CN106426196A - 一种服务机器人头部 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种服务机器人头部，包括眼球机构、嘴部张合机构、点头机构、转头机构和头部外表的面罩，通过眼球机构、嘴部张合机构、点头机构、转头机构和机器人面罩的设置，使机器人可以实现眼球的转动动作、嘴部张合动作、点头动作、转头动作多个自由度的运动，并通过面罩使运动更加形象逼真，该服务机器人头部运动自由度多，灵活度高，此发明用于仿生机器人领域。

Description

一种服务机器人头部

技术领域

本发明涉及仿生机器人领域，特别是涉及一种服务机器人头部。

背景技术

如今，随着人们教育水平的不断提高，越来越少人愿意从事低技术要求、低附加值的的服务业，如迎宾、咨询、接待等工作内容。随着机器人技术的日益成熟，尤其是在仿人机器人领域的运动控制、语音语义识别、图像识别、智能交互等技术的开发应用，使仿人形机器人可以做的更加逼真形象，同时也越发凸显出仿人服务型机器人未来市场的前景广阔，仿人机器人的头部需要完成转头、点头、张嘴闭嘴、眼珠的转动和眨眼等一系列动作，外形逼真，形象生动。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种可完成多自由度运动的灵活度高的服务机器人头部。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种服务机器人头部，包括

眼球机构，眼球机构包括两个眼球和通过传动机构驱动各眼球转动的眼球电机；

与眼球机构下方连接的嘴部张合机构，嘴部张合机构包括固定设置在眼球机构下方的头部基座、可绕头部基座转动的下颚基座和驱动下颚基座转动以实现嘴部张合机构嘴部张合动作的嘴部张合电机；

与嘴部张合机构连接的颈部机构，颈部机构包括点头机构和转头机构，点头机构包括通过转动驱动颈部机构进行点头动作的点头电机和固定点头电机的点头基座，转头机构包括通过转动驱动颈部机构进行转头动作的转头电机；以及

将眼球机构、嘴部张合机构、点头机构和转头机构罩在内部的机器人头部的面罩，面罩上设置有两个眼睛孔。

作为上述技术方案的进一步改进，眼球电机的输出轴连接有主动齿轮，还设置有均与主动齿轮啮合的两个从动齿轮，各眼球分别设置有与各从动齿轮连接的眼球转轴。

作为上述技术方案的进一步改进，各眼球上方均设置有眼睑，还设置有连接两眼睑的眼睑转轴，眼睑转轴上设置有带动眼睑转轴转动的长条状的永磁体，永磁体的一端与眼睑转轴连接，永磁体另一端的下方设置有铜线圈，通过对铜线圈的通断电操作实现永磁体带动眼睑转轴的转动以实现眨眼动作。

作为上述技术方案的进一步改进，嘴部张合电机固定设置在点头基座上，嘴部张合电机为舵机，嘴部张合电机的输出轴连接有嘴部电机舵盘，下颚基座的两端均设置有与点头基座进行转动连接的下颚转轴孔。

作为上述技术方案的进一步改进，点头电机为舵机，点头电机的输出轴连接有点头电机舵盘，还设置有点头传输板，点头传输板包括位于点头电机两侧的均与头部基座固定连接的左右两个传输板，点头基座上设置有两个点头轴承座，各点头轴承座内安装有点头轴承，各传输板上设置有与各点头轴承连接的轴承连接轴，点头电机舵盘与点头传输板固定连接，点头电机驱动点头传输板转动以实现颈部点头动作。

作为上述技术方案的进一步改进，转头电机的输出轴连接有法兰输出轴，法兰输出轴与点头机构固定连接，还设置有固定转头电机的转头基座，转头基座上设置有转头轴承座，转头轴承座内安装有与法兰输出轴连接的转头轴承。

作为上述技术方案的进一步改进，下颚基座上设置有假牙，假牙包括上假牙和下假牙，下假牙固定设置在下颚基座上，面罩上设置有与假牙位置对应的嘴部开孔。

作为上述技术方案的进一步改进，面罩包括前面罩和与前面罩可拆卸连接的后面罩，前面罩为空心壳体，两眼睛孔设置在与两眼球位置对应的前面罩上部，面罩的左右两端设置有耳朵，前面罩上还设置有鼻子。

