[發明專利]一種局部三自由度剛柔軟耦合仿生機器人腰關節

有效

• 申請號: 202011289446.2
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112659100B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 周玉林;褚宏鵬;祁柏
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10;B25J17/02
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

本發明公開了一種局部三自由度剛柔軟耦合仿生機器人腰關節，其由四組三自由度并聯機構單元疊加而成，所述并聯機構單元包括柔性定平臺、柔性共用平臺、柔性動平臺及其中間連接機構。所述連接機構包括：三根周向均勻分布的柔性約束分支、中心剛性分支、三組周向均勻分布的人造肌肉；在每個柔性平臺上還嵌有應變片以得到力學信息。本發明不僅包含了傳統并聯機構的優點，進一步地，由于柔性機構和軟體人造肌肉的應用使得仿生腰關節更接近人體構造且集運動、力感知功能與一體。

技術領域

本發明涉及一種仿人機器人技術領域，具體涉及一種局部三自由度剛柔軟耦合仿生機器人腰關節。

背景技術

人體的腰關節主要作用是連接下肢與軀干，其功能不單是提供轉動自由度，還能感受軀干與下肢之間的力。對于仿生機器人來說，采用串聯機構雖然有較大的工作空間，但其往往存在累計誤差高、負載能力差等問題，因此并聯機構成為了腰關節仿生的首選，經過對現有相關技術文獻檢索發現,發明專利：CN101695838A中提出了一種三轉一移的并聯機構，相比其他串聯機構的確降低了累計誤差、提高了負載能力；發明專利：CN108393872A中提出了一種并聯單元耦聯機構，增加了機構靈活性以及工作空間。但上述機器人關節均為剛性關節，與剛柔軟耦合、運動感知一體的人體腰關節在結構和性能上還有一定的差距。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提供一種局部三自由度剛柔軟耦合仿生機器人腰關節。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種局部三自由度剛柔軟耦合仿生機器人腰關節，該機器人腰關節包括四個并聯機構單元，四個并聯機構單元由下至上分別為第一并聯單元、第二并聯單元、第三并聯單元、第四并聯單元；第一并聯機構單元底部設置柔性定平臺，所示第一并聯機構單元和第二并聯機構單元之間通過柔性共用平臺a銜接，第二并聯機構單元上端和第三并聯機構單元下端之間通過柔性共用平臺b銜接，所述第三并聯機構單元上端和第四并聯機構單元下端之間通過柔性共用平臺c銜接，所述第四并聯機構單元上端設置有柔性動平臺，腰關節中上下相鄰的兩個平臺之間設置有柔性約束分支、剛性中心分支、人造肌肉，人造肌肉設置于上下相鄰兩個平臺之間，呈X型沿周向均勻分布；

所述剛性中心分支包括設置在柔性定平臺和柔性共用平臺a之間的第一剛性中心分支、設置在共用平臺a和柔性共用平臺b之間的第二剛性中心分支、設置在柔性共用平臺b和柔性共用平臺c之間的第三剛性中心分支、設置在共用平臺c和柔性動平臺d之間的第四剛性中心分支；第一剛性中心分支包括第一連桿、第二連桿，所述第一連桿一端與第二連桿一端通過第一剛性轉動副連接，所述第一連桿通過第一虎克鉸鏈與柔性定平臺連接，第二連桿通過第二虎克鉸與柔性共用平臺a連接；所述第二剛性中心分支、第三剛性中心分支、第四剛性中心分支結構均與第一剛性中心分支結構相同。

本發明技術方案的進一步改進在于：柔性定平臺包括三個相同的定平臺力感應分支，定平臺力感應分支的支體內鑲嵌應變片a，三個定平臺力感應分支一端通過柔性鉸鏈相互連接，每兩個定平臺力感應分支之間夾角為120°，三個定平臺力感應分支形成三棱錐狀，另一端通過鉸鏈分別與轉接平臺連接；柔性動平臺與柔性定平臺結構相同。

本發明技術方案的進一步改進在于：柔性共用平臺a包括三組相同的力感應分支組，力感應分支組包括兩個共平臺力感應分支，兩個共平臺力感應分支之間通過柔性鉸鏈連接，力感應分支組上下兩端分別與其他兩組力感應分支組的上下兩端通過鉸鏈連接在柔性共用平臺a上端和下端，柔性共用平臺a上端和下端之間通過彈簧連接，力感應分支組相互間隔120°，形成紡錘狀；共平臺力感應分支的支體內鑲嵌應變片b；所述柔性共用平臺b、柔性共用平臺c的結構與柔性共用平臺a結構相同。