CN106181970B - 一种模特机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模特机器人，包括：肩膀动力装置、上臂、肘部动力装置和前臂，所述肩膀动力装置和肘部动力装置均采用直流电机和机械传动或者机械结构配合的运动方式，4/5的电机和机械装置隐藏安装于机器人上身壳体的胸腔内，利用了机器人的剩余空间，也给机器人手臂里的装置增大了安装空间，降低了机器人整体组装的困难度。肩膀动力装置和肘部动力装置的动力源均采用直流电机代替了传统机器人手臂的舵机，将机器人的生产成本降低至传统舵机机器人生产成本的2/5。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域，特别涉及服装展示用的模特机器人。
背景技术
目前服装店的服装展示模特一般使用静态模特，静态模特是静止的，不会动，服装展示效果差，因而，出现了动态模特机器人，但已有的动态模特机器人均是由舵机提供原动力，舵机价格贵导致模特机器人的生产成本高，且舵机的安装精度要求高，安装难度大，一般小型品牌的服装店负担不起舵机形式的模特机器人。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的模特机器人生产成本高与安装难度大的问题。
为实现上述目的，一种模特机器人，包括：
肩膀动力装置100、上臂200、肘部动力装置300和前臂400；所述肩膀动力装置100的动力来源是直流电机与机械传动配合的运动方式,所述肘部动力装置300的动力来源是直流电机与拉线轮配合的拉线运动方式。
所述肩膀动力装置100包括：
总框架101，所述总框架101是框架结构，固定安装于机器人上身的胸腔壳体内；
第一电机102，所述第一电机102固定安装于总框架101中；
第一连接轴103，所述第一连接轴103一端与第一电机102输出轴相连，另一端与总框架101的外边框相连；
第一齿轮104，所述第一齿轮104同轴心固定套在第一连接轴103上，跟随第一连接轴103一起转动；
第二齿轮105，所述第二齿轮105与第一齿轮104啮合，第二齿轮105中心有安装孔；
套筒106，所述套筒106的一端固定连接于第二齿轮105，且所述套筒106与第二齿轮105中心的安装孔同轴心安装；
肩膀骨架107，所述肩膀骨架107是一个L型的框架，包括活动连接的水平部分和竖直部分；所述肩膀骨架107与套筒106另一端固定连接；
第二电机108，所述第二电机108固定安装于总框架101中；
第二连接轴109，所述第二连接轴109前端与第二电机108输出轴相连，第二连接轴109的外径小于第二齿轮105的安装孔和套筒106的内径，所述第二连接轴109穿过第二齿轮105的安装孔和套筒106且与套筒106同轴心安装，第二连接轴109可以在套筒106内独立转动；
换向器110，所述换向器110与第二连接轴109末端相连，将第二连接轴的径向旋转运动转换为以与第二连接轴垂直方向为轴向的径向旋转运动，且所述换向器110固定安装于肩膀骨架107内。
进一步地，所述第一电机102位于第二电机108的正下方，使得所述第一齿轮104在竖直方向上与所述第二齿轮105啮合。
所述肘部动力装置300包括：
第四电机301，所述第四电机301固定安装于上臂200的内部，第四电机301的输出轴竖直向下；
第一关节302，所述第一关节302与第四电机301的输出轴固定连接；
第二关节303，所述第二关节303转动连接于第一关节302两侧；
第三电机304，所述第三电机304固定安装于总框架101；
拉线轮305，所述拉线轮305具有拉线轮轴，所述拉线轮轴的两侧穿过第一关节302的两侧并固定安装于第二关节303；
拉线306，所述拉线306一端与第三电机304的输出轴相配合，另一端固定连接在拉线轮305上。
进一步地，所述第三电机304与丝杆相连接，丝杆上设有滑块,滑块内部有与丝杆相配合的内螺纹，拉线306连接在滑块上。
进一步地，所述肘部动力装置300还包括：扭簧，扭簧的一端连接所述第一关节302，另一端连接所述第二关节303，所述拉线轮轴穿过扭簧的圈体部分。
