CN109571454A - 机器人及其头部运动结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，旨在提供一种机器人及其头部运动结构，包括第一舵机、第二舵机、第一安装座、第二安装座以及设有摇头端和点头端的转接支架。其中，第一舵机内置于第一安装座内并通过第一安装座安装于头部上，第二舵机安装于第二安装座上并连接于躯干，第二安装座连接于躯干上，转接支架的点头端连接于第一舵机的输出端并转动连接于第一安装座上，摇头端连接于第二舵机的输出端并转动连接于第二安装座上。本发明的机器人及其头部运动结构，通过转接支架的连接，可以利用两个舵机来联合控制头部的左右摇头和/或上下点头，各舵机只需输出转动力矩，无需承受头部的重量，总体结构简单紧凑，运动灵活多变。

Description

机器人及其头部运动结构

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种机器人及其头部运动结构。

背景技术

机器人，是自动执行工作的机器装置。它可以接受人类指挥，还可运行预先编排好的程序，也可根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。随着机器人技术的不断发展，机器人因其可以适应人类的生活和工作环境，协助或代替人类完成各种作业，已逐渐在服务、医疗、教育、娱乐等多个领域中得到广泛地应用。然而目前，机器人的头部运动方式比较单一，难以满足人们日益增长的个性化需求，或者运动结构比较复杂，制造成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人的头部运动结构，用以解决现有技术中存在的机器人头部的运动较单一，及结构较复杂的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种机器人的头部运动结构，该机器人的头部运动结构包括头部，用以使所述头部相对于躯干运动；所述机器人的头部运动结构还包括第一舵机、第二舵机、第一安装座、第二安装座以及设有摇头端和点头端的转接支架；

所述第一舵机，内置于所述第一安装座内并通过所述第一安装座安装于所述头部上，用以驱动所述头部沿竖直方向做点头运动；

所述第二舵机，安装于所述第二安装座上，一端连接于所述躯干，用以驱动所述头部沿水平方向做摇头运动；

所述转接支架，所述点头端连接于所述第一舵机的输出端并转动连接于所述第一安装座上，所述摇头端连接于所述第二舵机的输出端并转动连接于所述第二安装座上；

所述第二安装座，连接于所述躯干上。

进一步地，所述转接支架包括摇头支架、第一连接支架以及第二连接支架；

所述摇头支架，呈T字形，设有所述点头端和所述摇头端，所述点头端的两侧上分别连接有所述第一连接支架和所述第二连接支架，所述点头端在竖直方向上与所述第一舵机存在间隙；

所述第一连接支架，转动连接于所述第一安装座的一端上；

所述第二连接支架，与所述第一连接支架相对并平行设置，转动连接于所述第一安装座的另一端上。

进一步地，所述第一安装座包括固定支架、第一连接耳和与所述第一连接耳相对并平行设置的第二连接耳；

所述固定支架，呈Π字形，内置有所述第一舵机，两端分别连接有所述第一连接耳和所述第二连接耳；

所述第一连接耳和所述第二连接耳的转动端分别通过第一轴承转动连接于所述第一连接支架和所述第二连接支架上。

进一步地，所述第二连接支架的外侧壁上凸设有限位装置，所述第二连接耳的所述转动端通过所述限位装置的限位在预设的角度范围内转动。

进一步地，所述限位装置包括两个间隙设置的限位柱，所述第二连接耳的所述转动端位于两所述限位柱之间由对应的所述限位柱止挡。

进一步地，所述第二安装座包括：

第一支座，为回转体，安装于所述躯干上，沿回转中心开设有连接孔；和

第二支座，具有容腔，连接于所述第一支座上，安装有所述第二舵机且所述第二舵机的输出端位于所述容腔内；

所述摇头支架包括：

支架本体，两侧上分别连接有所述第一连接支架和所述第二连接支架；和

杆体，顺次穿过所述连接孔和所述容腔以连接于所述第二舵机的输出端上。

进一步地，所述连接孔内插接有第二轴承，所述杆体的中间部分紧配合插接于第二轴承的内圈上，所述连接孔的内侧壁上在径向方向往中心处凸设有支撑台，所述第二轴承的外圈在连接孔的轴向方向上抵接于所述支撑台。

