申请/专利权人：东北大学

申请日：2018-02-06

公开（公告）日：2018-09-21

公开（公告）号：CN207888629U

主分类号：B25J5/00(2006.01)I

分类号：B25J5/00(2006.01)I;B25J9/08(2006.01)I;B25J9/00(2006.01)I

优先权：

专利状态码：失效-未缴年费专利权终止

法律状态：2022.01.14#未缴年费专利权终止;2018.09.21#授权

摘要：本实用新型涉及仿人轮式机器人领域，具体为一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人。该机器人包括：全方位底盘系统、大俯角腰身系统、仿人轻量机械臂系统、胸部系统、头部视觉语音系统，全方位底盘系统包括：减震系统及运动系统，大俯角腰身系统包括：动力系统及滑块连杆系统，仿人轻量机械臂系统包括：机器人运动关节模块及关节连接板，其中关节连接板根据人体肢体数据灵活定制，胸部系统包括胸部旋转关节和机器人动力控制系统，头部视觉语音系统包括：双目摄像头、语音设备及两自由度关节。本实用新型简化仿人机器人的结构及重量，降低制造成本，实现根据人体肢体数据对机器人的定制，实现超55°大俯角弯腰动作，提高仿人机器人的功能适用性。

主权项：1.一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，包括头部视觉语音系统、胸部系统、仿人轻量机械臂系统、大俯角腰身系统、全方位底盘系统自上而下的组合结构；所述头部视觉语音系统包括：双目摄像头、语音设备及两自由度关节；所述胸部系统包括：胸部旋转关节和机器人动力控制系统；所述仿人轻量机械臂系统包括：机器人运动关节模块及关节连接板；所述大俯角腰身系统包括：动力系统及滑块连杆系统；所述全方位底盘系统包括：减震系统及运动系统，运动系统的前轮轮组和后轮轮组设置于全方位底盘系统的底部，形成轮式仿人机器人。

