專利名稱：仿人形機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利是一種仿生機器人，可用于工業(yè)自動化控制、教育、人工假肢、娛樂等領(lǐng)域。屬于機械工程類機器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
機器人廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制、教育、人工假肢、娛樂等領(lǐng)域。但現(xiàn)有的機器人具有如下問題一.體積龐大，質(zhì)量高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜微小型化困難。
二.需使用多個電動機，控制復(fù)雜不靈活，電動機功率浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，設(shè)計開發(fā)一種結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量低、控制靈活、電動機使用數(shù)量少、效率高的機器人。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明專利所采用的技術(shù)設(shè)施是一種仿人形機器人，包括機器人主體和電氣控制機構(gòu)；所述的機器人主體由五組七自由度控制機構(gòu)、一組六自由度控制機構(gòu)、兩組二十自由度控制機構(gòu)組成。一組七自由度控制機構(gòu)作為軀干，兩組七自由度控制機構(gòu)的上端分別和軀干部的七自由度控制機構(gòu)的中部連接作為兩個手臂，兩組七自由度控制機構(gòu)的上端分別和軀干部的七自由度控制機構(gòu)的下端連接作為兩個腿部，一組六自由度控制機構(gòu)的下端和軀干部的七自由度控制機構(gòu)的上端連接作為頭部，兩組二十自由度控制機構(gòu)的上端分別和兩手臂的七自由度控制機構(gòu)的下端連接作為兩手掌。在機器人主體的適當(dāng)部位分別設(shè)有八組動力輸出單元、八十一組動力分配單元、十組三自由度關(guān)節(jié)、十三組兩自由度關(guān)節(jié)、二十五組單自由度關(guān)節(jié)、十三組失電式電磁鐵。
所述的七自由度控制機構(gòu)包括兩組三自由度關(guān)節(jié)、一組單自由度關(guān)節(jié)、一組動力輸出單元、七組動力分配單元、兩組失電式電磁鐵、一組滑輪組組成。兩組三自由度關(guān)節(jié)分別作為七自由度控制機構(gòu)的上、下端，兩組失電式電磁鐵分別固定安裝在上、下端的活動臂處，一組單自由度關(guān)節(jié)作為七自由度運動控制機構(gòu)的中部，上端的三自由度關(guān)節(jié)的固定臂和中部的單自由度關(guān)節(jié)固定臂連接，下端的三自由度關(guān)節(jié)固定臂和中部的單自由度關(guān)節(jié)的活動臂固定連接，一組動力分配單元和七組動力分配單元嚙合連接后，固定在上端三自由度關(guān)節(jié)的固定臂上；一組滑輪組固定安裝在中部的單自由度關(guān)節(jié)固定臂上，起到改變下端三自由度關(guān)節(jié)處的鋼絲繩方向的作用；三自由度關(guān)節(jié)由三組鋼絲繩、兩個半圓環(huán)形支撐架、一個圓形支撐架、一個卷線輪、活動臂、固定臂、三個雙槽滑輪、兩個單槽滑輪組成，固定臂和圓形支撐架之間通過十字軸連接，兩個半圓環(huán)形支撐架的兩端分別通過軸連接在圓形支撐架上，圓形支撐架和通過十字軸軸心并和活動臂垂直的截面重合，兩個半圓環(huán)形支撐架分別通過固定臂上的兩個孔，兩組雙槽滑輪分別固定在這兩個孔的上方，且該兩組雙槽滑輪分別和兩個半圓環(huán)形支撐架相切，十字軸的上方也固定一組雙槽滑輪，且該雙槽滑輪與半圓環(huán)形支撐架的軸線相切，兩組單槽滑輪分別固定在十字軸兩側(cè)，且該兩組單槽滑輪和半圓環(huán)形支撐架的軸線相切，位于圓形支撐架的底面，活動臂的一端通過卷線輪的圓心，同時垂直固定在卷線輪上，卷線輪通過軸和圓形支撐架相連，軸線通過十字軸的軸心，且與圓形支撐架所在平面垂直；一組鋼絲繩的中點固定在一個動力分配單元的卷線輪上，并分別按順時針和逆時針方向纏繞在卷線輪上，然后兩端通過十字軸上方的雙槽滑輪，再分別通過十字軸兩側(cè)的單槽滑輪，改變方向后，分別沿順時針和逆時針方向纏繞到活動臂上的卷線輪上，拉緊后固定；兩組鋼絲繩的中點分別固定在兩個動力分配單元的卷線輪上，并分別按順時針和逆時針方向分別纏繞在兩個動力分配單元的卷線輪上，然后兩組鋼絲繩的兩端各自分別通過固定在兩個孔的上方的兩組雙槽滑輪，改變方向，再分別沿順時針和逆時針方向纏繞到兩個半圓環(huán)形支撐架外表面的凹槽上，拉緊后分別固定在兩個半圓環(huán)形支撐架的兩端；單自由度關(guān)節(jié)由一組鋼絲繩、一個卷線輪、一個雙槽滑輪、活動臂、固定臂組成，固定臂和活動臂通過軸活動連接，卷線輪固定在活動臂上且所在平面與軸線垂直，圓心通過軸線，一組鋼絲繩的中點固定在一個動力分配單元的卷線輪上，兩端分別按順時針和逆時針方向纏繞在卷線輪上，然后鋼絲繩的兩端分別通