作为上述技术方案的进一步改进，前面罩内设有若干连接柱，后面罩内设置有分别与各连接柱位置对应的连接柱孔，前面罩和后面罩通过各连接柱与对应连接柱孔进行连接。

作为上述技术方案的进一步改进，各眼球设置在眼球安装板上，前面罩通过设置在前面罩上的若干前面罩固定孔固定在眼球安装板上，后面罩上设置有若干后面罩固定柱，后面罩通过设置在各后面罩固定柱内的通孔固定设置在头部基座上。

本发明的有益效果：此服务机器人头部通过眼球机构、嘴部张合机构、点头机构、转头机构和机器人面罩的设置，使机器人通过各驱动实现眼球转动、嘴部张合、点头、转头多个自由度的运动，面罩的设置使服务机器人的头部形象逼真，富有亲和力，该服务机器人头部运动自由度多，灵活度高。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是头部内部和面罩爆炸示意图；

图2是头部整体结构示意图；

图3是头部内部整体结构示意图；

图4是头部内部整体结构爆炸图；

图5是嘴部张合机构爆炸图；

图6是点头机构爆炸图；

图7是转头机构爆炸图；

图8是转头基座机构示意图；

图9是前面罩侧视图；

图10是前面罩正视图；

图11是前面罩内部结构示意图；

图12是后面罩内部结构示意图。

具体实施方式

参照图1～图12，本发明为一种服务机器人头部，包括

眼球机构1，眼球机构1包括眼球安装板18、设置在眼球安装板18上的两个眼球12和驱动两眼球12转动的从动齿轮15，从动齿轮15与驱动从动齿轮15转动的主动齿轮16啮合连接，还设置有驱动主动齿轮16转动的眼球电机17，通过眼球电机17驱动主动齿轮16转动并带动从动齿轮15转动以实现眼球12的转动；

与眼球机构1下方连接的嘴部张合机构2，嘴部张合机构2包括固定设置在眼球机构1下方的头部基座25，头部基座25上设置有可绕头部基座25转动的下颚基座21，下颚基座21通过嘴部张合电机22驱动进行转动以实现嘴部张合动作；

与嘴部张合机构2连接的点头机构3，点头机构3包括点头电机36，头部基座25的下端固定设置有点头传输板34，点头传输板34通过点头电机36的输出轴驱动实现转动以完成点头动作；

与点头机构3连接的转头机构4，转头机构4包括转头电机42，转头电机42的输出轴与固定设置在点头基座31上的法兰输出轴44进行连接，通过转头电机42驱动法兰输出轴44转动来带动点头基座31的转动以实现转头动作；以及

将眼球机构1、嘴部张合机构2、点头机构3和转头机构4罩在内部的机器人头部的面罩5，面罩5上分别设置有与各眼球12位置对应的眼睛孔511，面罩5上还设置有嘴部开孔512。

通过眼球机构1、嘴部张合机构2、点头机构3、转头机构4和机器人面罩5的设置，使机器人可以实现眼球的转动动作、嘴部张合动作、点头动作、转头动作多个自由度的运动，并通过面罩使运动更加形象逼真，该服务机器人头部运动自由度多，灵活度高。

作为优选的实施方式，两个眼球12的上方设置有眼睑11，两眼睑11通过眼睑转轴连接在一起，还设置有带动眼睑转轴转动的长条状的永磁体13，永磁体13的一端与眼睑转轴连接，永磁体13另一端的下方设置有铜线圈14，通过对铜线圈14的通断电操作实现永磁体13带动眼睑转轴的转动以实现眨眼动作。

作为优选的实施方式，两眼睑11间设置有眼睑支撑座，眼睑转轴与眼睑支撑座转动连接，两眼睑11为设置有眼睑连接孔的半圆形壳体，两眼睑11通过眼睑连接孔与眼睑转轴进行连接。

作为优选的实施方式，嘴部张合电机22为舵机，嘴部张合电机22的输出轴与嘴部电机舵盘23连接，下颚基座21的两端均设置有下颚转动孔，两个下颚转动孔分别通过嘴部电机舵盘23和设置在头部基座25上的虚轴26与头部基座25进行转动连接，虚轴26上还设置有嘴部轴承24。