全文数据：一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人技术领域[0001]本实用新型涉及仿人轮式机器人领域，具体为一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人。背景技术[0002]现在的轮式仿人机器人基本结构类似，由轮式底盘、机械臂、头部、躯体几大部分构成，但是在腰部结构存在较大的差异，如:连杆式、蜗轮蜗杆式等等。[0003]例如:发明专利公开号CN106945071A公开的腰部结构，使用一个电机控制一个自由度的方式实现腰部倾斜，动力电机繁多，结构及控制复杂。又如实用新型专利（公开号CN206263988U采用蜗轮蜗杆的方式，实现弯腰动作，俯身角度为前倾20。、后仰40。，与机器人前倾角大于后仰角的动作需求符合度较低。[0004]且在现有腰部结构中，腰部关节仍以独立关节的形式存在，关节协同、重心平衡问题成为限制机器人大角度俯身动作能力的重要因素，在机器人的动作过程中，弯腰动作的产生，必然伴随机器人整体重心的变化。因此，需要除腰部关节外的其他关节一起协同动作，如:髋部关节，膝部关节等，来保证整体重心不随弯腰动作产生较大偏移。而对多关节动力进行精准控制，极大增加机器人的控制难度及复杂性。实用新型内容[0005]本实用新型的目的是提供一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，解决现有仿人机器人俯身角度较小，以及俯身动作躯体平衡需要各个关节协同动作的技术问题，简化结构，降低控制复杂性及降低成本。[0006]本实用新型的技术方案如下：[0007]—种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，包括头部视觉语音系统、胸部系统、仿人轻量机械臂系统、大俯角腰身系统、全方位底盘系统自上而下的组合结构；[0008]所述头部视觉语音系统包括:双目摄像头、语音设备及两自由度关节；[0009]所述胸部系统包括:胸部旋转关节和机器人动力控制系统；[0010]所述仿人轻量机械臂系统包括:机器人运动关节模块及关节连接板；[0011]所述大俯角腰身系统包括:动力系统及滑块连杆系统；[0012]所述全方位底盘系统包括:减震系统及运动系统，运动系统的前轮轮组和后轮轮组设置于全方位底盘系统的底部，形成轮式仿人机器人。[0013]所述大俯角腰身系统的动力系统，自由度数为1，并由直线电机提供动力。[0014]所述大俯角腰身系统的滑块连杆系统，包括:背部联板、腿部联板、髋部关节、膝部关节、固定立板、动力系统、滑道系统，背部联板为连杆一，背部联板的底部与髋部关节连接，保留旋转自由度;背部联板的上部留有联接孔，与胸部旋转关节联接，联板中部与滑道系统联接，保留旋转自由度;腿部联板为连杆二，腿部联板的端部分别与髋部关节、膝部关节联接，均保留旋转自由度;滑道系统，滑道间板两侧分布滑道，顶端与腰部联板联接，保留旋转自由度;固定立板，底端留有与底盘对接的安装接口。[0015]所述滑块连杆系统中，滑道系统与腰部联板及腿部联板构成三角形三边，滑道系统在动力系统作用下，长度线性变化;髋部关节相对机器人往后下方移动，机器人整体重心下移，腰部联板显示为重心下移，角度偏转。[0016]所述机器人运动关节模块，包括:肩部pitch动力模块、模块化关节及行星减速器模块。[0017]所述模块化关节的动力电机位于滚针轴承内圈空间，并针对于不同动力需求有通用的接口。[0018]所述行星减速器模块的中心预留安装孔，与模块化关节联接，满足机械臂肩部动力需求。[0019]所述关节连接板根据人体肢体数据灵活定制。[0020]本实用新型的优点及有益效果是：[0021]i、本实用新型的大角度俯身功能基于滑块连杆系统实现，系统的两连杆分别对应背部联板和腿部联板，构成三角形的两邻边；由直线电机控制滑块的直线运动，使三角形第三边长度线性变化，于机器人系统外现为弯腰和屈膝动作。基于此系统，机器人可以实现超过55°的俯身动作，且屈膝动作，使机器人弯腰动作的重心偏移得到补偿，一个动力源完成多个动力源的工作极大简化结构和控制。[0022]2、本实用新型的仿人机器人，系统由板材和结构件搭建，极大利用板材加工周期短的特点，各模块化关节间的关节联接板可以根据不同用户，不同使用场合灵活定制，保证其功能的适用性。附图说明[0023]以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：[0024]图1为本实用新型一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人的整体结构示意图。[0025]图2为本实用新型大角度俯身动作下的整体结构图。[0026]图3⑸_图3⑹为本实用新型仿人轻量机械臂系统的结构图；其中，图3a为整体结构，图3⑹为分解结构。