本發(fā)明公開了一種單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構，該結構由電機(1)、機架(2)、電機齒輪(3)、第一齒輪(4)、第二齒輪(4’)、十字形交叉軸(5)、第一角位移傳感器(6)、第二角位移傳感器(6’)、第一磁流變體阻尼器(7)、第二磁流變體阻尼器(7’)和執(zhí)行部件(8)構成。 利用本發(fā)明，通過對兩個軸端可控磁流變體阻尼器輸出阻尼力矩的控制，實現(xiàn)了單電機對兩個自由度運動的控制。 1、一種單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構，其特征在于，該結構由電機(1)、機架(2)、電機齒輪(3)、第一齒輪(4)、第二齒輪(4，)、十字形交叉軸(5)、第一角位移傳感器(6)、第二角位移傳感器(6’)、第一磁流變體阻尼器(7)、第二磁流變體阻尼器(7’)和執(zhí)行部件(8)構成；其中，機架(2)與執(zhí)行部件(8)通過十字形交叉軸(5)相聯(lián)接，機架(2)與該十字形交叉軸(5)的第一條軸通過軸承相聯(lián)接，執(zhí)行部件(8)與該十字形交叉軸(5)的第二條軸通過軸承相聯(lián)接；電機(1)固定安裝于機架(2)上，電機齒輪(3)與電機(1)的輸出轉軸固定聯(lián)接，電機齒輪(3)所在平面平行于所述十字形交叉軸(5)的第一條軸，電機齒輪(3)的軸線延長線通過十字形交叉軸(5)的中心點；第一齒輪(4)與所述十字形交叉軸(5)的第一條軸以軸承相聯(lián)接，第二齒輪(4’)與所述執(zhí)行部件(8)為固定聯(lián)接，使電機齒輪(3)與第一齒輪(4)相嚙合，且第一齒輪(4)與第二齒輪(4’)相嚙合；所述十字形交叉軸(5)的第一條軸的兩端分別安裝有第一角位移傳感器(6)和第一磁流變體阻尼器(7)，所述十字形交叉軸(5)的第二條軸的兩端分別安裝有第二角位移傳感器(6’)和第二磁流變體阻尼器(7’)。 2、根據(jù)權利要求1所述的單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構，其特征在于，所述第一齒輪(4)與十字形交叉軸(5)以軸承方式相聯(lián)接，該兩自由度關節(jié)繞第一軸線的輸出運動并不同于第一齒輪(4)繞十字形交叉軸(5)第一條軸的運動。 3、根據(jù)權利要求1所述的單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構，其特征在于，所述第二齒輪(4’)與執(zhí)行部件(8)為固定聯(lián)接，該兩自由度關節(jié)繞第二軸線的輸出運動相同于第二齒輪(4’)繞十字形交叉軸第二條軸的運動。 4、根據(jù)權利要求1所述的單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構，其特 征在于，所述第一角位移傳感器(6)用于反映該兩自由度關節(jié)繞第一軸線的轉角，所述第二角位移傳感器(6’)用于反映該兩自由度關節(jié)繞第二軸線的轉角，角位移傳感器(6)和(6’)用于對兩自由度關節(jié)運動的反饋控制。 5、根據(jù)權利要求1所述的單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構，其特征在于，所述第一磁流變阻尼器固定聯(lián)接于所述機架(2)上，所述第二磁流變阻尼器固定聯(lián)接于執(zhí)行部件(8)上，通過對兩個軸端阻尼器輸出阻尼的控制，實現(xiàn)單電機對兩個自由度的可控驅動。 6、根據(jù)權利要求l所述的單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構，其特征在于，所述執(zhí)行部件(8)繞所述十字形交叉軸(5)的兩條軸所在直線的運動是這樣形成的：執(zhí)行部件(8)、第二齒輪(4’)以及十字形交叉軸(5)整體繞第一軸線轉動，執(zhí)行部件(8)和第二齒輪(4’)繞第二軸線轉動。 單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構技術領域本發(fā)明涉及仿生機器人技術領域，尤其涉及一種應用于仿生機器人的單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構。 背景技術兩自由度關節(jié)指具有兩個軸線垂直相交自由度的關節(jié)，這種關節(jié)的原型在人體和動物體上普遍存在，研制兩自由度關節(jié)對各種仿生機器人具有一定的意義。 在自然界，具有2至3個軸線垂直相交自由度的關節(jié)在各種動物體上極為常見，比如人體和其他行走類動物的頸關節(jié)、腕關節(jié)、踝關節(jié)、指根關節(jié)、腰關節(jié)，螃蟹和其他爬行類動物的腿根關節(jié)等。