CN105108733B - 机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人,包括第一外壳、第二外壳、连接杆、第一旋转结构、第二旋转结构、第三旋转结构。第一旋转结构用于支撑连接杆、第二旋转结构及第三旋转结构，并用于驱动连接杆、第二旋转结构及第三旋转结构向第一方向转动，第二旋转结构用于驱动连接杆向第二方向转动，第三旋转结构用于使得外壳相对于连接杆向第三方向转动。上述机器人通过连接杆来实现机器人头部运动，其运动结构简单，能实现类似于真人脖子的运动效果，提高了机器人整体的美观性。

Description

机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种类真人脖子运动的家庭服务机器人。

背景技术

随着机器人技术的发展和人工智能研究的不断深入，智能机器人在人类生活中扮演越来越重要的角色。现有的机器人要实现低头、抬头、歪头、转头等动作，常见的脖子运动机构有如JIBO机器人的三个斜自由度的组合运动，有如小优机器人的两个自由度的组合运动，有如BUDDY机器人的组合运动,这些脖子实现上述动作的效果要么是脖子要缩进去，要么脖子设计的很长，该些机器人头部运动起来跟真人脖子运动方式存在差异，视觉体验不够美观。因此，急需一种改进型的机器人来克服上述缺陷。

发明内容

本发明实施例提供了一种机器人，其能实现类真人脖子运动效果。

本发明实施例提供一种机器人，包括第一外壳、第二外壳、连接杆、第一旋转结构、第二旋转结构、第三旋转结构，所述连接杆的一端连接于所述第一旋转结构与所述第二旋转结构，所述连接杆的另一端连接于所述第三旋转结构，所述第一旋转结构用于支撑所述连接杆、所述第二旋转结构及所述第三旋转结构，用于驱动所述连接杆、所述第二旋转结构及所述第三旋转结构向第一方向转动，所述第二旋转结构用于驱动所述连接杆向第二方向转动，所述第三旋转结构用于使得所述第一外壳相对于所述连接杆向第三方向转动；

所述第一方向所在的平面与所述第二方向所在的平面垂直，所述第三方向所在的平面与所述连接杆垂直。

优选地，所述连接杆为具有弯轴结构的连接轴。

优选地，所述第一旋转结构包括底座、第一齿轮、第二齿轮、第一电机及支架，所述第一齿轮设置于所述底座上，所述支架设置于所述第一齿轮的上方，所述支架与所述连接杆可转动地连接，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合连接，所述支架用于支撑所述连接杆、所述第二旋转结构及所述第三旋转结构，所述第一电机用于通过所述第一齿轮、所述第二齿轮来驱动所述支架向第一方向转动。

优选地，所述连接杆包括横杆、第一L型部、第二L型部、竖直部，所述横杆可转动地连接于所述支架上，所述竖直部的两端分别连接所述第一L型部及所述第二L型部，所述第二L型部可转动地连接于所述第三旋转结构。

优选地，所述第二旋转结构包括第二电机、第三齿轮及第四齿轮，所述第二电机设置于所述支架上，所述第三齿轮与所述第四齿轮啮合连接，所述第四齿轮与所述连接杆固定连接，所述第二电机用于通过所述第三齿轮、第四齿轮来驱动所述连接杆向第二方向转动。

优选地，所述第四齿轮为扇形结构的不完全齿轮。

优选地，所述第三旋转结构包括第三电机，所述第三电机固定连接于所述第一外壳，所述第三电机可转动地与所述连接杆连接，所述第三电机用于使得所述第一外壳相对于所述连接杆向第三方向转动。

优选地，所述第一外壳设置有第一通孔，所述第二外壳设置有第二通孔，所述连接杆穿过所述第一通孔与所述第二通孔，所述连接杆的一端位于所述第一外壳内，所述连接杆的另一端位于所述第二外壳内。

优选地，所述第一通孔与所述第二通孔的形状相同，所述第一外壳上还设置有曲面凹槽，所述曲面凹槽用于部分收容所述第二外壳，以在所述第一外壳相对所述第二外壳运动时遮盖所述第二通孔。

优选地，所述第一外壳、所述第二外壳的相交部与所述连接杆的一端形成第一夹角，所述连接杆的活动角度小于所述第一夹角的三分之一。

上述机器人通过弯轴结构的连接杆，实现在较小的运动领口中做到较大角度的摆动，同时由于领口较小，进一步使得机器人头部在任何运动达到极限后都能完全遮住领口，提高了机器人整体的美观性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施方式中机器人的整体结构示意图；

