專利名稱：三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)及仿生機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)以及具有該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器人。
背景技術(shù)：
研究模擬人類運(yùn)動(dòng)的仿生機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的重要課題，引起了眾多研究人員和學(xué)者的關(guān)注和興趣。在仿生機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，機(jī)器人各關(guān)節(jié)的合理設(shè)計(jì)非常重要，尤其是關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的順應(yīng)性問題。例如，對(duì)于模仿頸部活動(dòng)的機(jī)器人可以通過不同機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，常見的是通過單一球狀關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)活動(dòng)，這類結(jié)構(gòu)的活動(dòng)效果與人體頸部的實(shí)際關(guān)節(jié)組成存在差距，而且，該結(jié)構(gòu)不能提供頸部活動(dòng)的順應(yīng)性，難以提供逼真的活動(dòng)效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)及具有該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器人，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)器人之頸部活動(dòng)的順應(yīng)性問題，并提供傾側(cè)、俯仰和橫擺動(dòng)作。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，提供了一種三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于仿生機(jī)器人中以模擬人類的頸部活動(dòng)，包括用于模擬人類之頸椎的主支撐件、用于模擬人類之頸部肌肉的副支撐件、驅(qū)動(dòng)所述仿生機(jī)器人之頭部部件運(yùn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)器以及與所述副支撐件配合以驅(qū)動(dòng)所述頭部部件運(yùn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)器，所述主支撐件和所述副支撐件分別與所述仿生機(jī)器人之頭部部件和軀干部件連接并由彈性材料制成。進(jìn)一步地，所述第一驅(qū)動(dòng)器和所述第二驅(qū)動(dòng)器為電氣驅(qū)動(dòng)器、液壓驅(qū)動(dòng)器或者氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。進(jìn)一步地，所述三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括連接于所述軀干部件的第一連接件以及連接于所述頭部部件的第二連接件，所述主支撐件和所述副支撐件分別與所述第一連接件和所述第二連接件連接。進(jìn)一步地，所述主支撐件的一端連接于所述第一連接件及另一端固定連接于所述第二連接件，所述副支撐件包括位于所述主支撐件周圍的第一支撐件和第二支撐件，所述第一支撐件和所述第二支撐件的一端分別固定連接于所述第二連接件，另一端與所述第一連接件相對(duì)活動(dòng)并與所述第二驅(qū)動(dòng)器配合。進(jìn)一步地，所述主支撐件、所述第一支撐件和所述第二支撐件相互平行。進(jìn)一步地，所述三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括連接于所述第二驅(qū)動(dòng)器與所述第一支撐件之間或者連接于所述第二驅(qū)動(dòng)器與所述第二支撐件之間的轉(zhuǎn)輪，所述轉(zhuǎn)輪與所述第一支撐件或者所述第二支撐件配合，所述第二驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)所述轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述第一支撐件或者所述第二支撐件上下移動(dòng)并使所述頭部部件做俯仰或者傾側(cè)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步地，所述三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括連接于所述第二驅(qū)動(dòng)器與所述第一支撐件之間或者連接于所述第二驅(qū)動(dòng)器與所述第二支撐件之間的齒輪，所述第一支撐件和所述第二支撐件均設(shè)有與所述齒輪相互配合的配合部，所述第二驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)所述齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述第一支撐件或者所述第二支撐件上下移動(dòng)并使所述頭部部件做俯仰或者傾側(cè)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步地，所述第一驅(qū)動(dòng)器安裝于所述第一連接件與所述軀干部件之間以驅(qū)動(dòng)所述關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)所述頭部部件做橫擺運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步地，所述第一驅(qū)動(dòng)器安裝于所述第二連接件與所述頭部部件之間以驅(qū)動(dòng)所述頭部部件做橫擺運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明還提供了一種仿生機(jī)器人，包括頭部部件、軀干部件以及連接于所述頭部部件和所述軀干部件之間并用于模擬人類頸部運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)為上述的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)利用彈性材料制成的主支撐件、第一支撐件和第二支撐件以形成連續(xù)式關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，使該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)活動(dòng)時(shí)接近人類的關(guān)節(jié)活動(dòng)而且具有良好的順應(yīng)性。