CN107160413A - 一种仿人头颈部机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种仿人头颈部机器人，可以实现头部多个自由度的动作，且结构简单，体积小。所述仿人头颈部机器人，包括头部和底座，底座包括壳体和位于壳体内的头部运动机构，头部运动机构带动头部做多自由度运动，头部运动机构包括头部转动机构和至少两套头部升降机构，头部升降机构包括升降驱动部件和升降部件，升降部件的顶端具有关节球头，头部固设有关节接头，关节球头与关节接头配合连接；头部转动机构包括转动驱动部件和转动支架，头部升降机构安装在转动支架上。本发明可以完成头部多自由度的动作，如头部上升下降、点头、仰头、摇头、扭头等，且结构简单紧凑，整机体积小，运动顺畅灵活。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种仿人头颈部运动的机器人装置。
背景技术
随着机器人行业发展越来越迅速，用户对机器人能实现的动作要求也越来越高，要求尽可能地模仿人类能进行的动作，比如要求同时仿人四肢和头颈部的机器人的四肢可灵活运动，要求仿人头颈部的机器人可以进行抬头、点头、摇头等动作。
对于仿人头颈部的机器人，其头部通常只能进行单个自由度的动作，比如只能点头或只能摇头，也有部分机器人虽然可以实现抬头、点头、摇头等多个自由度的动作，但是体积较大，结构复杂。
发明内容
本发明提供一种仿人头颈部机器人，可以实现头部多个自由度的动作，且结构简单，体积小。
为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种仿人头颈部机器人，包括头部和位于头部下方的底座，所述底座包括壳体和位于壳体内的头部运动机构，所述头部运动机构带动头部做多自由度运动，所述头部运动机构包括头部转动机构和至少两套头部升降机构，所述头部升降机构包括升降驱动部件和升降部件，所述升降部件的顶端具有关节球头，所述头部固设有关节接头，所述关节球头与所述关节接头配合连接将所述头部连接于所述升降部件；所述头部转动机构包括转动驱动部件和转动支架，所述头部升降机构安装在所述转动支架上。
所述升降驱动部件为第一电机，所述升降部件为立柱，所述立柱与所述第一电机之间设置有传动臂，所述传动臂的一端铰接于所述立柱，另一端固连在所述第一电机的输出轴上；所述转动支架上固设有导柱，所述立柱上设有导槽，所述导柱插设在所述导槽内使所述立柱可沿所述导柱上下滑动。
所述立柱为圆柱体，所述导槽设置在所述立柱的圆柱面上，所述立柱的圆柱面上固设有凸出的安装翼耳，所述安装翼耳具有长条孔，所述传动臂的一端铰接于所述安装翼耳的长条孔内。
所述头部升降机构有多套，多套所述头部升降机构在所述转动支架上均匀分布。
所述转动支架与所述壳体均为顶部开口的圆桶状，且二者同轴设置，所述转动支架与所述壳体之间存在空隙。
所述转动驱动部件为竖直向下固设在所述转动支架上的第二电机，所述第二电机的输出轴上同轴固连有齿轮，所述壳体的内壁上设有与所述齿轮相啮合的周向齿，所述齿轮穿出所述转动支架的底壁并与所述周向齿啮合。
所述壳体的底壁内表面上具有凹陷部，所述周向齿设置在所述凹陷部的周向侧壁上，所述转动支架支撑在所述壳体的底壁内表面上。
所述壳体的底壁内表面中心部位处设置有定位柱，所述转动支架的底壁上对应设有定位槽，所述定位柱嵌入所述定位槽内。
所述转动支架的顶部开口处配置有支架盖板，所述支架盖板与所述转动支架固连，且所述支架盖板上开设有供所述升降部件的顶端穿出的通孔。
所述壳体的顶部开口处配置有壳体上盖，所述壳体上盖与所述壳体固连，且所述壳体上盖上开设有供所述升降部件的顶端穿出的通孔。
本发明仿人头颈部机器人可以完成头部多自由度的动作，比如头部上升下降、点头、仰头、摇头、扭头动作，且结构简单紧凑，整个头部运动机构集成在底座内，有利于减小整机体积，使其运动顺畅灵活。
附图说明
图1为本发明仿人头颈部机器人的外观轮廓图；
图2为图1的分解结构图；
图3为本发明仿人头颈部机器人的剖视图一；