所述上臂200是空心壳体，固定连接于肩膀骨架107的下部。
进一步地，所述换向器110为锥齿轮换向器。
所述前臂400是空心壳体，固定连接于第二关节303下部。
进一步地，所述肩膀动力装置100、上臂200、肘部动力装置300和前臂400的数量均为2个，左右对称地安装到机器人上身两侧，构成两条机器人手臂。
进一步地，所述模特机器人还包括控制装置，所述控制装置设置在机器人胸腔内，并控制所述肩膀动力装置100和所述肘部动力装置300中的电机；所述控制装置控制每条手臂单独运动或同时运动。
与现有技术相比，本技术方案具有如下优点：
本技术方案的模特机器人的机械臂的动力来源采用直流电机代替了舵机，可将生产成本降低至现有的使用舵机的模特机器人的2/5；动力装置采用机械传动的形式，将4/5的动力装置安装于机器人的上身胸腔内部，利用了机器人的空余空间，为机器人手臂里的装置增大了安装空间，降低了机器人整体组装的困难度；并且，使用8个直流电机，每只手臂具有4个自由度，两条手臂共8个自由度，采用简单的装置即可完全模仿人类手臂的各种姿势动作。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明一种模特机器人的结构示意图。
图2为本发明的示肩膀动力装置的结构意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本发明提供一种模特机器人。
参考图1，所述模特机器人，包括：肩膀动力装置100、上臂200、肘部动力装置300和前臂400。
所述上臂200的两端分别连接所述肩膀动力装置100与所述肘部动力装置300；所述肘部动力装置300连接所述前臂400。
在本实施例中，所述模特机器人用肩膀动力装置100模仿人类的肩关节，用上臂200模仿人类的上臂，用肘部动力装置300模仿人类的肘关节，用前臂400模仿人类的前臂，通过肩膀动力装置100和肘部动力装置300的运动与配合，来实现机器人手臂的运动与姿势的变化。
所述肩膀动力装置100采用的是直流电机与机械传动配合的运动方式，直流电机和机械传动部分均隐藏于机器人胸腔内。
所述肩膀动力装置100包括总框架101、第一电机102、第一连接轴103、第一齿轮104、第二齿轮105、套筒106、肩膀骨架107、第二电机108、第二连接轴109和换向器110。
所述总框架101是框架结构，固定安装于机器人上身的胸腔壳体内。总框架101的作用是为直流电机和机械传动部件提供安装空间和安装固定位置。
在本实施例中，所述第一电机102固定安装于总框架101中。
所述第一连接轴103一端与第一电机102输出轴相连，另一端与总框架101的外边框相连。
所述第一齿轮104同轴心安装在第一连接轴103上，跟随第一连接轴103一起转动。
所述第二电机108固定安装于总框架101中，第二电机108输出轴的轴线与第一电机102输出轴的轴线平行。第二电机108的输出轴与第二连接轴109相连。
所述第二齿轮105与第一齿轮104啮合。
在本实施例中，所述第二齿轮105在第一齿轮104的竖直方向上与第一齿轮104啮合。
所述第二齿轮105中心设有安装孔，第二齿轮105的中心安装孔与第二电机108的输出轴同轴心。
所述套筒106的中心孔与第二齿轮105中心的安装孔同轴心，套筒106固定连接于第二齿轮105。
所述第二连接轴109的外径小于第二齿轮105中心安装孔的孔径，也小于套筒106的内径，第二连接轴109穿过第二齿轮105的安装孔和套筒106，末端连接换向器110。
所述肩膀骨架107是框架结构，在本实施例中，肩膀骨架107是一个L型的框架，水平部分和竖直部分铰接在一起，所述肩膀骨架107与套筒106另一端固定连接。所述换向器110固定安装于肩膀骨架107内。
在本实施例中，所述第一电机102转动带动第一连接轴103转动，第一连接轴103带动第一齿轮104一起转动，第一齿轮104带动第二齿轮105一起转动，第二齿轮105带动套筒106一起转动，套筒106带动肩膀骨架107一起转动。
