[發明專利]一種仿人機器人的膝關節機構

有效

• 申請號: 200910099369.1
• 申請日: 2009-06-04
• 公開（公告）號: CN101580083A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 朱秋國;熊蓉;周建軍;張大松;褚健
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明屬于機器人領域，涉及一種仿人機器人的膝關節機構。

背景技術

迄今為止，世界上研制比較成功的機器人大部分采用帶編碼器的電機和諧波減速器作為機器人關節的驅動裝置。根據對現有文獻的檢索發現，機器人在運動過程中由于電機力矩不足，發熱現象比較嚴重，Kenji?KANEKO等人的論文：“Humanoid?Robot?HRP-2”中描述的HRP-2P不能連續行走30分鐘，這遠不能滿足人類對機器人的要求。而機器人的膝關節在機器人運動中至關重要，它承受上身重量的同時還需要滿足快速啟停的功能，所以對膝關節的驅動能力提出了更高的要求。機器人上使用的張緊輪可以提高傳動的效率，但大部分機器人采用的可調張緊輪結構較大，而且在使用一段時間后容易產生松動而使得張緊的效果不佳，所以改善張緊輪的機構就很重要。中國專利CN1683123A公開了一種使用電機編碼器和電位計組成雙環檢測系統，來檢測關節減速器的柔性傳動誤差，但它未考慮雙電機主從控制模式下差速反饋需要的信號。另外，電位計的安裝方式經過實驗測試很容易產生松動，且裝卸不便。

發明內容

本發明的目的是提出一種驅動力矩大、張緊結構緊湊、具有關節誤差檢測功能的仿人機器人的膝關節機構。

本發明的仿人機器人膝關節機構，包括連接大腿和小腿的膝關節和膝關節驅動機構；

膝關節包括由同軸線裝置在殼體中的剛輪、波發生器和柔輪組成的諧波減速器以及膝套筒，諧波減速器的輸入軸和輸出軸同軸套置，諧波減速器輸入軸的一端固定在波發生器上，另一端固定第一同步帶輪，在諧波減速器的輸入軸與輸出軸之間設有兩個軸承，柔輪固定在輸出軸上，輸出軸通過交叉滾子軸承與大腿的一側連接，膝套筒的一端與諧波減速器的剛輪固定，在膝套筒與剛輪之間有密封蓋。膝套筒的另一端通過深溝球軸承與大腿的另一側連接。膝套筒上裝有膝法蘭，膝法蘭和小腿連接。膝套筒內固定有電位計法蘭和電位計，電位計的軸上固定有軸套，軸套與固定在大腿上的法蘭連接；

膝關節驅動機構包括帶有第一編碼器的第一電機，帶有第二編碼器的第二電機，第一電機的軸上安裝有第二同步帶輪，第一電機的端面固定有第一偏心微調張緊輪，第二電機的軸上安裝有第三同步帶輪，第二電機的端面固定有第二偏心微調張緊輪，第二同步帶輪和第三同步帶輪通過同步帶與第一同步帶輪相連，第一偏心微調張緊輪和第二偏心微調張緊輪與大腿固定。

為了使得結構更加緊湊，裝卸更加方便，可將電位計法蘭通過螺紋與膝套筒連接。

本發明結構緊湊，裝拆方便，運行可靠，利用雙電機驅動可以疊加電機輸出的力矩，提高了關節輸出力矩的能力，避免了電機長時間工作狀態下發熱的現象。膝關節驅動機構中采用與電機軸保持同軸的偏心微調張緊輪，這樣只要調整安裝偏心微調張緊輪的角度就可以調整電機軸到膝關節輸入軸之間的距離，實現微調的作用。運行時，兩個編碼器可以實時獲取雙電機的速差反饋信號，便于對雙電機進行主從控制，有利于正確獲取關節角度信息，糾正機械傳動誤差，提高了控制的準確性。

附圖說明

圖1是機器人膝關節機構的整體實體圖；

圖2是膝關節剖視圖；

圖3是諧波減速器的剛輪、波發生器和柔輪示意圖。

上述圖中，1.法蘭，2.大腿，3.小腿，4.膝法蘭，5.膝套筒，6.諧波減速器，7.剛輪，8.波發生器，9.柔輪，10.輸入軸，11.交叉滾子軸承，12.輸出軸，13.軸承，14.軸承，15.殼體，16.密封蓋，17.電位計，18.電位計法蘭，19.深溝球軸承，20.軸套，21.第一電機，22.第一編碼器，23.第二電機，24.第二編碼器，25.第一偏心微調張緊輪，26.第二同步帶輪，28.第三同步帶輪，29.第二偏心微調張緊輪，30.第一同步帶輪。

具體實施方式

以下結合附圖進一步說明本發明。

參照附圖，本發明的仿人機器人膝關節機構，包括連接大腿和小腿的膝關節和膝關節驅動機構；