支撐件以及包含該支撐件的支撐關節(jié)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及支撐件以及包含該支撐件的支撐關節(jié)，該支撐件包括至少兩個驅動單元，其中：所述驅動單元包括固接組件以及與所述固接組件剛性連接的旋轉裝置；所述旋轉裝置的轉動輸出面通過連接件相連接；所述旋轉裝置包括主動旋轉裝置和從動旋轉裝置；其中：在所述主動旋轉裝置的驅動下，所述支撐件在所述連接件的限制下使相鄰的驅動單元之間的夾角固定：在相鄰的所述驅動單元之間的夾角固定的前提下，所述從動旋轉裝置通過所述固接組件與所述連接件相對于所述主動旋轉裝置隨動。通過連接件的限制，根據(jù)本發(fā)明實施例的支撐件或者支撐關節(jié)能夠有效保證末端面在動作過程中，始終與固定面保持固定的夾角。
【專利說明】
支撐件以及包含該支撐件的支撐關節(jié)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及多關節(jié)運動的智能動作裝置領域，尤其涉及一種支撐件以及包含該支撐件的支撐關節(jié)。
【背景技術】
[0002]仿人機器人是以模仿人的形態(tài)的設計形式，通過對其進行智能控制，以模仿人的行為的方式精確、靈活地進行作業(yè)。由于其可以適應對于自然人而言過于惡劣的作業(yè)環(huán)境和過于高的作業(yè)強度，因此在節(jié)省人力的同時，大大提高了作業(yè)效率。
[0003]仿人機器人是通過控制關節(jié)組件的運動來實現(xiàn)其設定的目標行為，如對于仿人機器人的腿部運動而言，傳統(tǒng)的關節(jié)設置方案為將關節(jié)運動配置為6個自由度，S卩:通過對同一處關節(jié)設置六個主動旋轉裝置分別用于控制六個自由度的旋轉，使得末端以任意姿態(tài)達到桿件在空間中最大運動范圍里的任意位置，作為末端的腳底平面在六自由度的限制下可以與作為基準的身體平面呈任意夾角。
[0004]—種典型的仿人機器人腿部的六自由度排列方式如圖1所示，對應的仰視圖、側視圖和主視圖分別參照圖2-a?2-c。將六個主動旋轉裝置(如電機)標記為分別(01、02、03、
04、05、06)，則僅通過01的轉動、(03、04、05)的轉動以及(02、06)的轉動可以分別讓腳底平面在圖2-a?圖2-c示出的仰視、側視以及主視方向與身體平面產(chǎn)生夾角。
[0005]可以看出，六自由度的腳底平面在三個方向都可以與身體平面產(chǎn)生夾角，即在三維空間內的XOY面、YOZ面以及ZOX面均可以產(chǎn)生夾角分量。當主動旋轉裝置(如電機)的齒輪之間存在空隙的情況下，空隙導致的夾角分量作為一種具體的干擾形式，可能導致身體平面相對于腳底平面發(fā)生傾斜，尤其是在腿長較長的情況下，干擾會被放大，甚至可能影響仿人機器人的工作可靠性。
[0006]而對于大多數(shù)情況下的應用，仿人機器人的雙腿提供的功能主要為步行，且實現(xiàn)可靠步行的要點之一就是控制身體平面23和腳底平面24使其始終保持平行，即保證圖2-b中的夾角2和2-c中的夾角3為0°，單就完成步行這一行為來說，存在者明顯的自由度的浪費，該浪費會明顯增加仿人機器人的成本，而且由于同時還存在穩(wěn)定性方面的不足，會在一定程度上影響完成步行動作的可靠性。

【發(fā)明內容】

[0007]技術問題
[0008]有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術問題是，如何實現(xiàn)智能動作裝置在活動過程中，在犧牲自由度的前提下，在保證仍然能完成抬腳、落腳動作的同時，使得末端面與固定面始終保持固定的角度，更具體地，保證始終平行。
[0009]解決方案
[0010]為了解決上述技術問題，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提供了一種支撐件，