图4为发明仿人头颈部机器人的剖视图二；
图5为本发明中头部运动机构部分零部件在转动支架安装结构示意图；
图6为本发明中第二电机、齿轮及壳体的配合结构图；
图7为本发明中立柱与传动臂的铰接结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
参照图1，本实施例一种仿人头颈部机器人，包括头部10和位于头部10下方的底座，底座包括壳体20和位于壳体20内的头部运动机构，头部运动机构带动头部10做多自由度运动，头部运动机构包括头部转动机构和至少两套头部升降机构，头部升降机构包括升降驱动部件30和升降部件40，升降部件40的顶端具有关节球头41，头部10固设有关节接头50，关节球头41与关节接头50配合连接将头部10以球连接的方式连接于升降部件40，从而使头部10相对升降部件40可以转动；头部转动机构包括转动驱动部件60和转动支架70，头部升降机构安装在转动支架70上。
本实施例仿人头颈部机器人头部上升和下降动作原理是：所有头部升降机构接收相同的动作信号，同时动作，使各升降部件发生同步且同位移的向上或向下运动，从而带动机器人头部的运动，即实现头部上升和下降动作。本实施例仿人头颈部机器人头部点头、摆头动作原理是：各头部升降机构接收不同的信号，使各升降部件的升降不同步且位移不相同，从而带动机器人头部进行点头、仰头动作。本实施例仿人头颈部机器人头部摇头、扭头动作原理是：转动驱动部件驱动转动支架转动，从而带动安装在转动支架上的头部升降机构整体转动，进而带动机器人头部转动，实现机器人头部的摇头、扭头动作。
对于头部升降机构的数量，可以为多套，当其有多套时，多套头部升降机构在转动支架70上均匀分布。如图5所示，本实施例中头部升降机构优选设置3套，形成等边三角形排布，可稳固地支撑头部10。
参照图2至图5，本实施例中升降驱动部件30为第一电机30，升降部件40为立柱40，立柱40与第一电机30之间设置有传动臂80，传动臂80的一端铰接于立柱40，另一端固连在第一电机30的输出轴上；转动支架70上固设有导柱90，立柱40上设有导槽42，导柱90插设在导槽42内使立柱40可沿导柱90上下滑动。第一电机30转动时，带动传动臂80发生转动，则带动立柱40沿导柱90上下滑动，进而推动机器人头部上下动作。当然，升降驱动部件也可以为气缸等直线运动部件，直接驱动立柱40沿导柱90上下滑动。
进一步地，参照图7，立柱40为圆柱体，导槽42设置在立柱40的圆柱面上，同时，立柱40的圆柱面上还固设有凸出的安装翼耳43，安装翼耳43具有长条孔431，传动臂80的一端铰接于安装翼耳43的长条孔431内。对于传动臂80，其一端设置有安装部81，用于安装在第一电机30的输出轴上，在另一端设置有两个分开的臂82，臂82上设置连接孔，安装翼耳43插入两臂82之间，并由铰接件100（比如螺栓或销钉等）穿过长条孔431及臂82上的连接孔将传动臂80与立柱40形成铰接。安装后，传动臂80可以绕立柱转动，同时在第一电机30的驱动下，传动臂80发生转动，带动立柱40的上下滑动，长条孔431为传动臂80的两臂82的滑动提供避让空间，以避免传动臂80转动时产生卡位。
参照图3至图6，转动支架70与壳体20均为顶部开口的圆桶状，且二者同轴设置，转动支架70与壳体20之间存在空隙，以给转动支架70留出自由转动的空间。
对于头部转动机构，具体地，参照图7，转动驱动部件60为竖直向下固设在转动支架70上的第二电机60，第二电机60的输出轴上同轴固连有齿轮110，壳体20的内壁上设有与齿轮110相啮合的周向齿21，齿轮110穿出转动支架70的底壁并与周向齿21啮合。第二电机60转动，带动齿轮110转动，齿轮110与壳体20上的周向齿21形成啮合，向壳体20传递第二电机60输出轴的转动，而壳体20本身不转动，则根据作用力和反作用力原理，齿轮110本身自转的同时沿周向齿21周向转动，进而带动转动支架70整体转动，进一步地，转动支架70上的头部升降机构随着转动，进而带动机器人头部10转动，实现摇头或扭头动作。采用这种结构的转动机构，结构简单，且各部件可方便地设置在转动支架70内，使整体结构紧凑，利于减小整机体积。当然，头部转动机构也可以选用其他结构组件，比如在转动支架70底部设置电机驱动其转动，或者在其侧部设置气缸或油缸，并连接推杆推动转动支架70转动，本实施例对此不作具体限制。
