末端負(fù)載，還要提供足夠的靈活性來執(zhí)行各種肩部動作。人形機(jī)器人的肩部通常包含多個(gè)關(guān)節(jié)，每一個(gè)關(guān)節(jié)都允許機(jī)器人手臂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。肩部的自由度決定了機(jī)器人手臂能夠執(zhí)行的動作范圍。一個(gè)典型的人形機(jī)器人肩部具有3個(gè)自由度，如果以人的視角來定義的話，包括肩部的前后擺(俯仰)、外展(橫滾)、自旋轉(zhuǎn)(偏航)。肩部的設(shè)計(jì)需要提供足夠的力量和扭矩，以支撐手臂和手部的重量，并執(zhí)行所需的動作。肩部結(jié)構(gòu)需要穩(wěn)定，以確保在運(yùn)動過程中機(jī)器人的上半身保持平衡。肩部可能集成有傳感器，如位置傳感器和力傳感器，用于監(jiān)測和控制運(yùn)動。設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮肩部的維護(hù)和耐用性，確保機(jī)器人長時(shí)間運(yùn)行而不需要頻繁維修。在設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮到安全性，確保機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)不會對人或環(huán)境造成傷害。

3、人形機(jī)器人的肩部設(shè)計(jì)雖然取得了一定的進(jìn)展，但現(xiàn)有技術(shù)方案仍存在一些缺點(diǎn)和挑戰(zhàn)：

4、1、關(guān)節(jié)沒有快拆設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)件和電子元器件沒有合并為一個(gè)獨(dú)立的模組，安裝和拆卸維護(hù)都非常麻煩。

5、2、技術(shù)集成問題，將先進(jìn)的傳感器、執(zhí)行器和控制系統(tǒng)集成到肩部設(shè)計(jì)中會增加體積和重量，使得機(jī)器人肩部比例不協(xié)調(diào)，影響人形機(jī)器人的全身運(yùn)動控制效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，其具有快拆設(shè)計(jì)，安裝和拆卸非常方便，實(shí)現(xiàn)模塊化，方便后續(xù)維護(hù)和更換，密封容易，能夠?qū)崿F(xiàn)肩部的前后擺、外展、自旋轉(zhuǎn)三個(gè)自由度的運(yùn)動，使得肩部的體積更小，重量更輕，可以實(shí)現(xiàn)電器接口的快速安裝和拆卸。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：這種人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，其包括：肩部俯仰模組、肩部橫滾模組、肩部偏航模組；

3、肩部俯仰模組包括：俯仰關(guān)節(jié)(11)、肩關(guān)節(jié)基座(12)、俯仰力矩傳感器(13)、俯仰輸出彈簧頂針(14)，俯仰關(guān)節(jié)插入人形機(jī)器人的機(jī)身，肩關(guān)節(jié)基座的內(nèi)圈通過俯仰關(guān)節(jié)緊固螺釘(15)與俯仰關(guān)節(jié)固定連接并且通過俯仰支撐板緊固螺釘(224)與肩部橫滾模組的第一矩形連接板固定連接，肩關(guān)節(jié)基座的外圈通過肩部基座緊固螺釘(17)和人形機(jī)器人的機(jī)身固定連接，俯仰關(guān)節(jié)帶動肩關(guān)節(jié)基座的內(nèi)圈、肩部橫滾模組一起相對于肩關(guān)節(jié)基座的外圈轉(zhuǎn)動，俯仰關(guān)節(jié)的輸出端是俯仰力矩傳感器，且俯仰力矩傳感器的中間部位是俯仰輸出彈簧頂針的公端，俯仰輸出彈簧頂針的母端集成在俯仰力矩傳感器上；

4、肩部橫滾模組包括：橫滾關(guān)節(jié)(21)、俯仰支撐板(22)、橫滾力矩傳感器(23)、橫滾輸入彈簧頂針(241)、橫滾輸出彈簧頂針(242)，俯仰支撐板由第一前圓板(221)、第一后圓板(222)、第一矩形連接板(223)組成，第一矩形連接板連接第一前圓板和第一后圓板而形成凹槽，橫滾關(guān)節(jié)設(shè)置在凹槽內(nèi)并通過橫滾關(guān)節(jié)緊固螺釘(25)固接到俯仰支撐板的第一前圓板，橫滾關(guān)節(jié)的輸入端、輸出端分別為橫滾輸入彈簧頂針、橫滾輸出彈簧頂針，橫滾輸入彈簧頂針偏心布置且靠近俯仰關(guān)節(jié)，第一矩形連接板上設(shè)置俯仰輸出彈簧頂針電路板(261)，俯仰輸出彈簧頂針電路板壓靠俯仰輸出彈簧頂針的公端并通過線束連接在第一后圓板處的橫滾輸入彈簧頂針電路板(262)，橫滾關(guān)節(jié)的輸出端是橫滾力矩傳感器，且橫滾力矩傳感器的中間部位是橫滾輸出彈簧頂針的公端，橫滾輸出彈簧頂針的母端集成在橫滾力矩傳感器上，橫滾關(guān)節(jié)帶動橫滾支撐板、偏航關(guān)節(jié)一起相對于俯仰支撐板轉(zhuǎn)動；