[0011]該支撐件包括至少兩個驅動單元，其中:
[0012]所述驅動單元包括固接組件以及與所述固接組件剛性連接的旋轉裝置；
[0013]所述旋轉裝置的轉動輸出面通過連接件相連接；
[0014]所述旋轉裝置包括主動旋轉裝置和從動旋轉裝置;其中:
[0015]在所述主動旋轉裝置的驅動下，所述支撐件在所述連接件的限制下使相鄰的驅動單元之間的夾角固定:
[0016]在相鄰的所述驅動單元之間的夾角固定的前提下，所述從動旋轉裝置通過所述固接組件與所述連接件相對所述主動旋轉裝置隨動。
[0017]對于上述支撐件，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述固接組件包括第一固接件和第二固接件;其中:
[0018]所述第一固接件在第一側設有至少兩個第一旋轉裝置；
[0019]所述第一固接件在與第一側相垂直的第二側設有第二旋轉裝置；
[0020]所述第二固接件在與所述第一固接件的第二側相對應的一側設有第三旋轉裝置；
[0021]所述第二固接件在與所述第一固接件的第一側相背離的一側設有第四旋轉裝置；
[0022]本驅動單元內，所述第二旋轉裝置和所述第三旋轉裝置的轉動輸出面通過第一連接件相連；
[0023]相鄰的驅動單元之間，對應位置的所述第一旋轉裝置和對應位置的所述第四旋轉裝置的轉動輸出面之間分別通過第二連接件和第三連接件相連。
[0024]對于上述支撐件，在一種可能的實現(xiàn)方式中，還包括穩(wěn)固組件，其結構與所述支撐件的部分結構相對應。
[0025]為了解決上述技術問題，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種包含該支撐件的支撐關節(jié)，
[0026]該支撐關節(jié)包括至少兩個支撐件，相鄰的所述支撐件依次相連。
[0027]對于上述支撐關節(jié)，在一種可能的實現(xiàn)方式中，相鄰的所述支撐件中，第一支撐件的第二側的驅動單元二和第二撐件的第一側的驅動單元一相固連。
[0028]對于上述支撐關節(jié)，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述驅動單元二的第一連接件和所述驅動單元一的第一連接件相固連。
[0029]對于上述支撐關節(jié)，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述驅動單元二的固接組件和所述驅動單元一的固接組件相固連。
[0030]對于上述支撐關節(jié)，在一種可能的實現(xiàn)方式中，省略相互連接的所述驅動單元二或者所述驅動單元一中的第一連接件，以及與該省略的第一連接件相連的第二旋轉裝置和第三旋轉裝置。
[0031]對于上述支撐關節(jié)，在一種可能的實現(xiàn)方式中，相互連接的所述驅動單元二的固接組件和所述驅動單元一的固接組件簡化為同一固接組件。
[0032]對于上述支撐關節(jié)，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一支撐件的第一側的驅動單元三上固接身體平面，所述第二撐件的第二側的驅動單元四上固接腳底平面，且身體平面與腳底平面在水平方向平行。
[0033]有益效果
[0034]將本發(fā)明的支撐件以固接組件相固連的方式形成的支撐關節(jié)用作仿人機器人的腿部關節(jié)時，通過四個主動旋轉裝置即可完成仿人機器人的腿部關節(jié)的運動需求，較之于傳統(tǒng)的六自由度結構，通過限制自由度的豐富度使得肢體末端(腳底平面)在空間中以平行于基準平面(身體平面)的姿態(tài)到達空間中最大運動范圍內的任一位置，滿足了仿人機器人對用于行走的腿部關節(jié)的靈活度需求；