图2是本发明一实施方式中机器人的内部结构示意图；

图3是本发明一实施方式中连接杆的结构示意图；

图4是本发明一实施方式中第一外壳、第二外壳上通孔的结构示意图；

图5是本发明一实施方式中机器人在低头状态下的示意图。

图6是本发明一实施方式中机器人在抬头状态下的示意图。

图7是本发明一实施方式中机器人在右歪脖状态下的示意图。

图8是本发明一实施方式中机器人在左歪脖状态下的示意图。

图9是本发明一实施方式中连接杆的活动角度示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明一实施方式中机器人的内部结构示意图。在本实施方式中，机器人100包括连接杆1、第一旋转结构2、第二旋转结构3、第三旋转结构4、第一外壳5及第二外壳6。连接杆1的一端连接于第一旋转结构2与第二旋转结构3，连接杆1的另一端连接于第三旋转结构4。第三旋转结构4还连接于第一外壳5。第一旋转结构2用于支撑连接杆1、第二旋转结构3及第三旋转结构4，第一旋转结构2驱动连接杆1、第二旋转结构3及第三旋转结构4向第一方向转动，第二旋转结构3用于驱动连接杆1向第二方向转动，第三旋转结构4用于使得第一外壳5相对于连接杆1向第三方向转动。在本实施方式中，连接杆1与第一旋转结构2固定连接，连接杆1与第二旋转结构3活动连接，连接杆1与第三旋转结构4活动连接。

在本发明一实施方式中，第一外壳5为机器人100的头部，第二外壳6为机器人100的身体，第一外壳5可以相对第二外壳6做相对运动，如低头、抬头、歪头、转头等动作。在本实施方式中，机器人100所做的第一方向转动、第二方向转动、第三方向转动为第一外壳5相对于第二外壳6分别做出的第一方向转动、第二方向转动、第三方向转动，从而使得机器人100的头部可以实现低头、抬头、歪头、转头等动作。在具体进行低头、抬头、歪头、转头等动作时，机器人100可以通过结合第一方向转动、第二方向转动、第三方向转动的一个或者多个来实现该些动作。例如，第一方向的转动可以用来实现机器人100转头动作，第二方向可以用来实现机器人100低头及抬头动作，结合第一方向、第二方向、第三方向的转动可以用来实现机器人100的歪头动作。需要说明的是，机器人100的头部来实现低头、抬头、歪头、转头等动作可以根据实际的结构来选择依据第一方向转动、第二方向转动、第三方向转动的一个或者多个来实现。

请参阅图2、图3及图4，在本发明一实施方式中，第一旋转结构2包括底座21、第一齿轮22、第二齿轮23、第一电机24及支架25，第一齿轮22设置于底座22上，支架25设置于第一齿轮22的上方，支架25与连接杆1可转动地连接，连接杆1可相对支架25进行转动，第二齿轮25与第一齿轮22啮合连接，支架25用于支撑连接杆1、第二旋转结构3及第三旋转结构4，第一电机24用于通过第一齿轮22、第二齿轮23来驱动支架25向第一方向转动。具体的，底座21固定设置在第二外壳6中，第一齿轮22固定设置在底座21上，第一电机24固定设置在支架25上，第二齿轮23分别与第一电机24的转轴及第一齿轮22啮合，当第一电机24工作时，第一电机24的转轴带动第二齿轮23相对于第一齿轮22转动，从而使得支架25可以相对底座21旋转运动，进而带动第一外壳5旋转运动，该旋转运动方向为第一方向。在本发明的其他实施方式中，第一旋转结构2也可以通过同步带轮的方式来实现驱动支架25旋转。

