一种局部二自由度刚柔软耦合仿生机器人腰关节制造技术

本发明专利技术公开了一种局部二自由度刚柔软耦合仿生机器人腰关节，包括四个并联单元由下至上叠加而成，所述四个并联单元由下至上分别为第一并联单元、第二并联单元、第三并联单元、第四并联单元，第一并联机构单元与第四并联机构单元结构相同，所述第二并联机构单元与第三并联机构单元结构相同；所述四个并联单元每相邻两个之间设置柔性共用平台，所述第一并联单元底端设置柔性定平台，所述第四并联单元顶端设置柔性动平台，相邻两个平台之间包括刚性中心分支、柔性约束分支、人造肌肉，所述人造肌肉沿周向均匀分布，人造肌肉首尾两端分别与相邻的两个平台垂直铰接；本发明专利技术具有高度拟真性，应用市场前景好。用市场前景好。用市场前景好。

【技术实现步骤摘要】
一种局部二自由度刚柔软耦合仿生机器人腰关节


[0001]本专利技术涉及一种仿人机器人
，尤其是一种局部二自由度刚柔软耦合仿生机器人腰关节。

技术介绍

[0002]人体的腰关节主要作用是连接下肢与躯干，其功能不单是提供转动自由度，还能感受躯干与下肢之间的力。对于仿生机器人来说，采用串联机构虽然有较大的工作空间，但其往往存在累计误差高、负载能力差等问题，因此并联机构成为了腰关节仿生的首选。经过对现有相关技术文献检索发现,专利技术专利CN101695838A中提出了一种三转一移的并联机构，相比其他串联机构的确降低了累计误差、提高了负载能力；专利技术专利CN108393872A中提出了一中并联单元耦联机构，增加了机构灵活性以及工作空间。但上述机器人关节均为刚性关节，与刚柔软耦合、运动感知一体的人体腰关节在结构和性能上还有一定的差距。