作为优选的实施方式，还设置有固定点头电机36的点头基座31，点头基座31上设置有点头电机固定板，点头电机36为舵机，点头传输板34包括与头部基座25固定连接的左右两个传输板，左右两个传输板分别设置在点头电机36的两侧，点头电机36通过点头电机舵盘35与左边的传输板固定连接，左右两个传输板上均设置有轴承连接轴，点头基座31上设置有两个点头轴承座32，左右两个轴承连接轴与分别设置在各点头轴承座32内的点头轴承33进行固定连接。

作为优选的实施方式，转头电机42为舵机，转头电机42通过转头电机舵盘43与法兰输出轴44连接，法兰输出轴44与点头基座31固定连接，还设置有固定转头电机42的转头基座41，转头基座41的上端固定设置有转头轴承座45，转头轴承座45内固定设置有转头轴承46，法兰输出轴44与转头轴承46进行连接。

作为优选的实施方式，下颚基座21上还设置有与嘴部开孔512位置对应的假牙27，假牙27包括上假牙和下假牙，上假牙固定设置在眼球安装板18上，下假牙固定设置在下颚基座21上。

作为优选的实施方式，面罩5包括前面罩51和与前面罩51可拆卸连接的后面罩52，前面罩51为空心壳体，两眼睛孔511设置在前面罩51上部的向内凹陷的凹坑内，面罩5的左右两端设置有耳朵523，前面罩51上还设置有鼻子。

作为优选的实施方式，前面罩51内设置有若干连接柱513，后面罩52内设置有分别与各连接柱513对应的连接柱孔521，前面罩51和后面罩52间通过各连接柱513与对应连接柱孔521间的连接进行连接。

作为优选的实施方式，前面罩51上还设置有若干前面罩固定孔514，前面罩51通过各前面罩固定孔514固定设置在眼球安装板18上，后面罩52上设置有若干后面罩固定柱522，各后面罩固定柱522上设置有通孔，后面罩522通过各通孔固定设置在头部基座25上。

作为优选的实施方式，眼球机构1包括眼球安装板18、位于眼球安装板18上方的两个眼球12和分别驱动各眼球12转动的从动齿轮15，还设置有与两从动齿轮15均啮合连接的主动齿轮16和驱动主动齿轮16转动的眼球电机17。通过两个从动齿轮15和主动齿轮16的设置，由眼球电机17带动主动齿轮16转动，主动齿轮16的转动进而带动两从动齿轮15转动，进而带动两个眼球12的转动运动，实现眼球12的转动，各从动齿轮15为不完全齿轮机构，从动齿轮15的一端设置有与主动齿轮16进行啮合的齿轮齿，从动齿轮15的另一端设置有连接孔，各眼球12的下端均设置有穿入连接孔内的眼球转轴。从动齿轮为一边设置有连接孔的锥形，一边为设置有齿轮的圆弧形，不完全齿轮机构的设置节约了机构的内部占用空间。眼球转轴的横截面为椭圆形，从动齿轮15的连接孔为与眼球转轴横截面相同的椭圆形孔。眼球转轴的横截面也可以是圆形，与从动齿轮15上的连接孔进行固定连接，当然，眼球转轴的横截面也可以是多边形等形状，将各从动齿轮15的连接孔横截面设置为与该多边形形状相同的横截面，通过各从动齿轮15的转动将运动传递给各眼球12。两眼球转轴的轴线相互平行，这样保证了两眼球12转动的角度相同，且转动方向保持一致。眼球安装板18上设置有两个轴承基座，各轴承基座内分别安装有眼球轴承，穿过各连接孔内的眼球转轴分别与各眼球轴承固定连接，眼球轴承均为易格思轴承，以实现更好的运动传递效果。眼球安装板18上设置有通孔，主动齿轮16和眼球电机17分别设置在眼球安装板18的上下两端，眼球电机17为舵机，舵机输出端连接有眼球电机舵盘，眼球电机舵盘与主动齿轮16相连接，眼球电机17也可以是其他的伺服电机，通过眼球安装板18上的通孔伸出输出轴以驱动主动齿轮16。舵机通过螺纹连接固定在眼球安装板18上，固定的方式有多种，不限于螺纹固定连接方式。各眼球12上设置有电子显示屏，各眼球12内还设置有控制电子显示屏显示眼神变化的眼球控制器。眼球安装板18上还设置有连接上部眼睑机构的眼睑基座和连接下部张嘴机构的连接板。

