一種十自由度自由體操機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種十自由度自由體操機(jī)器人，包括頭型部件、肩部U型件、手臂架、軀干支架、腰部U型件、回形固定夾件、腿部U型件、U型固定夾件、腳部U型件、直角固定件、底板、電機(jī)、控制器和電池；由以上部分組成的機(jī)器人可以完成許多仿人形動(dòng)作，如前滾翻，后滾翻，倒立，劈叉，俯臥撐等。本實(shí)用新型采用雙軸舵機(jī)控制，動(dòng)作過程動(dòng)力傳輸穩(wěn)定，控制簡單方便且穩(wěn)定性好。為控制機(jī)器人的外形尺寸及其重量在一定范圍內(nèi)，各零部件的連接及固定充分利用其自身的形狀，以減少固定所需的零部件。
【專利說明】一種十自由度自由體操機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種十自由度機(jī)器人，特別涉及一種十自由度自由體操機(jī)器人?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]人形機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制相對復(fù)雜。一個(gè)能完成倒立、滾翻、側(cè)翻、劈叉等自由體操動(dòng)作的人形機(jī)器人，最少需要10個(gè)電機(jī)來控制10個(gè)關(guān)節(jié)，才能保證機(jī)器人動(dòng)作過程中的平穩(wěn)性和可靠性。由于機(jī)器人結(jié)構(gòu)和自由體操動(dòng)作都比較復(fù)雜，其力學(xué)分析和運(yùn)動(dòng)控制也相對困難。一般在制作自由體操機(jī)器人時(shí)，在自由度比較少的情況下，機(jī)器人部件的可靠性與精簡輕巧設(shè)計(jì)難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)。過多的附件，會引起機(jī)器人自重增加，導(dǎo)致其平衡性與穩(wěn)定性下降，對機(jī)器人動(dòng)作執(zhí)行的流暢性和平穩(wěn)性有較大的影響。因此，需要一種十自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)，使其在簡單的結(jié)構(gòu)和控制前提下可以完成比較復(fù)雜的體操動(dòng)作，并在力學(xué)、步態(tài)規(guī)劃和行走控制等方面具有良好的可操作性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]實(shí)用新型公開了一種十自由度自由體操機(jī)器人，本實(shí)用新型包括頭型部件、控制器、肩部電機(jī)、肩部U型件、手部電機(jī)、手臂架、電池、軀干支架、腰部電機(jī)、腰部U型件、回形固定夾件、膝部電機(jī)、腿部U型件、U型固定夾件、腳部U型件、腳部電機(jī)、直角固定件與底板；其中，頭型部件構(gòu)成機(jī)器人頭部；肩部電機(jī)、肩部U型件構(gòu)成機(jī)器人肩部；手部電機(jī)、手臂架構(gòu)成機(jī)器人手部；腰部電機(jī)、軀干支架、腰部U型件構(gòu)成機(jī)器人腰部；回型固定夾件，膝部電機(jī)、腿部U型件、U型固定夾件構(gòu)成機(jī)器人腿部；腳部U型件、腳部電機(jī)、直角固定件、腳底板構(gòu)成機(jī)器人腳部。本實(shí)用新型充分利用軀干支架的外形結(jié)構(gòu)達(dá)到連接和固定的目的，從而較大程度的簡化了機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和重量。頭部通過頭型部件彎折的兩個(gè)伸長端與肩部電機(jī)采用螺紋連接，肩部電機(jī)扭力輸出軸外側(cè)端與肩部U型件連接，并使得肩部電機(jī)扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向垂直；手部的手部電機(jī)通過螺紋連接固定在手臂架上，并與肩部U型件連接；腰部電機(jī)通過軀干支架底面上折的兩個(gè)伸長端采用螺紋連接固定在軀干支架上，其扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向一致，并各與一腰部U型件連接；膝部電機(jī)通過十字固定的回型固定夾件和U型固定夾件與腰部U型件連接，其扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向垂直；腳部電機(jī)通過腳部U型件與腿部U型件連接，通過直角固定件固定在腳底板上，其扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向一致。肩部電機(jī)和手部電機(jī)配合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手部在前進(jìn)平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和豎直平面內(nèi)的擺動(dòng)；腰部電機(jī)和膝部電機(jī)的配合實(shí)現(xiàn)腿部在豎直平面內(nèi)的左右擺動(dòng)和在前進(jìn)平面內(nèi)的前后擺動(dòng)；腳部電機(jī)實(shí)現(xiàn)腳底板在豎直平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)；控制器放置在頭型部件內(nèi)；電池放置在軀干支架內(nèi)。所述軀干支架成矩形筒狀，且沒有前面和左右兩側(cè)面，上面左右兩側(cè)上折的兩個(gè)伸長端固定肩部電機(jī)，底面前端上折的兩個(gè)伸長端固定肩部電機(jī)，后面鉆有兩個(gè)孔，保證肩部電機(jī)扭力輸出軸可以伸出，并不產(chǎn)生干涉；所述腳底板采用矩形鋁合金板；所述電機(jī)為雙軸舵機(jī)。本實(shí)用新型靠重心的左右移動(dòng)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)，即腳部電機(jī)扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向平行，其結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，能順利完成倒立、滾翻、側(cè)翻、劈叉等自由體操動(dòng)作，且力學(xué)分析以及運(yùn)動(dòng)控制相對簡單。【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1為一種十自由度自由體操機(jī)器人的結(jié)構(gòu)剖視圖
[0005]附圖標(biāo)記表
[0006]1、頭型部件2、電機(jī)控制器3、肩部電機(jī)4、肩部U型件5、手部電機(jī)6、手
