一种欠驱动体操机器人制造技术

一种欠驱动体操机器人，它涉及一种机器人，具体涉及一种欠驱动体操机器人。本发明专利技术为了解决现有机器人无法实现摆起、大回环、倒立平衡一级翻滚抓杠等模仿体操运动员动作的问题。本发明专利技术还包括右手臂、左手臂、肩关节电机和两个手爪组件，右臂的下端通过短轴与躯干的右肩部转动连接，肩关节电机固定安装在躯干的左肩内，左手臂的下端与肩关节电机的转动轴固定连接，右手臂和左手臂上分别各安装一个所述手爪组件，头部的左侧与右手臂的前侧连接，头部的右侧与左手臂的前侧连接。本发明专利技术属于机器人领域。

An Underactuated Gymnastic Robot

【技术实现步骤摘要】
一种欠驱动体操机器人
本专利技术涉及一种机器人，具体涉及一种欠驱动体操机器人，属于机器人领域。
技术介绍
欠驱动机械系统是指系统的独立控制变量个数小于系统自由度个数的一类典型的非线性系统，在空间机器人、水下机器人、四旋翼无人机、仿生机器人等领域有着广泛的应用。相对于全驱动机械系统，欠驱动机械系统具有一些显著的优势，如节约能源、提高系统灵活度、减轻系统重量、减少能量消耗等，因而具有较高的研究价值。目前，欠驱动系统常见于以下几个方面：①应用于仿生机器人当中，实现连贯优美的动作；②应用于空间机器人、微重力环境等需要减轻重量以降低成本的环境；③应用于减少驱动装置的系统中，增加其灵活性；④特殊情况下，驱动电机失灵从而将其转化为欠驱动控制，满足控制需求。体操机器人是模仿体操运动员在单杠上完成一系列优美动作的机电装置，它是一个多输入、多输出、欠驱动、非线性、强耦合的典型复杂系统，其控制难点在于系统高度的非线性、强耦合和时变性。该体操机器人在设计中充分考虑了机器人本体的对称性以及上肢和下肢包含躯体的比例配置，以保证整个躯体在运动时各部分充分配合、高度协调。良好的欠驱动体操机器人设计对于让机器人摆脱僵硬的肢体动作，更加接近体操运动员的流畅运动具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术为解决现有机器人无法实现摆起、大回环、倒立平衡一级翻滚抓杠等模仿体操运动员动作的问题，进而提出一种欠驱动体操机器人。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：本专利技术包括右脚、右腿、躯干、头部、左腿和左脚，右腿和左腿并排竖直设置在躯干的下方，右腿的上端与躯干的下端连接，右腿的下端与右脚连接，左腿的上端与躯干的下端连接，左腿的下端与左脚连接；本专利技术还包括右手臂、左手臂、肩关节电机和两个手爪组件，右臂的下端通过短轴与躯干的右肩部转动连接，肩关节电机固定安装在躯干的左肩内，左手臂的下端与肩关节电机的转动轴固定连接，右手臂和左手臂上分别各安装一个所述手爪组件，头部的左侧与右手臂的前侧连接，头部的右侧与左手臂的前侧连接。进一步的，每个所述手爪组件包括手爪和手爪电机，手爪电机固定安装在右手臂或左手臂上，手爪与手爪电机的转动轴固定连接。进一步的，每个所述手爪组件还包括硅橡胶基座和硅橡胶块，手爪电机通过硅橡胶基座与右手臂或左手臂连接，硅橡胶块固定安装在硅橡胶基座上。进一步的，每个所述手爪组件还包括V形导槽前端，V形导槽前端安装在右手臂或左手臂上。进一步的，本专利技术还包括加速度传感器，加速度传感器固定安装在头部上。进一步的，本专利技术还包括横梁、光电传感器和传感器基座，横梁的两端分别与右手臂和左手臂的上端连接，传感器基座固定安装在横梁的中部，光电传感器安装在传感器基座内。进一步的，本专利技术还包括两个V形导槽后端，两个V形导槽后端对称安装在横梁上。进一步的，本专利技术还包括连接杆，连接杆的两端与分别与右手臂和左手臂连接。进一步的，本专利技术还包括两个侧边硅橡胶块和两个侧边硅橡胶基座，两个侧边硅橡胶基座对称安装在躯干的两侧，每个硅橡胶基座内均安装一个侧边硅橡胶块。进一步的，本专利技术还包括躯干前盖，躯干前盖盖装在躯干正面的开口处。本专利技术的有益效果是：本专利技术高度尺寸小、结构紧凑，且在布局时充分考虑系统质量的对称性，实际系统动力学特性与理想模型吻合度高；本专利技术的电源位于腿部且各部分电气连接从机器人内部走线，避免了因线路缠绕对机器人动作的干扰；本专利技术手爪时设计有V形导槽，以使机器人空中抓取单杠时，引导单杠顺利落入手爪，且V形导槽的宽度可以调节，增强了体操机器人的容错性；单杠进入V形导槽后设计了硅橡胶块缓冲，减小了冲击振动带来的损伤，延长了体操机器人寿命，同时通过调节硅橡胶块的高度可以改变手爪内部预留给单杠的空间，增强了体操机器人手爪对抓握单杠速度的适应性；体操机器人的上肢部分相对下肢部分的转动角度范围为-100°～100°，并且在侧面设计了侧边硅橡胶基座，配合侧边硅橡胶块，防止上肢部分和下肢部分发生碰撞；本专利技术安装调试简便、易损坏部位均独立连接，便于替换。附图说明图1是本专利技术的立体结构示意图；图2是本专利技术的整体结构示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种欠驱动体操机器人，它包括右脚1、右腿2、躯干4、头部7、左腿11和左脚12，右腿2和左腿11并排竖直设置在躯干4的下方，右腿2的上端与躯干4的下端连接，右腿2的下端与右脚1连接，左腿11的上端与躯干4的下端连接，左腿11的下端与左脚12连接；其特征在于：所述一种欠驱动体操机器人还包括右手臂5、左手臂9、肩关节电机10和两个手爪组件，右臂5的下端通过短轴与躯干4的右肩部转动连接，肩关节电机10固定安装在躯干4的左肩内，左手臂9的下端与肩关节电机10的转动轴固定连接，右手臂5和左手臂9上分别各安装一个所述手爪组件，头部7的左侧与右手臂5的前侧连接，头部7的右侧与左手臂9的前侧连接。肩关节电机10通过螺钉连接在躯干4的左肩内，肩关节电机10的转动轴与左手臂99的下端固定连接，两个深沟球轴承与一根短轴组成的转动轴系安装在躯干4的右肩内，躯干4右肩外侧安装端盖将轴系整体轴向固定，短轴的外端与右手臂5的下端固定连接，。驱动器和电路板均安装在躯干4内，电池安装在右腿2和左腿11内部。具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种欠驱动体操机器人的每个所述手爪组件包括手爪8和手爪电机16，手爪电机16固定安装在右手臂5或左手臂9上，手爪8与手爪电机16的转动轴固定连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种欠驱动体操机器人的每个所述手爪组件还包括硅橡胶基座13和硅橡胶块14，手爪电机16通过硅橡胶基座13与右手臂5或左手臂9连接，硅橡胶块14固定安装在硅橡胶基座13上。手爪电机16的一侧安装硅橡胶基座13，硅橡胶基座13的C形口卡在右手臂5或左手臂9上凸起的两侧，硅橡胶基座13的竖直面贴合右手臂5或左后比9，硅橡胶块14放置在硅橡胶基座13上，用螺栓将硅橡胶管14、硅橡胶基座13、手臂连接在一起。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种欠驱动体操机器人的每个所述手爪组件还包括V形导槽前端6，V形导槽前端6安装在右手臂5或左手臂9上。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种欠驱动体操机器人还包括加速度传感器19，加速度传感器19固定安装在头部7上。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种欠驱动体操机器人还包括横梁15、光电传感器17和传感器基座18，横梁15的两端分别与右手臂5和左手臂9的上端连接，传感器基座18固定安装在横梁15的中部，光电传感器17安装在传感器基座18内。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种欠驱动体操机器人还包括两个V形导槽后端20，两个V形导槽后端20对称安装在横梁15上。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种欠驱动体操机器人，它包括右脚(1)、右腿(2)、躯干(4)、头部(7)、左腿(11)和左脚(12)，右腿(2)和左腿(11)并排竖直设置在躯干(4)的下方，右腿(2)的上端与躯干(4)的下端连接，右腿(2)的下端与右脚(1)连接，左腿(11)的上端与躯干(4)的下端连接，左腿(11)的下端与左脚(12)连接；其特征在于：所述一种欠驱动体操机器人还包括右手臂(5)、左手臂(9)、肩关节电机(10)和两个手爪组件，右臂(5)的下端通过短轴与躯干(4)的右肩部转动连接，肩关节电机(10)固定安装在躯干(4)的左肩内，左手臂(9)的下端与肩关节电机(10)的转动轴固定连接，右手臂(5)和左手臂(9)上分别各安装一个所述手爪组件，头部(7)的左侧与右手臂(5)的前侧连接，头部(7)的右侧与左手臂(9)的前侧连接。