5、肩部偏航模組包括：偏航關(guān)節(jié)(31)、橫滾支撐板(32)、偏航力矩傳感器(33)、偏航輸入彈簧頂針、偏航輸出彈簧頂針(34)，橫滾支撐板由第二前圓板(321)、第二后圓板(322)、第二環(huán)形連接板(323)組成，第一前圓板和第二前圓板通過橫滾支撐板緊固螺釘(51)連接固定，橫滾輸出彈簧頂針電路板(36)的線束連接到偏航輸入彈簧頂針電路板(40)上，偏航輸入彈簧頂針電路板通過偏航輸入彈簧頂針將電源和信號都傳遞給偏航關(guān)節(jié)，偏航輸入彈簧頂針電路板固定在頂針電路板基座(41)上，偏航關(guān)節(jié)套在第二環(huán)形連接板內(nèi)并相對于橫滾支撐板轉(zhuǎn)動，偏航關(guān)節(jié)的輸出端通過偏航輸出彈簧頂針公端來傳遞電源和信號。

6、本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下：

7、1、三個(gè)模組輸出端全部采用快拆電器接口設(shè)計(jì)方案，安裝和拆卸非常方便，實(shí)現(xiàn)模塊化，方便后續(xù)維護(hù)和更換。

8、2、每一個(gè)關(guān)節(jié)的輸出端都集成了力矩傳感器，并通過彈簧頂針的形式把上一個(gè)關(guān)節(jié)的電源和信號傳遞給下一個(gè)關(guān)節(jié)，使得肩部的體積更小，重量更輕。

9、3、俯仰支撐板和橫滾支撐板采用一體化設(shè)計(jì)，減少了零部件的數(shù)量，降低了體積，減輕了重量，將電器接口固定在俯仰支撐板上，降低了安裝難度。限位緩沖塊安裝在橫滾支撐板上，安裝方便，沒有過多的占用體積。而且限位緩沖塊可以根據(jù)不同的工況和需求，采用不同的材料實(shí)現(xiàn)不同的效果。限位緩沖塊可以有效避免橫滾支撐板做橫滾運(yùn)動時(shí)對俯仰模塊和人形機(jī)器人機(jī)身產(chǎn)生干涉破壞。

10、4、所有的電器接口都是通過彈簧頂針的方式實(shí)現(xiàn)的連接，內(nèi)置在各個(gè)模塊內(nèi)部，沒有外部走線，當(dāng)各個(gè)模塊受到?jīng)_擊的時(shí)候，可以提高電器接口的可靠性和安全性。

技術(shù)特征：

1.一種人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，其特征在于：其包括：肩部俯仰模組、肩部橫滾模組、肩部偏航模組；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，其特征在于：所述俯仰輸出彈簧頂針、橫滾輸入彈簧頂針、橫滾輸出彈簧頂針、偏航輸入彈簧頂針、偏航輸出彈簧頂針的每種彈簧頂針均包括公端和母端，母端的內(nèi)周設(shè)有凸起，公端的外周對應(yīng)地設(shè)有凹進(jìn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，其特征在于：所述第一后圓板對應(yīng)橫滾輸入彈簧頂針電路板處開孔，電路板壓蓋座(27)放在孔內(nèi)并通過壓蓋座螺釘(28)與電路板壓蓋(271)連接，電路板壓蓋壓靠在橫滾輸入彈簧頂針電路板上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，其特征在于：所述第一后圓板中間設(shè)有深溝球軸承(224)，深溝球軸承的外圈靠近橫滾關(guān)節(jié)的端面被俯仰支撐板限制，深溝球軸承的內(nèi)圈的外側(cè)被橫滾關(guān)節(jié)軸(29)的階梯軸端面限制。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，其特征在于：所述橫滾輸出彈簧頂針電路板(36)的線束埋在第二前圓板上的走線槽(38)內(nèi)，并穿過走線孔(39)連接到偏航輸入彈簧頂針電路板(40)上，偏航輸入彈簧頂針電路板固定在頂針電路板基座(41)上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，其特征在于：在第二環(huán)形連接板的外延邊上設(shè)置限位緩沖塊(37)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，其特征在于：所述限位緩沖塊為聚氨酯限位塊。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，其特征在于：在肩關(guān)節(jié)基座上包裹限位緩沖環(huán)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，其特征在于：所述俯仰力矩傳感器的端面上設(shè)置定位銷釘(16)，所述橫滾力矩傳感器的端面上設(shè)置定位銷釘(16)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，其特征在于：所述俯仰支撐板、橫滾支撐板是一體成型的。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種人形機(jī)器人的肩部系統(tǒng)，具有快拆設(shè)計(jì)，安裝和拆卸非常方便，實(shí)現(xiàn)模塊化，方便后續(xù)維護(hù)和更換，密封容易，能夠?qū)崿F(xiàn)肩部的前后擺、外展、自旋轉(zhuǎn)三個(gè)自由度的運(yùn)動，使得肩部的體積更小，重量更輕。其包括：肩部俯仰模組、肩部橫滾模組、肩部偏航模組；每個(gè)模組的輸入端、輸出端分別為一個(gè)彈簧頂針，可以實(shí)現(xiàn)電器接口的快速安裝和拆卸。

技術(shù)研發(fā)人員：何俊培,徐志根,廖小華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：九光智能（北京）技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10