本發(fā)明涉及仿人機器人領域，具體涉及一種具有零點位置檢測功能的仿人機器人關節(jié)機構。

背景技術：

在仿人機器人的技術領域中，仿人機器人穩(wěn)定的行走步態(tài)實驗一直是研究的熱點和難點。而在進行步態(tài)實驗之前，對仿人機器人各關節(jié)(髖關節(jié)、踝關節(jié)等)的零點位置進行定位是一項必備工作?，F(xiàn)階段，受到仿人機器人各關節(jié)體積大小和結構設計難度的限制，大多采用外置定位裝置給機器人進行實驗前的零點位置定位工作。而外置定位裝置受限于精度較高的加工、裝配要求，每次均需要經(jīng)歷安裝卸載機器人等繁瑣的過程，給實驗過程帶來諸多不便。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有零點位置檢測功能的仿人機器人關節(jié)機構，能夠在仿人機器人通電后自動檢測髖關節(jié)和踝關節(jié)的零點位置，并將髖關節(jié)和踝關節(jié)回轉至檢測到的零點位置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有零點位置檢測功能的仿人機器人關節(jié)機構，所述仿人機器人關節(jié)機構包括髖關節(jié)機構和踝關節(jié)機構，所述髖關節(jié)機構包括用于連接大腿和軀干的髖關節(jié)連接組件、用于驅動所述髖關節(jié)連接組件的驅動組件以及用于檢測髖關節(jié)零點位置的檢測組件，所述踝關節(jié)機構包括用于連接小腿和腳掌的踝關節(jié)連接組件、用于驅動所述踝關節(jié)連接組件的驅動組件以及用于檢測踝關節(jié)零點位置的檢測組件，其中：所述髖關節(jié)連接組件和所述踝關節(jié)連接組件中均包括十字件和主支撐件，所述十字件包括中心件、兩個第一零件、兩個第二零件以及兩個第三零件，所述兩個第一零件分別與所述中心件相連，所述兩個第二零件分別與所述兩個第一零件對應相連，所述兩個第三零件分別與所述中心件相連；用于檢測髖關節(jié)零點位置的檢測組件和用于檢測踝關節(jié)零點位置的檢測組件的結構相同，均包括兩個磁鐵和兩個霍爾檢測器，所述兩個磁鐵分別固定于所述兩個第三零件上，所述兩個霍爾檢測器均固定于所述主支撐件上，其中，每個磁鐵分別與一個霍爾檢測器配套使用，每個霍爾檢測器中均包括兩個探頭，所述兩個探頭分別位于所述磁鐵的兩側并與所述磁鐵相隔預設角度。

進一步地，所述十字件中的各個相連的部件之間均通過定位銷進行定位，并通過螺栓進行固定連接。

進一步地，所述髖關節(jié)連接組件和所述踝關節(jié)連接組件中還包括諧波減速器和電機端蓋，其中，所述十字件的一端與所述諧波減速器的柔輪通過螺栓固定相連，所述十字件的另一端通過軸和軸承與所述主支撐件相連，所述諧波減速器的鋼輪和所述主支撐件之間通過螺栓固定連接，所述電機端蓋和所述主支撐件之間通過螺栓固定連接。

進一步地，用于驅動所述髖關節(jié)連接組件的驅動組件和用于驅動所述踝關節(jié)連接組件的驅動組件的結構相同，均包括從動帶輪、從動帶輪軸、電機、主動帶輪軸和主動帶輪，其中，所述從動帶輪和所述從動帶輪軸通過墊片和卡簧進行固定連接，所述電機和所述主動帶輪軸通過頂絲進行固定連接，所述主動帶輪軸和所述主動帶輪通過墊片和卡簧進行固定連接，所述從動帶輪和所述主動帶輪之間通過同步齒形帶進行傳動。

進一步地，所述霍爾檢測器中兩個探頭之間的夾角為20°。

進一步地，所述磁鐵通過膠水固定于對應的第三零件上。

本發(fā)明提供的一種具有零點位置檢測功能的仿人機器人關節(jié)機構，通過髖關節(jié)連接組件可以連接大腿和軀干，通過踝關節(jié)連接組件可以連接小腿和腳掌。在檢測髖關節(jié)和踝關節(jié)分別對應的零點位置時，可以在所述仿人機器人的驅動組件中的電機運轉時，記錄兩個霍爾檢測器分別輸出的信號值，該信號值可以由磁鐵與探頭之間的距離來決定。在信號值最大時電機對應的位置可以是磁鐵與其中一個探頭最接近的位置，這樣，將電機從該位置處反向轉動兩個探頭之間夾角的一半角度，從而可以使得磁鐵位于兩個探頭正中間。在這種情況下，仿人機器人的雙腿能夠豎直站立，髖關節(jié)和踝關節(jié)與豎直面也可以保持平行狀態(tài)，從而能夠在仿人機器人通電后自動檢測髖關節(jié)和踝關節(jié)的零點位置，并將髖關節(jié)和踝關節(jié)回轉至檢測得到的零點位置。