過固定在固定臂上的雙槽滑輪，改變方向，再分別沿順時針和逆時針方向纏繞到固定在活動臂上的卷線輪外側(cè)的凹槽上，拉緊后固定；動力分配單元由一個動力軸、一個卷線輪、一個減速器、兩個離合器組成，減速器的輸出端和卷線輪固定連接，減速器的輸入端和動力軸固定連接，動力軸的兩端分別和兩個離合器的輸出端固定連接，離合器的輸入端為齒輪輸入，多個動力分配單元的兩端可以通過離合器的輸入端相互嚙合連接；動力輸出單元由一個雙出軸電動機、兩個齒輪箱組成，雙出軸電動機的兩端分別連接兩個齒輪箱的輸入端，兩個齒輪箱通過齒輪的換向作用，使兩個齒輪箱的輸出端的輸出動力的齒輪轉(zhuǎn)速相同，方向相反；動力分配單元和多個動力輸出單元可以通過齒輪嚙合連接；兩組失電式電磁鐵分別固定安裝在上、下端三自由度關(guān)節(jié)的活動臂上，失電式電磁鐵在斷電狀態(tài)下產(chǎn)生強大的吸附力，而在通電狀態(tài)下電磁鐵不產(chǎn)生吸附力，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相反時，其強大的吸附力會更大，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相同時，可以利用電磁鐵的同極相斥作用分離。
所述的六自由度控制機構(gòu)包括三組兩自由度關(guān)節(jié)、一組動力輸出單元、六組動力分配單元、一組失電式電磁鐵、支架組成。兩組兩自由度關(guān)節(jié)的固定臂分別和支架的中部連接，作為眼球的活動機構(gòu)；一組兩自由度關(guān)節(jié)的固定臂和支架的下部連接，作為嘴巴的活動機構(gòu)；一組失電式電磁鐵固定安裝在支架的底部；一組動力輸出單元、六組動力分配單元嚙合連接后固定在支架的中部；兩自由度關(guān)節(jié)由兩組鋼絲繩、兩個半圓環(huán)形支撐架、一個圓形支撐架、活動臂、固定臂、兩個雙槽滑輪組成，固定臂和圓形支撐架之間通過十字軸連接，活動臂的一端通過圓形支撐架的圓心，同時垂直固定在圓形支撐架所在平面上，圓形支撐架和通過十字軸軸心并和活動臂垂直的截面重合，兩個半圓環(huán)形支撐架的兩端分別通過軸連接在圓形支撐架上，且各自所在的平面互相垂直，并分別通過固定臂上的兩個孔，兩組雙槽滑輪分別固定在這兩個孔的上方，且該兩組雙槽滑輪分別和兩個半圓環(huán)形支撐架相切；兩組鋼絲繩的中點分別固定在兩個動力分配單元的卷線輪上，并分別按順時針和逆時針方向分別纏繞在卷線輪上，然后兩組鋼絲繩的兩端各自分別通過固定在孔的上方的兩組雙槽滑輪，改變方向后，再分別沿順時針和逆時針方向纏繞到兩個半圓環(huán)形支撐架外表面的凹槽上，拉緊后分別固定在兩個半圓環(huán)形支撐架的兩端；動力分配單元由一個動力軸、一個卷線輪、一組減速器、兩個離合器組成，減速器的輸出端和卷線輪固定連接，減速器的輸入端和動力軸固定連接，動力軸的兩端分別和兩個離合器的輸出端固定連接，兩個離合器的輸入端為齒輪輸入，多個動力分配單元可以通過離合器的輸入端相互嚙合連接；動力輸出單元由一個雙出軸電動機、兩個齒輪箱組成，雙出軸電動機的兩端分別連接兩個齒輪箱的輸入端，兩個齒輪箱通過齒輪的換向作用，使兩個齒輪箱的輸出端的輸出動力的齒輪轉(zhuǎn)速相同，方向相反；動力分配單元和多個動力輸出單元可以通過齒輪嚙合連接；一組失電式電磁鐵固定安裝在支架的底部，失電式電磁鐵在斷電狀態(tài)下產(chǎn)生強大的吸附力，而在通電狀態(tài)下電磁鐵不產(chǎn)生吸附力，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相反時，其強大的吸附力會更大，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相同時，可以利用電磁鐵的同極相斥作用分離；支架是一個橢圓形的支撐架。
所述的二十自由度運動控制機構(gòu)包括五組兩自由度關(guān)節(jié)、十組單自由度關(guān)節(jié)、一組動力輸出單元、二十組動力分配單元、十五個雙槽滑輪、二十個單槽滑輪、一組失電式電磁鐵、支架組成，一組單自由度關(guān)節(jié)一端的活動臂和一組單自由度關(guān)節(jié)的固定臂固定連接，另一端的固定臂和另一組兩自由度關(guān)節(jié)的活動臂固定連接，兩自由度關(guān)節(jié)的固定臂固定連接在支架的上端，一個雙槽滑輪固定在中間的單自由度關(guān)節(jié)上，且其軸線和該單自由度關(guān)節(jié)的軸線重合，以改變上部的單自由度關(guān)節(jié)的鋼絲繩的方向，四個單槽滑輪分別兩兩固定在兩自由度關(guān)節(jié)的活動臂和半圓環(huán)形支撐架的軸線相交的平面上，四個單槽滑輪分別與半圓環(huán)形支撐架的軸線相切，且四個單槽滑輪的軸線和該平面垂直，四個切點分別位于活動臂的兩側(cè)；兩個雙槽滑輪固定安裝在兩自由度關(guān)節(jié)的固定臂和半圓環(huán)形支撐架的軸線相交的平面內(nèi)，且這兩個雙槽滑輪的軸線和該平面垂直，且這兩個雙槽滑輪和半圓環(huán)形支撐架的軸線相切，切點位于兩自由度關(guān)節(jié)十字軸的軸心，以改變來自兩個單自由度關(guān)節(jié)的鋼絲繩的方向，