在本发明一实施方式中，连接杆1为具有弯轴结构的连接轴，用于连接第一外壳5与第二外壳6。在一实施方式中，连接杆1包括横杆11、第一L型部12、第二L型部13、竖直部14，横杆11可转动地连接于支架25上，从而使得当支架25运动时，连接杆1随着支架25的运动而运动，在支架25不运动时，也可相对支架25进行转动，竖直部14的两端分别连接第一L型部12及第二L型部13，第二L型部13可转动地连接于第三旋转结构4。在本实施方式中，第一外壳5与第二外壳6旋转连接是通过连接杆1来实现的。第一外壳5上设置有第一通孔51及曲面凹槽52，第二外壳6包括底部与颈部，其颈部设置有第二通孔61，连接杆1穿过第一通孔51与第二通孔61，第二外壳6的颈部部分收容于曲面凹槽52，其中连接杆1的一端位于第一外壳5内，连接杆1的另一端位于第二外壳6内。在本实施方式中，机器人100抬头、低头的最大幅度优选均为30度，机器人100左歪头、右歪头的最大幅度优选为25度，由于摆动幅度越大，第一通孔、第二通孔的孔径的大小也需要更大，相应地为了能在转动时曲面凹槽52能完全遮盖第二通孔61，曲面凹槽52也需要更大，而在实际设计时，考虑机器人100的大小及美观，第一通孔51、第二通孔52及曲面凹槽52的大小均有限制，连接杆通过第一L型部12及第二L型部13构成的弯轴设计使得在较小的通孔内实现机器人100的头部较大幅度的摆动。机器人100利用连接杆1的第一L型部12及第二L型部13构成的弯轴来在有限度大小的第一通孔、第二通孔内提高其低头、抬头、歪头、转头的幅度，实现了领口小运动幅度大的效果，使得机器人头部在任何运动达到极限后都能完全遮住领口，提高了美观性。在本发明的其他实施方式中，连接杆1也可以使用具有一定弧度的弯管或者其他可以实现在较小孔径实现较大范围转动的结构。

第二旋转结构3包括第二电机31、第三齿轮32及第四齿轮33，第二电机31设置在支架25上，第三齿轮32与第二电机31的转轴及第四齿轮33啮合连接，第四齿轮33与连接杆1的横杆11固定连接，第二电机31通过第三齿轮32、第四齿轮33来驱动连接杆1向第二方向转动。在本实施方式中，第二方向转动为连接杆1相对于底座21上下运动，第二方向所在的平面与第一方向所在的平面垂直，由于机器人100的头部抬头低头角度有限，第四齿轮33优选为扇形结构的不完全齿轮。在本发明的其他实施方式中，第二旋转结构3也可以通过同步带轮的方式来实现旋转驱动。

第三旋转结构4包括第三电机41，第三电机41固定连接于第一外壳5，第三电机41的转轴可转动地与连接杆1的第二L型部13连接，具体可以在第二L型部13上设置一凹孔来与第三电机41的转轴配接。第三电机41用于使得第一外壳5可相对于连接杆1向第三方向转动。第三方向所在的平面随着第二方向转动的角度的变化而变化。在发明的其他实施方式中，第三旋转结构也可以通过齿轮啮合或者同步带齿轮来实现旋转驱动。

在本发明一实施方式中，第一电机24、第二电机31及第三电机41优选为步进电机。当然也可以是其他类型的电机，在此并不限制电机的种类。

举例而言，如图5所示的机器人100，当机器人100需要完成低头动作时，通过控制第二电机31的正向转动来带动连接杆1向下摆动，从而实现机器人100完成低头动作，机器人100低头的幅度可以通过控制第二电机的转轴转动圈数来调节。由于连接杆1是弯轴设计，此时若机器人100直接从当前低头状态变成抬头状态，在抬头过程中，连接杆1会抵靠在第二外壳6上，会限制抬头幅度，为了实现机器人100的抬头动作，第一电机24需要驱动支架25旋转180度，此时第一外壳5亦被带动旋转180度，为了保证在低头与抬头切换过程中第一外壳5的朝向不变，第三电机41亦需同时反方向驱动第一外壳5旋转180度，通过上述操作使得连接杆1旋转了180度且第一外壳5的朝向不改变，此时机器人100状态如图6所示，在抬头过程中，连接杆1不会抵靠在第二外壳6，通过控制第二电机31的反向转动来带动连接杆1向上摆动，从而实现机器人100完成抬头动作，机器人100抬头的幅度可以通过控制第二电机31的转轴转动圈数来调节。