參照后文的說明和附圖，詳細公開了本申請的特定實施方式，指明了本申請的原理可以被采用的方式。應該理解，本申請的實施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權利要求的精神和條款的范圍內，本申請的實施方式包括許多改變、修改和等同。

針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。

應該強調，術語“包括/包含”在本文使用時指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。

附圖說明

圖1為本申請實施方式提供的一種具有零點位置檢測功能的仿人機器人的髖關節(jié)機構的結構示意圖；

圖2為本申請實施方式提供的一種具有零點位置檢測功能的仿人機器人的踝關節(jié)機構的結構示意圖；

圖3為本申請實施方式中十字件的結構示意圖；

圖4為本申請實施方式中檢測組件的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施方式中的附圖，對本申請實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅僅是本申請一部分實施方式，而不是全部的實施方式?；诒旧暾堉械膶嵤┓绞剑绢I域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施方式，都應當屬于本申請保護的范圍。

本申請實施方式提供一種具有零點位置檢測功能的仿人機器人關節(jié)機構，所述仿人機器人關節(jié)機構包括髖關節(jié)機構和踝關節(jié)機構。圖1為本申請實施方式提供的一種具有零點位置檢測功能的仿人機器人的髖關節(jié)機構的結構示意圖。圖2為本申請實施方式提供的一種具有零點位置檢測功能的仿人機器人的踝關節(jié)機構的結構示意圖。請參閱圖1和圖2，所述髖關節(jié)機構包括用于連接大腿和軀干的髖關節(jié)連接組件、用于驅動所述髖關節(jié)連接組件的驅動組件以及用于檢測髖關節(jié)零點位置的檢測組件，所述踝關節(jié)機構包括用于連接小腿和腳掌的踝關節(jié)連接組件、用于驅動所述踝關節(jié)連接組件的驅動組件以及用于檢測踝關節(jié)零點位置的檢測組件。

在本實施方式中，所述髖關節(jié)連接組件和所述踝關節(jié)連接組件中均包括十字件1和主支撐件4。圖3為本申請實施方式中十字件的結構示意圖。圖4為本申請實施方式中檢測組件的結構示意圖。請參閱圖1至圖4，所述十字件包括中心件10、兩個第一零件11、兩個第二零件12以及兩個第三零件13，所述兩個第一零件11分別與所述中心件10相連，所述兩個第二零件12分別與所述兩個第一零件11對應相連，所述兩個第三零件13分別與所述中心件10相連。在本實施方式中，所述十字件中的各個相連的部件之間均通過定位銷進行定位，并通過螺栓進行固定連接。

在本實施方式中，所述髖關節(jié)連接組件和所述踝關節(jié)連接組件中還包括諧波減速器2和電機端蓋3，其中，所述十字件1的一端與所述諧波減速器2的柔輪通過螺栓固定相連，所述十字件1的另一端通過軸和軸承與所述主支撐件4相連，所述諧波減速器2的鋼輪和所述主支撐件4之間通過螺栓固定連接，所述電機端蓋3和所述主支撐件4之間通過螺栓固定連接。所述電機端蓋3可以用于封蓋所述電機7，以避免所述電機7在工作時引入過多的灰塵。

在本實施方式中，用于驅動所述髖關節(jié)連接組件的驅動組件和用于驅動所述踝關節(jié)連接組件的驅動組件的結構相同，均包括從動帶輪5、從動帶輪軸6、電機7、主動帶輪軸8和主動帶輪9，其中，所述從動帶輪5和所述從動帶輪軸6通過墊片和卡簧進行固定連接，所述電機7和所述主動帶輪軸8通過頂絲進行固定連接，所述主動帶輪軸8和所述主動帶輪9通過墊片和卡簧進行固定連接，所述從動帶輪5和所述主動帶輪9之間通過同步齒形帶14進行傳動。