構(gòu)成手指，四個手指順序固定在支架的上端分別構(gòu)成食指、中指、無名指、小拇指，一個手指固定連接在支架的中部一側(cè)，構(gòu)成大拇指；一組動力輸出單元、二十組動力分配單元嚙合連接后，固定在支架的中部；兩自由度關(guān)節(jié)由兩組鋼絲繩、兩個半圓環(huán)形支撐架、一個圓形支撐架、活動臂、固定臂、兩個雙槽滑輪組成，固定臂和圓形支撐架之間通過十字軸連接，活動臂的一端通過圓形支撐架的圓心，同時垂直固定在圓形支撐架所在平面上，圓形支撐架和通過十字軸軸心并和活動臂垂直的截面重合，兩個半圓環(huán)形支撐架的兩端分別通過軸連接在圓形支撐架上，且各自所在的平面互相垂直，并分別通過固定臂上的兩個孔，兩組雙槽滑輪分別固定在這兩個孔的上方，且該兩組雙槽滑輪分別和兩個半圓環(huán)形支撐架相切；兩組鋼絲繩的中點分別固定在兩個動力分配單元的卷線輪上，并分別按順時針和逆時針方向分別纏繞在卷線輪上，然后兩組鋼絲繩的兩端各自分別通過固定在孔的上方的兩組雙槽滑輪，改變方向后，再分別沿順時針和逆時針方向纏繞到兩個半圓環(huán)形支撐架外表面的凹槽上，拉緊后分別固定在兩個半圓環(huán)形支撐架的兩端；動力分配單元由一個動力軸、一個卷線輪、一組減速器、兩個離合器組成，減速器的輸出端和卷線輪固定連接，減速器的輸入端和動力軸固定連接，動力軸的兩端分別和兩個離合器的輸出端固定連接，兩個離合器的輸入端為齒輪輸入，多個動力分配單元可以通過離合器的輸入端相互嚙合連接；動力輸出單元由一個雙出軸電動機、兩個齒輪箱組成，雙出軸電動機的兩端分別連接兩個齒輪箱的輸入端，兩個齒輪箱通過齒輪的換向作用，使兩個齒輪箱的輸出端的輸出動力的齒輪轉(zhuǎn)速相同，方向相反；動力分配單元和多個動力輸出單元可以通過齒輪嚙合連接；一組失電式電磁鐵固定安裝在支架的下部，支架的下部和作為手臂的七自由度運動控制機構(gòu)的下端的活動臂，通過電磁吸附作用連接在一起，失電式電磁鐵在斷電狀態(tài)下產(chǎn)生強大的吸附力，而在通電狀態(tài)下電磁鐵不產(chǎn)生吸附力，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相反時，其強大的吸附力會更大，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相同時，可以利用電磁鐵的同極相斥作用分離；支架是一個梯形支撐架。
所述的電氣控制機構(gòu)包括一組PC主機、八組單片機、無線傳輸設(shè)備、若干位置、速度、溫度、壓力、加速度、方向、圖像、聲音、味覺傳感器組成，八組單片機分別通過無線傳輸設(shè)備和PC主機相連接，分別控制五組七自由度運動控制機構(gòu)、一組六自由度運動控制機構(gòu)、兩組二十自由度運動控制機構(gòu)，各個傳感器分別和單片機連接，提供控制所需的實時數(shù)據(jù)，八組單片機任意一片都可以脫離PC機獨立控制所連接的部分，當(dāng)八組單片機獨立控制所連接的部分脫離機器人本體時，PC主機可以通過無線傳輸設(shè)備控制八組單片機獨立控制所連接的部分，也可以將其重新組裝成一個機器人本體。
本發(fā)明專利的仿人形機器人由于采用以上的技術(shù)方案，使其與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和特點1、體積縮小，質(zhì)量降低，結(jié)構(gòu)簡單，易于小型化。
2、使用電動機個數(shù)減少，控制簡單、靈活，電動機功率在一個自由度沒有動作時可以分配到其他自由度上去，提高了電動機功率的利用效率。


圖1是本發(fā)明專利仿人形機器人的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明專利仿人形機器人的七自由度運動控制機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明專利仿人形機器人的六自由度運動控制機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明專利仿人形機器人的二十自由度運動控制機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明專利仿人形機器人的三自由度關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明專利仿人形機器人的兩自由度關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明專利仿人形機器人的單自由度關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是本發(fā)明專利仿人形機器人的動力輸出單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明專利仿人形機器人的動力分配單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明專利仿人形機器人的電器控制部分的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