本發(fā)明的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)通過第一驅(qū)動(dòng)器提供橫擺動(dòng)作以及通過第二驅(qū)動(dòng)器提供傾側(cè)和俯仰動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)在與人相互接觸時(shí)能提供良好的安全性和真實(shí)感。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)做俯仰和傾側(cè)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)示意圖。圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的側(cè)向順應(yīng)性示意圖。圖4 (a)是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)做橫擺運(yùn)動(dòng)前的狀態(tài)示意圖。圖4 (b)是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)做橫擺運(yùn)動(dòng)后的狀態(tài)示意圖。圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6 (a)是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)做橫擺運(yùn)動(dòng)前的狀態(tài)示意圖。圖6 (b)是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)做橫擺運(yùn)動(dòng)后的狀態(tài)示意圖。圖7是本發(fā)明提供的一種第二驅(qū)動(dòng)器與第一支撐件或者第二支撐件相互配合的正視示意圖。圖8是本發(fā)明提供的一種第二驅(qū)動(dòng)器與第一支撐件或者第二支撐件相互配合的俯視不意圖。圖9是本發(fā)明提供的另一種第二驅(qū)動(dòng)器與第一支撐件或者第二支撐件相互配合的正視示意圖。圖10 (a)是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖。圖10 (b)是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖。圖11是本發(fā)明第一或者第二實(shí)施例提供的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的參數(shù)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1和圖5，本發(fā)明提供的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10連接于頭部部件和軀干部件之間，用于仿生機(jī)器人中以模擬人類的頸部活動(dòng)。該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10包括用于模擬人類之頸椎的主支撐件12、用于模擬人類之頸部肌肉的副支撐件13、驅(qū)動(dòng)所述仿生機(jī)器人之頭部部件運(yùn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)器16以及與所述副支撐件13配合以驅(qū)動(dòng)所述頭部部件運(yùn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)器17，所述主支撐件12和所述副支撐件13分別與所述仿生機(jī)器人之頭部部件和軀干部件連接并由彈性材料制成。該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10利用彈性材料制成的主支撐件12和副支撐件13以形成連續(xù)式關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，使該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10活動(dòng)時(shí)接近人類的頸椎關(guān)節(jié)活動(dòng)而且具有良好的順應(yīng)性。順應(yīng)性是指受外力作用下能改變機(jī)構(gòu)的位置、形狀和姿態(tài)的能力。該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10通過第一驅(qū)動(dòng)器16提供橫擺動(dòng)作以及通過第二驅(qū)動(dòng)器17提供傾側(cè)和俯仰動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)在與人相互接觸時(shí)能提供良好的安全性和真實(shí)感。在本實(shí)施方式中，彈性材料為可彎曲且具有回彈能力的材料，例如，彈簧等。本發(fā)明的第一驅(qū)動(dòng)器16和第二驅(qū)動(dòng)器17采用常見的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器，可以是電氣驅(qū)動(dòng)器、液壓驅(qū)動(dòng)器、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器或者特種驅(qū)動(dòng)器。電氣驅(qū)動(dòng)器是利用電機(jī)產(chǎn)生的力或者力矩直接或者經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)，以獲得要求的位置、速度和加速度，可以是直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或者交流伺服電機(jī)，液壓驅(qū)動(dòng)器可以是電液步進(jìn)馬達(dá)或者油缸，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器可以是氣缸或者氣動(dòng)馬達(dá)，特種驅(qū)動(dòng)器可以是壓電體、超聲波馬達(dá)、橡膠驅(qū)動(dòng)器或者形狀記憶合金等。