具有高动态四足运动模式和双臂工作模式的人形机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种具有高动态四足运动模式和双臂工作模式的人形机器人，该机器人包含机身系统、四肢系统；四肢系统由四个组成结构相同的肢体子系统组成，每个所述肢体子系统包含动力枢纽、大肢体、小肢体、肢体末端结构、小肢体传动结构；每个动力枢纽包括侧摆驱动单元、大肢体驱动单元、小肢体驱动单元、肩髋转换驱动单元、基础框架、侧摆框架、万向节、大锥齿轮、小锥齿轮、大锥齿轮连接结构、肩髋转换传动结构；肩髋转换驱动单元通过肩髋转换传动结构带动基础框架旋转。该机器人包含高动态双足运动模式、高动态四足运动模式、双臂工作模式等多种运行模式，使机器人兼具相对灵活的双臂运动能力以及高性能、高动态的四足运动能力。高动态的四足运动能力。高动态的四足运动能力。

【技术实现步骤摘要】
具有高动态四足运动模式和双臂工作模式的人形机器人


[0001]本专利技术涉及仿生机器人
，更具体的说，给出了一种具有高动态四足运动模式和双臂工作模式的人形机器人。

技术介绍

[0002]仿生机器人技术已进入蓬勃发展时期，其中，尤以对自然界生物链顶层动物的身体运动形态模拟为引领。哺乳纲中的灵长目、食肉目、奇蹄目动物，因其灵活、多样、敏捷、快速的运动特征，已成为目前具有高性能、高动态运动能力的足式机器人的主要仿生原型，部分足式机器人样机正在从实验室走向商业应用，初步展现了本领域技术的巨大发展潜力。
[0003]实现完全仿人的人形机器人是仿生机器人技术发展的重要目标。灵活的上肢和手爪，是人类能够使用各种工具的重要前提，也是人类与其它哺乳动物的显著区别之一。但另一方面，主要依赖于双腿运动的人类，在运动速度、崎岖地形快速通过等方面则逊色于马、豹等四足哺乳动物。
[0004]从技术的角度，增加肢体的主动运动关节和运动自由度数是提升肢体运动灵活性的主要手段，但更多的主动关节则意味着更大的自重、运动惯性和更高的控制难度。因此，如何基于有限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高动态四足运动模式和双臂工作模式的人形机器人，其特征在于，所述人形机器人，包含机身系统(1)、四肢系统；在所述机身系统(1)上定义机身坐标系(10)，记矢状轴为所述机身坐标系的X轴，记冠状轴为所述机身坐标系的Y轴，记垂直轴为所述机身坐标系的Z轴，则所述人形机器人在竖直站立情况下XY平面为水平面，YZ平面为冠状面，XZ平面为矢状面；所述机身坐标系的原点位于所述机身系统的重心位置；所述四肢系统由四个组成结构相同的肢体子系统(2)组成，每个所述肢体子系统(2)包含动力枢纽(3)、大肢体(4)、小肢体(5)、肢体末端结构(6)、小肢体传动结构(7)；所述四个肢体子系统两两关于所述XZ平面对称安装于所述机身系统(1)的两侧，分别模拟所述人形机器人的双臂和双腿；每个所述动力枢纽(3)包括侧摆驱动单元(301)、大肢体驱动单元(302)、小肢体驱动单元(303)、肩髋转换驱动单元(304)、基础框架(305)、侧摆框架(306)、万向节(307)、大锥齿轮(308)、小锥齿轮(309)、大锥齿轮连接结构(310)、肩髋转换传动结构(311)；所述侧摆驱动单元(301)、大肢体驱动单元(302)、小肢体驱动单元(303)、肩髋转换驱动单元(304)各自包含有电机，且各自包含有驱动输出轴，这些驱动输出轴分别记为侧摆驱动单元驱动输出轴(3011)、大肢体驱动单元驱动输出轴(3021)、小肢体驱动单元驱动输出轴(3031)、肩髋转换驱动单元驱动输出轴(3041)；所述小肢体驱动单元驱动输出轴(3031)实现绕所述Y轴方向的旋转运动，该旋转轴线记为小肢体驱动单元转轴(3030)；所述大肢体驱动单元(302)和所述侧摆驱动单元(301)均与所述基础框架(305)相固定；所述大肢体驱动单元驱动输出轴(3021)和所述侧摆驱动单元驱动输出轴(3011)均实现旋转运动，且两者的旋转轴线相重合，该旋转轴线记为大肢体驱动单元转轴(3020)；所述小肢体驱动单元转轴(3030)和所述大肢体驱动单元转轴(3020)相互垂直且相交；所述侧摆框架(306)与所述基础框架(305)，以所述大肢体驱动单元转轴(3020)为轴约束；所述肩髋转换驱动单元(304)通过所述肩髋转换传动结构(311)带动所述基础框架(305)绕所述小肢体驱动单元转轴(3030)旋转；所述万向节(307)的输入端(3071)随着所述小肢体驱动单元驱动输出轴(3031)的转动同步转动，所述万向节(307)的输入端(3071)的旋转轴线与所述小肢体驱动单元转轴(3030)相重合；所述万向节(307)的输出端(3072)的朝向轴线与所述大肢体驱动单元转轴(3020)相互垂直且相交，且随所述侧摆框架(306)的转动同步转动；所述万向节(307)的输出端(3072)的旋转运动带动小肢体传动结构(7)的运动；所述小锥齿轮(309)在所述大肢体驱动单元驱动输出轴(3021)的带动下转动，所述小锥齿轮(309)带动所述大锥齿轮(308)转动，所述大锥齿轮(308)通过所述大锥齿轮连接结构(310)与所述大肢体(4)相固连，所述大肢体(4)随着所述大锥齿轮(308)的转动同步转动；所述小肢体(5)在所述小肢体传动结构(7)的带动下运动；所述肢体末端结构(6)位于所述小肢体(5)的末端，具有进一步连接手部件、足部件、外部工具的能力；所述人形机器人，其运行模式包含高动态双足运动模式，在该运行模式中，两个所述肢体子系统分别模拟所述人形机器人的双腿实现高动态双足运动，另两个所述肢体子系统分别模拟所述人形机器人的双臂实现与双足运动相同步的摆动，用于维持高动态运动条件下
的身体平衡；所述人形机器人，其运行模式包含高动态四足运动模式，在该运行模式中，四个所述肢体子系统分别模拟四足哺乳动物的四肢实现高动态四足运动；所述人形机器人，其运行模式包含双臂工作模式，在该运行模式中，两个所述肢体子系统分别模拟所述人形机器人的双臂进行作业。2.根据权利要求1所述的具有高动态四足运动模式和双臂工作模式的人形机器人，其特征在于，所述小肢体驱动单元(303)与所述机身系统(1)相对固定，其所包含的小肢体驱动单元驱动输出轴(3031)实现绕所述小肢体驱动单元转轴(3030)方向的旋转运动，该所述小肢体驱动单元驱动输出轴(3031)与所述万向节(307)的输入端(3071)相固接；所述肩髋转换驱动单元(304)与所述机身系统(1)相对固定，其所包含的肩髋转换驱动单元驱动输出轴(3041)实现绕所述Y轴方向的旋转运动，该旋转轴线记为肩髋转换驱动单元转轴(3040)；所述肩髋转换传动结构(311)，包含肩髋转换大传动部件(3111)和肩髋转换小传动部件(3112)，所述肩髋转换小传动部件(3112)带动所述肩髋转换大传动部件(3111)运动；所述肩髋转换小传动部件(3112)与所述肩髋转换驱动单元驱动输出轴(3041)相固定，并随之旋转，所述肩髋转换小传动部件(3112)由与所述机身系统(1)相对固定的轴承一(11)提供支撑；所述肩髋转换大传动部件(3111)实现绕所述小肢体驱动单元转轴(3030)的旋转运动，并由与所述机身系统(1)相对固定的轴承二(12)提供支撑；所述肩髋转换大传动部件(3111)与所述基础框架(305)相固连，以实现所述基础框架(305)绕所述小肢体驱动单元转轴(3030)的旋转；所述侧摆驱动单元(301)，其所包含的侧摆驱动单元驱动输出轴(3011)与所述侧摆框架(306)相固连，所述侧摆驱动单元驱动输出轴(3011)绕所述大肢体驱动单元转轴(3020)旋转，并带动所述侧摆框架(306)绕所述大肢体驱动单元转轴(3020)旋转，以实现所述侧摆框架(306)与所述基础框架(305)间的相对转动；所述大肢体驱动单元(302)，其所包含的大肢体驱动单元驱动输出轴(3021)与所述小锥齿轮(309)相固连，所述大肢体驱动单元驱动输出轴(3021)绕所述大肢体驱动单元转轴(3020)旋转，并带动所述小锥齿轮(309)绕所述大肢体驱动单元转轴(3020)旋转；所述小锥齿轮(309)与所述大锥齿轮(308)间为锥齿轮啮合关系，两锥齿轮之间的轴交角为90
°
；所述大锥齿轮(308)通过所述大锥齿轮连接结构(310)与所述大肢体(4)相固连，带动所述大肢体(4)随所述大锥齿轮(308)同步转动；所述大锥齿轮连接结构(310)通过与所述侧摆框架(306)相对固定的轴承三(3061)提供支撑；所述大锥齿轮(308)与所述万向节(307)的输出端(3072)在几何上共轴线；所述大肢体(4)，包含大肢体框架(41)、上传动轮驱动轴固定轴承(42)；所述上传动轮驱动轴固定轴承(42)固定安装于所述大肢体框架(41)上；所述小肢体(5)，包含小肢体框架(51)；所述小肢体传动结构(7)，包含上传动轮(71)、下传动轮(72)、上传动轮驱动轴(73)；所述上传动轮驱动轴(73)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾文川，王泽宇，季晨阳，马书根，袁建军，孙翊，蒲华燕，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：