[0035]而且由于電機是仿人機器人造價和重量的主要來源之一，根據(jù)本發(fā)明實施例的支撐關節(jié)能夠使得仿人機器人的每條腿在節(jié)省兩個主動旋轉裝置(即電機)的前提下即可以實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案，不僅降低了成本，還獲得了由電機產(chǎn)生的仿人機器人的自重得以減輕的伴隨效果。
[0036]根據(jù)下面參考附圖對示例性實施例的詳細說明，本發(fā)明的其它特征及方面將變得清楚。
【附圖說明】
[0037]包含在說明書中并且構成說明書的一部分的附圖與說明書一起示出了本發(fā)明的示例性實施例、特征和方面，并且用于解釋本發(fā)明的原理。
[0038]圖1示出一種典型的仿人機器人腿部的六自由度排列方式的立體結構示意圖；
[0039]圖2-a示出圖1的仰視方向的原理示意圖；
[0040]圖2-b示出圖1的側視方向的原理示意圖；
[0041]圖2-c示出圖1的主視方向的原理示意圖；
[0042]圖3-a示出單方向使用平行推拉桿的支撐關節(jié)的立體結構示意圖；
[0043]圖3-b示出單方向使用平行推拉桿的支撐關節(jié)的主視示意圖；
[0044]圖3-c示出單方向使用平行推拉桿的支撐關節(jié)的側視示意圖；
[0045]圖4示出本發(fā)明的第一個實施例的支撐件的立體結構示意圖；
[0046]圖5示出圖4的原理示意圖；
[0047]圖6-a示出圖4的應用示意圖一；
[0048]圖6_b示出圖4的應用示意圖二；
[0049]圖6-c示出圖4的應用示意圖三；
[°°50]圖7-a示出圖4的改進結構示意圖一；
[0051]圖7-b示出圖4的改進結構示意圖二；
[0052]圖8示出本發(fā)明的第二個實施例的支撐關節(jié)的立體結構示意圖；
[0053]圖9-a示出圖8在主視方向產(chǎn)生夾角的原理示意圖；
[0054]圖9-b示出圖8在側視方向產(chǎn)生夾角的原理示意圖；
[0055]圖10示出本發(fā)明的第三個實施例的支撐關節(jié)的立體結構示意圖；
[0056]圖ΙΙ-a示出圖10的主視示意圖；
[0057]圖11-b示出圖10的側視示意圖；
[0058]圖12示出圖10的原理示意圖；
[0059]圖13-a示出圖10的仰視方向的原理示意圖；
[0060]圖13-b示出圖10的側視方向的原理示意圖；
[0061]圖13-c示出圖10的主視方向的原理示意圖；
[0062]圖14示出圖13-a?13-c的驅動原理示意圖；
[0063I圖15-a示出圖10的改進結構示意圖一；
[0064]圖15-b示出圖10的改進結構示意圖二；
[0065]圖16-a示出按照圖15-b的方式改進后的支撐關節(jié)的運動學解算原理示意圖；
[0066]圖16-b示出未按照圖15-b的方式改進后的支撐關節(jié)的運動學解算原理示意圖；
[0067]圖17-a示出圖1在實際轉角與設定值未發(fā)生偏差時腳底平面與身體平面的位置關系不意圖；
[0068]圖17-b示出圖1在實際轉角與設定值發(fā)生偏差時腳底平面與身體平面的位置關系示意圖；
[0069]圖18-a示出圖10在實際轉角與設定值未發(fā)生偏差時腳底平面與身體平面的位置關系不意圖；
[0070]圖18-b示出圖10在實際轉角與設定值發(fā)生偏差時腳底平面與身體平面的位置關系示意圖。
【具體實施方式】
[0071]以下將參考附圖詳細說明本發(fā)明的各種示例性實施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
[0072]在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實施例。
[0073]另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的【具體實施方式】中給出了眾多的具體細節(jié)。本領域技術人員應當理解，沒有某些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在一些實例中，對于本領域技術人員熟知的方法和手段未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0074]針對目前的六自由度方案，一種改進方案為:
[0075]在由兩個支撐節(jié)組成的支撐關節(jié)中，支撐節(jié)僅在主視或者側視方向中的一個方向(本實施例中為側視方向)使用平行推拉桿的結構，其立體圖、主視圖和側視圖分別如圖3_a?圖3-c所示，在一定程度上可以實現(xiàn)該方向的腳底平面24相對于身體平面23產(chǎn)生角度，可是該技術方案存在的不足在于，在人行走的主視方向仍然使用傳統(tǒng)的六自由度配置方式，因此無法使得主視方向的腳底平面與身體平面保持水平，桿件之間的耦合度有待進一步改口 ο
[0076]也就是說，從獲取“腳底平面24與身體平面23保持水平”的技術效果的角度來看，無法實現(xiàn)行走時始終保持腳底平面24與身體平面23的水平，當然，由于犧牲了自由度，腳底行為也無法達到前述的六自由度設計的空間任意位置的靈活度，因此解決“腳底平面24相對身體平面23過于靈活”的技術問題的程度只能停留在概念階段，局部使用平行推拉桿的結構甚至可能影響到腳底平面24的行走可靠性。
[0077]為了解決上述挨近方案中的不足，通過對支撐件的結構進行進一步改進，以及引進增加的平行推拉桿，通過犧牲一定的自由度，在獲取腳底平面24相對于身體平面23保持平行的前提下，實現(xiàn)腳底平面24的可靠移動，即通過腳底平面24的上抬、下落、前移以及后移等動作，使其達到空間中相對身體平面的最大動作范圍內的任意位置。
[0078]實施例1
[0079]在一種具體的實施方式中，支撐件100的結構如圖4所示，圓柱體表示旋轉裝置，可以是主動旋轉裝置(如電機)，也可以是從動旋轉裝置(如軸承)，棱柱體表示用于固接旋轉裝置的固接件，片狀桿表示連接旋轉裝置的轉動輸出端面的連接件。
[0080]可以看出，在如圖4所示的支撐件100中:
[0081]固接件(51、52、53、54)分別將旋轉裝置(厶、(:4)、(8、0、？)、(6、1)、(^)固接在一起；
[0082]連接件仏1丄2丄3丄4丄5)分別將旋轉裝置(厶、8)、((:、0)、化、6)、$、!0以及(1、了)的轉動輸出面分別相連；
[0083]進一步參照圖5，&，13，(:，(1，6汀4，11，1」分別為圖4示出的支撐件的旋轉裝置六，8，C，D，E，F(xiàn)，G，H，I，J的轉動軸。固接件、連接件以及旋轉裝置形成的約束條件包括:
[0084]分別連接旋轉裝置(A、B)、(C、D)的轉動輸出面的連接件(L1、L2)平行且長度相等，反映在圖5中，旋轉裝置(A、B、C、D)的軸線(a、b、c、d)與過固接件(S1、S2)的旋轉裝置(E、F)的轉動軸(e、f)的交點(K、M、N、L)，將交點(K、M、L、N)依次相連，構成第一約束平行四邊形KMLN ；
[0085]分別用于連接旋轉裝置(E、G)、(F、H)的轉動輸出面的連接件(L3、L4)平行且長度相等，反映在圖5中，過交點(L、N)分別作平行于連接件(L3、L4)的直線，兩條直線與旋轉裝置(G、H)的轉動軸(g、h)的交點分別為(T、U)，將交點(L、N、U、T)依次相連，構成第二約束平行四邊形；
[0086]旋轉裝置(1、J)的轉動軸(1、j)與旋轉裝置(G、H)的轉動軸(g、h)的交點分別為(0、?)，將交點仏、1?、0)依次相連，構成第三約束平行四邊形。
[0087]顯然，平面TOL //平面UPN，在此前提下，若將兩個平面分別固接在平面TOL和平面PUN上，則無論旋轉裝置如何轉動，都可以保證兩個平面之間的夾角恒定不變(如0°)。若需要驅動此連接對應的裝置，由于平行四邊形的約束，只需在旋轉裝置(A、B、C、D、1、J)中選取一個作為主動旋轉裝置，即可以使得其余旋轉裝置實現(xiàn)隨動；以及在旋轉裝置(G、E、F、H)四個旋轉裝置中選取一個作為主動旋轉裝置，即可以使得其余旋轉裝置實現(xiàn)隨動。