在本实施例中，第二连接轴109跟随第二电机108转动，在套筒106内独立转动而不带动套筒106转动；换向器110将第二连接轴的径向旋转运动转换为以与第二连接轴垂直方向为轴向的径向旋转运动，并跟随第二连接轴109运动；肩膀骨架107的竖直部分跟随换向器110运动。
在本实施例中，所述换向器110采用锥齿轮的换向器。
在其他实施例中，换向器110可以有多种实现方式，可以是市面上已经成熟的换向器，也可以是自己设计的锥齿轮副，涡轮蜗杆副等换向装置，只要能将第二连接轴的径向旋转运动转换为以与第二连接轴垂直方向为轴向的径向旋转运动即可。
所述上臂200是一种空心壳体，固定连接所述肩膀动力装置100和所述肘部动力装置300。
本实施例中，由于人类的上臂200本身是没有自由度的，是跟随肩关节和肘关节一起运动的，因此本发明的上臂200也是没有自由度的。
所述肘部动力装置300采用的是电机与拉线轮配合的拉线运动方式，电机和拉线均藏于机械人胸腔内，所述肘部动力装置300具有既可以让前臂400旋转、屈伸的功能。
所述肘部动力装置300包括第四电机301、第一关节302、第二关节303、第三电机304、拉线轮305和拉线306。
所述第四电机301固定安装于上臂200的内部。
本实施例中，所述第四电机301的输出轴竖直向下。
所述第一关节302与第四电机301的输出轴固定连接。
本实施例中，第一关节302可以跟随第四电机301做旋转运动。
所述第二关节303转动连接于第一关节302两侧。
所述第三电机304固定安装于总框架101。
所述拉线轮305具有拉线轮轴，所述拉线轮轴的两侧穿过第一关节302的两侧并固定安装于第二关节303。
所述拉线306一端与第三电机304的输出轴相配合，另一端固定连接在拉线轮305上。
还包括扭簧，扭簧的一端连接所述第一关节302，另一端连接所述第二关节303，所述拉线轮轴穿过扭簧的圈体部分。
所述第三电机304运动作用于拉线306，拉线306带动拉线轮305旋转，拉线轮305旋转带动第二关节303绕第一关节302旋转。
在本实施例中，当手臂静止时，拉线306处于绷紧状态，第三电机304启动，拉线306开始带动拉线轮305旋转，带动第二关节303绕第一关节302旋转，即肘部动力装置300开始弯曲，肘部需要回复上一个动作位置时，依靠手臂自身重力和第三电机304反转回复，拉线306处于重新绷紧的状态。
本实施例中，因拉线306不具有刚性，因此当手臂弯曲到与胸前位置平行时，手臂失去重力而拉线306不具有推力会导致拉线306暂时失效，机器人抬起的肘部动力装置300无法做回复运动，此时肘部动力装置300可以依靠第一关节302和第二关节303之间的扭簧完成肘部的回复运动，即当拉线306暂时失效时，第一关节302和第二关节303之间的扭簧可代替拉线306做回复运动。
在本实施例中，第三电机304与拉线306之间的配合方式主要采用的是丝杆和滑块来实现的，丝杆与第三电机304相连接，滑块内部有与丝杆相配合的内螺纹，拉线306连接在滑块上。
本实施例中，第三电机304转动时，丝杆跟随第三电机304一起转动，由于螺纹之间的配合运动，滑块在丝杆上移动，带动拉线306的移动，拉线306的移动带动拉线轮305旋转，拉线轮305旋转和手臂的自身重力或者是第一关节302和第二关节303之间扭簧的弹力带动第二关节303做屈伸运动。
在其他实施例中，第三电机304与拉线306之间的配合方式还可以通过其他机构实现，比如，将第三电机304的输出轴与滚轮连接，拉线306的一端连接到滚轮上，另一端连接到拉线轮305上，第三电机304转动时，滚轮跟随转动，滚轮跟随第三电机304正反转时，可以实现拉线306的收放功能，从而拉线306带动拉线轮305正反转，实现第二关节303的屈伸运动。
所述前臂400是一种空心壳体，固定连接于所述肘部动力装置300中的第二关节303下部。
本实施例中，当肘部动力装置300运动时，第四电机301转动，与第四电机301的输出轴固定连接的第一关节302旋转，第一关节302旋转带动第二关节303旋转，这样前臂400也跟着做旋转运动，由此，肘部动力装置300完全实现了屈伸运动和前臂400的旋转运动。