技术实现思路

[0003]本专利技术是提供一种局部二自由度刚柔软耦合仿生机器人腰关节，解决了现有仿生机器人腰关节柔性差，不具备力感知能力的缺点。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种局部二自由度刚柔软耦合仿生机器人腰关节，包括四个并联单元由下至上叠加而成，其特征在于：所述四个并联单元由下至上分别为第一并联单元、第二并联单元、第三并联单元、第四并联单元，第一并联机构单元与第四并联机构单元结构相同，所述第二并联机构单元与第三并联机构单元结构相同；所述四个并联单元每相邻两个之间设置柔性共用平台，所述第一并联单元底端设置柔性定平台，所述第四并联单元顶端设置柔性动平台，相邻两个平台之间包括刚性中心分支、柔性约束分支、人造肌肉，所述人造肌肉沿周向均匀分布，人造肌肉首尾两端分别与相邻的两个平台垂直铰接。
[0005]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述柔性定平台包括三条力感应分支a，所述三条力感应分支a一端通过柔性铰链相互连接，三条力感应分支a相互间隔120
°
状，另一端通过铰链连接转接平台，所述力感应分支a内部设置应变片，所述柔性动平台与柔性定平台结构相同。
[0006]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述柔性共用平台包括分为设置在第一并联单元和第二并联单元之间的柔性共用平台a，设置在第二并联单元和第三并联单元之间的柔性共用台b，以及设置在第三并联单元和第四并联单元之间的柔性共用平台c。
[0007]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述柔性共用平台a包括六条相同的力感应分支b，每两条力感应分支b一端通过柔性铰链相互连接；每三条力感应分支b另一端通过铰链相互连接，六条力感应分支b构成纺锤体状，所述柔性共用平台a上下两端之间设置弹簧进行缓冲。
[0008]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述柔性定平台和柔性共用平台a之间设置
刚性中心分支a、柔性约束分支a和人造肌肉a，柔性共用平台a和柔性共用平台b之间设置刚性中心分支b、柔性约束分支b和人造肌肉b，柔性共用平台b和柔性共用平台c之间设置刚性中心分支c、柔性约束分支c和人造肌肉c，柔性共用平台c和柔性动平台之间设置刚性中心分支d、柔性约束分支d和人造肌肉d。
[0009]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述刚性中心分支a包括第一虎克铰链、第二虎克铰链和第五连杆，所述第一虎克铰链、第二虎克铰链分别与第五连杆上下串联，所述柔性约束分支a包括两个连杆分别为第一连杆、第二连杆，所述第一连杆一端通过第一转动副与柔性定平台连接，另一端与第二连杆通过第二转动副连接，所述第二连杆另一端通过第三转动副连接柔性共用平台a，所述刚性中心分支b、刚性中心分支c、刚性中心分支d结构均与刚性中心分支a相同，所述柔性约束分支b、柔性约束分支c、柔性约束分支d结构均与柔性约束分支a结构相同。
[0010]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：仿生腰关节由柔性平台构成，集运动、力感知功能于一体，四个局部二自由度并联单元组合成八自由度关节，增加机构灵活性可实现较复杂的仿真行为，替代传统的简单结构的机械腰关节，仿生机器人腰关节由刚性分支、柔性分支和软体驱动构成使得具有较高的拟真性，具有较好的市场应用前景。
附图说明
[0011]图1为整体结构立体示意图；图2为第一并联单元立体示意图；图3为第一并联单元偏转立体示意图；图4为第二并联单元立体示意图；图5为柔性定平台立体示意图；图6为柔性共用平台立体示意图；图7为刚性中心分支立体示意图；其中，010、柔性定平台，011、力感应分支a，012、应变片，013、转接平台，014、柔性铰链，020、柔性共用平台a，021、力感应分支b，022、应变片，023、弹簧，024、柔性铰链，030、柔性共用平台b，040、柔性共平台c，050、柔性动平台，060、柔性约束分支a，061、第一转动副，062、第一连杆，063、第二转动副，064、第二连杆，065、第三转动副，070、柔性约束分支b，080、柔性约束分支c，090、柔性约束分支d，100、刚性中心分支a，101、第一虎克铰链，102、第五连杆，103、第二虎克铰链，110、刚性中心分支b，120、刚性中心分支c，130、刚性中心分支d，140、人造肌肉a，150、人造肌肉b，160、人造肌肉c，170、人造肌肉d。
具体实施方式
[0012]一种局部二自由度刚柔软耦合仿生机器人腰关节，包括四个并联单元由下至上叠加而成，四个并联单元由下至上分别为第一并联单元、第二并联单元、第三并联单元、第四并联单元，第一并联机构单元与第四并联机构单元结构相同，第二并联机构单元与第三并联机构单元结构相同；四个并联单元每相邻两个之间设置柔性共用平台，分别为柔性共用平台a、柔性共用平台b、柔性共用平台c，所述第一并联单元底端设置柔性定平台010，柔性
定平台010包括三条力感应分支a，所述三条力感应分支a一端通过柔性铰链相互连接，三条力感应分支a相互间隔120
°
状，另一端通过铰链连接转接平台，所述力感应分支a内部设置应变片012，应变片012用于测量感应分支上的受力，所述柔性动平台与柔性定平台结构相同；第四并联单元顶端设置结构与柔性定平台010相同的柔性动平台050，柔性定平台010和柔性共用平台a之间设置刚性中心分支a、柔性约束分支a和人造肌肉a，柔性共用平台a和柔性共用平台b之间设置刚性中性分支b、柔性约束分支b和人造肌肉b，柔性共用平台b和柔性共用平台c040之间设置刚性中心分支c、柔性约束分支c和人造肌肉c，柔性共用平台c和柔性动平台d之间设置刚性中心分支d、柔性约束分支d和人造肌肉d，相邻两个平台之间通过刚性中心分支、柔性约束分支、人造肌肉连接形成局部两自由度并联关节，整个刚柔软耦合仿生机器人腰关节为八自由度关节，其中刚性中心分支a包括第一虎克铰链101、第二虎克铰链103和第五连杆102，所述第一虎克铰链101、第二虎克铰链103分别与第五连杆102上下串联，柔性约束分支a包括两个连杆分别为第一连杆062、第二连杆064，所述第一连杆062一端通过第一转动副061与柔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种局部二自由度刚柔软耦合仿生机器人腰关节，包括四个并联单元由下至上叠加而成，其特征在于：所述四个并联单元由下至上分别为第一并联单元、第二并联单元、第三并联单元、第四并联单元，第一并联机构单元与第四并联机构单元结构相同，所述第二并联机构单元与第三并联机构单元结构相同；所述四个并联单元每相邻两个之间设置柔性共用平台，所述第一并联单元底端设置柔性定平台（010），所述第四并联单元顶端设置柔性动平台（050），相邻两个平台之间包括刚性中心分支、柔性约束分支、人造肌肉，所述人造肌肉沿周向均匀分布，人造肌肉首尾两端分别与相邻的两个平台垂直铰接。2.根据权利要求1所述的一种局部二自由度刚柔软耦合仿生机器人腰关节，其特征在于：所述柔性定平台（010）包括三条力感应分支a（011），所述三条力感应分支a（011）一端通过柔性铰链（014）相互连接，三条力感应分支a（011）相互间隔120
°
状，另一端通过铰链连接转接平台（013），所述力感应分支a（011）内部设置应变片（012），所述柔性动平台（050）与柔性定平台（010）结构相同。3.根据权利要求1所述的一种局部二自由度刚柔软耦合仿生机器人腰关节，其特征在于：所述柔性共用平台包括分为设置在第一并联单元和第二并联单元之间的柔性共用平台a（020），设置在第二并联单元和第三并联单元之间的柔性共用台b（030），以及设置在第三并联单元和第四并联单元之间的柔性共用平台c（040）。4.根据权利要求3所述的一种局部二自由度刚柔软耦合仿生机器人腰关节，其特征在于：所述柔性共用平台a（020）包括六条相同的力感应分支b（021），每两条力感应分支b（021）一端通过柔性铰链（024）相互连接；每三条力感应分支b（021）另一端通过铰链相互连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玉林，祁柏，褚宏鹏，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：