該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10包括固定安裝第二驅(qū)動(dòng)器17并連接于軀干部件的第一連接件14以及連接于頭部部件的第二連接件15。第二驅(qū)動(dòng)器17固定安裝于第一連接件14上并位于第一連接件14和軀干部件之間以與主支撐件12相互配合。在本實(shí)施方式中，第一連接件14與第二連接件15相互平行。主支撐件12用于支撐該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10，例如，仿生機(jī)器人的頸椎。副支撐件13用于輔助支撐關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10，例如，仿生機(jī)器人的頸部肌肉。主支撐件12和副支撐件13分別與第一連接件14和第二連接件15連接。主支撐件12 —端固定連接于第二連接件15，另一端連接于第一連接件14。副支撐件13的數(shù)量至少為兩件，該副支撐件13包括位于主支撐件12周圍的第一支撐件134和第二支撐件136，第一支撐件134和第二支撐件136的一端分別固定連接于第二連接件15，另一端與第一連接件14相對(duì)活動(dòng)并與第二驅(qū)動(dòng)器17配合。在本實(shí)施方式中，主支撐件12、第一支撐件134和第二支撐件136相互平行。使用時(shí)，第一支撐件134和第二支撐件136于第一連接件14和第二連接件15之間的長(zhǎng)度可以被調(diào)節(jié)為不同長(zhǎng)度，即利用第二驅(qū)動(dòng)器17驅(qū)動(dòng)所述第一支撐件134或者第二支撐件136上下移動(dòng)不同距離從而實(shí)現(xiàn)頭部部件做傾側(cè)或者俯仰動(dòng)作。第二驅(qū)動(dòng)器17與第一支撐件134的配合方式和第二驅(qū)動(dòng)器17與第二支撐件136的配合方式相同，區(qū)別僅在于兩個(gè)第二驅(qū)動(dòng)器17分別驅(qū)動(dòng)第一支撐件134和第二支撐件136上下移動(dòng)的距離不相同。對(duì)于各第二驅(qū)動(dòng)器17與第一支撐件134和第二支撐件136之間的配合關(guān)系，以下以第二驅(qū)動(dòng)器17與第一支撐件134之間的配合方式進(jìn)行闡述。配合方式的第一實(shí)施例請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D7和圖8，該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10包括連接于第二驅(qū)動(dòng)器17與第一支撐件134之間的轉(zhuǎn)輪18，該轉(zhuǎn)輪18與該第二驅(qū)動(dòng)器17軸向連接并與第一支撐件134配合。當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)器17啟動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪18轉(zhuǎn)動(dòng)并提供第一支撐件134向上或者向下的推力，從而調(diào)節(jié)第一支撐件134于第一連接件14和第二連接件15之間的長(zhǎng)度，即第一支撐件134于第一連接件14和第二連接件15之間移動(dòng)一定距離。該推力可以是以摩擦力的方式產(chǎn)生的。配合方式的第二實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D9，該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10包括連接于第二驅(qū)動(dòng)器17與第一支撐件134之間的齒輪19，該齒輪19與該第二驅(qū)動(dòng)器17軸向連接。該第一支撐件134均設(shè)有與齒輪19相互配合的配合部1340 (第二支撐件136設(shè)有配合部1360)，配合部1340設(shè)置于第一支撐件134的長(zhǎng)度方向。所述配合部1340、1360可以是任意與齒輪19相配合的形狀，例如，當(dāng)齒輪19為直齒輪時(shí)，所述配合部1340、1360設(shè)計(jì)為與齒輪19相嚙合的直齒形狀；當(dāng)齒輪19為斜齒輪時(shí)，所述配合部1340、1360設(shè)計(jì)為與齒輪19相嚙合的斜齒形狀；但不限于所述列舉的形狀。當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)器17啟動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)齒輪19轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪19與配合部1340相互嚙合以提供該第一支撐件134向上或者向下的推力，從而調(diào)節(jié)第一支撐件134于第一連接件14和第二連接件15之間的長(zhǎng)度，即第一支撐件134于第一連接件14和第二連接件15之間移動(dòng)一定距離。對(duì)于以上所述的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10，第一驅(qū)動(dòng)器16可以安裝于不同位置并形成不同的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10，以下對(duì)該第一驅(qū)動(dòng)器16的不同安裝位置進(jìn)行闡述。三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10的第一實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D1，第一驅(qū)動(dòng)器16安裝于第一連接件14與軀干部件之間以驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10繞主支撐件12的中心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。具體地，第一驅(qū)動(dòng)器16與第一連接件14之背離第二連接件15的一側(cè)相連，并與主支撐件12軸向連接，以帶動(dòng)該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10繞該主支撐件12的中心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使連接于第二連接件15的頭部部件做橫擺運(yùn)動(dòng)，如圖4 (a)和圖4 (b)所示。