[0088]圖6-a?圖6-c示出支撐件100的一種使用方式的實施例，是將固定面001和末端面002分別固接于支撐件100的連接件(L3、L4)上，作為一種具體的實施方式，本實施例中采用最簡單的片狀桿作為連接件來說明原理，由于連接件L3與平面OTL固接，所以固定面001也與平面OTL固接。在固定面001為與平面OTL平行的平面，以及末端面002為與平面PUN平行的平面情況下，參照圖6-a?圖6-c可以看出，無論裝置如何運動，都可以使得末端面002平行于固定面001。
[0089]進一步地，為了提高支撐件100的支撐穩(wěn)定性，可以對上述支撐件100作如下的改進:
[0090]如在圖7-a示出的一種實施方式中，在支撐件的左側面，增加一組位置與旋轉裝置(1、J)及其連接件L5相對應的、主要用于提高支撐件穩(wěn)定性的旋轉裝置(I1、Jl)和連接件L05；
[0091]如在圖7-b示出的另一種實施方式中，在圖5的基礎上，進一步地，在支撐件的后端面，增加位置與旋轉裝置(E、F、G、H)及其連接件(L3、L4)相對應的旋轉裝置(E1、F1、G1、H1)和連桿(103、1^4)。
[0092]上述改進是通過增設與支撐件100的部分結構相對應的穩(wěn)固組件，來提高支撐件100的穩(wěn)定性。當然，上述方案只是兩種具體的改進方式，對支撐件100的改進中，對于旋轉裝置和連接件的增加，可以是上述增加中的任意一部分，也可以根據(jù)實際應用場合，對旋轉裝置、連接件和/或固接件的結構形式在增加的方案中，進行合理的調整和組合，只要能使得改進后的支撐件100能夠實現(xiàn)更可靠的支撐、平衡以及安裝性能，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0093]將前述的支撐件100作為實現(xiàn)功能的單元，可以通過兩個及以上的支撐件100進行組合形成支撐關節(jié)200，通過支撐關節(jié)200來實現(xiàn)較為復雜的功能。下面以兩個支撐件100的組合為例，說明具體的組合方式以及該組合方式實現(xiàn)其功能的過程。
[0094]實施例2
[0095]圖8示出根據(jù)本發(fā)明的支撐關節(jié)200的一種實施方式，在一種可能的實現(xiàn)方式中，該支撐關節(jié)200主要包括:
[0096]按照上下位置依次布置的兩個支撐件，記為上支撐件21和下支撐件22，二者通過中間件20實現(xiàn)固接。兩個支撐件中的旋轉裝置、固接件以及連接件的標記與圖4對應，僅以標記后附的1、2區(qū)分出上支撐件21和下支撐件22。在本實施例中，將上支撐件21的連接件L14和下支撐件22的連接件L23固接。在該狀態(tài)下，該支撐關節(jié)200至少需要四個主動旋轉裝置才能實現(xiàn)驅動。即:
[0097]旋轉裝置(Al,BUCl、D1、Il、Jl)中至少有一個主動旋轉裝置；
[0098]旋轉裝置(El、F1、G1、H1)中至少有一個主動旋轉裝置；
[0099]旋轉裝置(A2、B2、C2、D2、I2、J2)中至少有一個主動旋轉裝置；
[0100]旋轉裝置(E2、F2、G2、H2)中至少有一個主動旋轉裝置。
[0101]需要說明的是，盡管本實施例是以圖6-a?6-c示出的前述未改進的支撐件100為基本單元、以最簡單的片狀桿作為中間件20作為示例介紹了支撐關節(jié)300如上，但本領域技術人員能夠理解，本發(fā)明應不限于此。事實上，完全可接合實際應用場合，靈活設定支撐件100的結構形式(如圖7-a、圖7-b)，以及調整將連接件(L14、L23)實現(xiàn)固接的中間件20的具體的結構形式，只要支撐件100的相應自由度等同，以及對兩個支撐件100實現(xiàn)等同方式的固接即可。