[0027]图中标号名称如下：[0028]100〇头部视觉语音系统；1001两自由度关节；1002双目摄像头；1003头部音响；1101头部外壳;1102控制器后盖；[0029]200〇胸部系统；2001背部动力控制器;2002胸前联板;2100胸部外壳；2200胸部旋转关节；[0030]3000仿人轻量机械臂系统；3100机械臂外壳;3200肩部r〇ii动力模块；32〇1联接块;32〇2限位螺钉螺母;3203联接卡爪;3210行星减速器模块;3211模块化联接板;3212外齿圈；3213中心轮；3214行星轮；3215减速器联接板；3220模块化关节；3221轴承外圈联块；3222模块关节滚针轴承;3223模块关节电机尾壳;3224模块关节动力电机;3225电机壳；3300肩部pitch动力模块;3301同步带;3302动力电机;3303肩部结构板;3304小带轮;3305压紧装置;33〇6联接钣金;3307大带轮;3308肩部轴;3400上臂rol1动力模块;3401上臂动力电机;3402上臂电机联块;3403上臂滚针轴承;3404上臂结构件；3500下臂pitch动力模块；3501动力输出盘;3600下臂roll动力模块;3601下臂一钣金;36〇2下臂动力电机;3603下臂二钣金;3700手掌;3801上臂联接长板;38〇2上臂联接短板;3803上臂关节板;3804上臂联接卡爪;3805下臂短板;3806下臂长板；[0031]4000大俯角腰身系统;4100腰身系统外壳;4101腰部以下系统外壳;4200连杆系统；4201背部左联板;4202背部右联板；4203髋部垫块；4204髋部关节；4205腿部右联板；4206腿部左联板;4207膝部关节;4208固定立板;4209联接板;4300滑块系统;4301滑块联接块;4302双滑块;4303双滑道;4304滑道间板;4305推杆联块;4306直线推杆；[0032]5000全方位底盘系统;5100底盘外壳;5200后轮轮组;5201底盘电机轴承座;5202底盘电机;5203麦克纳姆轮;5204后轮组结构板;5300异型材结构架;5400前轮轮组;5401减震悬挂铰链。具体实施方式[0033]为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明，其中的pitch动力、roll动力、pitch轴、yaw轴的含义分别是:相对上一个元件或者坐标系，俯仰摇摆为pitch轴，左右摇摆为yaw轴，翻滚摇摆为ro11轴，Pitch动力、ro11动力为提供相应摇摆运动的动力。[0034]如图1、图2、图3a-图3⑹所示，本实用新型提供一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，该轮式仿人机器人包括头部视觉语音系统1000、胸部系统2000、仿人轻量机械臂系统3000、大俯角腰身系统4000、全方位底盘系统5000自上而下组合结构，全方位底盘系统5000的底部设有前轮轮组和后轮轮组，形成轮式仿人机器人，其具体组成和结构如下：[0035]所述头部视觉语音系统1000,用于机器人实现语音和视觉的信息获取和交互，包括两自由度关节1001、双目摄像头1002、头部音响1003以及头部外壳1101、控制器后盖1102,其中:所述两自由度关节1001，位于头部视觉语音系统1〇〇〇的底部，用于头部pitch轴和yaw轴的运动，其中两自由度关节1001的底座有对接端口，用于与胸部系统2〇〇〇联接。所述双目摄像头10〇2,位于头部视觉语音系统1000的前部，用于获取环境图像信息。所述头部音响1003,位于头部视觉语音系统1000的两侧，用于获取环境声音信息。头部视觉语音系统1000中设置控制器，用于接受分析摄像头端的视觉数据、处理声音信息。控制器后盖1102安装于头部外壳1101后部，双目摄像头1002、头部音响1003设置于控制器后盖1102与头部外壳1101形成的保护外壳内。[0036]所述胸部系统2〇00,包括背部动力控制器2〇〇1、胸前联板2002、胸部外壳2100、胸部旋转关节22〇0,其中：背部动力控制器2001、胸前联板2002和胸部旋转关节2200设置于胸部外壳21〇〇内；所述背部动力控制器2〇01，用于控制机器人的动力控制，包括两自由度关节1001的2个动力舵机、仿人轻量机械臂系统3000的10个动力电机、胸部旋转关节2200的1个动力电机、大俯角腰身系统4000的1个直线动力电机、全方位底盘系统5000的4个动力电机。所述胸部旋转关节2200，用于机器人胸部的旋转，胸部旋转关节2200的下端为联接端口，用于与大俯角腰身系统4000联接。[0037]所述仿人轻量机械臂系统3〇〇〇,包括机械臂外壳3100、机器人运动关节模块机器人运动关节模块包括肩部roll动力模块3200、肩部pitch动力模块3300、上臂roll动力模块3400、下臂pitch动力模块3500、下臂roll动力模块3600、手掌3700、关节联接板关节联接板包括上臂联接长板3801、上臂联接短板38〇2、上臂关节板3803、上臂联接卡爪3804、下臂短板3805、下臂长板3806，其中：肩部roll动力模块32〇0输出末端为肩部pitch动力模块3300,肩部pitch动力模块3300与上臂roll动力模块3400间为上臂联接长板3801与上臂联接短板3802联接，上臂roll动力模块3400与下臂pitch动力模块3500间为上臂关节板3803与上臂联接卡爪3804联接;下臂pitch动力模块3500与下臂roll动力模块3600间为下臂短板3805与下臂长板3806联接;所述手掌3700，位于下臂ro11动力模块3600的下底，手掌3700与下臂动力电机3602轴孔配合，采用销定位;所述机械臂外壳3100,设置于仿人轻量机械臂系统3000的外部。[0038]所述肩部roll动力模块3200,包括联接块3201、限位螺钉螺母3202、联接卡爪3203、行星减速器模块3210等，用于模块化关节3220与肩部pitch动力模块3300的联接以及机械限位。