【技术特征摘要】
1.一种欠驱动体操机器人，它包括右脚(1)、右腿(2)、躯干(4)、头部(7)、左腿(11)和左脚(12)，右腿(2)和左腿(11)并排竖直设置在躯干(4)的下方，右腿(2)的上端与躯干(4)的下端连接，右腿(2)的下端与右脚(1)连接，左腿(11)的上端与躯干(4)的下端连接，左腿(11)的下端与左脚(12)连接；其特征在于：所述一种欠驱动体操机器人还包括右手臂(5)、左手臂(9)、肩关节电机(10)和两个手爪组件，右臂(5)的下端通过短轴与躯干(4)的右肩部转动连接，肩关节电机(10)固定安装在躯干(4)的左肩内，左手臂(9)的下端与肩关节电机(10)的转动轴固定连接，右手臂(5)和左手臂(9)上分别各安装一个所述手爪组件，头部(7)的左侧与右手臂(5)的前侧连接，头部(7)的右侧与左手臂(9)的前侧连接。2.根据权利要求1所述一种欠驱动体操机器人，其特征在于：每个所述手爪组件包括手爪(8)和手爪电机(16)，手爪电机(16)固定安装在右手臂(5)或左手臂(9)上，手爪(8)与手爪电机(16)的转动轴固定连接。3.根据权利要求2所述一种欠驱动体操机器人，其特征在于：每个所述手爪组件还包括硅橡胶基座(13)和硅橡胶块(14)，手爪电机(16)通过硅橡胶基座(13)与右手臂(5)或左手臂(9)连接，硅橡胶块(14)固定安装在硅橡胶基座(13)上。4.根据权利要求2所述一种欠驱动体操机器人，其特征在于：每个所述手爪组件还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，张彦，连文康，刘永，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23