在本實施方式中，用于檢測髖關節(jié)零點位置的檢測組件和用于檢測踝關節(jié)零點位置的檢測組件的結構相同，均包括兩個磁鐵32和兩個霍爾檢測器31，所述兩個磁鐵32分別固定于所述兩個第三零件13上，所述兩個霍爾檢測器31均固定于所述主支撐件4上，其中，每個磁鐵分別與一個霍爾檢測器配套使用，每個霍爾檢測器中均包括兩個探頭311、312，所述兩個探頭311、312分別位于所述磁鐵32的兩側并與所述磁鐵32相隔預設角度。具體地，在本實施方式中，所述霍爾檢測器中兩個探頭311、312之間的夾角為20°，所述磁鐵32通過膠水固定于對應的第三零件13上。

在本實施方式中，通過所述十字件1中的各個部件，所述髖關節(jié)連接組件和踝關節(jié)連接組件可以與仿人機器人中對應的部位進行連接。在電機7的帶動下，主動帶輪軸8可以進行轉動，從而可以使得主動帶輪9能夠進行轉動。主動帶輪9通過同步齒形帶14帶動從動帶輪5轉動。這樣，從動帶輪軸6便可以帶動十字件1進行轉動，從而可以使得仿人機器人身體的各個部位進行活動。

在本實施方式中，隨著髖關節(jié)連接組件和踝關節(jié)連接組件的轉動，固定于第三零件13上的磁鐵32也會隨之轉動。由于固定于主支撐件4上的霍爾檢測器31是固定不動的，因此所述磁鐵32會在兩個探頭311、312之間進行往復的運行。當磁鐵靠近其中一個探頭時，霍爾檢測器輸出的信號值會由低變高，而當磁鐵遠離探頭時，霍爾檢測器輸出的信號值便會由高變低。這樣，在磁鐵進行往復運動時，霍爾檢測器輸出的信號值也會往復變化。其中，信號值最大時對應的位置是磁鐵最接近其中一個探頭的位置。這樣，在本實施方式中可以記錄下霍爾檢測器輸出的信號值中信號值最大時電機對應的目標轉動位置，在該目標轉動位置處，磁鐵與其中一個探頭最接近。當磁鐵位于兩個探頭中間的位置時，可以對應髖關節(jié)或者踝關節(jié)的零點位置。這樣，在記錄了所述目標轉動位置之后，可以將所述電機從所述目標轉動位置反向轉動兩個探頭之間夾角的一半角度，從而達到所述仿人機器人的髖關節(jié)和踝關節(jié)對應的零點位置。例如，在本實施方式中，兩個探頭之間的夾角為20°，這樣，所述電機只需反向轉動10°，便可以使得磁鐵位于兩個探頭之間的中心位置，而該中心位置也正好對應著髖關節(jié)或者踝關節(jié)的零點位置。

在本實施方式中，首先可以將仿人機器人吊裝在輔助支架上并緩慢抬高，使仿人機器人處于近似直立站立狀態(tài)。這時仿人機器人各關節(jié)轉角均已經(jīng)靠近零點位置，相應地，此時磁鐵位于霍爾檢測器的兩個探頭之間。

然后可以給仿人機器人通電，電機會按照計算機的指定程序，向一個方向緩慢旋轉一定角度。當磁鐵靠近一個探頭時，霍爾檢測器的輸出信號值會由低變高；當磁鐵遠離該探頭時，霍爾檢測器的輸出信號值會由高變低。計算機可以記錄下這一過程中輸出信號值最大時電機對應的目標轉動位置。

最后，計算機可以向電機發(fā)出指令，使電機從所述目標轉動位置處反向轉動10°，從而達到各個關節(jié)對應的零點位置。

由上可見，本發(fā)明提供的一種具有零點位置檢測功能的仿人機器人關節(jié)機構，通過髖關節(jié)連接組件可以連接大腿和軀干，通過踝關節(jié)連接組件可以連接小腿和腳掌。在檢測髖關節(jié)和踝關節(jié)分別對應的零點位置時，可以在所述仿人機器人的驅動組件中的電機運轉時，記錄兩個霍爾檢測器分別輸出的信號值，該信號值可以由磁鐵與探頭之間的距離來決定。在信號值最大時電機對應的位置可以是磁鐵與其中一個探頭最接近的位置，這樣，將電機從該位置處反向轉動兩個探頭之間夾角的一半角度，從而可以使得磁鐵位于兩個探頭正中間。在這種情況下，仿人機器人的雙腿能夠豎直站立，髖關節(jié)和踝關節(jié)與豎直面也可以保持平行狀態(tài)，從而能夠在仿人機器人通電后自動檢測髖關節(jié)和踝關節(jié)的零點位置，并將髖關節(jié)和踝關節(jié)回轉至檢測得到的零點位置。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。