作为优选的实施方式，各眼球12上方设置有眼睑11，两眼睑11通过眼睑转轴连接在一起，还设置有带动眼睑转轴转动的长条状的永磁体13，永磁体13的一端与眼睑转轴连接，永磁体13另一端的下方设置有铜线圈14，通过对铜线圈14的通断电操作实现永磁体13带动眼睑转轴的转动以实现眨眼动作。永磁体13可以是多种形状，永磁体13与眼睑转轴的连接位置和永磁体13被铜线圈14驱动的位置应分别在永磁体13的两端，这样才可以实现永磁体13带动眼睑转轴转动的效果，铜线圈14为盘状铜线圈。两眼睑11间设置有眼睑支撑座，眼睑转轴与眼睑支撑座转动连接，眼睑转轴可以是多种方式与眼睑支撑座进行转动连接，可以是与设置在眼睑支撑座内部的通孔进行转动连接，也可以是与眼睑支撑座的外部进行转动连接，当然，也可以是将眼睑转轴分为左右两段，分别与眼睑转轴进行转动连接。眼睑11为球形壳体或半球形壳体，主要是模仿真人眼皮的外形，两眼睑11均设置有眼睑连接孔，两眼睑11分别通过眼睑连接孔与眼睑转轴相连接，一般将眼睑连接孔设置在各眼睑11与眼睑转轴连接侧的中部位置，这样可以精准实现眼睑11的上下转动，但也可以将该眼睑连接孔设置在各眼睑11的后部或其他位置。眼睑转轴的两端均设置有眼睑轴承，两眼睑11分别通过眼睑轴承与眼睑转轴进行连接。眼睑支撑座包括上盖板和与上盖板固定连接的下基座，上盖板和下基座的连接位置设置有实现眼睑转轴转动的转轴孔，下基座左右两侧均设置有与上盖板固定连接的侧板，下基座上还设置有放置铜线圈14的横板，上盖板的设置主要是为了在安装时的方便。还设置有固定下基座的眼球安装板18，眼球安装板18上设置有两个轴承座，各轴承座内安装眼球轴承，各眼球12的下端分别设置有与眼球轴承连接的连接轴，当然，这里也可以将上基座、下基座和眼球安装板18作为一个构件来生产，下基座和眼球安装板18起到的作用主要是支撑或安装固定的作用。各眼球12上均设置有模仿瞳孔变化的显示屏，各眼球12内还设置有控制显示屏显示变化的瞳孔控制器。两眼睑11上均设置有眼睫毛。两眼睑11上还设置有眨眼后复位的弹簧或橡皮筋，这样在眼睑转轴产生故障无法转动时可通过该弹簧或橡皮筋自动使各眼睑11复位，而保持正常的使用，只是无法眨眼，进而不影响产品的正常美观和使用效果。眼球轴承和眼睑轴承均为易格思轴承。

作为优选的实施方式，嘴部张合机构2包括下颚基座21、头部基座25和固定在头部基座25上的嘴部张合电机22，下颚基座21的两端均设置有连接板，连接板上均设置有与点头基座进行转动连接的下颚转轴孔，嘴部张合电机22为舵机，嘴部张合电机22的输出轴连接有嘴部张合电机舵盘23，点头基座25上还设置有连接轴26，连接轴26上连接有嘴部轴承24，下颚基座21两端的连接板通过各下颚转轴孔分别与嘴部张合电机舵盘23和嘴部轴承24进行连接，下颚基座21上固定设置有下假牙，上假牙固定设置在眼球安装板18上，上假牙固定设置在眼球安装板18上的下基座上。

当然，本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种服务机器人头部，其特征在于：包括

眼球机构（1），所述眼球机构（1）包括两个眼球（12）和通过传动机构驱动各眼球（12）转动的眼球电机（17）；

与所述眼球机构（1）下方连接的嘴部张合机构（2），所述嘴部张合机构（2）包括固定设置在眼球机构（1）下方的头部基座（25）、可绕头部基座（25）转动的下颚基座（21）和驱动下颚基座（21）转动以实现嘴部张合机构（2）嘴部张合动作的嘴部张合电机（22）；