在本实施例中，机器人手臂要运动时，第一电机102转动带动第一连接轴103转动，第一齿轮104及齿轮105和套筒106转动，套筒106带动肩膀骨架107一起转动，肩膀骨架107带动上臂200跟随肩膀骨架107运动，第一关节302和第二关节303跟随上臂200运动，前臂400跟随第二关节303运动；因此，第一电机102正转，机器人的手臂跟随肩膀骨架107向前摆动；第一电机102反转，机器人的手臂跟随肩膀骨架107向后摆动。
在本实施例中，第二电机108的转动带动第二连接轴109转动，换向器110将第二连接轴的径向旋转运动转换为以与第二连接轴垂直方向为轴向的径向旋转运动，换向器110的运动带动机器人手臂向上举或者向下放；当第二电机108正转，机器人手臂向上举，第二电机108反转，机器人手臂向下放。
在本实施例中，第三电机304转动通过拉线306带动拉线轮305转动，拉线轮305带动第二关节303绕第一关节302转动，模仿人类手臂的弯曲动作，前臂400跟随第二关节303运动，第三电机304正转，机器人手臂弯曲，第三电机304反转，机器人手臂靠重力或者扭簧的弹力回复成伸展状态。
在本实施例中，第四电机301的转动带动第一关节302转动，第一关节302带动第二关节303和前臂400转动，模仿人类手臂的前臂400可以旋转的运动。
在本实施例中，肩膀骨架107的前后摆动和上下举放是2个自由度，两个肩膀骨架107便是4个自由度。
在本实施例中，肘部动力装置300的旋转运动和屈伸运动是2个自由度，两个肘部动力装置300便是4个自由度。
在本实施例中，每条手臂具有4个自由度，两条手臂共有8个自由度；这8个电机和8个自由度之间的配合便可模仿人类手臂的运动，实现各种姿势的变化。
在本实施例中，第一电机102、第二电机108、第三电机304和第四电机301各设置2个，共8个电机，每个电机可以独自启动，也可以和其他的电机配合一起作用。
在其他实施例中，所述第一电机102、第二电机108、第三电机304和第四电机301的数量可以根据机器人手臂的数量和功能进行设置，比如，如果机器人设置为3个手臂的机器人，可以设置第一电机102、第二电机108、第三电机304和第四电机301的数量各为3个。
在本实施例中，所述肩膀动力装置100、上臂200、肘部动力装置300和前臂400的数量均为2套，仿造人类上肢左右对称地安装到机器人上身两侧；一套肩膀动力装置100、上臂200及肘部动力装置300和前臂400组成一条机器人手臂；每条手臂的电机和机械传动部分均固定安装于机器人胸腔内部；手臂内只有肩膀位置安装有肩膀骨架107和换向器110，也只有上臂200壳体内安装有第四电机301和肘部动力装置300的第一关节302、第二关节303和拉线轮305。
在本实施例中，还包括控制装置，所述控制装置设置在机器人胸腔内，并控制所述肩膀动力装置100和所述肘部动力装置300中的电机，所述控制装置控制每条手臂单独运动或同时运动。
在本实施例中，每条手臂是一个独立完整的装置，可以单独运动。
在其他实施例中，每条手臂是一个独立完整的装置，可以一起运动。
在本实施例中，每条手臂是一个独立完整的装置，可以对称运动，也可以不对称运动。
在其他实施例中，两条手臂可以设计由同一个控制装置控制。
在本实施例中，为了外观更美观，可用壳体将裸露在外的装置包裹起来，做成一条完整的手臂。
本实施例的模特机器人的动力来源采用直流电机代替了舵机，可将生产成本降低至现有的使用舵机的模特机器人的2/5；动力装置采用机械传动的形式，将4/5的动力装置安装于机器人的上身胸腔内部，利用了机器人的空余空间，为机器人手臂里的装置增大了安装空间，降低了机器人整体组装的困难度；并且，使用8个直流电机，每只手臂具有4个自由度，两条手臂共8个自由度，采用简单的装置即可完全模仿人类手臂的各种姿势动作。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种模特机器人，包括肩膀动力装置(100)、上臂(200)、肘部动力装置(300)和前臂(400)，其特征在于，所述肩膀动力装置(100)的动力来源是直流电机与机械传动配合的运动方式,所述肘部动力装置(300)的动力来源是直流电机与拉线轮配合的拉线运动方式；
