腰部机构是轮式移动宜人机器人的一个组成部 分。轮式移动宜人机器人(如图1所示)由移动平台、 腰部、双臂、躯干及头部组成，共23自由度，整体 结构包括电源系统、机械系统、控制系统和传感系 统。其中，采用国家863课题完成的、技术相对成 熟的正交轮式移动机器人作为移动支撑平台，实现 了运动灵活性。正交轮式移动机器人是一种具有完 整约束的全方位移动机器人，具有横向、纵向移动 和回转3自由度。轮式移动宜人机器人的手臂采用 7自由度冗余串联机构形式，包括3自由度的肩部 关节、1自由度的肘部关节和3自由度的腕部关节。 躯干下端连接腰部，上端支撑头部及双臂，躯干在 靠近头部的一端有回转、俯仰2个自由度，起颈部 的作用，头部内装有机器人的视觉系统。机器人上 身质量为：头部5 kg,躯干10 kg,双臂46 kg。机器人腰部机构设计要求：①具有与人体腰部相 近的基本自由度和灵活工作空间。②在实现良好的灵活度的同时提高关节的承载能力、运动精度和动 态性能。③具有人体腰部的柔顺性，实现仿人机器 人上身与下肢间的运动调节。腰部的运动参数为： 前倾60°,后仰5°,左右侧倾30°,运动速度0。2 rad/s, 加速度0。1 rad/s2。根据上述运动参数计算出腰部 最大前倾力矩约450 N • m,最大侧倾力矩约200 N • m。轮式移动宜人机器人腰部机构本质上是串联机 构并联驱动方式。与采用串联驱动方式的腰部机构 相比，此仿人机器人腰部机构(如图4所示)在改善 机器人动态性能方面具有显著特点：①此机构中两 个方向的驱动电动机和传动链都布置在下板上，降 低了腰部的高度，从而降低了仿人机器人的重心， 提高了系统的运动稳定性。②此机构的两个驱动电 动机采用并联布置，避开了关节和运动件，这样不 仅减少了电动机的负载，同时，也改善了关节的动 态特性，提髙了腰部的运动精度。③采用两个差动 轮系封闭传动方式，其中的加法器具有双电动机驱 动单方向运动的特点，大大降低了选用电动机的功 率，减少了仿人机器人的电源消耗。④采用柔索驱 动仿人机器人腰部的俯仰运动，使仿人机器人腰部 具有柔性，柔索驱动方式可以通过引入非线性变刚度结构单元实现仿人机器人腰部的刚度控制，从而 提高了系统的柔顺性和抗干扰能力，使仿人机器人 在与人协作时更加安全。⑤采用连杆支撑和驱动， 满足了仿人机器人腰部运动范围大。71923

参考资料

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