臂架
[0007]7、電池8、軀干支架9、腰部電機(jī)10、腰部U型件11、回形固定夾件
[0008]12、膝部電機(jī)13、腿部U型件14、U型固定夾件15、腳部U型件16、腳部電機(jī)
[0009]17、直角固定件18、腳底板
[0010]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
【具體實(shí)施方式】
[0011]圖1從剖視圖的角度給出了本實(shí)用新型的一種十自由度自由體操機(jī)器人的結(jié)構(gòu)剖視圖，該機(jī)器人通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)十個(gè)關(guān)節(jié)，使機(jī)器人的重心左右移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)，同時(shí)該機(jī)器人還能完成前滾翻、后滾翻、側(cè)翻、倒立、倒立劈叉及俯臥撐等動(dòng)作。此外，操作者也可以根據(jù)需求使機(jī)器人完成部分其他自由體操動(dòng)作，使機(jī)器人動(dòng)作更加連貫且提高觀賞性。頭型部件I彎折的兩個(gè)伸長端與肩部電機(jī)3采用螺紋連接；肩部電機(jī)3扭力輸出軸外側(cè)端與肩部U型件4連接，并使得肩部電機(jī)3的扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向垂直；手部電機(jī)5與手臂架6長度方向的兩側(cè)伸長端采用螺紋連接，使得手部電機(jī)5固定在手臂架6上，同時(shí)手部電機(jī)5與肩部U型件4連接，實(shí)現(xiàn)手部與肩部的連接；腰部電機(jī)12通過軀干支架8底面上折的兩個(gè)伸長端固定在軀干支架8上，為螺紋連接，其扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向一致，并與一腰部U型件10連接；膝部電機(jī)12通過十字固定的回型固定夾件11和U型固定夾件14與腰部U型件10連接，其扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向垂直；腳部電機(jī)16通過腳部U型件15與腿部U型件13連接，并通過直角固定件17固定在腳底板18上，其扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向一致；控制器2置于頭型部件I內(nèi)；電池7置于軀干支架8內(nèi)；所述腳部U形件15與腰部U型件10尺寸相同；所述腳底板18為矩形；所述肩部U形件4、腰部U形件10、腿部U型件13和腳部U型件15均為鋁合金U形件。
[0012]本實(shí)用新型中的實(shí)施例僅用于對本實(shí)用新型進(jìn)行說明，并不構(gòu)成對權(quán)利要求范圍的限制，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以想到的其他實(shí)質(zhì)上的等同的替代，均在本實(shí)用新型保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種十自由度自由體操機(jī)器人，其特征在于，包括頭型部件、肩部U型件、手臂架、軀干支架、腰部U型件、回形固定夾件、腿部U型件、U型固定夾件、腳部U型件、直角固定件、底板、電機(jī)、控制器和電池；頭部通過頭型部件向上彎折的兩個(gè)伸長端與肩部電機(jī)采用螺紋連接，肩部電機(jī)扭力輸出軸外側(cè)端與肩部U型件連接，并使得肩部電機(jī)扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向垂直；手部的手部電機(jī)通過螺紋連接固定在手臂架上，并與肩部U型件連接；腰部電機(jī)通過軀干支架底面上折的兩個(gè)伸長端采用螺紋連接固定在軀干支架上，其扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向一致，并各與一腰部U型件連接；膝部電機(jī)通過十字固定的回型固定夾件和U型固定夾件與腰部U型件連接，其扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向垂直；腳部電機(jī)通過腳部U型件與腿部U型件連接，通過直角固定件固定在腳底板上，其扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十自由度自由體操機(jī)器人，其特征在于，軀干支架中間部分空間恰能放置電池及固定腰部電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十自由度自由體操機(jī)器人，其特征在于，腰部電機(jī)通過軀干支架的向上回折的伸長端固定于軀干支架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十自由度自由體操機(jī)器人，其特征在于，膝部電機(jī)的的固定及使其轉(zhuǎn)軸與腰部電機(jī)轉(zhuǎn)軸的垂直交叉由回形固定夾件及U型固定夾件組成的套件完成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十自由度自由體操機(jī)器人，其特征在于，腳部電機(jī)的扭力輸出軸方向與機(jī)器人前進(jìn)方向水平。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十自由度自由體操機(jī)器人，其特征在于，肩部電機(jī)通過軀干支架兩側(cè)向上回折的伸長端固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十自由度自由體操機(jī)器人，其特征在于，頭型部件通過其自身伸長端與肩部電機(jī)固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十自由度自由體操機(jī)器人，其特征在于，手臂架的回折邊的距離與電機(jī)安裝時(shí)的寬度相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十自由度自由體操機(jī)器人，其特征在于，手臂架與電機(jī)固定采用回折邊的夾持及安裝孔處上緊螺釘。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十自由度自由體操機(jī)器人，其特征在于，腳部U型件與腰部U型件外形尺寸相同。
【文檔編號】B25J11/00GK203600251SQ201320781634
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】史穎剛, 劉利, 孟革, 劉振彥, 吳圓圓, 賀凱, 夏海生, 魏秋旭, 李維 申請人:西北農(nóng)林科技大學(xué)