請參見圖1，本發(fā)明專利仿人形機器人由機器人主體和電氣控制部分組成。機器人主體由五組七自由度控制機構(gòu)分別作為軀干4、左手臂2、右手臂6、左腿部5、右腿部8；一組六自由度運動控制機構(gòu)作為頭部1；兩組二十自由度運動控制機構(gòu)分別作為左手掌3、右手掌7。在機器人主體的適當(dāng)部位分別設(shè)有八組動力輸出單元、八十一組動力分配單元、十組三自由度關(guān)節(jié)、十三組兩自由度關(guān)節(jié)、二十五組單自由度關(guān)節(jié)、十三組失電式電磁鐵。
繼續(xù)參見圖2，本發(fā)明專利的七自由度控制機構(gòu)由兩組三自由度關(guān)節(jié)、一組單自由度關(guān)節(jié)、一組動力輸出單元、七組動力分配單元、兩組失電式電磁鐵、一組滑輪組組成；兩組三自由度關(guān)節(jié)分別作為七自由度運動控制機構(gòu)的上端9、下端15，失電式電磁鐵16、失電式電磁鐵17分別固定在上端9、下端15的活動臂18、活動臂19上，一組單自由度關(guān)節(jié)作為中部12，上端9的固定臂10和中部12的固定臂11固定連接，下端15的固定臂14和中部12的活動臂13固定連接，一組動力輸出單元20、七組動力分配單元21嚙合連接后固定在上端9的固定臂10上；一組滑輪組22固定安裝在中部12的固定臂11上，且以中部單自由度關(guān)節(jié)的軸線為軸，起到改變下端15處的鋼絲繩方向的作用。
繼續(xù)參見圖3，本發(fā)明專利的六自由度運動控制機構(gòu)的結(jié)構(gòu)包括三組兩自由度關(guān)節(jié)、一組動力輸出單元、六組動力分配單元、一組失電式電磁鐵、支架組成。一組兩自由度關(guān)節(jié)的固定臂和支架29的中部固定連接作為左眼23，另一組兩自由度關(guān)節(jié)的固定臂和支架29的中部固定連接作為右眼24，另一組兩自由度關(guān)節(jié)的固定臂和支架29的下部固定連接作為嘴25，一組動力輸出單元26、六組動力分配單元27嚙合連接后固定在支架29的中部；一組失電式電磁鐵28固定安裝在支架29的底部，失電式電磁鐵28在斷電狀態(tài)下產(chǎn)生強大的吸附力，而在通電狀態(tài)下電磁鐵不產(chǎn)生吸附力，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相反時，其強大的吸附力會更大，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相同時，可以利用電磁鐵的同極相斥作用分離；支架29是一個橢圓形的支撐架。
繼續(xù)參見圖4本發(fā)明專利的二十自由度運動控制機構(gòu)包括五組兩自由度關(guān)節(jié)、十組單自由度關(guān)節(jié)、一組動力輸出單元、二十組動力分配單元、一組失電式電磁鐵、十五個雙槽滑輪、二十個單槽滑輪、支架組成，一組單自由度關(guān)節(jié)30一端的活動臂31和另一組單自由度關(guān)節(jié)32的固定臂33固定連接，另一端的固定臂34和一組兩自由度關(guān)節(jié)35的活動臂36固定連接，兩自由度關(guān)節(jié)35的固定臂37固定連接在支架38的上端，一個雙槽滑輪39固定在中間的單自由度關(guān)節(jié)30上，且其軸線和該單自由度關(guān)節(jié)30的軸線重合，以改變上部的單自由度關(guān)節(jié)32的鋼絲繩的方向，四個單槽滑輪40、41、42、43分別兩兩固定在兩自由度關(guān)節(jié)35的活動臂36和兩自由度關(guān)節(jié)35的其中一個半圓環(huán)形支撐架的軸線相交的平面上，四個單槽滑輪40、41、42、43分別和兩自由度關(guān)節(jié)35的其中一個半圓環(huán)形支撐架的軸線相切，四個切點分別位于活動臂36的兩側(cè)，且四個單槽滑輪40、41、42、43的軸線和該平面垂直，兩個雙槽滑輪44、45固定安裝在兩自由度關(guān)節(jié)35的固定臂37和兩自由度關(guān)節(jié)35的其中一個半圓環(huán)形支撐架的軸線相交的平面內(nèi)，且這兩個雙槽滑輪44、45的軸線和該平面垂直，且這兩個雙槽滑輪44、45和兩自由度關(guān)節(jié)35的其中一個半圓環(huán)形支撐架的軸線相切，切點位于兩自由度關(guān)節(jié)35的十字軸的軸心，以改變來自兩個單自由度關(guān)節(jié)30、32的鋼絲繩的方向，構(gòu)成手指；四個手指順序固定在支架的上端分別構(gòu)成食指46、中指47、無名指48、小拇指49，一個手指固定連接在支架的中部一側(cè)，構(gòu)成大拇指50；一組失電式電磁鐵51固定安裝在支架38的下部，支架38的下部和作為手臂的七自由度控制機構(gòu)的下端的活動臂，通過電磁吸附作用連接在一起，一組動力輸出單元52、二十組動力分配單元53嚙合連接后，固定在支架38的中部。
