[发明专利]仿人颈部运动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿人机器人局部运动机构，特别是一种仿人颈部运动机构，属于机器人技术领域。

背景技术

目前已经有很多对仿人机器人颈部结构的研究，但探索最合理、最接近人体颈椎特征的设计方案依旧是机器人技术领域的重要课题。目前仿人机器人的颈部结构主要有串联结构、并联结构和弹簧结构。采用串联结构这种方案虽易于控制，但存在结构复杂、承载能力低等缺点。而并联结构有着精度高、承载能力强，内部空间布线简单，而且所有的电机都布置在底座上，从而节约了空间；同时，弹簧机构可以很好的模拟人体颈部的柔韧性。但这两种机构并没有人体实际上的颈椎构造。本仿人颈部运动机构结合并联机构和弹簧机构的优点，并以多层颈椎节来模拟人体的颈椎骨，从而提高机器人颈部的仿人逼真度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有机器人颈部运动拟人逼真度差的缺点，提出一种仿人颈部运动机构，是一种能够逼真的模仿人类颈椎，实现低头、仰头，以及左右侧屈的仿人颈部运动机构。

为达到上述的目的，本发明的构思是：人类颈椎由七块颈椎骨组成，颈椎骨之间都夹有一个椎间盘，通过用七层颈椎节来模拟人类颈椎骨，用球铰链模拟人类椎间盘，颈椎节间通过球铰链以及三根弹簧相连接，顶层颈椎节由固定在底座上的电机通过三根钢丝牵引，并且带动中间六层颈椎节，从而实现所需的低头、仰头，左右侧屈等颈部运动。

根据上述构思，本发明采用如下技术方案：

一种仿人颈部运动机构，包括底座模块、中间颈椎节模块组和顶层颈椎节模块；所述底座模块包括底座、三个电机、三个卷筒和三根钢丝以及若干螺钉；所述电机通过螺钉紧固在底座上；三个卷筒通过过盈配合分别固定在三个电机输出轴上；每根钢丝一端分别固定在每个卷筒上，随着电机转动缠绕进卷筒中；所述中间颈椎节模块组由多层中间颈椎节组成，每层中间颈椎节包括中间层颈椎盘、三根弹簧、杆端和关节轴承；所述杆端焊接在中间层颈椎盘上，两层中间颈椎节之间通过杆端和关节轴承形成球面副连接，并且通过焊接的弹簧相互连接；所述顶层颈椎节模块包括顶层颈椎盘、三根弹簧、杆端和钢丝固定装置；所述的顶层颈椎节模块与中间颈椎节之间通过杆端和关节轴承形成球面副连接，并且通过焊接的弹簧相互连接；顶层颈椎盘上的钢丝固定装置与底座模块的钢丝的另一端连接。

所述的钢丝固定装置为：固定支架通过螺栓紧固在顶层颈椎盘上；钢丝穿过穿孔螺栓并通过螺母紧固。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

模拟人类颈椎，增强仿人机器人的拟人效果；结构简单紧凑，工艺性好，且六层中间颈椎节具有相同的结构，可根据特定需要进行增减，构造不同长度的颈部。

附图说明

图1是本机构的总体设计示意图。

图2是本机构实现点头运动示意图。

图3为底座模块、中间颈椎节模块组和顶层颈椎节模块拆分图。

图4是底座模块示意图。

图5是单个中间颈椎节模块示意图。

图6是顶层颈椎节模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图5所示，一种仿人颈部运动机构，包括底座模块1、中间颈椎节模块组2和顶层颈椎节模块3；所述底座模块1包括底座4、三个电机5、三个卷筒6和三根钢丝7以及若干螺钉8；所述电机5通过螺钉8紧固在底座4上；三个卷筒6通过过盈配合分别固定在三个电机5输出轴上；每根钢丝7一端分别固定在每个卷筒6上，随着电机5转动缠绕进卷筒6中；所述中间颈椎节模块组2由多层中间颈椎节9组成，每层中间颈椎节9包括中间层颈椎盘10、三根弹簧11、杆端12和关节轴承13；所述杆端12焊接在中间层颈椎盘10上，两层中间颈椎节9之间通过杆端12和关节轴承13形成球面副连接，并且通过焊接的弹簧11相互连接；所述顶层颈椎节模块3包括顶层颈椎盘14、三根弹簧11、杆端12和钢丝固定装置15；所述的顶层颈椎节模块3与中间颈椎节9之间通过杆端12和关节轴承13形成球面副连接，并且通过焊接的弹簧11相互连接；顶层颈椎盘14上的钢丝固定装置15与底座模块1的钢丝7的另一端连接。

如图1、图2、图6所示，所述的钢丝固定装置15为：固定支架16通过螺栓17紧固在顶层颈椎盘14上；钢丝7穿过穿孔螺栓18并通过螺母19紧固，从而钢丝7两端连接了底座模块1和顶层颈椎节模块3。

本发明工作原理：硬件平台搭建完成后，利用单片机应用系统及直流电机驱动电路板，编制控制程序，控制直流电机的启停，正传，反转，通过直流电机PWM调速控制，再利用钢丝牵引顶层颈椎节模块3，三个电机5协同工作，从而实现机器人低头、仰头，左右侧屈等颈部运动，如图2所示。