因此，對于各種仿生機器人，如何制作具有軸線相交自由度的關節(jié)是需要解決的問題之一。 一般情況下，2至3自由度關節(jié)的驅動都是采用的全驅動方式，即驅動電機數(shù)與關節(jié)的自由度數(shù)是相等的，這樣常常會給電機的布置帶來麻煩。如果能實現(xiàn)單電機驅動的兩自由度關節(jié)，可以一定程度上方便機器人的設計。 發(fā)明內(nèi)容(一)要解決的技術問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構，以實現(xiàn)單電機對兩個自由度運動的控制。 (二)技術方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構，該結構由電機1、機架2、電機齒輪3、第一齒輪4、第二齒輪4’、 十字形交叉軸5、第一角位移傳感器6、第二角位移傳感器6’、第一磁流變體阻尼器7、第二磁流變體阻尼器7’和執(zhí)行部件8構成；其中，機架(2)與執(zhí)行部件(8)通過十字形交叉軸(5)相聯(lián)接，機架(2)與該十字形交叉軸(5)的第一條軸通過軸承相聯(lián)接，執(zhí)行部件(8)與該十字形交叉軸(5)的第二條軸也通過軸承相聯(lián)接；電機(1)固定安裝于機架(2)上，電機齒輪(3)與電機(1)的輸出轉軸固定聯(lián)接，該電機齒輪(3)所在平面平行于所述十字形交叉軸(5)的第一條軸，電機齒輪(3)的軸線延長線通過十字形交叉軸(5)的中心點；第一齒輪(4)與所述十字形交叉軸(5)的第一條軸以軸承相聯(lián)接，第二齒輪(4’)與所述執(zhí)行部件(8)為固定聯(lián)接，使電機齒輪(3)與第一齒輪(4)相嚙合，且第一齒輪(4)與第二齒輪(4’)相嚙合；所述十字形交叉軸(5)的第一條軸的兩端分別安裝有第一角位移傳感器(6)和第一磁流變體阻尼器(7)，所述十字形交叉軸(5)的第二條軸的兩端分別安裝有第二角位移傳感器(6’)和第二磁流變體阻尼器(7’)。 優(yōu)選地，所述第一齒輪(4)與十字形交叉軸(5)以軸承方式相聯(lián)接，該兩自由度關節(jié)繞第一軸線的輸出運動并不同于第一齒輪(4)繞十字形交叉軸(5)第一條軸的運動。 優(yōu)選地，所述第二齒輪(4’)與執(zhí)行部件(8)為固定聯(lián)接，該兩自由度關節(jié)繞第二軸線的輸出運動相同于第二齒輪(4’)繞十字形交叉軸第二條軸的運動。 優(yōu)選地，所述第一角位移傳感器(6)用于反映該兩自由度關節(jié)繞第一軸線的轉角，所述第二角位移傳感器(6’)用于反映該兩自由度關節(jié)繞第二軸線的轉角，角位移傳感器(6)和(6’)用于對兩自由度關節(jié)運動的反饋控制。 優(yōu)選地，所述第一磁流變阻尼器固定聯(lián)接于所述機架2上，所述第二磁流變阻尼器固定聯(lián)接于執(zhí)行部件8上，通過對兩個軸端阻尼器輸出阻尼的控制，實現(xiàn)單電機對兩個自由度的可控驅動。 優(yōu)選地，所述執(zhí)行部件8繞所述十字形交叉軸5的兩條軸所在直 線的運動是這樣形成的：執(zhí)行部件8、第二齒輪4’以及十字形交叉軸5整體繞第一軸線轉動，執(zhí)行部件8和第二齒輪4’繞第二軸線轉動。 (三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果： 1、本發(fā)明提供的這種單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構，通過對兩個軸端磁流變阻尼器輸出阻尼力矩的控制，實現(xiàn)了單電機對兩個自由度運動的控制。 2、本發(fā)明提供的這種單電機驅動的兩自由度關節(jié)結構，由1個電機通過錐齒輪系驅動2個自由度，關節(jié)的輸入驅動少于自由度數(shù)目，屬于欠驅動系統(tǒng)，可以一定程度上提高電機的驅動效率。 附圖說明圖1為本發(fā)明提供的單電機驅動的兩自由度關節(jié)的結構示意圖；圖2為本發(fā)明提供的單電機驅動的兩自由度關節(jié)的原理圖；圖3為本發(fā)明提供的單電機驅動的兩自由度關節(jié)四種等效工作狀態(tài)的示意圖；圖1和圖2中，1為電機，2為機架，3為電機齒輪，4為第一齒輪，4‘為第二齒輪，5為十字形交叉軸，6為第一角位移傳感器，6’為第二角位移傳感器，7為第一磁流變體阻尼器，7’為第二磁流變體阻尼器，8為執(zhí)行部件。 具體實施方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。 