为进一步使整体结构紧凑，如图7所示，同时结合图3和图4，在壳体20的底壁内表面上具有凹陷部22，周向齿21设置在凹陷部22的周向侧壁上，转动支架70支撑在壳体20的底壁内表面上。
为对转动支架70的转动提高导向和定位，从而使整机转动平稳，在壳体20的底壁内表面中心部位处设置有定位柱23，如图7所示，转动支架70的底壁上对应设有定位槽（视角原因，图中未示出），定位柱23嵌入定位槽内，从而对转动支架70的转动进行定位和导向。
如图2至图4所示，转动支架70的顶部开口处配置有支架盖板120，以保护和遮盖转动支架70内各部件，支架盖板120通过卡扣或螺丝与转动支架70固连，且支架盖板120上开设有供立柱40的顶端穿出的通孔121。
同理，壳体20的顶部开口处配置有壳体上盖130，壳体上盖130与壳体20也通过卡扣或螺丝固连，且壳体上盖130上开设有供立柱40顶端穿出的通孔131。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种仿人头颈部机器人，包括头部和位于头部下方的底座，所述底座包括壳体和位于壳体内的头部运动机构，所述头部运动机构带动头部做多自由度运动，其特征在于：所述头部运动机构包括头部转动机构和至少两套头部升降机构，所述头部升降机构包括升降驱动部件和升降部件，所述升降部件的顶端具有关节球头，所述头部固设有关节接头，所述关节球头与所述关节接头配合连接将所述头部连接于所述升降部件；所述头部转动机构包括转动驱动部件和转动支架，所述头部升降机构安装在所述转动支架上。
2.根据权利要求1所述的仿人头颈部机器人，其特征在于：所述升降驱动部件为第一电机，所述升降部件为立柱，所述立柱与所述第一电机之间设置有传动臂，所述传动臂的一端铰接于所述立柱，另一端固连在所述第一电机的输出轴上；所述转动支架上固设有导柱，所述立柱上设有导槽，所述导柱插设在所述导槽内使所述立柱可沿所述导柱上下滑动。
3.根据权利要求2所述的仿人头颈部机器人，其特征在于：所述立柱为圆柱体，所述导槽设置在所述立柱的圆柱面上，所述立柱的圆柱面上固设有凸出的安装翼耳，所述安装翼耳具有长条孔，所述传动臂的一端铰接于所述安装翼耳的长条孔内。
4.根据权利要求2所述的仿人头颈部机器人，其特征在于：所述头部升降机构有多套，多套所述头部升降机构在所述转动支架上均匀分布。
5.根据权利要求1所述的仿人头颈部机器人，其特征在于：所述转动支架与所述壳体均为顶部开口的圆桶状，且二者同轴设置，所述转动支架与所述壳体之间存在空隙。
6.根据权利要求5所述的仿人头颈部机器人，其特征在于：所述转动驱动部件为竖直向下固设在所述转动支架上的第二电机，所述第二电机的输出轴上同轴固连有齿轮，所述壳体的内壁上设有与所述齿轮相啮合的周向齿，所述齿轮穿出所述转动支架的底壁并与所述周向齿啮合。
7.根据权利要求6所述的仿人头颈部机器人，其特征在于：所述壳体的底壁内表面上具有凹陷部，所述周向齿设置在所述凹陷部的周向侧壁上，所述转动支架支撑在所述壳体的底壁内表面上。
8.根据权利要求6所述的仿人头颈部机器人，其特征在于：所述壳体的底壁内表面中心部位处设置有定位柱，所述转动支架的底壁上对应设有定位槽，所述定位柱嵌入所述定位槽内。
9.根据权利要求6所述的仿人头颈部机器人，其特征在于：所述转动支架的顶部开口处配置有支架盖板，所述支架盖板与所述转动支架固连，且所述支架盖板上开设有供所述升降部件的顶端穿出的通孔。
10.根据权利要求6所述的仿人头颈部机器人，其特征在于：所述壳体的顶部开口处配置有壳体上盖，所述壳体上盖与所述壳体固连，且所述壳体上盖上开设有供所述升降部件的顶端穿出的通孔。
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