专利名称：串并联人形机器人的制作方法
技术领域：
本发明属于机器人领域，特别涉及一种串并联人形机器人。
本发明的背景技术人形机器人是机器人研究领域中的热点和难点，它也是一个国家科技和工业实力水平的体现。合理的人形机器人构形是其研究的基础和重点之一。
在人形机器人研究方面，日本的研究机构水平居于世界领先地位。日本的本田(Honda)公司研制出了P系列人形机器人，其中的P3型机器人在拟人行走和其它的一些拟人运动方面有着无可比拟的先进性。在此基础上，该公司推出了ASIMO机器人，该机器人采用串联结构，包含头、体和四肢三大部分。其中头具有两个自由度，手臂具有5个自由度，腿具有6个自由度。由于采用新的步态规划方法，其运动更加灵活。日本的索尼(Sony)公司研制的SDR系列人形机器人以娱乐为目的，目前已经开发出SDR-3X、SDR-4X型人形机器人。该机器人结构和ASIMO相类似，也是由头、体和四肢组成，只是头部具有四个自由度。日本Waseda(早稻田)大学、Tokyo(东京)大学等研制的人形机器人也都是采用了类似的结构。国内的一些单位，如国防科大、哈尔滨工业大学和清华大学，研制的人形机器人也采用了串联结构。
从上面的分析可以看出目前世界上的人形机器人一般采用串联结构，而且很少具有腰部。一般说来，采用串联结构形式的机器人承载能力较弱，缺乏腰部的人形机器人，由于受上体重量的影响，其平衡控制差。为了消除这种不利影响，一些人形机器人上体和手臂在其运动过程中只是作为一个整体和其它部分连接在一起，相对于机器人的基础坐标系(Base Coordinate)处于静止状态，这样，机器人的运动就不太灵活。
本发明的技术内容本发明所要解决的技术问题是解决现有人形机器人的承载能力和平衡控制差的问题，从而提供一种灵活的、承载能力强和平衡控制性能好的串并联人形机器人。
本发明的技术解决方案如下
串并联人形机器人，它由身体的躯干、四肢和足部组成，它的四肢均为滑动式的，结构为大臂(大腿)空腔内装有带电机的丝杠，丝杠上套着带有滑块连杆的滑块，滑块连杆连接着前臂(小腿)；它的四肢均为交叉四杆式的，结构为固定在大臂(大腿)上的电机通过四根连杆连接前臂(小腿)，它的颈、肩、腰、胯和手腕均由三自由度球面并联机构构成，头、手臂、躯干上体、腿和手均通过三自由度球面并联机构串联连接。
三自由度球面并联机构是将六根弧形刚性连杆分别两两铰接成三个分支(18)、(19)和(20)，三个分支的一端等分地固接在下平台(22)上的电机(21)、(23)和(24)的轴上，另一端沿圆周等分地铰接在上平台(17)上。
串并联人形机器人它的双臂可是滑动式的，双腿是交叉四杆式的。
串并联人形机器人它的双臂也可是交叉四杆式的，双腿是滑动式的。
本发明与现有技术相比有如下有益效果由于串并联人形机器人的结构是颈、肩、腕、腰、胯处都采用三自由度球面并联结构，将这些并联结构串接而构成人形机器人；使它的腰部具有了三自由度转动功能，可以调节上体姿态和重心，提高了灵活性，同时也扩大了手臂的运动范围，提高了人形机器人的局部承载能力、改善了平衡控制性能。
本发明的
如下图1是本发明的双臂为滑动式、双腿为交叉四杆式串并联人形机器人；图2是三自由度球面并联机构示意图；图3是滑动式上肢示意图；图4是交叉四杆式下肢示意图；图5是足部示意图；图6是本发明的双臂为交叉四杆式、双腿为滑动式串并联人形机器人；图7是交叉四杆式上肢示意图；图8是滑动式下肢示意图；图9是本发明的四肢为滑动式串并联人形机器人；图10本发明的四肢为交叉四杆式串并联人形机器人。
本发明的具体实施方式
如下实施例1
双臂为滑动式、双腿为交叉四杆式串并联人形机器人如图1所示，它的头(16)通过三自由度球面并联机构的颈(15)与躯干上体(14)连接，上体两端分别通过肩即两个三自由度球面并联机构(1)、(13)串接滑动式的双臂(2)、(12)和手腕(5)、(8)，躯干上体的下部固接着三自由度球面并联机构的腰(11)，腰与由两个三自由度球面并联机构(3)、(10)构成的胯相串联，胯部串联着交叉四杆式双腿(4)、(9)，双腿与足部(6)、(7)连接。
三自由度球面并联机构如图2所示，它是将六根弧形刚性连杆分别两两铰接成三个分支(18)、(19)和(20)，三个分支的一端等分地固接在下平台(22)上的电机(21)、(23)和(24)的轴上，另一端沿圆周等分地铰接在上平台(17)上。
它的上肢结构如图3所示在大臂(28)的空腔内上端固接着电机(29)，电机的轴固接着套有滑块(37)的丝杠(31)的一端，丝杠的另一端固接在空腔内的下端，滑块与滑块连杆(36)通过销轴(30)铰接，滑块连杆另一端与一端固接在前臂(33)上的连杆(34)的另一端通过销轴(35)铰接，大臂与小臂通过销轴(32)铰链。
它的下肢结构如图4所示在大腿(38)的空腔上端固接着电机(39)，电机的轴固接连杆(48)的一端，连杆(48)另一端与穿过空腔的中间连杆(47)通过销轴(40)铰接，中间连杆的另一端与一端固接在小腿(43)的连杆(42)的另一端通过销轴(41)铰接，大腿与小腿通过销轴(46)铰链，小腿的下端固接着两个带有圆孔(44)、(45)的弧形连杆。