与所述嘴部张合机构（2）连接的颈部机构，所述颈部机构包括点头机构（3）和转头机构（4），所述点头机构（3）包括通过转动驱动颈部机构进行点头动作的点头电机（36）和固定点头电机（36）的点头基座（31），所述转头机构（4）包括通过转动驱动颈部机构进行转头动作的转头电机（42）；以及

将所述眼球机构（1）、嘴部张合机构（2）、点头机构（3）和转头机构（4）罩在内部的机器人头部的面罩（5），所述面罩（5）上设置有两个眼睛孔（511）。

2.根据权利要求1所述的服务机器人头部，其特征在于：所述眼球电机（17）的输出轴连接有主动齿轮（16），还设置有均与所述主动齿轮（16）啮合的两个从动齿轮（15），各所述眼球（12）分别设置有与各从动齿轮（15）连接的眼球转轴。

3.根据权利要求1所述的服务机器人头部，其特征在于：各所述眼球（12）上方均设置有眼睑（11），还设置有连接两所述眼睑（11）的眼睑转轴，所述眼睑转轴上设置有带动眼睑转轴转动的长条状的永磁体（13），所述永磁体（13）的一端与眼睑转轴连接，所述永磁体（13）另一端的下方设置有铜线圈（14），通过对所述铜线圈（14）的通断电操作实现永磁体（13）带动眼睑转轴的转动以实现眨眼动作。

4.根据权利要求1所述的服务机器人头部，其特征在于：所述嘴部张合电机（22）固定设置在点头基座（25）上，所述嘴部张合电机（22）为舵机，所述嘴部张合电机（22）的输出轴连接有嘴部电机舵盘（23），所述下颚基座（21）的两端均设置有与点头基座（25）进行转动连接的下颚转轴孔。

5.根据权利要求1所述的服务机器人头部，其特征在于：所述点头电机（36）为舵机，所述点头电机（36）的输出轴连接有点头电机舵盘（35），还设置有点头传输板（34），所述点头传输板（34）包括位于点头电机（36）两侧的均与头部基座（25）固定连接的左右两个传输板，所述点头基座（31）上设置有两个点头轴承座（32），各所述点头轴承座（32）内安装有点头轴承（33），各所述传输板上设置有与各点头轴承（33）连接的轴承连接轴，所述点头电机舵盘（35）与点头传输板（34）固定连接，所述点头电机（36）驱动点头传输板（34）转动以实现颈部点头动作。

6.根据权利要求1所述的服务机器人头部，其特征在于：所述转头电机（42）的输出轴连接有法兰输出轴（44），所述法兰输出轴（44）与点头机构（3）固定连接，还设置有固定转头电机（42）的转头基座（41），所述转头基座（41）上设置有转头轴承座（45），所述转头轴承座（45）内安装有与法兰输出轴（44）连接的转头轴承（46）。

7.根据权利要求1所述的服务机器人头部，其特征在于：所述下颚基座（21）上设置有假牙（27），所述假牙（27）包括上假牙和下假牙，所述下假牙固定设置在下颚基座（21）上，所述面罩（5）上设置有与假牙（27）位置对应的嘴部开孔（512）。

8.根据权利要求1所述的服务机器人头部，其特征在于：所述面罩（5）包括前面罩（51）和与前面罩（51）可拆卸连接的后面罩（52），所述前面罩（51）为空心壳体，两所述眼睛孔（511）设置在与两眼球（12）位置对应的前面罩（51）上部，所述面罩（5）的左右两端设置有耳朵（523），所述前面罩（51）上还设置有鼻子。

9.根据权利要求8所述的服务机器人头部，其特征在于：所述前面罩（51）内设有若干连接柱（513），所述后面罩（52）内设置有分别与各连接柱（513）位置对应的连接柱孔（521），所述前面罩（51）和后面罩（52）通过各连接柱（513）与对应连接柱孔（521）进行连接。

10.根据权利要求8所述的服务机器人头部，其特征在于：各所述眼球（12）设置在眼球安装板（18）上，所述前面罩（51）通过设置在前面罩（51）上的若干前面罩固定孔（514）固定在眼球安装板（18）上，所述后面罩（52）上设置有若干后面罩固定柱（522），所述后面罩（52）通过设置在各后面罩固定柱（522）内的通孔固定设置在头部基座（25）上。