CN105856218B - 一种基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人，所述基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人在各运动部分连接处设置有连接轴，所述连接轴与仿人型平面多关节机器人所对应的各运动部分固连在一起，连接轴上设置有活动带轮和固定带轮；电机通过皮带与活动带轮和固定带轮连接，不同连接轴的活动带轮和固定带轮之间通过皮带连接。本发明针对展览等场合中常使用的仿人型平面多关节娱乐机器人，用皮带代替原先设计中的齿轮等传动方式，以便于将控制电机全部置于底座上，减轻机器人运动部件上的负载，降低机器人的结构设计难度，同时使其运动更加灵活。

Description

一种基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人

技术领域

本发明属于机器人传动技术领域，尤其涉及一种基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人。

背景技术

机器人是整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学等多学科的产物，在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。从应用环境出发，可将机器人分为两大类，即：工业机器人和特种机器人。工业机器人是面向工业技术领域的多关节机械手或多自由度机器人。特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，如娱乐机器人。娱乐机器人以供人观赏、娱乐为目的，可以像人、某种动物、童话或科幻小说中的人物等。机器人的功能，包括行走或完成动作，可以有语言能力，会唱歌，有一定的感知能力。如机器人歌手、足球机器人、玩具机器人、舞蹈机器人等。作为机器人设计中的一个重要组成部分，传动系统的设计十分重要。

目前机器人常采用的传动方式有链传动、滚珠丝杠传动、齿轮齿条传动、蜗轮蜗杆传动等传动方式；然而大部分娱乐机器人，由于只需完成复杂的动作，且对运动精度要求不高，从而在设计中，采用上述的传动方式会使机器人结构设计异常复杂，配件制造困难，生产周期过长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人，旨在解决目前娱乐机器人采用的传动方式存在结构设计异常复杂，配件制造困难，生产周期过长的问题。

本发明是这样实现的，一种基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人，所述基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人在各运动部分连接处设置有连接轴，所述连接轴与仿人型平面多关节机器人所对应的的各运动部分固连在一起，连接轴上设置有活动带轮和固定带轮；电机通过皮带与活动带轮和固定带轮连接，不同连接轴的活动带轮和固定带轮之间通过皮带连接。

进一步，所述电机布置在仿人型平面多关节机器人的底座上。

进一步，所述固定带轮与连接轴固连，具有一个带槽，用于搭载连接上一级的皮带，通过皮带驱动与固定带轮固连的连接轴转动。

进一步，所述活动带轮相对于连接轴自由转动，具有内侧带槽和外侧带槽两个带槽，用于搭载连接上一级和下一级的皮带，通过活动带轮实现两级皮带间的传动。

进一步，所述基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人由左、右两条类似的传动链构成，区别在右传动链只用来控制右小腿、右大腿、右大臂和右小臂的运动。

进一步，所述左传动链中，左小腿与底座的连接轴上有四组活动带轮和一组固定带轮，固定带轮通过皮带与电机相连接，驱动左小腿的运动，四组活动带轮的外侧带槽与电机相连，内侧带槽通过皮带与左大、小腿连接轴上相应的三组活动带轮的内侧带槽和一组固定带轮相连接，分别将动力传递至下一级活动带轮和左大、小腿连接轴。

进一步，所述左传动链中，左大腿、小腿连接轴上的固定带轮驱动左大腿运动，三组活动带轮的外侧带槽通过皮带与左大腿和胸腔连接轴上相应的三组活动带轮外侧带槽，将动力传递至下一级活动带轮。

进一步，左大腿和胸腔连接轴与左大腿和胸腔通过轴承连接，左大腿和胸腔连接轴相对于左大腿和胸腔自由转动，三组活动带轮内侧带槽通过皮带与左大臂和胸腔连接轴上相应的两组活动带轮的内侧带槽和一组固定带轮相连接，分别将动力传递至下一级活动带轮和左大臂与胸腔连接轴。

进一步，左大臂与胸腔连接轴上的固定带轮驱动左大臂运动，其中一组活动带轮外侧带槽通过皮带与左大、小臂连接轴上相应的固定带轮相连接，将动力传递至左大、小臂连接轴；另一组活动带轮的外侧带槽与头部和胸腔的连接轴上相应的固定带轮相连接，将动力传递至头部与胸腔连接轴。

进一步，头部与胸腔连接轴上的固定带轮驱动头部的运动；左大臂、小臂连接轴上的固定带轮驱动左小臂运动。

进一步，由于逐级传动具有相似性，这里以头部的摇摆运动加以说明：

电机通过皮带带动左小腿与底座连接轴上相应的一组活动带轮转动；左小腿与底座连接轴上的活动带轮通过皮带带动左大、小腿连接轴上相应的一组活动带轮转动；左大、小腿连接轴上的活动带轮通过皮带带动左大腿与胸腔连接轴上相应的一组活动带轮转动；左大腿与胸腔连接轴上的活动带轮通过皮带带动左大臂与胸腔连接轴上相应的一组活动带轮转动；左大臂与胸腔连接轴上的这组活动带轮通过皮带带动头部与胸腔连接轴上的固定带轮转动；头部与胸腔连接轴处的固连带轮与该连接轴固连，同时头部也与该连接轴固连，这样固定带轮的转动将带动头部发生摇摆运动。

本发明提供的基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人，其头部、大臂、小臂、胸腔、大腿、小腿均是空腔结构，用皮带代替原先设计中的齿轮等传动方式，以便于将控制电机全部置于底座上，减轻机器人运动部件上的负载，降低机器人的结构设计难度，同时使其运动更加灵活。

本发明有如下优点：

1.电机全部安装在底座上，装配方便，减轻了机器人运动部件的质量，使其更加轻巧灵活，只需小功率电机驱动即可。

2.电机不用直接安装在关节上，简化了机器人的关节设计。

3.采用皮带传动，传动可靠，形式简单，成本低廉，便于安装。

4、不同驱动电机控制不同部位，各部位运动相对较为独立，有利于实现部位之间的协同运动。

5、采用空腔结构，有助于提高传动的稳定性和安全性。

6、采用逐级传动，延长了传动的距离，确保在长传动链中传动的准确性。

7、转动副结构简单，生产方便，各运动部分通过转动副连接易于实现。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一个转动副的装配图。

图3是本发明实施例提供的连接轴结构示意图。

图4是本发明实施例提供的固定带轮结构示意图。

图5是本发明实施例提供的活动带轮结构示意图。

图6是本发明实施例提供的转动副及皮带安装示意图剖面图。

图7是本发明实施例提供的左传动链转动副及皮带安装示意图左视图。

图8是本发明实施例提供的右传动链转动副及皮带安装示意图右视图。

图9是本发明实施例提供的大、小臂传动链中转动副及皮带安装示意图俯视图。

图10是本发明实施例提供的底座转动副及皮带安装示意图。

图11是本发明实施例提供的头部摇摆运动传动示意图。

图中：1、头部；2、小臂；3、大臂；4、胸腔；5、大腿；6、小腿；7、底座；8、固定带轮；9、连接轴；10、皮带；11、活动带轮；12、电机；13、轴承；14、平键；15、键槽；16、紧固螺钉。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

参见图1，本发明中的仿人型平面多关节机器人由头部1、小臂2、大臂3、胸腔4、大腿5、小腿6和底座7组成。

参见图2，各关节之间通过转动副连接，其转动副由连接轴9、固定带轮8、活动带轮11组成。

参见图3，是连接轴9示意图。

参见图4，固定带轮8与连接轴9固连，具有一个带槽，用于搭载连接上一级的皮带10，通过皮带10驱动与固定带轮8固连的连接轴9转动。

参见图5，活动带轮11可以相对于连接轴9自由转动，具有内侧带槽和外侧带槽两个带槽，用于搭载连接上一级和下一级的皮带10，通过活动带轮11实现两级皮带间的传动。

连接轴9与所对应的各运动部分，如头部、大臂、小臂等固连在一起，当连接轴9转动时，这些运动部分会绕相应的连接轴9同步转动。电机12转动通过皮带10以及各级活动带轮11实现皮带间的逐级传动，由皮带10最后带动固定带轮8，将动力传递至相应的连接轴9，从而使得与该连接轴9固连的运动部分发生转动。每个关节的转动都需要一个独立的电机驱动，电机12全部布置在底座7上，每个电机的转动都可驱动一个关节进行独立的运动。

参见图6，本发明中的机器人整体由左、右两条传动链构成：

参见图10，在左传动链中，左小腿与底座7的连接轴9上有四组活动带轮11和一组固定带轮8，固定带轮8通过皮带10直接与电机12相连接，驱动左小腿的运动，四组活动带轮11的外侧带槽与电机12相连，内侧带槽通过皮带10与左大、小腿连接轴上相应的三组活动带轮11的内侧带槽和一组固定带轮8相连接，分别将动力传递至下一级活动带轮11和左大、小腿连接轴9。

参见图7，左大、小腿连接轴上的固定带轮8驱动左大腿运动，三组活动带轮11的外侧带槽通过皮带10与左大腿和胸腔连接轴9上相应的三组活动带轮11外侧带槽，将动力传递至下一级活动带轮11。

左大腿和胸腔连接轴9与左大腿和胸腔都通过轴承13连接，左大腿和胸腔连接轴9可以相对于左大腿和胸腔自由转动，三组活动带轮11内侧带槽通过皮带10与左大臂和胸腔连接轴9上相应的两组活动带轮11的内侧带槽和一组固定带轮8相连接，分别将动力传递至下一级活动带轮和左大臂与胸腔连接轴。