繼續(xù)參見圖5，本發(fā)明專利仿人形機器人的三自由度關(guān)節(jié)由三組鋼絲繩、兩個半圓環(huán)形支撐架、一個圓形支撐架、一個卷線輪、活動臂、固定臂、三個雙槽滑輪、兩個單槽滑輪組成，固定臂63和圓形支撐架55之間通過十字軸56連接，兩個半圓環(huán)形支撐架57、58的兩端分別通過軸59、60、61、62連接在圓形支撐架55上，圓形支撐架55和通過十字軸56的軸心并和活動臂54垂直的截面重合，兩個半圓環(huán)形支撐架57、58分別通過固定臂63上的兩個孔64、65，兩組雙槽滑輪66、67分別固定在這兩個孔64、65的上方，且該兩組雙槽滑輪66、67分別和兩個半圓環(huán)形支撐架57、58相切，十字軸56的上方也固定一組雙槽滑輪68，且該雙槽滑輪68與半圓環(huán)形支撐架58的軸線相切，兩組單槽滑輪69、70分別固定在十字軸56兩側(cè)，且該兩組單槽滑輪69、70和半圓環(huán)形支撐架58的軸線相切，位于圓形支撐架55的底面，活動臂54的一端通過卷線輪71的圓心，同時垂直固定在卷線輪71上，卷線輪71通過軸72和圓形支撐架55相連，軸線通過十字軸56的軸心，且與圓形支撐架55所在平面垂直；一組鋼絲繩73的中點固定在一個動力分配單元74的卷線輪75上，并分別按順時針和逆時針方向纏繞在卷線輪75上，然后兩端通過十字軸56上方的雙槽滑輪68，再分別通過十字軸56兩側(cè)的單槽滑輪69、70，改變方向后，分別沿順時針和逆時針方向纏繞到活動臂54上的卷線輪71外表面的凹槽上，拉緊后固定在卷線輪71上；兩組鋼絲繩76、77的中點分別固定在兩個動力分配單元78、79的卷線輪80、81上，并分別按順時針和逆時針方向分別纏繞在兩個動力分配單元78、79的卷線輪80、81上，然后兩組鋼絲繩76、77的兩端各自分別通過固定在兩個孔65、64的上方的兩組雙槽滑輪67、66，改變方向，再分別沿順時針和逆時針方向纏繞到兩個半圓環(huán)形支撐架57、58外表面的凹槽上，拉緊后分別固定在兩個半圓環(huán)形支撐架57、58的兩端；繼續(xù)參見圖6，本發(fā)明專利仿人形機器人的兩自由度關(guān)節(jié)，兩自由度關(guān)節(jié)由兩組鋼絲繩、兩個半圓環(huán)形支撐架、一個圓形支撐架、活動臂、固定臂、兩個雙槽滑輪組成，固定臂82和圓形支撐架83之間通過十字軸84連接，活動臂85的一端通過圓形支撐架83的圓心，同時垂直固定在圓形支撐架83所在平面上，圓形支撐架83和通過十字軸84軸心并和活動臂85垂直的截面重合，兩個半圓環(huán)形支撐架86、87的兩端分別通過軸88、89、90、91連接在圓形支撐架83上，且各自所在的平面互相垂直，并分別通過固定臂82上的兩個孔92、93，兩組雙槽滑輪94、95分別固定在這兩個孔92、93的上方，且該兩組雙槽滑輪94、95分別和兩個半圓環(huán)形支撐架86、87相切；兩組鋼絲繩96、97的中點分別固定在兩個動力分配單元98、99的卷線輪100、101上，并分別按順時針和逆時針方向分別纏繞在卷線輪100、101上，然后兩組鋼絲繩96、97的兩端各自分別通過固定在孔92、93的上方的兩組雙槽滑輪94、95，改變方向后，再分別沿順時針和逆時針方向纏繞到兩個半圓環(huán)形支撐架86、87外表面的凹槽上，拉緊后分別固定在兩個半圓環(huán)形支撐架86、87的兩端。
繼續(xù)參見圖7，本發(fā)明專利仿人形機器人的單自由度關(guān)節(jié)，單自由度關(guān)節(jié)由一組鋼絲繩、一個卷線輪、一個雙槽滑輪、活動臂、固定臂組成，固定臂102和活動臂103通過軸104活動連接，卷線輪105固定在活動臂103上且所在平面與軸104的軸線垂直，圓心通過軸線，一組鋼絲繩109的中點固定在一個動力分配單元106的卷線輪107上，兩端分別按順時針和逆時針方向纏繞在卷線輪105上，然后鋼絲繩的兩端分別通過固定在固定臂102上的雙槽滑輪108，改變方向，再分別沿順時針和逆時針方向纏繞到固定在活動臂103上的卷線輪105外側(cè)的凹槽上，拉緊后固定繼續(xù)參見圖8，本發(fā)明專利仿人形機器人的動力輸出單元，動力輸出單元由一個雙出軸電動機、兩個齒輪箱組成，雙出軸電動機110的兩端分別連接兩個齒輪箱111、112的輸入端，兩個齒輪箱111、112通過齒輪的換向作用，使兩個齒輪箱111、112的輸出端的輸出動力的齒輪轉(zhuǎn)速相同，方向相反；動力分配單元和動力輸出單元可以通過齒輪嚙合連接；繼續(xù)參見圖9，本發(fā)明專利仿人形機器人的動力分配單元，動力分配單元由一個動力軸、一個卷線輪、一個減速器、兩個離合器組成，減速器113的輸出端和卷線輪114固定連接，減速器113的輸入端和動力軸115固定連接，動力軸115的兩端分別和兩個離合器116、117的輸出端固定連接，離合器116、117的輸入端為齒輪輸入，動力分配單元和動力輸出單元的兩端可以通過離合器的輸入端相互嚙合連接；繼續(xù)參見圖10，本發(fā)明專利仿人形機器人的電氣控制機構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖，所述的電氣控制機構(gòu)包括一組PC主機118、八組單片機119、無線傳輸設(shè)備120、若干位置121、速度122、溫度123、壓力124、加速度125、方向126、圖像127、聲音128、味覺129傳感器組成，八組單片機119分別通過無線傳輸設(shè)備120和PC主機118相連接，分別控制五組七自由度運動控制機構(gòu)、一組六自由度運動控制機構(gòu)、兩組二十自由度運動控制機構(gòu)，各個傳感器分別和單片機連接，提供控制所需的實時數(shù)據(jù)，八組單片機任意一片都可以脫離PC機獨立控制所連接的部分，當(dāng)八組單片機獨立控制所連接的部分脫離機器人本體時，PC主機可以通過無線傳輸設(shè)備控制八組單片機獨立控制所連接的部分，也可以將其重新組裝成一個機器人本體。
