[发明专利]一种仿人机器人的上身实验平台

摘要

一种仿人机器人的上身实验平台，属于机器人应用技术领域。主要用于机器人仿人运动的验证。本发明充分考虑人体结构，提出了包括以下功能的仿人机器人实验平台：左右旋转的腰部、上躯干和可调整宽度的肩部。腰部的左右旋转直接通过步进电机驱动，结构简单易于实现。以人体的运动捕捉系统的实现数据为基础，提炼出腰部前后俯仰角度和胸椎弯曲角度的关系，并通过一套齿轮组实现腰部旋转角度和胸椎弯曲角度的特定关系。这样，使本发明更加接近人体结构，能够更加准确的验证人的运动状态。同时在腰部前后俯仰轴和胸椎弯曲轴上设置了适合本发明的阻尼系统，降低了驱动电机的负载。本发明的肩宽是可调节的，大大提高了对不同肩宽的人的适用性。

主权项

一种用于机器人仿人运动的仿人机器人的上身实验平台，其特征在于：由腰部、上躯干和肩部三部分构成。其中：腰部通过腰部底板与上躯干底端固定相连，上躯干顶端通过肩部底板与肩部固定连接；腰部具有左右旋转功能。腰部左右旋转结构包括第二电机(40)、联轴器(41)、腰部旋转轴(42)、旋转支架(43)和推力轴承。旋转支架(43)分为上下两层，中间用立柱支撑。第二电机(40)固定于旋转支架(43)的下层中心位置，旋转支架(43)上层设置推力轴承，第二电机(40)置于旋转支架(43)的中心轴线上；推力轴承上圈嵌于腰部底板，与腰部旋转轴(42)过盈配合，推力轴承下圈嵌于旋转支架(43)，与腰部旋转轴(42)间隙配合，这样推力轴承承担来自腰部以上所有结构的重量。腰部旋转轴(42)与第二电机(40)通过联轴器(41)连接；旋转支架(43)固定，第二电机(40)旋转即可带动上躯干左右旋转，即实现腰部的左右转动；所述上躯干结构包括：上躯干支架(20)、第一横板(38)和第二横板(34)成井字型连接，构成上躯干下部框架。上躯干下部框架的底端与腰俯仰轴(28)连接，使上躯干下部框架可以绕腰俯仰轴(28)转动。上躯干框架顶端与胸椎轴支架(14)固定连接，胸椎轴支架(14)支撑胸椎轴(13)，胸椎轴(13)与胸椎框架(12)连接；胸椎框架(12)可以绕胸椎轴(13)自由转动；腰弹簧阻尼系统由腰阻尼连杆(23)、腰阻尼滑块(24)、腰阻尼弹簧(25)和腰阻尼滑轨(26)构成。腰阻尼滑轨(26)与腰部底板(27)固定连接，腰阻尼弹簧(25)一端与腰阻尼滑块(24)连接，一端与腰阻尼滑轨(26)连接，并套在腰阻尼滑轨(26)上，腰阻尼连杆(23)一端与腰阻尼滑块(24)铰接，一端与上躯干支架(20)铰接；胸椎弹簧阻尼系统由胸椎阻尼连杆(15)、胸椎阻尼滑块(16)、胸椎阻尼弹簧(17)和胸椎阻尼滑轨(19)构成。胸椎阻尼滑轨(19)置于上躯干支架(20)外侧，胸椎阻尼弹簧(17)一端与胸椎阻尼滑块(16)连接，一端与胸椎阻尼滑轨(19)连接，并套在胸椎阻尼滑轨(19)上，胸椎阻尼连杆(15)一端与胸椎阻尼滑块(16)铰接，一端与胸椎框架(12)铰接；在上躯干向前俯仰时，上躯干下部的俯仰角度与胸椎的弯曲角度相互耦合；θ₁＝6·θ₂其中，θ₁为胸椎的弯曲角度，θ₂为上躯干上部的俯仰角度；腰部向前俯仰角度和胸椎弯曲角度的耦合通过一套齿轮组实现。腰俯仰轴(28)的旋转通过第二下锥齿轮(29)和第二上锥齿轮(30)传递到第二竖轴(21)，第二竖轴(21)通过第一小直齿轮(35)和第一大直齿轮(36)带动第一竖轴(37)，第一竖轴(37)通过第一下锥齿轮(7)和第一上锥齿轮(39)带动胸椎轴(13)，从而实现上躯干上部向前的的小幅度弯曲。其中第二前直齿轮(32)与第二后直齿轮(33)传动比为1:1，第二下锥齿轮(29)与第二上锥齿轮的传动比为2:3，第一小直齿轮(35)与第一大直齿轮(36)的传动比为1:3，第一下锥齿轮(7)与第一上锥齿轮(39)的传动比为3:4；所述肩部结构，包括肩部滑轨、肩部滑块和调整模块，肩部所有结构全部置于肩部底板(8)之上，在肩部底板(8)两侧分别设置肩部滑轨支架(3)支撑并固定肩部滑轨(2)，调整支架(6)横跨肩部滑轨(2)，与肩部底板(8)固连。肩部滑块(1)内有直线轴承，套于肩部滑轨(2)上；肩部滑块(1)共有四个，左侧两个与左肩(4)相连，右侧两个与右肩(9)相连，每侧的两个肩部滑块(1)置于肩部滑轨支架两侧。肩部调整螺栓(5)贯穿肩部的中间调整块并穿过肩部调整支架(6)；肩部滑块分别与左肩和右肩相连，肩部调整螺栓(5)贯穿肩部的左肩和右肩的调整块，并与肩部调整支架螺纹连接。