一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人制造技术

本实用新型专利技术涉及仿人轮式机器人领域，具体为一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人。该机器人包括：全方位底盘系统、大俯角腰身系统、仿人轻量机械臂系统、胸部系统、头部视觉语音系统，全方位底盘系统包括：减震系统及运动系统，大俯角腰身系统包括：动力系统及滑块连杆系统，仿人轻量机械臂系统包括：机器人运动关节模块及关节连接板，其中关节连接板根据人体肢体数据灵活定制，胸部系统包括胸部旋转关节和机器人动力控制系统，头部视觉语音系统包括：双目摄像头、语音设备及两自由度关节。本实用新型专利技术简化仿人机器人的结构及重量，降低制造成本，实现根据人体肢体数据对机器人的定制，实现超55°大俯角弯腰动作，提高仿人机器人的功能适用性。

A wheeled humanoid robot with large angle leaning function

The utility model relates to the field of humanoid wheeled robot, in particular to a wheeled humanoid robot with large angle bending function. The robot consists of an omni-directional chassis system, a high-angle waist system, a humanoid lightweight manipulator system, a chest system, and a head vision and speech system. The omni-directional chassis system consists of a shock absorption system and a motion system. The high-angle waist system consists of a power system and a slider link system, and a humanoid lightweight manipulator system package. Including: robot motion joint module and joint connection board, in which joint connection board is flexibly customized according to human limb data, chest system includes chest rotation joint and robot dynamic control system, head vision and speech system includes: binocular camera, voice equipment and two-degree-of-freedom joint. The utility model simplifies the structure and weight of the humanoid robot, reduces the manufacturing cost, realizes the customization of the robot according to the data of human limbs, realizes the bending action of the robot with a large bending angle exceeding 55 degrees, and improves the functional applicability of the humanoid robot.