權(quán)利要求
1.一種仿人形機器人，其特征在于包括機器人主體和電氣控制機構(gòu)；所述的機器人主體由五組七自由度控制機構(gòu)、一組六自由度控制機構(gòu)、兩組二十自由度控制機構(gòu)組成。一組七自由度控制機構(gòu)作為軀干，兩組七自由度控制機構(gòu)的上端分別和軀干部的七自由度控制機構(gòu)的中部連接作為兩個手臂，兩組七自由度控制機構(gòu)的上端分別和軀干部的七自由度控制機構(gòu)的下端連接作為兩個腿部，一組六自由度控制機構(gòu)的下端和軀干部的七自由度控制機構(gòu)的上端連接作為頭部，兩組二十自由度控制機構(gòu)的上端分別和兩手臂的七自由度控制機構(gòu)的下端連接作為兩手掌。在機器人主體的適當(dāng)部位分別設(shè)有八組動力輸出單元、八十一組動力分配單元、十組三自由度關(guān)節(jié)、十三組兩自由度關(guān)節(jié)、二十五組單自由度關(guān)節(jié)、十三組失電式電磁鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的仿人形機器人，其特征在于所述的七自由度控制機構(gòu)包括兩組三自由度關(guān)節(jié)、一組單自由度關(guān)節(jié)、一組動力輸出單元、七組動力分配單元、兩組失電式電磁鐵、一組滑輪組組成。兩組三自由度關(guān)節(jié)分別作為七自由度控制機構(gòu)的上、下端，兩組失電式電磁鐵分別固定安裝在上、下端的活動臂處，一組單自由度關(guān)節(jié)作為七自由度運動控制機構(gòu)的中部，上端的三自由度關(guān)節(jié)的固定臂和中部的單自由度關(guān)節(jié)固定臂連接，下端的三自由度關(guān)節(jié)固定臂和中部的單自由度關(guān)節(jié)的活動臂固定連接，一組動力分配單元和七組動力分配單元嚙合連接后，固定在上端三自由度關(guān)節(jié)的固定臂上；一組滑輪組固定安裝在中部的單自由度關(guān)節(jié)固定臂上，起到改變下端三自由度關(guān)節(jié)處的鋼絲繩方向的作用；三自由度關(guān)節(jié)由三組鋼絲繩、兩個半圓環(huán)形支撐架、一個圓形支撐架、一個卷線輪、活動臂、固定臂、三個雙槽滑輪、兩個單槽滑輪組成，固定臂和圓形支撐架之間通過十字軸連接，兩個半圓環(huán)形支撐架的兩端分別通過軸連接在圓形支撐架上，圓形支撐架和通過十字軸軸心并和活動臂垂直的截面重合，兩個半圓環(huán)形支撐架分別通過固定臂上的兩個孔，兩組雙槽滑輪分別固定在這兩個孔的上方，且該兩組雙槽滑輪分別和兩個半圓環(huán)形支撐架相切，十字軸的上方也固定一組雙槽滑輪，且該雙槽滑輪與半圓環(huán)形支撐架的軸線相切，兩組單槽滑輪分別固定在十字軸兩側(cè)，且該兩組單槽滑輪和半圓環(huán)形支撐架的軸線相切，位于圓形支撐架的底面，活動臂的一端通過卷線輪的圓心，同時垂直固定在卷線輪上，卷線輪通過軸和圓形支撐架相連，軸線通過十字軸的軸心，且與圓形支撐架所在平面垂直；一組鋼絲繩的中點固定在一個動力分配單元的卷線輪上，并分別按順時針和逆時針方向纏繞在卷線輪上，然后兩端通過十字軸上方的雙槽滑輪，再分別通過十字軸兩側(cè)的單槽滑輪，改變方向后，分別沿順時針和逆時針方向纏繞到活動臂上的卷線輪上，拉緊后固定；兩組鋼絲繩的中點分別固定在兩個動力分配單元的卷線輪上，并分別按順時針和逆時針方向分別纏繞在兩個動力分配單元的卷線輪上，然后兩組鋼絲繩的兩端各自分別通過固定在兩個孔的上方的兩組雙槽滑輪，改變方向，再分別沿順時針和逆時針方向纏繞到兩個半圓環(huán)形支撐架外表面的凹槽上，拉緊后分別固定在兩個半圓環(huán)形支撐架的兩端；單自由度關(guān)節(jié)由一組鋼絲繩、一個卷線輪、一個雙槽滑輪、活動臂、固定臂組成，固定臂和活動臂通過軸活動連接，卷線輪固定在活動臂上且所在平面與軸線垂直，圓心通過軸線，一組鋼絲繩的中點固定在一個動力分配單元的卷線輪上，兩端分別按順時針和逆時針方向纏繞在卷線輪上，然后鋼絲繩的兩端分別通過固定在固定臂上的雙槽滑輪，改變方向，再分別沿順時針和逆時針方向纏繞到固定在活動臂上的卷線輪外側(cè)的凹槽上，拉緊后固定；動力分配單元由一個動力軸、一個卷線輪、一個減速器、兩個離合器組成，減速器的輸出端和卷線輪固定連接，減速器的輸入端和動力軸固定連接，動力軸的兩端分別和兩個離合器的輸出端固定連接，離合器的輸入端為齒輪輸入，多個動力分配單元的兩端可以通過離合器的輸入端相互嚙合連接；動力輸出單元由一個雙出軸電動機、兩個齒輪箱組成，雙出軸電動機的兩端分別連接兩個齒輪箱的輸入端，兩個齒輪箱通過齒輪的換向作用，使兩個齒輪箱的輸出端的輸出動力的齒輪轉(zhuǎn)速相同，方向相反；動力分配單元和多個動力輸出單元可以通過齒輪嚙合連接；兩組失電式電磁鐵分別固定安裝在上、下端三自由度關(guān)節(jié)的活動臂上，失電式電磁鐵在斷電狀態(tài)下產(chǎn)生強大的吸附力，而在通電狀態(tài)下電磁鐵不產(chǎn)生吸附力，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相反時，其強大的吸附力會更大，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相同時，可以利用電磁鐵的同極相斥作用分離。
