CN107150344A - 差速锥齿轮式机器人头颈控制机构 - Google Patents

差速锥齿轮式机器人头颈控制机构 Download PDF

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柏龙
陈永志
龚程
程垣皓
陈晓红
陈锐
江沛
刘富樯
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    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B25J17/00—Joints
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H48/00—Differential gearings
    • F16H48/12—Differential gearings without gears having orbital motion

Abstract

本发明公开了一种差速锥齿轮式机器人头颈控制机构，包括用于与机器人躯干固定的底座、用于与机器人的头部固定的头部支撑架、位于头部支撑架与底座之间的颈部以及用于控制所述颈部动作的颈部控制机构，所述颈部控制机构包括同轴相对设置于所述底座的锥齿轮I和锥齿轮II以及同轴相对设置于所述颈部的锥齿轮III和锥齿轮IV，所述锥齿轮I和锥齿轮II分别对应通过电机I和电机II驱动转动，且锥齿轮I和锥齿轮II同时啮合在锥齿轮III和锥齿轮IV之间使锥齿轮I、锥齿轮II、锥齿轮III和锥齿轮IV共同形成差速锥齿轮组，该控制机构能够灵活真实地模仿小孩子的头颈部动作，使机器人更容易被老人接受。

Description

差速锥齿轮式机器人头颈控制机构
技术领域
本发明涉及一种机器人领域，具体是一种差速锥齿轮式机器人头颈控制机构。
背景技术
目前的仿人机器人头颈机构结构复杂繁琐，运动灵活性差，运动精度低，特别是眼睛眼睑运动机构不够灵活；传动过程过于繁琐，运动副不合理，机构运动摩擦阻力大、噪声大，机构卡死现象时有发生；结构层次性差，整体结构的可安装维修性差；整体外观乃至局部尺寸、以及每个器官所能运动的幅度与速度都与人类的头部、颈部相差较大，整体机构动作协调性不高。例如，申请号为201410106710.2、201502990283.9和201320291262.9的三个专利申请中，其机器人颈部机构自由度只有三个，不能灵活模拟小孩子的萌态，非标准件较多，加工制造难度大。
因此，需要一种结构简单的差速锥齿轮式机器人头颈控制机构，该控制机构能够灵活真实地模仿小孩子的头颈部动作，使机器人更容易被老人接受。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种结构简单的差速锥齿轮式机器人头颈控制机构，该控制机构能够灵活真实地模仿小孩子的头颈部动作，使机器人更容易被老人接受。
本发明的差速锥齿轮式机器人头颈控制机构，包括用于与机器人躯干固定的底座、用于与机器人的头部固定的头部支撑架、位于头部支撑架与底座之间的颈部以及用于控制所述颈部动作的颈部控制机构，所述颈部控制机构包括同轴相对设置于所述底座的锥齿轮I和锥齿轮II以及同轴相对设置于所述颈部的锥齿轮III和锥齿轮IV，所述锥齿轮I和锥齿轮II分别对应通过电机I和电机II驱动转动，且锥齿轮I和锥齿轮II同时啮合在锥齿轮III和锥齿轮IV之间使锥齿轮I、锥齿轮II、锥齿轮III和锥齿轮IV共同形成差速锥齿轮组。
进一步，所述颈部为倒置的U形座，U形座的两相对侧壁分别固定有对应与锥齿轮III和锥齿轮IV固定配合的半轴；
进一步，所述电机I和电机II分别对应通过可转动支承在底座上的传动轴I和传动轴II驱动锥齿轮I和锥齿轮II转动；
进一步，所述底座上设有分别对应支承传动轴I和传动轴II的轴承I和轴承II；
本发明的差速锥齿轮式机器人头颈控制机构还包括用于控制所述头部支撑架动作的头部控制机构，所述头部控制机构包括驱动所述头部支撑架绕颈部纵向转动的电机III；
进一步，所述头部控制机构还包括用于驱动所述头部支撑架绕颈部横向转动的电机IV。
本发明的有益效果是：本发明的差速锥齿轮式机器人头颈控制机构，锥齿轮I、锥齿轮III、锥齿轮II、锥齿轮IV顺序依次啮合共同形成差速锥齿轮组，当底座上的锥齿轮I和锥齿轮II同向同步转动时，将带动二者之间的锥齿轮III和锥齿轮IV绕锥齿轮I的轴线转动，而锥齿轮III和锥齿轮IV固定于颈部，因此，整个颈部将绕锥齿轮I的轴向转动实现机器人探头动作，当底座上的锥齿轮I和锥齿轮II反向转动时，将带动二者之间的锥齿轮III和锥齿轮IV绕自身轴线转动，此时，整个颈部将绕锥齿轮III和锥齿轮IV的轴线转动实现机器人左右摇脖子的动作，因此通过控制电机I和电机II的同向转动或反向转动，能实现颈部上下摆动和左右摆动运动，即颈部机构的相对运动，配合头部机构的运动，实现类似小孩歪头打量的动作，使机器人动作更加亲切，更好地实现陪护的功能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的轴测图；