足部结构如图5所示是一个五杆机构，在“U”形连杆(54)的“U”形底外侧中部固接着电机(55)的轴，电机(55)固定在小腿(43)上的孔(44)中，“U”形连杆下有一个十字轴(50)，该十字轴中的一根轴两端分别与“U”形连杆(54)开口端铰接，十字轴的另一根轴的一端和弧形连杆(49)铰接，其另一端悬空，弧形连杆(49)另一端与弧形连杆(53)铰接；弧形连杆(53)的另一端与电机(52)的轴固连，电机(52)固定在小腿(43)上的孔(45)中，十字轴的底面固接在脚掌(51)上。
实施例2双臂为交叉四杆式、双腿为滑动式串并联人形机器人如图6所示，它的头(71)通过三自由度球面并联机构的颈(70)与躯干上体(69)连接，上体两端分别通过两个三自由度球面并联机构(56)、(68)的肩串接交叉四杆式的双臂(57)、(67)和手腕(60)、(63)，躯干上体的下部固接着三自由度球面并联机构的腰(66)，腰与由两个三自由度球面并联机构(58)、(65)构成的胯相串联，胯部串联着滑动式双腿(59)、(64)，双腿与足部(61)、(62)连接。
三自由度球面并联机构如图2所示，它是将六根弧形刚性连杆分别两两铰接成三个分支(18)、(19)和(20)，三个分支的一端等分地固接在下平台(22)上的电机(21)、(23)和(24)的轴上，另一端沿圆周等分地铰接在上平台(17)上。
它的上肢结构如图7所示，大臂(77)空腔上端固接着电机(79)，电机的轴固接着连杆(72)的一端，连杆(72)的另一端与穿过空腔的中间连杆(78)通过销轴(80)铰接，中间连杆的另一端与一端固接在小臂(75)上的连杆(73)的另一端通过销轴(74)铰接，大臂与小臂通过销轴(76)铰链。
它的下肢结构如图8所示，大腿(83)的空腔内上端固接着电机(81)，电机的轴固接着套有滑块(82)的丝杠(91)的一端，丝杠的另一端固接在空腔内的下端，滑块与滑块连杆(84)通过销轴(92)铰接，滑块连杆的另一端与一端固接在小腿(86)上的连杆(85)的另一端通过销轴(90)铰接，大腿与小腿通过销轴(89)铰链，小腿的下端固接着两个带有圆孔(87)、(88)的弧形连杆。
足部结构如图5所示是一个五杆机构，在“U”形连杆(54)的“U”形底外侧中部固接着电机(55)的轴，电机(55)固定在小腿(86)上的孔(87)中，“U”形连杆下有一个十字轴(50)，该十字轴中的一根轴两端分别与“U”形连杆(54)开口端铰接，十字轴的另一根轴的一端和弧形连杆(49)铰接其另一端则悬空，弧形连杆(49)另一端与弧形连杆(53)铰接；弧形连杆(53)的另一端与电机(52)的轴固连，电机(52)固定在小腿(86)上的孔(88)中，十字轴的底面固接在脚掌(51)上。
实施例3本发明的四肢为滑动式串并联人形机器人如图9所示，它的连接方式同实施例1、2，四肢为滑动式结构。
实施例4本发明的四肢为交叉四杆式串并联人形机器人如图10所示，它的连接方式同实施例1、2，四肢为交叉四杆式结构。
权利要求
1.一种串并联人形机器人，由身体的躯干、四肢和足部组成，它的四肢均为滑动式的，结构为大臂(大腿)空腔内装有带电机的丝杠，丝杠上套着带有滑块连杆的滑块，滑块连杆连接着前臂(小腿)；它的四肢均为交叉四杆式的，结构为固定在大臂(大腿)上的电机通过四根连杆连接前臂(小腿)，其特征在于颈、肩、腰、胯和手腕均由三自由度球面并联机构构成，头、手臂、躯干上体、腿和手均通过三自由度球面并联机构串联连接。
2.按照权利要求1所说的串并联人形机器人，其特征在于三自由度球面并联机构是将六根弧形刚性连杆分别两两铰接成三个分支(18)、(19)和(20)，三个分支的一端等分地固接在下平台(22)上的电机(21)、(23)和(24)的轴上，另一端沿圆周等分地铰接在上平台(17)上。
3.按照权利要求1或2所说的串并联人形机器人，其特征在于它的双臂是滑动式的，双腿是交叉四杆式的。
4.按照权利要求1或2所说的串并联人形机器人，其特征在于它的双臂是交叉四杆式的，双腿是滑动式的。
全文摘要
串并联人形机器人，属于机器人技术领域。主要解决了人形机器人的承载能力差和平衡控制差的问题。技术要点是它的颈、肩、腰、胯和手腕均由三自由度球面并联机构构成，头、手臂、躯干上体、胯、腿和手均通过三自由度球面并联机构串联连接，它的双臂采用滑动式双腿采用交叉四杆式的，也可双臂采用交叉四杆式双腿采用滑动式，四肢均为滑动式的或均为交叉四杆式的。由于它的腰部具有三自由度转动，可以调节上体姿态和重心，改善平衡控制性能，同时也扩大了手臂的运动范围，由于采用了并联机构，提高了人形机器人的局部承载能力。
文档编号B25J9/06GK1429692SQ0310286
公开日2003年7月16日 申请日期2003年1月26日 优先权日2003年1月26日
发明者高峰, 赵辉, 李为民, 金振林, 张彦斐, 张建军, 彭彬斌 申请人:河北工业大学