[0102]這樣，在該組合方式時，通過將上、下兩個支撐件的連桿固接進行組合，由于實現(xiàn)的是上支撐件21的下平面與下支撐件22的上平面即兩個平行面的固接，在一種具體的實施方式中，可以將身體平面23固定于上支撐件21的上平面，而將腳底平面24固定于下支撐件22的下平面，這樣一來，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的支撐關節(jié)200能夠使得其所安裝的智能動作裝置(如仿人機器人)在運動過程中，上、下兩個支撐件在主視面(圖9-a)和側視面(圖9-b)都會產(chǎn)生夾角，因此可以應用于主視面和側視面均允許彎曲、如腳底平面的末端平面221需要與如身體平面的基準面211保持平行的應用場合。
[0103]實施例3
[0104]圖10示出根據(jù)本發(fā)明的支撐關節(jié)200的另一種實施方式，在一種可能的實現(xiàn)方式中，該支撐關節(jié)200與圖8所示支撐關節(jié)200的主要區(qū)別在于:
[0105]將上支撐件21的固接件(S12、S14)和下支撐件22的固接件(S21、S23)分別固接。在該狀態(tài)下，本實施例的支撐關節(jié)200最少只需三個主動旋轉裝置才能實現(xiàn)驅動。即:
[0106]旋轉裝置(Al,BUCl、D1、Il、Jl)中至少有一個主動旋轉裝置；
[0107]旋轉裝置化1、？1、61、!1142、？2、62、!12)中至少有一個主動旋轉裝置；
[0108]旋轉裝置(々2、82工2、02、12、12)中至少有一個主動旋轉裝置。
[0109]需要說明的是，這樣，通過將上、下兩個支撐件的旋轉裝置相固接的方式進行組合，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的支撐關節(jié)200能夠使得其所安裝的智能動作裝置在運動過程中，上、下兩個支撐件在主視面(圖ΙΙ-a)的位置相對固定，只在側視面(圖ΙΙ-b)會產(chǎn)生夾角，大致符合人體腿部的膝關節(jié)的結構特征和動作要點，進一步參照圖12，由于交點(L1、N2、U2、T1)依次相連構成的平行四邊形對該支撐關節(jié)的約束，可以保證上支撐件的上平面與下支撐件的下平面在動作過程中始終保持平行。因此更適合應用于如仿人機器人的膝關節(jié)的應用場合。當然只要其運動以及位置關系的變化規(guī)律也符合上述特征，當然可以應用于對應的目標智能動作裝置的相應場合。
[0110]將實施例3中的支撐關節(jié)用作仿人機器人的膝關節(jié)時，在一種可能的實現(xiàn)方式中，將上、下兩個支撐件分別作為仿人機器人的大腿和小腿，仰視圖、側視圖、主視圖分別參照圖13-a?13-c，可以看出，腳底平面24只在仰視圖的方向與作為基準面的身體平面23產(chǎn)生夾角，而兩個面在水平方向則一直保持平行。通過按照具體的目標需求，通過控制仰視圖中示出的夾角10即可完成仿人機器人在步行過程中的轉向動作；如在一種可能的實現(xiàn)方式中，參照圖14，可以在實現(xiàn)驅動的前提下，增加一個控制夾角1的主動旋轉裝置1I即可。
[0111]不過，在該實施例的組合方式時，由于不是并不是將上、下兩個支撐件的平行面固接，所以為了實現(xiàn)動作過程中腳底平面24與身體平面23之間的始終平行，需保證轉動軸(h2、f2)之間的距離與轉動軸(gl、el)之間的距離相等，即使得(T1、L1、N2、U2)形成平行四邊形，才能保證上支撐件21的上平面和下支撐件22的下平面平行。在滿足此條件的前提下，即實現(xiàn)了固接在下支撐件22的下平面上的仿人機器人的腳步平面24與固接在上支撐件21的上平面上的仿人機器人的身體平面23始終保持平行。
[0112]進一步地，根據(jù)實際使用情況，該組合方式所形成的支撐關節(jié)可以有如下形式的變形:
[0113]圖15-a示出一種可能的實現(xiàn)方式，去除上支撐件21的下平面以及下支撐件21的上平面處正面的一組旋轉裝置以及與之相連的連接件，由于此組合方式下約束最少只需三個主動旋轉裝置即可實現(xiàn)驅動。即:
[0114]旋轉裝置(Al,BUCl、D1、Il、Jl)中至少有一個主動旋轉裝置；
[0115]旋轉裝置(A2、B2、C2、D2、I2、J2)中至少有一個主動旋轉裝置；以及
[0116]旋轉裝置(E1、F1、G1、H1、E2、F2、G2、H2)中至少有一個，因此可以去除相固接的HlFl或者G2E2中的一組，如圖15-a中去除的是旋轉裝置(G2、E2)和連接件L23。
[0117]或者圖15-b示出另一種可能的實現(xiàn)方式，使得支撐件(21、22)的固接的旋轉裝置組同軸，如可以是:將下支撐件22的上旋轉裝置固接在上支撐件21的下旋轉裝置的固接件上，并使得其同軸。在將支撐關節(jié)200應用于仿人機器人的情況下，參照圖16-a，關于支撐關節(jié)200的運動學解算時可以將其抽象為三角形，可以大大簡化計算的復雜度。相應地，非同軸固接的形式參照圖16-b，關于支撐關節(jié)200的運動學解算時則將其抽象為梯形。
[0118]較之于為腳底平面24相對于身體平面23配置六自由度的傳統(tǒng)方案，在將本發(fā)明的支撐關節(jié)200應用于仿人機器人的腿部關節(jié)時，具有以下明顯優(yōu)點:
[0119]I)增強了仿人機器人的抗擾動能力
[0120]在仿人機器人的運動過程中，由于電機力矩不足、控制精度有限、齒輪齒隙以及外界擾動等因素，經(jīng)常出現(xiàn)電機實際轉動角度與設定值出現(xiàn)偏差的情況，傳統(tǒng)的六自由度方案很難有抵抗此偏差的能力，加之仿人機器人的桿件都較長，微小的偏差(幾度)也會使肢體末端和首端之間產(chǎn)生很大的偏差。以傳統(tǒng)的六自由度方案為例，圖17-a為電機轉動到設定值時身體平面23與腳底平面24的姿態(tài)，圖17-b為電機實際轉角與設定值出現(xiàn)偏差時身體與足部的姿態(tài)，可以看到，由于誤差的積累導致身體姿態(tài)發(fā)生明顯的較大幅度的傾斜，而這樣的傾斜很容易導致仿人機器人的翻倒。
[0121]相較而言，將本發(fā)明的兩組支撐件(21、22)以實施例3的方式組合為支撐關節(jié)200之后，作為代替圖1中的腿部關節(jié)，具體參照圖18-a和18-b，由于結構上的約束，參照圖18-b，即使電機的實際轉角與設定值出現(xiàn)偏差時，由于身體平面23與腳底平面24仍保持平行，因此就仿人機器人整體而言，只是腳底平面24的位置在水平面上產(chǎn)生可以接受的位移，而仿人機器人的穩(wěn)定性則得以保證，大大增強了仿人機器人的抗擾動能力，實現(xiàn)了仿人機器人在完成行走動作過程中的可靠性。
[0122]2)降低了電機所需力矩
[0123]傳統(tǒng)的六自由度結構中，維持整個腿部關節(jié)轉動角度的力矩都由電機來承載，仍然以本發(fā)明的實施例2為例，由于連桿之間的相互約束配合?？梢苑謸徊糠至?，因此降低了電機所需承載的力矩，增加了電機的使用壽命間接增加了電機的強度和承載力。
[0124]3)方便增加冗余電機
[0125]本發(fā)明的實施例2中的裝配方式中，在三組(每組6個或4個電機，若使用前述的支撐關節(jié)的變體，甚至可以更多)旋轉裝置中，每組只需一個電機作為主動旋轉裝置即可，其余的均作為從動旋轉裝置。將該特征體現(xiàn)在實際應用中，即為可以根據(jù)需求，將每組旋轉裝置中的從動旋轉裝置也改為主動旋轉裝置，該情況下只需控制每組旋轉裝置中的多個主動旋轉裝置轉動同樣的角度即可。這是因為，冗余電機的增加可以提高自由度的總力矩，并且在每組旋轉裝置中，如果某個作為主動旋轉裝置的電機出現(xiàn)故障，則替換為主動旋轉裝置的從動旋轉裝置位置的電機可以代替其完成精確、可靠的轉動。
[0126]4)方便電機位置的調整