行星减速器模块3210包括模块化联接板3211、外齿圈3212、中心轮3213、行星轮3214、减速器联接板3215,其中:模块化联接板3211上的四个通孔用于与模块关节动力电机3224螺钉联接;减速器联接板3215上的四个通孔通过螺钉与外齿圈3212联接，减速器联接板3215上的四个销轴与四个行星轮3214间隙配合，减速器联接板3215上的四个螺纹孔用于与上臂联接长板3801螺钉联接；中心轮3213位于减速器中心，与四个行星轮啮合，中心轮3213中心的D形孔与模块关节动力电机3224的D形轴过盈配合。[0039]所述肩部pitch动力模块3300,包括同步带3301、动力电机3302、肩部结构板3303、小带轮3304、压紧装置3305、联接钣金3306、大带轮3307、肩部轴3308,其中：大带轮3307和小带轮3304齿数比为4,大带轮3307和小带轮3304中间靠同步带3301传动，靠压紧装置3305压紧;肩部轴3308的一端与大带轮3307通过键连接和卡簧轴向限位，肩部轴3308的另一端为一过轴心的通孔，用于与限位螺钉螺母3202连接;肩部结构板3303、联接钣金3306的位置和作用分别是：肩部结构板3303用于联接动力电机3302和肩部轴3308,肩部结构板3303和联接钣金3306为仿人轻量机械臂系统3000与胸部系统2000联接件，共同与胸前联板2002联接。[0040]所述上臂roll动力模块3400,包括上臂动力电机3401、上臂电机联块3402、上臂滚针轴承3403、上臂结构件3404,其中：所述上臂滚针轴承3403,内圈与上臂电机联块3402配合，外圈与上臂结构件3404配合。所述上臂电机联块3402的两侧分别与上臂联接长板3801、上臂联接短板3802联接，上臂电机联块3402的顶部与上臂动力电机3401连接，上臂结构件3404与上臂关节板3803联接。[0041]所述下臂pitch动力模块3500,包括模块化关节3220和动力输出盘3501，其中：模块化关节3220包括轴承外圈联块3221、模块关节滚针轴承3222、模块关节电机尾壳3223、模块关节动力电机3224、电机壳3225，其中：模块关节动力电机3224位于电机壳3225内部，用于为关节提供动力；电机壳3225上设有螺钉孔，分别与联接卡爪3203和模块关节电机尾壳3223联接;模块关节滚针轴承3222内圈与模块关节电机尾壳3223配合，模块关节滚针轴承3222外圈与轴承外圈联块3221配合;轴承外圈联块3221与上臂联接短板3802螺栓联接，上臂联接卡爪3S04与电机壳3225螺钉联接;轴承外圈联块3221与下臂短板3805联接，动力输出盘3501的一侧与下臂长板3806联接。[0042]所述下臂roll动力模块3600,包括下臂一钣金3601、下臂二钣金3603、下臂动力电机3602，其中：下臂动力电机3602的外侧上下设置下臂一钣金3601与下臂二钣金36〇3，下臂短板3805和下臂长板3806间通过螺钉与下臂一钣金3601和下臂二钣金36〇3联接。[0043]所述大俯角腰身系统4000,包括腰身系统外壳4100、连杆系统4200、滑块系统4300，其中：所述连杆系统4200，包括背部左联板4201、背部右联板4202、髋部垫块4203、髋部关节4204、腿部右联板4205、腿部左联板4206、膝部关节4加7、固定立板4208、联接板4209,背部左联板4201和背部右联板4202为连杆一，腿部右联板4205和腿部左联板4206为连杆二，连杆一和连杆二间为髋部关节4204,保留旋转自由度，背部左联板4201和背部右联板4202之间设置髋部垫块4203,通过髋部垫块4203约束背部左联板4201和背部右联板4202轴向相对位置。连杆一上端与滑块系统4300的滑道间板4304铰接，连杆二下端与固定立板4208间为膝部关节4207,保留旋转自由度。另外，腰身系统外壳4100为腰部以上系统外壳和腰部以下系统外壳4101两个部分构成，分别用于保护大俯角腰身系统4000的上部和下部。[0044]所述滑块系统4300,包括滑块联接块4301、双滑块4302、双滑道4303、滑道间板4304、推杆联块4305、直线推杆4306,其中：双滑道4303固定于滑道间板43〇4两侧，保证直线度;双滑块4302与滑块联接块4301联接，滑块联接块4301两侧与固定立板4208螺钉联接，双滑块43〇2相当于底盘固定。推杆联块4305上部与滑道间板4304联接，推杆联块4305下部与直线推杆43〇6联接，直线推杆4306为大俯身腰身系统提供动力，使滑道间板4304可以沿滑道直线方向，相对底盘沿Z方向移动。[0045]全方位底盘系统5000,包括底盘外壳5100、后轮轮组5200、异型材结构架5300、前轮轮组5400,后轮轮组5200包括底盘电机轴承座5201、底盘电机5202、麦克纳姆轮5203、后轮组结构板5204,其中：底盘电机轴承座5201分布固定于后轮组结构板5204两侧，底盘电机5202与底盘电机轴承座5201螺钉联接，麦克纳姆轮5203的法兰盘与底盘电机5202电机轴联接。所述异型材结构架5300与后轮轮组5200联接，相对固定;异型材结构架5300与前轮轮组5400通过减震悬挂较链5401铰接，前轮轮组5400保留相对于后轮轮组5200的旋转自由度，以适应不同形的小幅起伏;另外，异型材结构架5300上部设置底盘外壳5100。[0046]实施例结果表明，本实用新型的具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，有效解决机器人的大角度俯身问题，简化仿人机器人的结构及重量，降低制造成本，实现根据人体肢体数据对机器人的定制，实现超55°大俯角弯腰动作，提高仿人机器人的功能适用性，实现轻量化和低成本。

