一種十自由度自由體操機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種十自由度自由體操機器人，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、控制器和電池；由以上部分組成的機器人可以完成許多仿人形動作，如前滾翻，后滾翻，倒立，劈叉，俯臥撐等。本實用新型采用雙軸舵機控制，動作過程動力傳輸穩(wěn)定，控制簡單方便且穩(wěn)定性好。為控制機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器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種十自由度機器人，特別涉及一種十自由度自由體操機器人。【背景技術(shù)】
[0002]人形機器人的機械結(jié)構(gòu)和控制相對復(fù)雜。一個能完成倒立、滾翻、側(cè)翻、劈叉等自由體操動作的人形機器人，最少需要10個電機來控制10個關(guān)節(jié)，才能保證機器人動作過程中的平穩(wěn)性和可靠性。由于機器人結(jié)構(gòu)和自由體操動作都比較復(fù)雜，其力學(xué)分析和運動控制也相對困難。一般在制作自由體操機器人時，在自由度比較少的情況下，機器人部件的可靠性與精簡輕巧設(shè)計難以同時實現(xiàn)。過多的附件，會引起機器人自重增加，導(dǎo)致其平衡性與穩(wěn)定性下降，對機器人動作執(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]實用新型公開了一種十自由度自由體操機器人，本實用新型包括頭型部件、控制器、肩部電機、肩部U型件、手部電機、手臂架、電池、軀干支架、腰部電機、腰部U型件、回形固定夾件、膝部電機、腿部U型件、U型固定夾件、腳部U型件、腳部電機、直角固定件與底板；其中，頭型部件構(gòu)成機器人頭部；肩部電機、肩部U型件構(gòu)成機器人肩部；手部電機、手臂架構(gòu)成機器人手部；腰部電機、軀干支架、腰部U型件構(gòu)成機器人腰部；回型固定夾件，膝部電機、腿部U型件、U型固定夾件構(gòu)成機器人腿部；腳部U型件、腳部電機、直角固定件、腳底板構(gòu)成機器人腳部。本實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器人的結(jié)構(gòu)和重量。頭部通過頭型部件彎折的兩個伸長端與肩部電機采用螺紋連接，肩部電機扭力輸出軸外側(cè)端與肩部U型件連接，并使得肩部電機扭力輸出軸方向與機器人前進(jìn)方向垂直；手部的手部電機通過螺紋連接固定在手臂架上，并與肩部U型件連接；腰部電機通過軀干支架底面上折的兩個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器人前進(jìn)方向一致，并各與一腰部U型件連接；膝部電機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器人前進(jìn)方向垂直；腳部電機通過腳部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器人前進(jìn)方向一致。肩部電機和手部電機配合實現(xiàn)機器人手部在前進(jìn)平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和豎直平面內(nèi)的擺動；腰部電機和膝部電機的配合實現(xiàn)腿部在豎直平面內(nèi)的左右擺動和在前進(jìn)平面內(nèi)的前后擺動；腳部電機實現(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)上折的兩個伸長端固定肩部電機，底面前端上折的兩個伸長端固定肩部電機，后面鉆有兩個孔，保證肩部電機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；所述電機為雙軸舵機。本實用新型靠重心的左右移動實現(xiàn)前進(jìn)，即腳部電機扭力輸出軸方向與機器人前進(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、劈叉等自由體操動作，且力學(xué)分析以及運動控制相對簡單。【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、電機控制器3、肩部電機4、肩部U型件5、手部電機6、手
臂架
[0007]7、電池8、軀干支架9、腰部電機10、腰部U型件11、回形固定夾件
[0008]12、膝部電機13、腿部U型件14、U型固定夾件15、腳部U型件16、腳部電機
[0009]17、直角固定件18、腳底板
[0010]下面結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
【具體實施方式】
[0011]圖1從剖視圖的角度給出了本實用新型的一種十自由度自由體操機器人的結(jié)構(gòu)剖視圖，該機器人通過電機驅(qū)動十個關(guān)節(jié)，使機器人的重心左右移動，進(jìn)而實現(xiàn)機器人前進(jìn)，同時該機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作。此外，操作者也可以根據(jù)需求使機器人完成部分其他自由體操動作，使機器人動作更加連貫且提高觀賞性。頭型部件I彎折的兩個伸長端與肩部電機3采用螺紋連接；肩部電機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3的扭力輸出軸方向與機器人前進(jìn)方向垂直；手部電機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5固定在手臂架6上，同時手部電機5與肩部U型件4連接，實現(xiàn)手部與肩部的連接；腰部電機12通過軀干支架8底面上折的兩個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器人前進(jìn)方向一致，并與一腰部U型件10連接；膝部電機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器人前進(jìn)方向垂直；腳部電機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]本實用新型中的實施例僅用于對本實用新型進(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質(zhì)上的等同的替代，均在本實用新型保護(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、控制器和電池；頭部通過頭型部件向上彎折的兩個伸長端與肩部電機采用螺紋連接，肩部電機扭力輸出軸外側(cè)端與肩部U型件連接，并使得肩部電機扭力輸出軸方向與機器人前進(jìn)方向垂直；手部的手部電機通過螺紋連接固定在手臂架上，并與肩部U型件連接；腰部電機通過軀干支架底面上折的兩個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器人前進(jìn)方向一致，并各與一腰部U型件連接；膝部電機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器人前進(jìn)方向垂直；腳部電機通過腳部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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十自由度自由體操機器人，其特征在于，腰部電機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器人，其特征在于，膝部電機的的固定及使其轉(zhuǎn)軸與腰部電機轉(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器人，其特征在于，腳部電機的扭力輸出軸方向與機器人前進(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器人，其特征在于，肩部電機通過軀干支架兩側(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器人，其特征在于，頭型部件通過其自身伸長端與肩部電機固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十自由度自由體操機器人，其特征在于，手臂架的回折邊的距離與電機安裝時的寬度相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十自由度自由體操機器人，其特征在于，手臂架與電機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)