如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的單電機驅動的兩自由度關節(jié)的結構示意圖，該結構由電機1、機架2、電機齒輪3、第一齒輪4、第二齒輪4’、十字形交叉軸5、第一角位移傳感器6、第二角位移傳感器6’、第一磁流變體阻尼器7、第二磁流變體阻尼器7’和執(zhí)行部件8構成。 其中，機架2與執(zhí)行部件8通過十字形交叉軸5相聯(lián)接，機架2 與該十字形交叉軸5的第一條軸通過軸承相聯(lián)接，執(zhí)行部件8與該十字形交叉軸5的第二條軸也通過軸承相聯(lián)接；電機1固定安裝于機架2上，電機齒輪3與電機1的輸出轉軸固定聯(lián)接，該電機齒輪3所在平面平行于所述十字形交叉軸5的第一條軸，電機齒輪3的軸線延長線通過十字形交叉軸5的中心點；第一齒輪4與所述十字形交叉軸5的第一條軸以軸承相聯(lián)接，第二齒輪4’與所述執(zhí)行部件8為固定聯(lián)接，使電機齒輪3與第一齒輪4相嚙合，且第一齒輪4與第二齒輪4’相嚙合；所述十字形交叉軸5的第一條軸的兩端分別安裝有第一角位移傳感器6和第一磁流變體阻尼器7，所述十字形交叉軸5的第二條軸的兩端分別安裝有第二角位移傳感器6’和第二磁流變體阻尼器7’。 所述第一齒輪4與十字形交叉軸5以軸承方式相聯(lián)接，故該兩自由度關節(jié)繞第一軸線的輸出運動并不同于第一齒輪4繞十字形交叉軸5第一條軸的運動。 所述第二齒輪4’與執(zhí)行部件8為固定聯(lián)接，故該兩自由度關節(jié)繞第二軸線的輸出運動相同于第二齒輪4’繞十字形交叉軸第二條軸的運動。 所述第一角位移傳感器6用于反映該兩自由度關節(jié)繞第一軸線的轉角，所述第二角位移傳感器6’用于反映該兩自由度關節(jié)繞第二軸線的轉角，角位移傳感器6和6’用于對兩自由度關節(jié)運動的反饋控制。 所述第一磁流變阻尼器固定聯(lián)接于所述機架2上，所述第二磁流變阻尼器固定聯(lián)接于執(zhí)行部件8上，通過對兩個軸端阻尼器輸出阻尼的控制，實現(xiàn)單電機對兩個自由度的可控驅動。 所述執(zhí)行部件8繞所述十字形交叉軸5的兩條軸所在直線的運動是這樣形成的：執(zhí)行部件8、第二齒輪4’以及十字形交叉軸5整體繞第一軸線轉動，執(zhí)行部件8和第二齒輪4’繞第二軸線轉動。 單電機驅動的兩自由度關節(jié)的原理設計如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的單電機驅動的兩自由度關節(jié)的原理圖。機架與執(zhí)行部件通過十字形交叉軸相聯(lián)接。十字形交叉軸的兩個垂直相交軸分別為第一條 軸、第二條軸，第一條軸、第二條軸分別以軸承安裝在機架和執(zhí)行部件上。電機固定安裝于機架上，第一齒輪則以軸承與第一條軸相聯(lián)接，電機齒輪與第一齒輪有傳動配合，假設傳動比為fln。第二齒輪與執(zhí)行部件為一體，第一齒輪、第二齒輪之間具有傳動配合，假設傳動比為k。 第一條軸、第二條軸各有兩個軸端，分別安裝有角位移傳感器和磁流變體阻尼器：第一角位移傳感器反映整個十字形交叉軸繞第一條軸的轉角，第二角位移傳感器反映執(zhí)行部件繞第二條軸的轉角；第一阻尼器和第二阻尼器分別固聯(lián)在機架和執(zhí)行部件上。通過對兩個軸端阻尼器輸出阻尼的控制，實現(xiàn)單電機對兩個自由度的可控驅動。這樣，執(zhí)行部件繞第一條軸、第二條軸的運動是這樣形成的：執(zhí)行部件與第二齒輪及十字形交叉軸整體繞第一條軸的轉動，執(zhí)行部件與第二齒輪繞第二條軸的轉動。 單電機驅動的兩自由度關節(jié)從原理上可以等效為如圖3所示行星輪系，圖3為本發(fā)明提供的單電機驅動的兩自由度關節(jié)四種等效工作狀態(tài)的示意圖。電機齒輪等效于齒輪a，與機架構成轉動幅；第一齒輪等效于齒輪b，與機架構成轉動幅；第二齒輪及與其固定聯(lián)接的執(zhí)行部件等效于齒輪c；十字交叉軸等效于系桿，兩端分別與齒輪b、c構成轉動幅。等效機構的兩個自由度運動分別從系桿和齒輪c輸出。 如圖3(I)，當原關節(jié)的兩個阻尼器均完全放松時，相當于系桿和齒輪c均可以運動，但運動傳遞關系不確定。 如圖3(II)，當?shù)谝蛔枘崞鞣潘桑诙枘崞髦苿訒r，相當于將系桿與齒輪固定聯(lián)接起來。 如圖3(III)，當?shù)诙枘崞鞣潘桑谝蛔枘崞髦苿訒r，相當齒輪c與機架構成轉動幅。 如圖3(IV)，當?shù)谝蛔枘崞骱?均制動時，機構將被鎖死而不能 說明書第6／6頁運動。 可見在兩個阻尼器中的其中一個完全制動的情況下，系統(tǒng)的運動輸出可以是確定的，由某一個自由度獨立輸出運動。如果對兩個阻尼器同時進行阻尼力矩控制，可以實現(xiàn)兩個自由度的同時運動，保證關節(jié)轉角在任意方向運動的連續(xù)。 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