权利要求：1.一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，包括头部视觉语音系统、胸部系统、仿人轻量机械臂系统、大俯角腰身系统、全方位底盘系统自上而下的组合结构；所述头部视觉语音系统包括:双目摄像头、语音设备及两自由度关节；所述胸部系统包括:胸部旋转关节和机器人动力控制系统；所述仿人轻量机械臂系统包括:机器人运动关节模块及关节连接板；所述大俯角腰身系统包括:动力系统及滑块连杆系统；所述全方位底盘系统包括:减震系统及运动系统，运动系统的前轮轮组和后轮轮组设置于全方位底盘系统的底部，形成轮式仿人机器人。2.根据权利要求1所述的具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，所述大俯角腰身系统的动力系统，自由度数为1，并由直线电机提供动力。3.根据权利要求1所述的具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，所述大俯角腰身系统的滑块连杆系统，包括:背部联板、腿部联板、髋部关节、膝部关节、固定立板、动力系统、滑道系统，背部联板为连杆一，背部联板的底部与髋部关节连接，保留旋转自由度；背部联板的上部留有联接孔，与胸部旋转关节联接，联板中部与滑道系统联接，保留旋转自由度;腿部联板为连杆二，腿部联板的端部分别与髋部关节、膝部关节联接，均保留旋转自由度;滑道系统，滑道间板两侧分布滑道，顶端与腰部联板联接，保留旋转自由度；固定立板，底端留有与底盘对接的安装接口。4.根据权利要求3所述的具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，所述滑块连杆系统中，滑道系统与腰部联板及腿部联板构成三角形三边，滑道系统在动力系统作用下，长度线性变化;髋部关节相对机器人往后下方移动，机器人整体重心下移，腰部联板显示为重心下移，角度偏转。5.根据权利要求1所述的具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，所述机器人运动关节模块，包括:肩部pitch动力模块、模块化关节及行星减速器模块。6.根据权利要求5所述的具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，所述模块化关节的动力电机位于滚针轴承内圈空间，并针对于不同动力需求有通用的接口。7.根据权利要求5所述的具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，所述行星减速器模块的中心预留安装孔，与模块化关节联接，满足机械臂肩部动力需求。8.根据权利要求1所述的具大角度俯身功能的轮式仿人机器人，其特征在于，所述关节连接板根据人体肢体数据灵活定制。

百度查询： 东北大学 一种具大角度俯身功能的轮式仿人机器人

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD