利用拉桿模擬人體踝部動作的機器人小腿結構制造技術

本發(fā)明專利技術公開了一種利用拉桿模擬人體踝部動作的機器人小腿結構，包括一支撐架、一腳板、一框架、一內軸桿及二后拉桿，該支撐架設于機器人膝部下方鄰近二驅動模塊的位置，且其頂部設有二第一樞接部；腳板樞設于支撐架的底部；框架定位于第一樞接部之間，且其兩對應側分別設有一外軸桿，各外軸桿能與各第一樞接部相樞接，并穿過各第一樞接部，以連接各驅動模塊；內軸桿貫穿框架的另兩對應側，其一端設有一連接桿；各后拉桿的兩端則分別連接連接桿及腳板，在外軸桿及內軸桿分別被帶動時，框架及連接桿將能分別前后擺動及左右擺動，以使拉桿能如同人體的小腿肌肉一樣控制腳板產生各種踝部動作。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種利用拉桿模擬人體踝部動作的機器人小腿結構。
技術介紹
機器人是自動控制機器(Robot)的通稱，主要用于協(xié)助人們進行各種具高危險性、具高精密性或需長時間反復執(zhí)行的工作，早在1980年代，便有汽車業(yè)者利用一種具多關節(jié)的機械手臂(robot arm)，來提升生產在線的良率及制造效率。時至今日，機器人的應用領域越來越廣泛，無論是半導體、金屬加工、風機制造、太陽能制造業(yè)、食品加工與包裝、電子、制藥等產業(yè)，都可見到各種不同類型的機器人，令業(yè)者能通過生產的自動化及機械化，大幅改善生產效率、產品產能、營運成本及工安要求,并創(chuàng)造出更多的利潤。為了讓機器人能執(zhí)行更多不同類型的工作，近年來，有許多的設計者致力于開發(fā)人形機器人，以期能使機器人具有手、腳等肢體，進而模擬出人體的實際動作。一般而言，為了能使機器人忠實地呈現(xiàn)出人體般的各種細微動作，設計者必須在機器人上裝設多個馬達，以將各馬達模擬人體的關節(jié)分別控制各部位間的彎曲、翻動或扭轉。如圖1所示是一種現(xiàn)有的機器人1，該機器人I包括一主體10、二上肢機構11、二下肢機構12及二足部13，其中，下肢機構12還包括一第一驅動模塊121、一第二驅動模塊122及一第三驅動模塊123，該第一驅動模塊121裝設于下肢機構12的頂部對應于其主體10的位置，以使機器人I能提高整個下肢機構，呈現(xiàn)出如同人體抬高大腿的動作；第二驅動模塊122則裝設于下肢機構12的中段部，以能控制下肢機構12彎曲，呈現(xiàn)出如同人體般彎曲膝蓋的動作。第三驅動模塊裝設于下肢機構12底部對應于足部13的位置，使足部13能相對于下肢機構12轉動，呈現(xiàn)出如同人體轉動踝部的動作。該機器人I雖能通過各驅動模塊使下肢機構12能靈活地彎曲，但此種設計卻存在有一極大的問題，即由于下肢機構12中使用了過多的驅動模塊，且驅動模塊通常是由伺服馬達、減速機構及其間的動力傳遞裝置組成，其組件數(shù)目過多且不易小型化，因此，前一級的驅動模塊必須足以負荷后一級的驅動模塊重量，才能達成高效率、剛性與荷重比的優(yōu)異動態(tài)特性。以圖1所示的機器人I為例，該機器人I于行走時，第一驅動模塊121及第二驅動模塊122承受了較大的外部作用力，故必須使用較大的電流，才能保持其具有足夠的動力帶動整個下肢機構12運轉，造成驅動模塊121、122將會耗費過多的電力，并容易因過負載所產生的高溫而損壞。造成上述問題的主要原因是因為第三驅動模塊設于鄰近于足部13的位置，根據物理學原理，在第一驅動模塊121欲驅動下肢機構12進行擺動時，第一驅動模塊121所產生的動力需足以驅動第三驅動模塊123所產生的力矩:即作用力(第三驅動模塊123的重量)與力臂(下肢機構12的長度)。因此，專利技術人歸納出解決現(xiàn)有驅動模塊負載過重問題的兩大方法:簡化驅動模塊的結構及改變驅動模塊的裝設位置。如圖2和圖3所示，是專利技術人過去設計的一款設有雙馬達的驅動模塊2，該驅動模塊2能在大幅縮減整體體積與重量的條件下 ，仍可進行一個或二個方向自由度的運動，減少機器人因驅動模塊過重而產生的前述諸多問題。這里扼要說明該驅動模塊2的結構如下:其中，為避免驅動模塊內部結構被外部的諸多齒輪所遮蔽，在圖3中省略了部份組件，以清楚地繪制出驅動模塊2的整體架構。該驅動模塊2包括一座體21、二伺服馬達22、二傳動模塊23及一輸出模塊24,其中伺服馬達22、傳動模塊23及輸出模塊24皆設于座體21上，各伺服馬達22上分別設有一傳動軸220 ;傳動模塊23包括復數(shù)個傳動組件231 (如:傳動齒輪、蝸桿或蝸輪)、至少一從動組件234 (如:從動齒輪)及一輸出軸235，在伺服馬達22動作時，傳動軸220依序帶動各傳動組件231、從動齒輪234及輸出軸235，進而驅動輸出模塊24。輸出模塊24包括一框架241、一內軸桿242、二第一傘形齒輪243、一第二傘形齒輪244及一輸出件245，輸出軸235貫穿框架241的兩對應側部，其伸入框架241內的一端則與第一傘形齒輪243相連接，以在輸出軸235被從動齒輪234帶動旋轉時，輸出軸235將能帶動第一傘形齒輪243旋轉，進而使框架241執(zhí)行前后轉動(在圖2及圖3中以左下為前方，右上為后方)；內軸桿242貫穿框架241的另兩對應側部，第二傘形齒輪244則設于內軸桿242的中段部，且能分別與各第一傘形齒輪243相嚙合，各第一傘形齒輪243間的差速關系會帶動第二傘形齒輪244，使得輸出件245能因此執(zhí)行左右轉動(在圖2及圖3中系以左上為左方，右下為右方)。在設計出上述的驅動模塊2后，專利技術人進一步考慮如何將驅動模塊2實際應用于一機器人上，同時，對機器人的腿部機構進行改良，以改變控制機器人踝部動作驅動模塊的位置。專利技術人希望通過一嶄新的機械結構，令具備雙足結構的機器人于行走時，不會因為驅動模塊的重量而增加 不必要的負載，進而提升機器人的效率及穩(wěn)定度。因此，如何設計出一種機器人小腿結構，以達成專利技術人的上述目的，即成為本專利技術在此亟欲解決的技術問題。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種運作更有效率，行走更加穩(wěn)定，且結構能更趨近于真實人體的利用拉桿模擬人體踝部動作的機器人小腿結構。為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案:一種利用拉桿模擬人體踝部動作的機器人小腿結構，在鄰近機器人膝部關節(jié)的位置設有二個驅動模塊，所述機器人小腿結構包括:一裝設于機器人鄰近膝部關節(jié)下方的支撐架，該支撐架的頂部定位于各驅動模塊之間，且其上兩對應位置分別設有一第一樞接部，各第一樞接部上分別開設有一第一樞接孔；一樞接于支撐架底部的腳板，使機器人能通過支撐架和腳板穩(wěn)固地站立于一平面上；一定位于第一樞接部之間的框架，且其兩對應側面分別設有一外軸桿，各外軸桿分別樞接于各第一樞接孔上，且其一端穿過對應的第一樞接孔，分別連接至各驅動模塊，在驅動模塊朝同一方向動作時，該框架能以外軸桿為中心，進行前后擺動；一貫穿框架另兩對應側面的內軸桿，且其兩端延伸至框架外，該內軸桿的后端固設有一連接桿，在內軸桿被帶動旋轉時，該連接桿能隨之左右擺動；二后拉桿，其上端分別樞接于連接桿的兩端，其下端則分別樞接至腳板上鄰近后端的兩對應位置，在框架以外軸桿為中心，進行前后擺動時，后拉桿能同時帶動腳板，使腳板產生相同的前后擺動，或在連接桿產生左右擺動的情況下，后拉桿能分別拉動腳板，使腳板產生相同的左右擺動。本專利技術所述機器人小腿結構還包括一前拉桿，該前拉桿的上端與內軸桿的前端相樞接，其下端則樞接至腳板鄰近前端的位置，在框架產生前后擺動時，該前拉桿能拉動腳板，使腳板產生相同的前后擺動。本專利技術所述機器人小腿結構還包括二第一傘形齒輪及一第二傘形齒輪，各第一傘形齒輪分別固設于各外軸桿上對應于框架內的另一端；該第二傘形齒輪則設于內軸桿的中段部上，且分別與各第一傘形齒輪相嚙合，在第一傘形齒輪分別被驅動模塊帶動，且具有相對差速運動的情況下，第二傘形齒輪能被第一傘形齒輪帶動。本專利技術所述腳板的頂部設有一樞接座，該樞接座的左右兩側分別延伸設有一第二樞接部，各第二樞接部分別與各后拉桿的下端相樞接，在連接桿產生左右擺動時，后拉桿能分別拉 動腳板，使腳板產生相同的左右擺動。本專利技術所述樞接座上還樞設有一下軸桿，該下軸桿的一端朝腳板的前端延伸，并與前拉桿的下端相樞接，在框架前后擺動時，該本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用拉桿模擬人體踝部動作的機器人小腿結構，在鄰近機器人膝部關節(jié)的位置設有二個驅動模塊，其特征在于：所述機器人小腿結構包括：一裝設于機器人鄰近膝部關節(jié)下方的支撐架，該支撐架的頂部定位于各驅動模塊之間，且其上兩對應位置分別設有一第一樞接部，各第一樞接部上分別開設有一第一樞接孔；一樞接于支撐架底部的腳板，使機器人能通過支撐架和腳板穩(wěn)固地站立于一平面上；一定位于第一樞接部之間的框架，且其兩對應側面分別設有一外軸桿，各外軸桿分別樞接于各第一樞接孔上，且其一端穿過對應的第一樞接孔，分別連接至各驅動模塊，在驅動模塊朝同一方向動作時，該框架能以外軸桿為中心，進行前后擺動；一貫穿框架另兩對應側面的內軸桿，且其兩端延伸至框架外，該內軸桿的后端固設有一連接桿，在內軸桿被帶動旋轉時，該連接桿能隨之左右擺動；二后拉桿，其上端分別樞接于連接桿的兩端，其下端則分別樞接至腳板上鄰近后端的兩對應位置，在框架以外軸桿為中心，進行前后擺動時，后拉桿能同時帶動腳板，使腳板產生相同的前后擺動，或在連接桿產生左右擺動的情況下，后拉桿能分別拉動腳板，使腳板產生相同的左右擺動。

【技術特征摘要】
1.一種利用拉桿模擬人體踝部動作的機器人小腿結構，在鄰近機器人膝部關節(jié)的位置設有二個驅動模塊，其特征在于:所述機器人小腿結構包括: 一裝設于機器人鄰近膝部關節(jié)下方的支撐架，該支撐架的頂部定位于各驅動模塊之間，且其上兩對應位置分別設有一第一樞接部，各第一樞接部上分別開設有一第一樞接孔； 一樞接于支撐架底部的腳板，使機器人能通過支撐架和腳板穩(wěn)固地站立于一平面上； 一定位于第一樞接部之間的框架，且其兩對應側面分別設有一外軸桿，各外軸桿分別樞接于各第一樞接孔上，且其一端穿過對應的第一樞接孔，分別連接至各驅動模塊，在驅動模塊朝同一方向動作時，該框架能以外軸桿為中心，進行前后擺動； 一貫穿框架另兩對應側面的內軸桿，且其兩端延伸至框架外，該內軸桿的后端固設有一連接桿，在內軸桿被帶動旋轉時，該連接桿能隨之左右擺動； 二后拉桿，其上端分別樞接于連接桿的兩端，其下端則分別樞接至腳板上鄰近后端的兩對應位置，在框架以外軸桿為中心，進行前后擺動時，后拉桿能同時帶動腳板，使腳板產生相同的前后擺動， 或在連接桿產生左右擺動的情況下，后拉桿能分別拉動腳板，使腳板產生相同的左右擺動。2.根據權利要求1所述的利用拉桿模擬人體踝部動作的機器人小腿結構，其特征在于:所述機器人小腿結構還包括一前拉桿，該前拉桿的上端與內軸桿的前端相樞接，其下端則樞接至腳板鄰近前端的位置，在框架產生前后擺動時，該前拉桿能拉動腳板，使腳板產生相同的前后擺動。3...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：戴文鐘，
申請(專利權)人：戴文鐘，
類型：發(fā)明
國別省市：