左大臂与胸腔连接轴上的固定带轮8驱动左大臂运动，其中一组活动带轮11外侧带槽通过皮带与左大、小臂连接轴上相应的固定带轮8相连接，将动力传递至左大、小臂连接轴。另一组活动带轮11的外侧带槽与头部和胸腔的连接轴上相应的固定带轮8相连接，将动力传递至头部与胸腔连接轴。

参见图6，头部与胸腔连接轴上的固定带轮11驱动头部的运动。

参见图9，左大、小臂连接轴上的固定带轮11驱动左小臂运动。

参见图8、参加图9、参见图10，右传动链与左传动链类似，区别在右传动链只用来控制右小腿、右大腿、右大臂和右小臂的运动。

本发明中的机器人头部、大臂、小臂、胸腔、大腿、小腿均是空腔结构，皮带在空腔内运行，增加了机器人的安全性与运行的可靠性。

参见图11，是本发明中头部摇摆传动示意图，由于逐级传动具有相似性，这里就头部的摇摆转动加以说明：

电机通过皮带带动左小腿与底座连接轴上相应的一组活动带轮转动。

左小腿与底座连接轴上的这组活动带轮通过皮带带动左大、小腿连接轴上相应的一组活动带轮转动。

左大、小腿连接轴上的这组活动带轮通过皮带带动左大腿与胸腔连接轴上相应的一组活动带轮转动。

左大腿与胸腔连接轴上的这组活动带轮通过皮带带动左大臂与胸腔连接轴上相应的一组活动带轮转动。

左大臂与胸腔连接轴上的这组活动带轮通过皮带带动头部与胸腔连接轴上的固定带轮转动。

头部与胸腔连接轴处的固连带轮与该连接轴固连，同时头部也与该连接轴固连，这样固定带轮的转动将带动头部发生摇摆运动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人，其特征在于，所述基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人在各运动部分连接处设置有连接轴，所述连接轴与仿人型平面多关节机器人所对应的的各运动部分固连在一起，连接轴上设置有活动带轮和固定带轮；电机通过皮带与活动带轮和固定带轮连接，不同连接轴的活动带轮和固定带轮之间通过皮带连接；

所述基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人由左、右两条传动链构成，右传动链用来控制右小腿、右大腿、右大臂和右小臂的运动；左传动链用来控制左小腿、左大腿、左大臂、左小臂和头部的运动；

所述左传动链中，左小腿与底座的连接轴上有四组活动带轮和一组固定带轮，固定带轮通过皮带与电机相连接，驱动左小腿的运动，四组活动带轮的外侧带槽与电机相连，内侧带槽通过皮带与左大、小腿连接轴上相应的三组活动带轮的内侧带槽和一组固定带轮相连接，分别将动力传递至下一级活动带轮和左大、小腿连接轴；

所述左传动链中，左大腿、小腿连接轴上的固定带轮驱动左大腿运动，三组活动带轮的外侧带槽通过皮带与左大腿和胸腔连接轴上相应的三组活动带轮外侧带槽连接，将动力传递至下一级活动带轮；

左大腿和胸腔连接轴与左大腿和胸腔通过轴承连接，左大腿和胸腔连接轴相对于左大腿和胸腔自由转动，三组活动带轮内侧带槽通过皮带与左大臂和胸腔连接轴上相应的两组活动带轮的内侧带槽和一组固定带轮相连接，分别将动力传递至下一级活动带轮和左大臂与胸腔连接轴；

左大臂与胸腔连接轴上的固定带轮驱动左大臂运动，其中一组活动带轮外侧带槽通过皮带与左大、小臂连接轴上相应的固定带轮相连接，将动力传递至左大、小臂连接轴；另一组活动带轮的外侧带槽与头部和胸腔的连接轴上相应的固定带轮相连接，将动力传递至头部与胸腔连接轴。

2.如权利要求1所述的基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人，其特征在于，所述电机布置在仿人型平面多关节机器人的底座上。

3.如权利要求1所述的基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人，其特征在于，所述固定带轮与连接轴固连，具有一个带槽，用于搭载连接上一级的皮带，通过皮带驱动与固定带轮固连的连接轴转动。

4.如权利要求1所述的基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人，其特征在于，所述活动带轮相对于连接轴自由转动，具有内侧带槽和外侧带槽两个带槽，用于搭载连接上一级和下一级的皮带，通过活动带轮实现两级皮带间的传动。

5.如权利要求1所述的基于皮带传动的仿人型平面多关节机器人，其特征在于，头部与胸腔连接轴上的固定带轮驱动头部的运动；左大臂、小臂连接轴上的固定带轮驱动左小臂运动。