[0127]不同應用場合對仿人機器人的重心位置要求不同，傳統(tǒng)的六自由度結構只能將作為電機安裝在關節(jié)固定的旋轉處。而本發(fā)明中由于支撐關節(jié)的每組旋轉裝置中的多個轉動位置，因此作為主動旋轉裝置的電機可以安裝在每組旋轉裝置中的多個轉動位置。如:根據(jù)作業(yè)需求，對于需要將仿人機器人的重心降低時，可以將電機安裝在每組旋轉裝置中較低的位置;對于需要降低末端重量以減少擺動慣量的使用需求，則可以選擇將電機安裝在每組旋轉裝置中較高的位置即可。通過對電機位置的調整，可以靈活配置仿人機器人的重心。
[0128]5)方便編碼器以及角度傳感器的安裝
[0129]仿人機器人是根據(jù)編碼器和角度傳感器等部件提供的速度角度反饋來控制電機轉動的，在傳統(tǒng)的六自由度結構中，如在將角度傳感器的轉動軸和電機轉動軸連接之后，增加了旋轉裝置的整體長度，使得仿人機器人由于安裝元件導致整體結構的增大。而本發(fā)明中由于每組多個旋轉裝置中的轉動狀態(tài)相同，因此根據(jù)實際情況，可以選擇將編碼器、角度傳感器等部件安裝在從動旋轉裝置的位置即可，即無需與電機輸出軸連接也可以準確測量電機的轉動速度和角度，在精度不受影響的前提下，明顯提高了安裝的靈活性。
[0130]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種支撐件，其特征在于，該支撐件包括至少兩個驅動單元，其中: 所述驅動單元包括固接組件以及與所述固接組件剛性連接的旋轉裝置； 所述旋轉裝置的轉動輸出面通過連接件相連接； 所述旋轉裝置包括主動旋轉裝置和從動旋轉裝置;其中: 在所述主動旋轉裝置的驅動下，所述支撐件在所述連接件的限制下使相鄰的驅動單元之間的夾角固定: 在相鄰的所述驅動單元之間的夾角固定的前提下，所述從動旋轉裝置通過所述固接組件與所述連接件相對所述主動旋轉裝置隨動。2.根據(jù)權利要求1所述的支撐件，其特征在于，所述固接組件包括第一固接件和第二固接件;其中: 所述第一固接件在第一側設有至少兩個第一旋轉裝置； 所述第一固接件在與第一側相垂直的第二側設有第二旋轉裝置； 所述第二固接件在與所述第一固接件的第二側相對應的一側設有第三旋轉裝置； 所述第二固接件在與所述第一固接件的第一側相背離的一側設有第四旋轉裝置； 本驅動單元內，所述第二旋轉裝置和所述第三旋轉裝置的轉動輸出面通過第一連接件相連； 相鄰的驅動單元之間，對應位置的所述第一旋轉裝置和對應位置的所述第四旋轉裝置的轉動輸出面之間分別通過第二連接件和第三連接件相連。3.根據(jù)權利要求2所述的支撐件，其特征在于，還包括穩(wěn)固組件，其結構與所述支撐件的部分結構相對應。4.一種包含權利要求1?3中任一項所述支撐件的支撐關節(jié)，其特征在于，該支撐關節(jié)包括至少兩個支撐件，相鄰的所述支撐件依次相連。5.根據(jù)權利要求4所述的支撐關節(jié)，其特征在于，相鄰的所述支撐件中，第一支撐件的第二側的驅動單元二和第二撐件的第一側的驅動單元一相固連。6.根據(jù)權利要求5所述的支撐關節(jié)，其特征在于，所述驅動單元二的第一連接件和所述驅動單元一的第一連接件相固連。7.根據(jù)權利要求5所述的支撐關節(jié)，其特征在于，所述驅動單元二的固接組件和所述驅動單元一的固接組件相固連。8.根據(jù)權利要求7所述的支撐關節(jié)，其特征在于，省略相互連接的所述驅動單元二或者所述驅動單元一的第一連接件以及與該省略的第一連接件相連的第二旋轉裝置和第三旋轉裝置。9.根據(jù)權利要求7所述的支撐關節(jié)，其特征在于，將相互連接的所述驅動單元二的固接組件和所述驅動單元一的固接組件簡化為同一固接組件。10.根據(jù)權利要求7所述的支撐關節(jié)，其特征在于，所述第一支撐件的第一側的驅動單元三上固接身體平面，所述第二撐件的第二側的驅動單元四上固接腳底平面，且身體平面與腳底平面在水平方向平行。
【文檔編號】B25J17/00GK106042000SQ201610377502
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】李沁泠
【申請人】澤達（北京）科技有限公司