图2为本发明的差速锥齿轮组的俯视图；
图3为本发明的差速锥齿轮组的轴测图。
具体实施方式
图1为本发明的轴测图。如图所示，本实施例中的差速锥齿轮式机器人头颈控制机构，包括用于与机器人躯干固定的底座9、用于与机器人的头部固定的头部支撑架5、位于头部支撑架5与底座9之间的颈部3以及用于控制所述颈部3动作的颈部3控制机构，所述颈部3控制机构包括同轴相对设置于所述底座9的锥齿轮I10和锥齿轮II13以及同轴相对设置于所述颈部3的锥齿轮III12和锥齿轮IV，所述锥齿轮I10和锥齿轮II13分别对应通过电机I1和电机II8驱动转动，且锥齿轮I10和锥齿轮II13同时啮合在锥齿轮III12和锥齿轮IV之间使锥齿轮I10、锥齿轮II13、锥齿轮III12和锥齿轮IV共同形成差速锥齿轮组，当底座9上的锥齿轮I10和锥齿轮II13同向同步转动时，将带动二者之间的锥齿轮III12和锥齿轮IV绕锥齿轮I10的轴线转动，而锥齿轮III12和锥齿轮IV固定于颈部3，因此，整个颈部3将绕锥齿轮I10的轴向转动实现机器人探头动作，当底座9上的锥齿轮I10和锥齿轮II13反向转动时，将带动二者之间的锥齿轮III12和锥齿轮IV绕自身轴线转动，此时，整个颈部3将绕锥齿轮III12和锥齿轮IV的轴线转动实现机器人左右摇脖子的动作，因此通过控制电机I1和电机II8的同向转动或反向转动，能实现颈部3上下摆动和左右摆动运动，即颈部3机构的相对运动，配合头部机构的运动，实现类似小孩歪头打量的动作，使机器人动作更加亲切，更好地实现陪护的功能。
本实施例中，所述颈部3为倒置的U形座，U形座的两相对侧壁分别固定有对应与锥齿轮III12和锥齿轮IV固定配合的半轴11，U形座的两相对侧壁分别固定有对应与锥齿轮III12和锥齿轮IV14固定配合的半轴11，U形座包括顶板和两相对的侧板，两侧板均设有轴孔，两半轴11分别固定于两轴孔并分别对应于锥齿轮III12和锥齿轮IV14固定配合。
本实施例中，所述电机I1和电机II8分别对应通过可转动支承在底座9上的传动轴I2和传动轴II7驱动锥齿轮I10和锥齿轮II13转动，电机I1和电机II8均为伺服电机，传动轴的一端传动连接于电机I1或电机II8的输出轴，另一端传动连接于锥齿轮I10或锥齿轮II13。
本实施例中，所述底座9上设有分别对应支承传动轴I2和传动轴II7的轴承I和轴承II，底座9上固定有对应安装轴承I和轴承II的轴承座I和轴承座II。
本实施例的差速锥齿轮式机器人头颈控制机构还包括用于控制所述头部支撑架5动作的头部控制机构，所述头部控制机构包括绕颈部3纵向(即颈部3的高度方向)设置的电机III6，电机III6的机体固定于颈部3顶面，其输出轴可带动头部支撑架5转动实现机器人的摇头功能(机器人头部的左右摆动)。
本实施例中，所述头部控制机构还包括用于驱动所述头部支撑架5绕颈部3横向转动的电机IV，电机IV4沿颈部3横向设置，其机体与电机III的输出轴固定，电机IV4的转动可实现机器人的点头功能(机器人头部的上下摆动)。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种差速锥齿轮式机器人头颈控制机构，其特征在于：包括用于与机器人躯干固定的底座、用于与机器人的头部固定的头部支撑架、位于头部支撑架与底座之间的颈部以及用于控制所述颈部动作的颈部控制机构，所述颈部控制机构包括同轴相对设置于所述底座的锥齿轮I和锥齿轮II以及同轴相对设置于所述颈部的锥齿轮III和锥齿轮IV，所述锥齿轮I和锥齿轮II分别对应通过电机I和电机II驱动转动，且锥齿轮I和锥齿轮II同时啮合在锥齿轮III和锥齿轮IV之间使锥齿轮I、锥齿轮II、锥齿轮III和锥齿轮IV共同形成差速锥齿轮组。
2.根据权利要求1所述的差速锥齿轮式机器人头颈控制机构，其特征在于：所述颈部为倒置的U形座，U形座的两相对侧壁分别固定有对应与锥齿轮III和锥齿轮IV固定配合的半轴。
3.根据权利要求2所述的差速锥齿轮式机器人头颈控制机构，其特征在于：所述电机I和电机II分别对应通过可转动支承在底座上的传动轴I和传动轴II驱动锥齿轮I和锥齿轮II转动。
4.根据权利要求3所述的差速锥齿轮式机器人头颈控制机构，其特征在于：所述底座上设有分别对应支承传动轴I和传动轴II的轴承I和轴承II。
5.根据权利要求4所述的差速锥齿轮式机器人头颈控制机构，其特征在于：还包括用于控制所述头部支撑架动作的头部控制机构，所述头部控制机构包括驱动所述头部支撑架绕颈部纵向转动的电机III。
6.根据权利要求5所述的差速锥齿轮式机器人头颈控制机构，其特征在于：所述头部控制机构还包括用于驱动所述头部支撑架绕颈部横向转动的电机IV。
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