3.如權(quán)利要求1所速的仿人形機器人，其特征在于所述的六自由度控制機構(gòu)包括三組兩自由度關(guān)節(jié)、一組動力輸出單元、六組動力分配單元、一組失電式電磁鐵、支架組成。兩組兩自由度關(guān)節(jié)的固定臂分別和支架的中部連接，作為眼球的活動機構(gòu)；一組兩自由度關(guān)節(jié)的固定臂和支架的下部連接，作為嘴巴的活動機構(gòu)；一組失電式電磁鐵固定安裝在支架的底部；一組動力輸出單元、六組動力分配單元嚙合連接后固定在支架的中部；兩自由度關(guān)節(jié)由兩組鋼絲繩、兩個半圓環(huán)形支撐架、一個圓形支撐架、活動臂、固定臂、兩個雙槽滑輪組成，固定臂和圓形支撐架之間通過十字軸連接，活動臂的一端通過圓形支撐架的圓心，同時垂直固定在圓形支撐架所在平面上，圓形支撐架和通過十字軸軸心并和活動臂垂直的截面重合，兩個半圓環(huán)形支撐架的兩端分別通過軸連接在圓形支撐架上，且各自所在的平面互相垂直，并分別通過固定臂上的兩個孔，兩組雙槽滑輪分別固定在這兩個孔的上方，且該兩組雙槽滑輪分別和兩個半圓環(huán)形支撐架相切；兩組鋼絲繩的中點分別固定在兩個動力分配單元的卷線輪上，并分別按順時針和逆時針方向分別纏繞在卷線輪上，然后兩組鋼絲繩的兩端各自分別通過固定在孔的上方的兩組雙槽滑輪，改變方向后，再分別沿順時針和逆時針方向纏繞到兩個半圓環(huán)形支撐架外表面的凹槽上，拉緊后分別固定在兩個半圓環(huán)形支撐架的兩端；動力分配單元由一個動力軸、一個卷線輪、一組減速器、兩個離合器組成，減速器的輸出端和卷線輪固定連接，減速器的輸入端和動力軸固定連接，動力軸的兩端分別和兩個離合器的輸出端固定連接，兩個離合器的輸入端為齒輪輸入，多個動力分配單元可以通過離合器的輸入端相互嚙合連接；動力輸出單元由一個雙出軸電動機、兩個齒輪箱組成，雙出軸電動機的兩端分別連接兩個齒輪箱的輸入端，兩個齒輪箱通過齒輪的換向作用，使兩個齒輪箱的輸出端的輸出動力的齒輪轉(zhuǎn)速相同，方向相反；動力分配單元和多個動力輸出單元可以通過齒輪嚙合連接；一組失電式電磁鐵固定安裝在支架的底部，失電式電磁鐵在斷電狀態(tài)下產(chǎn)生強大的吸附力，而在通電狀態(tài)下電磁鐵不產(chǎn)生吸附力，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相反時，其強大的吸附力會更大，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相同時，可以利用電磁鐵的同極相斥作用分離；支架是一個橢圓形的支撐架。
4.如權(quán)利要求1所述的仿人形機器人，其特征在于所述的二十自由度運動控制機構(gòu)包括五組兩自由度關(guān)節(jié)、十組單自由度關(guān)節(jié)、一組動力輸出單元、二十組動力分配單元、十五個雙槽滑輪、二十個單槽滑輪、一組失電式電磁鐵、支架組成，一組單自由度關(guān)節(jié)一端的活動臂和一組單自由度關(guān)節(jié)的固定臂固定連接，另一端的固定臂和另一組兩自由度關(guān)節(jié)的活動臂固定連接，兩自由度關(guān)節(jié)的固定臂固定連接在支架的上端，一個雙槽滑輪固定在中間的單自由度關(guān)節(jié)上，且其軸線和該單自由度關(guān)節(jié)的軸線重合，以改變上部的單自由度關(guān)節(jié)的鋼絲繩的方向，四個單槽滑輪分別兩兩固定在兩自由度關(guān)節(jié)的活動臂和半圓環(huán)形支撐架的軸線相交的平面上，四個單槽滑輪分別與半圓環(huán)形支撐架的軸線相切，且四個單槽滑輪的軸線和該平面垂直，四個切點分別位于活動臂的兩側(cè)；兩個雙槽滑輪固定安裝在兩自由度關(guān)節(jié)的固定臂和半圓環(huán)形支撐架的軸線相交的平面內(nèi)，且這兩個雙槽滑輪的軸線和該平面垂直，且這兩個雙槽滑輪和半圓環(huán)形支撐架的軸線相切，切點位于兩自由度關(guān)節(jié)十字軸的軸心，以改變來自兩個單自由度關(guān)節(jié)的鋼絲繩的方向，構(gòu)成手指，四個手指順序固定在支架的上端分別構(gòu)成食指、中指、無名指、小拇指，一個手指固定連接在支架的中部一側(cè)，構(gòu)成大拇指；一組動力輸出單元、二十組動力分配單元嚙合連接后，固定在支架的中部；兩自由度關(guān)節(jié)由兩組鋼絲繩、兩個半圓環(huán)形支撐架、一個圓形支撐架、活動臂、固定臂、兩個雙槽滑輪組成，固定臂和圓形支撐架之間通過十字軸連接，活動臂的一端通過圓形支撐架的圓心，同時垂直固定在圓形支撐架所在平面上，圓形支撐架和通過十字軸軸心并和活動臂垂直的截面重合，兩個半圓環(huán