三自由度活动关节机构及仿生机器人制造技术

本发明专利技术适用于机器人领域，提供了一种三自由度活动关节机构，旨在解决现有技术中机器人之颈部活动的顺应性问题，并提供倾侧、俯仰和横摆动作。该三自由度活动关节机构用于仿生机器人中以模拟人类的颈部活动，包括用于模拟颈椎的主支撑件、用于模拟颈部肌肉的副支撑件、驱动头部部件运动的第一驱动器以及与副支撑件配合以驱动头部部件运动的第二驱动器，主支撑件和副支撑件分别与头部部件和躯干部件连接并由弹性材料制成。本发明专利技术还提供了一种具有上述关节机构的仿生机器人。本发明专利技术利用弹性材料制成的支撑件形成连续式关节机构以具有良好的顺应性，并通过第一驱动器提供横摆动作以及通过第二驱动器提供倾侧和俯仰动作，以提供良好的安全性和真实感。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人领域，尤其涉及一种三自由度活动关节机构以及具有该关节机构的仿生机器人。
技术介绍
研究模拟人类运动的仿生机器人是机器人
的重要课题，引起了众多研究人员和学者的关注和兴趣。在仿生机器人结构设计中，机器人各关节的合理设计非常重要，尤其是关节机构的顺应性问题。例如，对于模仿颈部活动的机器人可以通过不同机械结构实现，常见的是通过单一球状关节实现旋转活动，这类结构的活动效果与人体颈部的实际关节组成存在差距，而且，该结构不能提供颈部活动的顺应性，难以提供逼真的活动效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三自由度活动关节机构及具有该关节机构的仿生机器人，旨在解决现有技术中机器人之颈部活动的顺应性问题，并提供倾侧、俯仰和横摆动作。本专利技术实施例是这样实现的，提供了一种三自由度活动关节机构，用于仿生机器人中以模拟人类的颈部活动，包括用于模拟人类之颈椎的主支撑件、用于模拟人类之颈部肌肉的副支撑件、驱动所述仿生机器人之头部部件运动的第一驱动器以及与所述副支撑件配合以驱动所述头部部件运动的第二驱动器，所述主支撑件和所述副支撑件分别与所述仿生机器人之头部部件和躯干部件连接并由弹性材料制成。进一步地，所述第一驱动器和所述第二驱动器为电气驱动器、液压驱动器或者气动驱动器。进一步地，所述三自由度活动关节机构还包括连接于所述躯干部件的第一连接件以及连接于所述头部部件的第二连接件，所述主支撑件和所述副支撑件分别与所述第一连接件和所述第二连接件连接。进一步地，所述主支撑件的一端连接于所述第一连接件及另一端固定连接于所述第二连接件，所述副支撑件包括位于所述主支撑件周围的第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和所述第二支撑件的一端分别固定连接于所述第二连接件，另一端与所述第一连接件相对活动并与所述第二驱动器配合。进一步地，所述主支撑件、所述第一支撑件和所述第二支撑件相互平行。进一步地，所述三自由度活动关节机构还包括连接于所述第二驱动器与所述第一支撑件之间或者连接于所述第二驱动器与所述第二支撑件之间的转轮，所述转轮与所述第一支撑件或者所述第二支撑件配合，所述第二驱动器带动所述转轮转动以驱动所述第一支撑件或者所述第二支撑件上下移动并使所述头部部件做俯仰或者倾侧运动。进一步地，所述三自由度活动关节机构还包括连接于所述第二驱动器与所述第一支撑件之间或者连接于所述第二驱动器与所述第二支撑件之间的齿轮，所述第一支撑件和所述第二支撑件均设有与所述齿轮相互配合的配合部，所述第二驱动器带动所述齿轮转动以驱动所述第一支撑件或者所述第二支撑件上下移动并使所述头部部件做俯仰或者倾侧运动。进一步地，所述第一驱动器安装于所述第一连接件与所述躯干部件之间以驱动所述关节机构旋转并带动所述头部部件做横摆运动。进一步地，所述第一驱动器安装于所述第二连接件与所述头部部件之间以驱动所述头部部件做横摆运动。本专利技术还提供了一种仿生机器人，包括头部部件、躯干部件以及连接于所述头部部件和所述躯干部件之间并用于模拟人类颈部运动的活动关节机构，所述活动关节机构为上述的三自由度活动关节机构。本专利技术的关节机构利用弹性材料制成的主支撑件、第一支撑件和第二支撑件以形成连续式关节机构，使该关节机构活动时接近人类的关节活动而且具有良好的顺应性。本专利技术的关节机构通过第一驱动器提供横摆动作以及通过第二驱动器提供倾侧和俯仰动作，从而实现在与人相互接触时能提供良好的安全性和真实感。附图说明图1是本专利技术第一实施例提供的三自由度活动关节机构的结构示意图。图2是本专利技术第一实施例提供的三自由度活动关节机构做俯仰和倾侧运动的状态示意图。图3是本专利技术第一实施例提供的三自由度活动关节机构的侧向顺应性示意图。图4 (a)是本专利技术第一实施例提供的三自由度活动关节机构做横摆运动前的状态示意图。图4 (b)是本专利技术第一实施例提供的三自由度活动关节机构做横摆运动后的状态示意图。图5是本专利技术第二实施例提供的三自由度活动关节机构的结构示意图。图6 (a)是本专利技术第二实施例提供的三自由度活动关节机构做横摆运动前的状态示意图。图6 (b)是本专利技术第二实施例提供的三自由度活动关节机构做横摆运动后的状态示意图。图7是本专利技术提供的一种第二驱动器与第一支撑件或者第二支撑件相互配合的正视示意图。图8是本专利技术提供的一种第二驱动器与第一支撑件或者第二支撑件相互配合的俯视不意图。图9是本专利技术提供的另一种第二驱动器与第一支撑件或者第二支撑件相互配合的正视示意图。图10 (a)是本专利技术第一实施例提供的三自由度活动关节机构的坐标系统示意图。图10 (b)是本专利技术第二实施例提供的三自由度活动关节机构的坐标系统示意图。图11是本专利技术第一或者第二实施例提供的三自由度活动关节机构的参数示意图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请同时参照图1和图5，本专利技术提供的三自由度活动关节机构10连接于头部部件和躯干部件之间，用于仿生机器人中以模拟人类的颈部活动。该关节机构10包括用于模拟人类之颈椎的主支撑件12、用于模拟人类之颈部肌肉的副支撑件13、驱动所述仿生机器人之头部部件运动的第一驱动器16以及与所述副支撑件13配合以驱动所述头部部件运动的第二驱动器17，所述主支撑件12和所述副支撑件13分别与所述仿生机器人之头部部件和躯干部件连接并由弹性材料制成。该关节机构10利用弹性材料制成的主支撑件12和副支撑件13以形成连续式关节机构，使该关节机构10活动时接近人类的颈椎关节活动而且具有良好的顺应性。顺应性是指受外力作用下能改变机构的位置、形状和姿态的能力。该关节机构10通过第一驱动器16提供横摆动作以及通过第二驱动器17提供倾侧和俯仰动作，从而实现在与人相互接触时能提供良好的安全性和真实感。在本实施方式中，弹性材料为可弯曲且具有回弹能力的材料，例如，弹簧等。本专利技术的第一驱动器16和第二驱动器17采用常见的机器人驱动器，可以是电气驱动器、液压驱动器、气动驱动器或者特种驱动器。电气驱动器是利用电机产生的力或者力矩直接或者经过减速机构驱动机器人的关节，以获得要求的位置、速度和加速度，可以是直流伺服电机、步进电机或者交流伺服电机，液压驱动器可以是电液步进马达或者油缸，气动驱动器可以是气缸或者气动马达，特种驱动器可以是压电体、超声波马达、橡胶驱动器或者形状记忆合金等。该关节机构10包括固定安装第二驱动器17并连接于躯干部件的第一连接件14以及连接于头部部件的第二连接件15。第二驱动器17固定安装于第一连接件14上并位于第一连接件14和躯干部件之间以与主支撑件12相互配合。在本实施方式中，第一连接件14与第二连接件15相互平行。主支撑件12用于支撑该关节机构10，例如，仿生机器人的颈椎。副支撑件13用于辅助支撑关节机构10，例如，仿生机器人的颈部肌肉。主支撑件12和副支撑件13分别与第一连接件14和第二连接件15连接。主支撑件12 —端固定连接于第二连接件15，另一端连接于第一连接件14。副支撑件13的数量至少为两件，该副支撑件13包括位于主支撑件12周围的第一支撑件134和第二支撑件136，第一支撑件134和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三自由度活动关节机构，用于仿生机器人中以模拟人类的颈部活动，其特征在于，包括用于模拟人类之颈椎的主支撑件、用于模拟人类之颈部肌肉的副支撑件、驱动所述仿生机器人之头部部件运动的第一驱动器以及与所述副支撑件配合以驱动所述头部部件运动的第二驱动器，所述主支撑件和所述副支撑件分别与所述仿生机器人之头部部件和躯干部件连接并由弹性材料制成。

【技术特征摘要】
1.一种三自由度活动关节机构，用于仿生机器人中以模拟人类的颈部活动，其特征在于，包括用于模拟人类之颈椎的主支撑件、用于模拟人类之颈部肌肉的副支撑件、驱动所述仿生机器人之头部部件运动的第一驱动器以及与所述副支撑件配合以驱动所述头部部件运动的第二驱动器，所述主支撑件和所述副支撑件分别与所述仿生机器人之头部部件和躯干部件连接并由弹性材料制成。2.如权利要求1所述的三自由度活动关节机构，其特征在于，所述第一驱动器和所述第二驱动器为电气驱动器、液压驱动器或者气动驱动器。3.如权利要求1所述的三自由度活动关节机构，其特征在于，还包括连接于所述躯干部件的第一连接件以及连接于所述头部部件的第二连接件，所述主支撑件和所述副支撑件分别与所述第一连接件和所述第二连接件连接。4.如权利要求3所述的三自由度活动关节机构，其特征在于，所述主支撑件的一端连接于所述第一连接件及另一端固定连接于所述第二连接件，所述副支撑件包括位于所述主支撑件周围的第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和所述第二支撑件的一端分别固定连接于所述第二连接件，另一端与所述第一连接件相对活动并与所述第二驱动器配合。5.如权利要求4所述的三自由度活动关节机构，其特征在于，所述主支撑件、所述第一支撑件和所述第二支撑件相互平行。6.如权利要求4所述的三自由度活动关节机构，其特征在于，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：林天麟，阎镜予，钟翔宇，
申请(专利权)人：安科智慧城市技术中国有限公司，
类型：发明
国别省市：