專利名稱：擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置，屬擬人機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
在擬人機(jī)器人步行腿研究中，國內(nèi)外都是以人為對象，通過機(jī)械仿生人的雙足運(yùn)動特性，并進(jìn)行必要的簡化，從各種步態(tài)入手，采用不同的結(jié)構(gòu)傳動裝置，做了許多實(shí)驗(yàn)，積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)功能仿生、機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)原理，目前的擬人機(jī)器人均采用雙腿2*6＝12個關(guān)節(jié)自由度來實(shí)現(xiàn)擬人功能，其關(guān)節(jié)自由度分配如

圖1所示。
圖1是擬人機(jī)器人下肢關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1是擬人機(jī)器人腳，2是擬人機(jī)器人踝的橫滾方向關(guān)節(jié)軸，3是擬人機(jī)器人踝的俯仰方向關(guān)節(jié)軸，4是擬人機(jī)器人小腿，5是擬人機(jī)器人膝的俯仰方向關(guān)節(jié)軸，6是擬人機(jī)器人大腿，7是擬人機(jī)器人髖的橫滾方向關(guān)節(jié)軸，8是擬人機(jī)器人髖架，9是擬人機(jī)器人髖的偏航方向關(guān)節(jié)軸，10是擬人機(jī)器人上身，11是擬人機(jī)器人髖的俯仰關(guān)節(jié)軸。
目前國內(nèi)、外典型的擬人機(jī)器人下肢髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置均采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，并采用十字正交軸來實(shí)現(xiàn)髖橫滾和俯仰兩個方向關(guān)節(jié)運(yùn)動，這種結(jié)構(gòu)在占用較小空間體積的條件下能很好地滿足擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)運(yùn)動功能，并容易與髖的偏航方向關(guān)節(jié)運(yùn)動形成三軸垂直正交共點(diǎn)，這有利于提高傳動性能、減少運(yùn)動干涉性，簡化控制算法，進(jìn)而有利于控制規(guī)化。
從查閱的中國專利信息網(wǎng)等有關(guān)資料來看，目前公布的有關(guān)擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置中，最有代表性、最典型的是日本本田公司推出的Honda機(jī)器人系列，其髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置如圖2、圖3所示。
圖2、圖3為日本本田公司推出的Honda機(jī)器人P2髖關(guān)節(jié)復(fù)合結(jié)構(gòu)傳動裝置圖，圖2為主視圖，圖3為俯視圖。其中，6是擬人機(jī)器人大腿，7是擬人機(jī)器人髖的橫滾方向關(guān)節(jié)軸，8是擬人機(jī)器人髖架，11是擬人機(jī)器人髖的俯仰方向關(guān)節(jié)軸，12是擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)主支架，13是擬人機(jī)器人髖俯仰方向關(guān)節(jié)運(yùn)動驅(qū)動電機(jī)裝置，14是帶傳動裝置中的傳動帶，15是擬人機(jī)器人髖橫滾方向關(guān)節(jié)運(yùn)動驅(qū)動電機(jī)裝置，16是帶傳動裝置中的主動帶輪，17是帶傳動裝置中的從動帶輪，18是擬人機(jī)器人髖俯仰方向關(guān)節(jié)傳動用諧波齒輪減速器，19是擬人機(jī)器人髖橫滾方向關(guān)節(jié)傳動用諧波齒輪減速器。
擬人機(jī)器人髖橫滾方向關(guān)節(jié)傳動用諧波齒輪減速器19的鋼輪與擬人機(jī)器人髖架8安裝固定，其波形發(fā)生器與帶傳動裝置中的從動帶輪17通過軸固聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)同步周轉(zhuǎn)，其柔輪與擬人機(jī)器人髖橫滾方向關(guān)節(jié)軸7(該軸固裝在擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)主支架12上)固聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)同步周轉(zhuǎn)，水平安裝在髖架上端的擬人機(jī)器人髖橫滾方向關(guān)節(jié)運(yùn)動驅(qū)動電機(jī)裝置15通過帶傳動裝置14、16、17和諧波齒輪減速器19實(shí)現(xiàn)減速、換向、增大傳動力矩，并運(yùn)用諧波齒輪減速器差動齒輪傳動特性使擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)主支架12與擬人機(jī)器人髖架8繞擬人機(jī)器人髖橫滾方向關(guān)節(jié)軸7相對轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)擬人機(jī)器人髖橫滾方向關(guān)節(jié)運(yùn)動；擬人機(jī)器人髖俯仰方向關(guān)節(jié)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)原理和功能類同擬人機(jī)器人髖橫滾方向關(guān)節(jié)運(yùn)動，只是少一級帶傳動減速裝置。
該擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)傳動裝置能很好地滿足本田公司所采用的諧波齒輪減速傳動方案，髖橫滾和俯仰兩方向關(guān)節(jié)傳動軸垂直正交，較好的滿足了占用體積較小的條件，且髖的橫滾、俯仰和偏航三個方向關(guān)節(jié)傳動軸垂直正交共點(diǎn)，有利于提高傳動性能、減少運(yùn)動干涉性，簡化控制算法，進(jìn)而有利于控制規(guī)化。但該擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置非規(guī)則面和需加工面偏多，結(jié)構(gòu)偏于復(fù)雜，所需制造、加工和裝配精度要求較高，有一定的技術(shù)難度，且零部件偏多，不利于裝拆和承載。其髖俯仰方向關(guān)節(jié)運(yùn)動驅(qū)動電機(jī)裝置13內(nèi)嵌于髖關(guān)節(jié)傳動支架裝置中，髖橫滾和俯仰方向關(guān)節(jié)傳動用諧波齒輪減速器的裝配方案，一方面要求驅(qū)動電機(jī)和諧波齒輪減速器體積盡量小、重量盡量輕，即使在日本，這些也需要定做，另一方面也使該髖關(guān)節(jié)裝置彎曲強(qiáng)度有所降低，為滿足所需強(qiáng)度，不可避免地需要高強(qiáng)重比等高性能材料和高質(zhì)量的鑄造技術(shù)。
本發(fā)明擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置由髖橫滾方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)，髖俯仰方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)，髖偏航方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)和髖關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置四部分組成。所說的髖橫滾方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)由電機(jī)、齒輪減速裝置、曲柄搖桿連桿機(jī)構(gòu)和髖橫滾方向的關(guān)節(jié)軸所組成。所說的髖俯仰方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)由電機(jī)、齒輪減速裝置、絲桿螺母傳動裝置，曲柄滑塊連桿機(jī)構(gòu)和髖俯仰方向關(guān)節(jié)軸所組成，所說的髖偏航方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)由電機(jī)、齒輪減速裝置、蝸輪蝸桿和髖偏航方向關(guān)節(jié)軸所組成。所說的髖關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置由髖關(guān)節(jié)傳動主支架結(jié)構(gòu)裝置和大腿關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置所組成，該髖關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置為框形結(jié)構(gòu)，并帶有實(shí)現(xiàn)髖橫滾方向和髖俯仰方向關(guān)節(jié)傳動用的支軸，在該支架上開有安裝髖橫滾方向，髖俯仰方向，髖偏航方向關(guān)節(jié)軸及電機(jī)的安裝孔。
本發(fā)明的髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置，簡化結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)模塊式裝配，降低制造、加工和裝配難度。
圖2、圖3是已有技術(shù)P2機(jī)器人中髖關(guān)節(jié)復(fù)合結(jié)構(gòu)傳動裝置裝配圖，圖2為主視圖，圖3為俯視圖。
圖4是本發(fā)明擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)上的傳動主支架結(jié)構(gòu)裝置主視圖。
圖5是本發(fā)明擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)上的傳動主支架結(jié)構(gòu)裝置左視圖。
圖6是本發(fā)明擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)上的大腿關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置主視圖。
圖7是本發(fā)明擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)上的大腿關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置俯視圖。
圖8是本發(fā)明擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置D-D主剖視圖。
圖9是本發(fā)明擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置A向視圖。
圖10是本發(fā)明擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置俯視圖。