【技术实现步骤摘要】
一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人
本技术涉及仿人轮式机器人领域，具体为一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人。
技术介绍
现在的轮式仿人机器人基本结构类似，由轮式底盘、机械臂、头部、躯体几大部分构成，但是在腰部结构存在较大的差异，如：连杆式、蜗轮蜗杆式等等。例如：专利技术专利(公开号CN106945071A)公开的腰部结构，使用一个电机控制一个自由度的方式实现腰部倾斜，动力电机繁多，结构及控制复杂。又如技术专利(公开号CN206263988U)采用蜗轮蜗杆的方式，实现弯腰动作，俯身角度为前倾20°、后仰40°，与机器人前倾角大于后仰角的动作需求符合度较低。且在现有腰部结构中，腰部关节仍以独立关节的形式存在，关节协同、重心平衡问题成为限制机器人大角度俯身动作能力的重要因素，在机器人的动作过程中，弯腰动作的产生，必然伴随机器人整体重心的变化。因此，需要除腰部关节外的其他关节一起协同动作，如：髋部关节，膝部关节等，来保证整体重心不随弯腰动作产生较大偏移。而对多关节动力进行精准控制，极大增加机器人的控制难度及复杂性。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，解决现有仿人机器人俯身角度较小，以及俯身动作躯体平衡需要各个关节协同动作的技术问题，简化结构，降低控制复杂性及降低成本。本技术的技术方案如下：一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，包括头部视觉语音系统、胸部系统、仿人轻量机械臂系统、大俯角腰身系统、全方位底盘系统自上而下的组合结构；所述头部视觉语音系统包括：双目摄像头、语音设备及两自由度关节；所述胸部系统包括：胸部旋转关节和机器人动力控制系统；所述仿人轻量机械臂系统包括：机器人运动关节模块及关节连接板；所述大俯角腰身系统包括：动力系统及滑块连杆系统；所述全方位底盘系统包括：减震系统及运动系统，运动系统的前轮轮组和后轮轮组设置于全方位底盘系统的底部，形成轮式仿人机器人。所述大俯角腰身系统的动力系统，自由度数为1，并由直线电机提供动力。所述大俯角腰身系统的滑块连杆系统，包括：背部联板、腿部联板、髋部关节、膝部关节、固定立板、动力系统、滑道系统，背部联板为连杆一，背部联板的底部与髋部关节连接，保留旋转自由度；背部联板的上部留有联接孔，与胸部旋转关节联接，联板中部与滑道系统联接，保留旋转自由度；腿部联板为连杆二，腿部联板的端部分别与髋部关节、膝部关节联接，均保留旋转自由度；滑道系统，滑道间板两侧分布滑道，顶端与腰部联板联接，保留旋转自由度；固定立板，底端留有与底盘对接的安装接口。所述滑块连杆系统中，滑道系统与腰部联板及腿部联板构成三角形三边，滑道系统在动力系统作用下，长度线性变化；髋部关节相对机器人往后下方移动，机器人整体重心下移，腰部联板显示为重心下移，角度偏转。所述机器人运动关节模块，包括：肩部pitch动力模块、模块化关节及行星减速器模块。所述模块化关节的动力电机位于滚针轴承内圈空间，并针对于不同动力需求有通用的接口。所述行星减速器模块的中心预留安装孔，与模块化关节联接，满足机械臂肩部动力需求。所述关节连接板根据人体肢体数据灵活定制。本技术的优点及有益效果是：1、本技术的大角度俯身功能基于滑块连杆系统实现，系统的两连杆分别对应背部联板和腿部联板，构成三角形的两邻边；由直线电机控制滑块的直线运动，使三角形第三边长度线性变化，于机器人系统外现为弯腰和屈膝动作。基于此系统，机器人可以实现超过55°的俯身动作，且屈膝动作，使机器人弯腰动作的重心偏移得到补偿，一个动力源完成多个动力源的工作极大简化结构和控制。2、本技术的仿人机器人，系统由板材和结构件搭建，极大利用板材加工周期短的特点，各模块化关节间的关节联接板可以根据不同用户，不同使用场合灵活定制，保证其功能的适用性。附图说明以下附图仅旨在于对本技术做示意性说明和解释，并不限定本技术的范围。其中：图1为本技术一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人的整体结构示意图。图2为本技术大角度俯身动作下的整体结构图。图3(a)-图3(b)为本技术仿人轻量机械臂系统的结构图；其中，图3(a)为整体结构，图3(b)为分解结构。图中标号名称如下：1000头部视觉语音系统；1001两自由度关节；1002双目摄像头；1003头部音响；1101头部外壳；1102控制器后盖；2000胸部系统；2001背部动力控制器；2002胸前联板；2100胸部外壳；2200胸部旋转关节；3000仿人轻量机械臂系统；3100机械臂外壳；3200肩部roll动力模块；3201联接块；3202限位螺钉螺母；3203联接卡爪；3210行星减速器模块；3211模块化联接板；3212外齿圈；3213中心轮；3214行星轮；3215减速器联接板；3220模块化关节；3221轴承外圈联块；3222模块关节滚针轴承；3223模块关节电机尾壳；3224模块关节动力电机；3225电机壳；3300肩部pitch动力模块；3301同步带；3302动力电机；3303肩部结构板；3304小带轮；3305压紧装置；3306联接钣金；3307大带轮；3308肩部轴；3400上臂roll动力模块；3401上臂动力电机；3402上臂电机联块；3403上臂滚针轴承；3404上臂结构件；3500下臂pitch动力模块；3501动力输出盘；3600下臂roll动力模块；3601下臂一钣金；3602下臂动力电机；3603下臂二钣金；3700手掌；3801上臂联接长板；3802上臂联接短板；3803上臂关节板；3804上臂联接卡爪；3805下臂短板；3806下臂长板；4000大俯角腰身系统；4100腰身系统外壳；4101腰部以下系统外壳；4200连杆系统；4201背部左联板；4202背部右联板；4203髋部垫块；4204髋部关节；4205腿部右联板；4206腿部左联板；4207膝部关节；4208固定立板；4209联接板；4300滑块系统；4301滑块联接块；4302双滑块；4303双滑道；4304滑道间板；4305推杆联块；4306直线推杆；5000全方位底盘系统；5100底盘外壳；5200后轮轮组；5201底盘电机轴承座；5202底盘电机；5203麦克纳姆轮；5204后轮组结构板；5300异型材结构架；5400前轮轮组；5401减震悬挂铰链。具体实施方式为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下将结合附图及实施例对本技术做进一步详细说明，其中的pitch动力、roll动力、pitch轴、yaw轴的含义分别是：相对上一个元件或者坐标系，俯仰摇摆为pitch轴，左右摇摆为yaw轴，翻滚摇摆为roll轴，Pitch动力、roll动力为提供相应摇摆运动的动力。如图1、图2、图3(a)-图3(b)所示，本技术提供一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，该轮式仿人机器人包括头部视觉语音系统1000、胸部系统2000、仿人轻量机械臂系统3000、大俯角腰身系统4000、全方位底盘系统5000自上而下组合结构，全方位底盘系统5000的底部设有前轮轮组和后轮轮组，形成轮式仿人机器人，其具体组成和结构如下：所述头部视觉语音系统1000，用于机器人实现语音和视觉的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，包括头部视觉语音系统、胸部系统、仿人轻量机械臂系统、大俯角腰身系统、全方位底盘系统自上而下的组合结构；所述头部视觉语音系统包括：双目摄像头、语音设备及两自由度关节；所述胸部系统包括：胸部旋转关节和机器人动力控制系统；所述仿人轻量机械臂系统包括：机器人运动关节模块及关节连接板；所述大俯角腰身系统包括：动力系统及滑块连杆系统；所述全方位底盘系统包括：减震系统及运动系统，运动系统的前轮轮组和后轮轮组设置于全方位底盘系统的底部，形成轮式仿人机器人。

【技术特征摘要】
1.一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，包括头部视觉语音系统、胸部系统、仿人轻量机械臂系统、大俯角腰身系统、全方位底盘系统自上而下的组合结构；所述头部视觉语音系统包括：双目摄像头、语音设备及两自由度关节；所述胸部系统包括：胸部旋转关节和机器人动力控制系统；所述仿人轻量机械臂系统包括：机器人运动关节模块及关节连接板；所述大俯角腰身系统包括：动力系统及滑块连杆系统；所述全方位底盘系统包括：减震系统及运动系统，运动系统的前轮轮组和后轮轮组设置于全方位底盘系统的底部，形成轮式仿人机器人。2.根据权利要求1所述的具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，所述大俯角腰身系统的动力系统，自由度数为1，并由直线电机提供动力。3.根据权利要求1所述的具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，所述大俯角腰身系统的滑块连杆系统，包括：背部联板、腿部联板、髋部关节、膝部关节、固定立板、动力系统、滑道系统，背部联板为连杆一，背部联板的底部与髋部关节连接，保留旋转自由度；背部联板的上部留有联接孔，与胸部旋转关节联接，联板中部与滑道系统联接，保留旋转自由度；腿部联板为连杆二，腿部...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆志国，王世雄，王凯，苏卓，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21