)形支撐架的兩端分別通過軸連接在圓形支撐架上，且各自所在的平面互相垂直，并分別通過固定臂上的兩個孔，兩組雙槽滑輪分別固定在這兩個孔的上方，且該兩組雙槽滑輪分別和兩個半圓環(huán)形支撐架相切；兩組鋼絲繩的中點分別固定在兩個動力分配單元的卷線輪上，并分別按順時針和逆時針方向分別纏繞在卷線輪上，然后兩組鋼絲繩的兩端各自分別通過固定在孔的上方的兩組雙槽滑輪，改變方向后，再分別沿順時針和逆時針方向纏繞到兩個半圓環(huán)形支撐架外表面的凹槽上，拉緊后分別固定在兩個半圓環(huán)形支撐架的兩端；動力分配單元由一個動力軸、一個卷線輪、一組減速器、兩個離合器組成，減速器的輸出端和卷線輪固定連接，減速器的輸入端和動力軸固定連接，動力軸的兩端分別和兩個離合器的輸出端固定連接，兩個離合器的輸入端為齒輪輸入，多個動力分配單元可以通過離合器的輸入端相互嚙合連接；動力輸出單元由一個雙出軸電動機、兩個齒輪箱組成，雙出軸電動機的兩端分別連接兩個齒輪箱的輸入端，兩個齒輪箱通過齒輪的換向作用，使兩個齒輪箱的輸出端的輸出動力的齒輪轉(zhuǎn)速相同，方向相反；動力分配單元和多個動力輸出單元可以通過齒輪嚙合連接；一組失電式電磁鐵固定安裝在支架的下部，支架的下部和作為手臂的七自由度運動控制機構(gòu)的下端的活動臂，通過電磁吸附作用連接在一起，失電式電磁鐵在斷電狀態(tài)下產(chǎn)生強大的吸附力，而在通電狀態(tài)下電磁鐵不產(chǎn)生吸附力，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相反時，其強大的吸附力會更大，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相同時，可以利用電磁鐵的同極相斥作用分離；支架是一個梯形支撐架。
5.如權(quán)利要求1所述的仿人形機器人，其特征在于所述的動力輸出單元由一個雙出軸電動機、兩個齒輪箱組成，雙出軸電動機的兩端分別連接兩個齒輪箱的輸入端，兩個齒輪箱通過齒輪的換向作用，使兩個齒輪箱的輸出端的輸出動力的齒輪轉(zhuǎn)速相同，方向相反；動力分配單元由一個動力軸、一個卷線輪、一個減速器、兩個離合器組成，減速器的輸出端和卷線輪固定連接，減速器的輸入端和動力軸固定連接，動力軸的兩端分別和兩個離合器的輸出端固定連接，離合器的輸入端為齒輪輸入，多個動力分配單元的兩端可以通過離合器的輸入端相互嚙合連接；動力分配單元和動力輸出單元可以通過齒輪嚙合連接；所述的動力分配單元中的離合器為電磁離合器、氣動離合器、液壓離合器、磁滯式離合器、或其他類型離合器。
6.如權(quán)利要求1所述的仿人形機器人，其特征在于所述的組成機器人主體的五組七自由度運動控制機構(gòu)、一組六自由度運動控制機構(gòu)、兩組二十自由度運動控制機構(gòu)相互之間的連接是通過失電式電磁鐵的磁力吸附作用實現(xiàn)的，同時相互之間的分離也可以通過失電式電磁鐵的磁力排斥作用實現(xiàn)，失電式電磁鐵在失電狀態(tài)下產(chǎn)生強大的吸附力，而在通電狀態(tài)下電磁鐵不產(chǎn)生吸附力，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相反時，其強大的吸附力會更大，當(dāng)通電電壓的極性與正常狀態(tài)相同時，可以利用電磁鐵的同極相斥作用分離，也可采用其他形式的電磁鐵或電磁鐵和永磁鐵結(jié)合使用。
7.如權(quán)利要求1所述的仿人形機器人，其特征在于所述的電氣控制機構(gòu)包括一組PC主機、八組單片機、無線傳輸設(shè)備、若干位置、速度、溫度、壓力、加速度、方向、圖像、聲音、味覺傳感器組成，八組單片機分別通過無線傳輸設(shè)備和PC主機相連接，分別控制五組七自由度運動控制機構(gòu)、一組六自由度運動控制機構(gòu)、兩組二十自由度運動控制機構(gòu)，各個傳感器分別和單片機連接，提供控制所需的實時數(shù)據(jù)，八組單片機任意一片都可以脫離pC機獨立控制所連接的部分，當(dāng)八組單片機獨立控制所連接的部分脫離機器人本體時，PC主機可以通過無線傳輸設(shè)備控制八組單片機獨立控制所連接的部分，也可以將其重新組裝成一個機器人本體。
全文摘要
一種仿人形機器人，包括機器人主體和電氣控制機構(gòu)；所述的機器人主體由五組七自由度控制機構(gòu)、一組六自由度控制機構(gòu)、兩組二十自由度控制機構(gòu)組成。一組七自由度控制機構(gòu)作為軀干，兩組七自由度控制機構(gòu)的上端和軀干部的中部連接作為兩個手臂，兩組七自由度控制機構(gòu)的上端和軀干部的下端連接作為兩個腿部，一組六自由度控制機構(gòu)的下端和軀干部的上端連接作為頭部，兩組二十自由度控制機構(gòu)的上端分別和兩手臂的七自由度控制機構(gòu)的下端連接作為兩手掌。該機器人結(jié)構(gòu)簡單，可以拆開使用，易于小型化。使用電動機個數(shù)少，電動機功率可以自由分配到各個自由度，提高了電動機功率的利用效率。
文檔編號B25J9/18GK1810463SQ20051013225
公開日2006年8月2日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者郁有華 申請人:郁有華