三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10的第二實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D5，第一驅(qū)動(dòng)器16安裝于第二連接件15與頭部部件之間以驅(qū)動(dòng)頭部部件做橫擺運(yùn)動(dòng)。具體地，該第一驅(qū)動(dòng)器16固定于第二連接件15之背離第一連接件14的一側(cè)并與該頭部部件軸向連接，該主支撐件12與第一連接件14固定連接。該第一驅(qū)動(dòng)器16啟動(dòng)時(shí)，頭部部件在第一驅(qū)動(dòng)器16的驅(qū)動(dòng)作用下做橫擺運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，主支撐件12、第一支撐件134、第二支撐件136、第一連接件14以及第二連接件15呈原始狀態(tài)保持固定不動(dòng)，如圖6(a)和圖6 (b)所示。請(qǐng)參照?qǐng)D2，當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)器17啟動(dòng)時(shí)，第一支撐件134和第二支撐件136在第二驅(qū)動(dòng)器17的驅(qū)動(dòng)作用下于第一連接件14和第二連接件15之間的長(zhǎng)度方向被調(diào)節(jié)為不同長(zhǎng)度，即該第一支撐件134和該第二支撐件136的長(zhǎng)度被調(diào)節(jié)的不同，以帶動(dòng)該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10做俯仰和傾側(cè)運(yùn)動(dòng)，從而使連接于第二連接件15的頭部部件做俯仰和傾側(cè)運(yùn)動(dòng)。以上關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10通過第一驅(qū)動(dòng)器16和第二驅(qū)動(dòng)器17的力矩控制產(chǎn)生俯仰、傾側(cè)和橫擺方向的順應(yīng)性。請(qǐng)參照?qǐng)D3，由于第二連接件15是受主支撐件12、第一支撐件134和第二支撐件136的支撐，頭部部件連接于第二連接件15上方，而且該主支撐件12、第一支撐件134和第二支撐件136均由彈性材料制成，外力F側(cè)向作用于該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10上，此時(shí)，該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10受該外力F的作用能產(chǎn)生被動(dòng)的側(cè)向順應(yīng)性。本發(fā)明還提供了一種將三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10作為頸關(guān)節(jié)的仿生機(jī)器人，該仿生機(jī)器人包括頭部部件、軀干部件以及連接于所述頭部部件和所述軀干部件之間并用于模擬人類頸椎活動(dòng)的活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。該活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)為上述三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10。本發(fā)明的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10利用彈性材料制成的主支撐件12、第一支撐件134和第二支撐件136以形成連續(xù)式關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，使該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10活動(dòng)時(shí)接近人類頸椎活動(dòng)而且具有良好的順應(yīng)性。本發(fā)明的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10通過第一驅(qū)動(dòng)器16提供橫擺動(dòng)作以及通過第二驅(qū)動(dòng)器17提供傾側(cè)和俯仰動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)在與人相互接觸時(shí)能提供良好的安全性和真實(shí)感。本發(fā)明的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10不僅可以作為仿人機(jī)器人的頸關(guān)節(jié)以模擬人類的頸部運(yùn)動(dòng)，而且可以作為其他機(jī)器人的關(guān)節(jié)，例如移動(dòng)機(jī)器人。本發(fā)明提供的仿生機(jī)器人同樣具有良好的順應(yīng)性，而且利用關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)可以完成俯仰、傾側(cè)和橫擺運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)在與人相互接觸時(shí)能提供良好的安全性和真實(shí)感。以下詳敘該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10的操控自由度。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D10和圖11，該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)具有三個(gè)可操控自由度，分別是第一支撐件134的長(zhǎng)度L1，第二支撐件136的長(zhǎng)度L2,以及第一驅(qū)動(dòng)器16的轉(zhuǎn)向角度Θ。如圖5所示，以設(shè)定三維向量Vx和Vz中的坐標(biāo)值(X1, x2，X3)和(Z1, z2, Z3)定義活動(dòng)關(guān)節(jié)的姿態(tài)期望值。
其中，Vx — (Χι，叉2，X3)，Vz— (zl，z2，Z3)。L1, L2，和Θ的數(shù)值可通過以下算法獲得。
權(quán)利要求
1.一種三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于仿生機(jī)器人中以模擬人類的頸部活動(dòng)，其特征在于，包括用于模擬人類之頸椎的主支撐件、用于模擬人類之頸部肌肉的副支撐件、驅(qū)動(dòng)所述仿生機(jī)器人之頭部部件運(yùn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)器以及與所述副支撐件配合以驅(qū)動(dòng)所述頭部部件運(yùn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)器，所述主支撐件和所述副支撐件分別與所述仿生機(jī)器人之頭部部件和軀干部件連接并由彈性材料制成。
2.如權(quán)利要求1所述的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一驅(qū)動(dòng)器和所述第二驅(qū)動(dòng)器為電氣驅(qū)動(dòng)器、液壓驅(qū)動(dòng)器或者氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。
3.如權(quán)利要求1所述的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，還包括連接于所述軀干部件的第一連接件以及連接于所述頭部部件的第二連接件，所述主支撐件和所述副支撐件分別與所述第一連接件和所述第二連接件連接。
4.如權(quán)利要求3所述的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述主支撐件的一端連接于所述第一連接件及另一端固定連接于所述第二連接件，所述副支撐件包括位于所述主支撐件周圍的第一支撐件和第二支撐件，所述第一支撐件和所述第二支撐件的一端分別固定連接于所述第二連接件，另一端與所述第一連接件相對(duì)活動(dòng)并與所述第二驅(qū)動(dòng)器配合。
5.如權(quán)利要求4所述的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述主支撐件、所述第一支撐件和所述第二支撐件相互平行。
6.如權(quán)利要求4所述的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，還包括連接于所述第二驅(qū)動(dòng)器與所述第一支撐件之間或者連接于所述第二驅(qū)動(dòng)器與所述第二支撐件之間的轉(zhuǎn)輪， 所述轉(zhuǎn)輪與所述第一支撐件或者所述第二支撐件配合，所述第二驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)所述轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述第一支撐件或者所述第二支撐件上下移動(dòng)不同距離從而使所述頭部部件做俯仰或者傾側(cè)運(yùn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求4所述的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，還包括連接于所述第二驅(qū)動(dòng)器與所述第一支撐件之間或者連接于所述第二驅(qū)動(dòng)器與所述第二支撐件之間的齒輪， 所述第一支撐件和所述第二支撐件均設(shè)有與所述齒輪相互配合的配合部，所述第二驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)所述齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述第一支撐件或者所述第二支撐件上下移動(dòng)不同距離從而使所述頭部部件做俯仰或者傾側(cè)運(yùn)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求3至7中任意一項(xiàng)所述的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一驅(qū)動(dòng)器安裝于所述第一連接件與所述軀干部件之間以驅(qū)動(dòng)所述關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)所述頭部部件做橫擺運(yùn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求3至7中任意一項(xiàng)所述的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一驅(qū)動(dòng)器安裝于所述第二連接件與所述頭部部件之間以驅(qū)動(dòng)所述頭部部件做橫擺運(yùn)動(dòng)。
10.一種仿生機(jī)器人，包括頭部部件、軀干部件以及連接于所述頭部部件和所述軀干部件之間并用于模擬人類頸部運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)為權(quán)利要求I至9任意一項(xiàng)所述的三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明適用于機(jī)器人領(lǐng)域，提供了一種三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)器人之頸部活動(dòng)的順應(yīng)性問題，并提供傾側(cè)、俯仰和橫擺動(dòng)作。該三自由度活動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)用于仿生機(jī)器人中以模擬人類的頸部活動(dòng)，包括用于模擬頸椎的主支撐件、用于模擬頸部肌肉的副支撐件、驅(qū)動(dòng)頭部部件運(yùn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)器以及與副支撐件配合以驅(qū)動(dòng)頭部部件運(yùn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)器，主支撐件和副支撐件分別與頭部部件和軀干部件連接并由彈性材料制成。本發(fā)明還提供了一種具有上述關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器人。本發(fā)明利用彈性材料制成的支撐件形成連續(xù)式關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)以具有良好的順應(yīng)性，并通過第一驅(qū)動(dòng)器提供橫擺動(dòng)作以及通過第二驅(qū)動(dòng)器提供傾側(cè)和俯仰動(dòng)作，以提供良好的安全性和真實(shí)感。
文檔編號(hào)B25J17/02GK103042535SQ20121057454
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者林天麟, 閻鏡予, 鐘翔宇 申請(qǐng)人:安科智慧城市技術(shù)(中國(guó))有限公司