[发明专利]十自由度机器人

说明书

技术领域

本发明涉及人形机器人技术领域，更具体地，涉及一种十自由度机器人。

背景技术

人形机器人，又称仿人机器人，是具有人形的机器人。1886年法国人利尔亚当将外表像人的机器起名为“安德罗丁”(android)，就是一种人形机器人。按照利尔亚当的描述，人形机器人由四部分组成：生命系统(平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情、调节运动等)；造型解质(关节能自由运动的金属覆盖体，一种盔甲)；肌肉(在上述盔甲上有肉体、静脉、性别等身体的各种形态)；人造皮肤(含有肤色、轮廓、头发、视觉、牙齿、手爪等)。上述四部分涵盖了人形机器人拟人化的四个方面。

在现阶段，已经出现了不同程度拟人化的人形机器人，也出现了多种多样、无穷变化的机器人。然而，经过在机器人领域的长期研究，申请人发现现有的人形机器人仍存在细化不足的问题，还不足以满足所有领域对人形机器人的需求。例如，在青少年教育领域，人形机器人可以作为一种教学用具，通过实物演示的方式传授有关机械、电子方面的科学知识，还可以以人形机器人为基础开设手工实习类的实操课程，教授人形机器人的工作原理和制作过程，通过该课程一方面可以普及科学知识，一方面能够锻炼学员的实际动手能力，实践证明这样的课程具有较好的社会接受度。然而现有的人形机器人缺少针对此目的设计的人形机器人，具体地，现有的人形机器人在成本、稳定性和灵活性方面缺少优化，导致其或者在成本方面、或者在稳定性方面、或者在灵活性方面存在缺陷。例如，市面上出售有十八自由度的机器人，其具有较高的灵活性，可以实现复杂的动作，然而为实现十八自由度，这种机器人无论在机械结构上还是电子电路上都有着非常复杂的设计，这导致成本较高，并不适宜作为教学用人形机器人使用。此外，也存在有结构简单的人形机器人，但是其无法实现动作编写，灵活性较差。

人形机器人的稳定性(例如行走稳定性)是实现复杂动作的基础，然而保证足够的力学稳定性却是人形机器人设计较难的课题，例如在国际机器人大赛这样高水平的比赛中，也经常见到机器人自行滑倒的场景，由此可见，高稳定性的机器人结构一直是人们所追求的目标。

综上所述，现有的人形机器人或者在成本控制方面有待提高，或者灵活性较差，或者缺乏足够的稳定性，缺少在成本、灵活性、稳定性方面的优化，不适用于教学应用领域。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种成本有效控制同时兼顾动作灵活性的十自由度机器人。

本发明的另一目的是提供一种稳定性改善的十自由度机器人。

本发明的再一目的是提供一种适于教学应用的十自由度机器人。

为实现上述目的，本发明提供了一种十自由度机器人，所述十自由度机器人包括：

头部；

左立臂和右立臂；

左手臂和右手臂；

左脚臂和右脚臂；以及

多个关节，所述多个关节为左手臂、右手臂、左脚臂和右脚臂提供活动自由度。

根据本发明的一个优选实施例，所述多个关节包括且仅包括十个关节，分别为右手臂肩关节、左手臂肩关节、右手臂腕关节、左手臂腕关节、右脚臂膝关节、左脚臂膝关节、右脚臂第一踝关节、左脚臂第一踝关节、右脚臂第二踝关节和左脚臂第二踝关节；

其中所述左手臂包括左上手臂和左下手臂，并且所述右手臂包括右上手臂和右下手臂；所述左脚臂包括左L形构件和左脚板，并且所述右脚臂包括右L形构件和右脚板；

所述右上手臂通过右手臂肩关节与右立臂的上端枢转连接，所述左上手臂通过左手臂肩关节与左立臂的上端枢转连接；所述右下手臂通过右手臂腕关节与右上手臂枢转连接，所述左下手臂通过左手臂腕关节与左上手臂枢转连接；所述右L形构件的上端通过右脚臂膝关节与右立臂的下端枢转连接，所述左L形构件的上端通过左脚臂膝关节与左立臂的下端枢转连接；所述右脚板通过右脚臂第一踝关节和右脚臂第二踝关节与右L形构件的下端枢转连接，以便为右脚板提供两个方向上的枢转自由度，所述左脚板通过左脚臂第一踝关节和左脚臂第二踝关节与左L形构件的下端枢转连接，以便为左脚板提供两个方向上的枢转自由度。

根据本发明的一个优选实施例，所述十自由度机器人呈左右对称结构，其中：

a-左手臂腕关节中心到机器人中心面的距离；

b-左手臂肩关节末端到机器人中心面的距离；

c-左手臂肩关节中心到左脚臂膝关节中心的距离；

d-左脚臂膝关节末端到机器人中心面的距离；

e-连接左脚臂膝关节与左脚臂踝关节的左L形构件的第一边长；

f-连接左脚臂膝关节与左脚臂踝关节的左L形构件的第二边长；