如图7所示的机器人100，当机器人100需要完成右歪脖动作时，通过控制第一电机24驱动支架25顺时针旋转90度，而此时为了保证第一外壳的朝向不变，第三电机41亦需同时反方向驱动第一外壳5旋转90度，此时再通过第二电机31的正向转动来带动连接杆1摆动，从而实现机器人100完成右歪脖动作，机器人100右歪脖的幅度可以通过控制第二电机的转轴转动圈数来调节。同样由于连接杆1是弯轴设计，此时若机器人100直接从当前右歪脖状态变成左歪脖状态，在左歪脖过程中，连接杆1会抵靠在第二外壳6上，会限制左歪脖幅度，为了实现机器人100的左歪脖动作，第一电机42需要驱动支架25旋转180度，此时第一外壳5亦被带动旋转180度，为了保证在右歪脖与左歪脖切换过程中第一外壳5的朝向不变，第三电机41亦需同时反方向驱动第一外壳旋转180度，通过上述操作使得连接杆1旋转了180度且第一外壳5的朝向不改变，此时机器人100状态如图8所示，在左歪脖过程中，连接杆1不会抵靠在第二外壳6，通过控制第二电机31的反向转动来带动连接杆1摆动，从而实现机器人100完成左歪脖动作，机器人100左歪脖的幅度可以通过控制第二电机31的转轴转动圈数来调节。

当机器人100需要完成转头动作时，通过控制第一电机24驱动支架25旋转即可，机器人100的转头幅度可以通过控制第一电机24的转轴转动圈数来调节。

如图9所示，为了使得机器人头部在转动时，第一外壳5能完全遮盖第二外壳6上的第二通孔61(领口)，第一外壳5、第二外壳6的相交部与连接杆的另一端形成第一夹角b，连接杆1的活动角a小于第一夹角b的三分之一。

上述机器人通过弯轴结构的连接杆，实现在较小的运动领口中做到较大角度的摆动，同时由于领口较小，进一步使得机器人头部在任何运动达到极限后都能完全遮住领口，提高了机器人整体的美观性。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种机器人，包括第一外壳及第二外壳，其特征在于，所述机器人还包括连接杆、第一旋转结构、第二旋转结构、第三旋转结构，所述连接杆的一端连接于所述第一旋转结构与所述第二旋转结构，所述连接杆的另一端连接于所述第三旋转结构，所述第一旋转结构用于支撑所述连接杆、所述第二旋转结构及所述第三旋转结构，用于驱动所述连接杆、所述第二旋转结构及所述第三旋转结构向第一方向转动，所述第二旋转结构用于驱动所述连接杆向第二方向转动，所述第三旋转结构用于使得所述第一外壳相对于所述连接杆向第三方向转动；

所述第一方向所在的平面与所述第二方向所在的平面垂直，所述第三方向所在的平面与所述连接杆垂直。

2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述连接杆为具有弯轴结构的连接轴。

3.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述第一旋转结构包括底座、第一齿轮、第二齿轮、第一电机及支架，所述第一齿轮设置于所述底座上，所述支架设置于所述第一齿轮的上方，所述支架与所述连接杆可转动地连接，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合连接，所述支架用于支撑所述连接杆、所述第二旋转结构及所述第三旋转结构，所述第一电机用于通过所述第一齿轮、所述第二齿轮来驱动所述支架向第一方向转动。

4.如权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述连接杆包括横杆、第一L型部、第二L型部、竖直部，所述横杆可转动地连接于所述支架上，所述竖直部的两端分别连接所述第一L型部及所述第二L型部，所述第二L型部可转动地连接于所述第三旋转结构。

5.如权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述第二旋转结构包括第二电机、第三齿轮及第四齿轮，所述第二电机设置于所述支架上，所述第三齿轮与所述第四齿轮啮合连接，所述第四齿轮与所述连接杆固定连接，所述第二电机用于通过所述第三齿轮、第四齿轮来驱动所述连接杆向第二方向转动。

6.如权利要求5所述的机器人，其特征在于，所述第四齿轮为扇形结构的不完全齿轮。

7.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述第三旋转结构包括第三电机，所述第三电机固定连接于所述第一外壳，所述第三电机可转动地与所述连接杆连接，所述第三电机用于使得所述第一外壳相对于所述连接杆向第三方向转动。

8.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述第一外壳设置有第一通孔，所述第二外壳设置有第二通孔，所述连接杆穿过所述第一通孔与所述第二通孔，所述连接杆的一端位于所述第一外壳内，所述连接杆的另一端位于所述第二外壳内。

9.如权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述第一通孔与所述第二通孔的形状相同，所述第一外壳上还设置有曲面凹槽，所述曲面凹槽用于部分收容所述第二外壳，以在所述第一外壳相对所述第二外壳运动时遮盖所述第二通孔。

10.如权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述第一外壳、所述第二外壳的相交部与所述连接杆的一端形成第一夹角，所述连接杆的活动角度小于所述第一夹角的三分之一。

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