所說的髖偏航方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)的電機(jī)30(見圖8、9、10)帶動減速齒輪29，蝸輪、蝸桿36，蝸輪36與髖偏航方向節(jié)軸9相配合，當(dāng)蝸輪36轉(zhuǎn)動時即可實(shí)現(xiàn)擬人機(jī)器人的偏航動作。所說的髖關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置(圖4、5、6、7)為框形結(jié)構(gòu)，其中I是髖橫滾方向關(guān)節(jié)軸7的安裝孔，II是偏心曲柄輪32的安裝孔，III是髖橫滾方向關(guān)節(jié)系統(tǒng)的電機(jī)28的安裝孔，IV是髖偏航方向關(guān)節(jié)軸9的安裝孔，V是髖橫滾方向關(guān)節(jié)軸7的安裝孔，VI是髖俯仰方向節(jié)軸11的安裝孔。21是與連桿33上的孔相配合的支軸，22是與連桿27上的孔相配合的支軸。
權(quán)利要求
1.一種由髖橫滾方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)、髖俯仰方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)、髖偏航方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)和髖關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置四部分組成的擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置，其特征是所說的髖橫滾方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)由電機(jī)、齒輪減速裝置、曲柄搖桿連桿機(jī)構(gòu)和髖橫滾方向節(jié)軸所組成；所說的髖俯仰方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)由電機(jī)、齒輪減速裝置、絲桿螺母傳動裝置、曲柄滑塊連桿機(jī)構(gòu)和髖俯仰方向關(guān)節(jié)軸所組成；所說的髖偏航方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)由電機(jī)、齒輪減速裝置、蝸輪蝸桿和髖偏航方向關(guān)節(jié)軸所組成；所說的髖關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置由髖關(guān)節(jié)傳動主支架結(jié)構(gòu)裝置和大腿關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置所組成，所說的髖關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置為杠形結(jié)構(gòu)，并帶有實(shí)現(xiàn)髖橫滾方向和俯仰方向關(guān)節(jié)傳動用的支軸，在髖關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)上開有安裝髖橫滾方向，髖俯仰方向，髖偏航方向關(guān)節(jié)軸及電機(jī)的安裝孔。
全文摘要
一種擬人機(jī)器人髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置,屬擬人機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。該髖關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)裝置由髖橫滾方向傳動系統(tǒng)、髖俯仰方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng),髖偏航方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)和髖關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置四部分組成。髖橫滾方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)由電機(jī)、齒輪減速裝置、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和髖橫滾方向關(guān)節(jié)軸所組成。髖俯仰方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)由電機(jī)、齒輪減速裝置、絲桿螺母傳動裝置、曲柄滑塊連桿機(jī)構(gòu)和髖俯仰方向關(guān)節(jié)軸所組成。髖偏航方向關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)由電機(jī)、齒輪減速裝置,蝸輪、蝸桿和髖偏航方向節(jié)軸所組成。髖關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置由髖關(guān)節(jié)傳動主支架結(jié)構(gòu)裝置和大腿關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)裝置所組成。本發(fā)明髖關(guān)節(jié)傳動裝置有利于承載,簡化結(jié)構(gòu),便于實(shí)現(xiàn)模塊式裝配,降低制造、加工和裝配難度。
文檔編號B62D57/00GK1351923SQ0114458
公開日2002年6月5日 申請日期2001年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
發(fā)明者汪勁松, 陳懇, 王紀(jì)武, 賴慶文, 劉莉, 趙明國, 楊東超, 趙建東, 徐凱, 歐陽興, 邵黎君, 林玎玎 申請人:清華大學(xué)