所述肩膀动力装置(100)包括：
总框架(101)，所述总框架(101)是框架结构，固定安装于机器人上身的胸腔壳体内；
第一电机(102)，所述第一电机(102)固定安装于总框架(101)中；
第一连接轴(103)，所述第一连接轴(103)一端与第一电机(102)输出轴相连，另一端与总框架(101)的外边框相连；
第一齿轮(104)，所述第一齿轮(104)同轴心固定套在第一连接轴(103)上，跟随第一连接轴(103)一起转动；
第二齿轮(105)，所述第二齿轮(105)与第一齿轮(104)啮合，第二齿轮(105)中心有安装孔；
套筒(106)，所述套筒(106)的一端固定连接于第二齿轮(105)，且所述套筒(106)与第二齿轮(105)中心的安装孔同轴心安装；
肩膀骨架(107)，所述肩膀骨架(107)是一个L型的框架，包括活动连接的水平部分和竖直部分；所述肩膀骨架(107)与套筒(106)另一端固定连接；
第二电机(108)，所述第二电机(108)固定安装于总框架(101)中；
第二连接轴(109)，所述第二连接轴(109)前端与第二电机(108)输出轴相连，第二连接轴(109)的外径小于第二齿轮(105)的安装孔和套筒(106)的内径，所述第二连接轴(109)穿过第二齿轮(105)的安装孔和套筒(106)且与套筒(106)同轴心安装，第二连接轴(109)可以在套筒(106)内独立转动；
换向器(110)，所述换向器(110)与第二连接轴(109)末端相连，将第二连接轴的径向旋转运动转换为以与第二连接轴垂直方向为轴向的径向旋转运动，且所述换向器(110)固定安装于肩膀骨架(107)内；所述第一电机(102)位于第二电机(108)的正下方，使得所述第一齿轮(104)在竖直方向上与所述第二齿轮(105)啮合；所述肘部动力装置(300)包括：
第四电机(301)，所述第四电机(301)固定安装于上臂(200)的内部，第四电机(301)的输出轴竖直向下；
第一关节(302)，所述第一关节(302)与第四电机(301)的输出轴固定连接；
第二关节(303)，所述第二关节(303)转动连接于第一关节(302)两侧；
第三电机(304)，所述第三电机(304)固定安装于总框架(101)；
拉线轮(305)，所述拉线轮(305)具有拉线轮轴，所述拉线轮轴的两侧穿过第一关节(302)的两侧并固定安装于第二关节(303)；
拉线(306)，所述拉线(306)一端与第三电机(304)的输出轴相配合，另一端固定连接在拉线轮(305)上；所述第三电机(304)与丝杆相连接，丝杆上设有滑块,滑块内部有与丝杆相配合的内螺纹，拉线(306)连接在滑块上。
2.根据权利要求1所述的模特机器人，其特征在于，所述肘部动力装置(300)还包括：扭簧，扭簧的一端连接所述第一关节(302)，另一端连接所述第二关节(303)，所述拉线轮轴穿过扭簧的圈体部分。
3.根据权利要求2所述的模特机器人，其特征在于，所述上臂(200)是空心壳体，固定连接于肩膀骨架(107)的下部。
4.根据权利要求3所述的模特机器人，其特征在于，所述换向器为锥齿轮换向器。
5.根据权利要求4所述的模特机器人，其特征在于，所述前臂(400)是空心壳体，固定连接于第二关节(303)下部。
6.根据权利要求5所述的模特机器人，其特征在于，所述肩膀动力装置(100)、上臂(200)、肘部动力装置(300)和前臂(400)的数量均为2个，左右对称地安装到机器人上身两侧，构成两条机器人手臂。
7.根据权利要求6所述的模特机器人，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置设置在机器人胸腔内，并控制所述肩膀动力装置(100)和所述肘部动力装置(300)中的电机；所述控制装置控制每条手臂单独运动或同时运动。
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