进一步地，于所述连接孔的外围，所述第一支座的顶端开设有滑槽；

所述第一连接支架上朝所述第一支座的方向凸设有滑杆，所述滑杆位于所述滑槽内并能在所述滑槽内滑行。

本发明的目的还在于提供一种机器人，该机器人包括躯干，还包括安装于所述躯干上的上述的机器人的头部运动结构。

进一步地，所述躯干包括开设有通孔的肩部支架，所述第二安装座插接于所述通孔并安装于所述肩部支架上。

本发明提供的机器人及其头部运动结构，通过连接于机器人的头部的第一舵机来驱动头部做上下点头运动，及连接于机器人的躯干的第二舵机来驱动头部做左右摇头运动，并通过新增一个转接支架，将转接支架的点头端和摇头端分别连接到第一舵机的输出端和第二舵机的输出端上，且将该两端分别转动连接于第一安装座和第二安装座上，由此，即可采用两个舵机来联合控制头部的左右摇头和/或上下点头运动，各舵机只需输出转动力矩，，且无需承受头部的重量，总体上，该机器人及其头部运动结构的结构简单紧凑，运动更加灵活多变。

附图说明

为更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。

图1是本发明实施例中机器人的头部运动结构安装于肩部支架上的立体结构示意图；

图2是本发明实施例中机器人的肩部支架的立体结构示意图；

图3是本发明实施例中机器人的头部运动结构的立体结构示意图；

图4是图3中机器人的头部运动结构的立体爆炸示意图；

图5是本发明实施例中摇头支架的立体结构示意图；

图6是本发明实施例中第二安装座的第一支座的立体剖视图；

图7是本发明实施例中第一安装座的第一连接耳的立体结构示意图；

图8是本发明实施例中第一安装座的第二连接耳的立体结构示意图。

其中，附图中的标号如下：

10-机器人的头部运动结构、20-肩部支架、21-通孔；

100-第一舵机、110-第一舵盘、200-第二舵机、210-第二舵盘；

300-第一安装座、310-固定支架、320-第一连接耳、330-第二连接耳、331-转动端；

400-第二安装座、410-第一支座、411-连接孔、4111-支撑台、412-滑槽、420-第二支座、421-容腔；

500-转接支架、510-摇头支架、511-点头端、512-摇头端、513-支架本体、5131-固定台、514-杆体、515-走线通道、520-第一连接支架、521-滑杆、530-第二连接支架、531-限位装置/限位柱、532-橡胶圈；

600-间隙、700-第一轴承、800-第二轴承。

具体实施方式

为使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，进一步对本发明作详细说明。其中，本发明具体实施例的附图中相同或相似的标号表示相同或相似的元件，或者具有相同或类似功能的元件。应当理解地，下面所描述的具体实施例旨在用于解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅为便于描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。总之，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以下结合附图1至图8对本发明提供的一种机器人的头部运动结构的实现进行详细地描述。

需说明的是，该机器人的头部运动结构10，可以用以使头部相对于躯干运动，具体地，可以实现头部的左右摇头运动，或上下点头运动，或者同时进行左右摇头和上下点头运动等。总体上，该机器人的头部运动结构10的结构简单紧凑，运动灵活多变，便于广泛应用。

该机器人的头部运动结构10包括头部(图未示)。如图1所示，该机器人的头部运动结构10还包括第一舵机100、第二舵机200、第一安装座300、第二安装座400以及设有摇头端512和点头端511的转接支架500。其中，第一舵机100主要用以驱动头部沿竖直方向做点头运动，第二舵机200主要用以驱动头部沿水平方向做摇头运动。为方便实现头部的对应运动，如图1和图3所示，第一舵机100内置于第一安装座300内并通过第一安装座300安装于头部上。

对应地，第二舵机200安装于第二安装座400上，且第二舵机200的一端(具体为与其输出端相对的一端)连接于躯干(图未示)。如图3所示，转接支架500的点头端511连接于第一舵机100的输出端，且该点头端511转动连接于第一安装座300上。对应地，转接支架500的摇头端512连接于第二舵机200的输出端，并转动连接于第二安装座400上，且第二安装座400连接于躯干上。

可以理解地，在本实施例中，该机器人的头部运动结构10的工作原理大致如下：第一舵机100启动后，第一安装座300在第一舵机100的第一舵盘110的带动下联动第一舵机100一起相对于转接支架500的点头端511转动，从而实现头部的上下点头运动。因转接支架500的点头端511转动连接于第一安装座300上，且第一舵机100内置于第一安装座300内，故此，第一舵机100只需输出转动力矩，且无需承受头部的重量。

同理，第二舵机200启动后，转接支架500的摇头端512在第二舵机200的舵盘的带动下转动，进而带动转接支架500以及转接支架500的点头端511连接的第一舵机100、第一安装座300等一起转动，从而实现头部的左右摇头运动。因转接支架500的摇头端512转动连接于第二安装座400上，第二安装座400连接于躯干上，故此，第二舵机200只需输出转动力矩，无需承受头部的重量。

进一步地，作为本发明提供的机器人的头部运动结构10的一种具体实施方式，如图3和图4所示，转接支架500包括摇头支架510、第一连接支架520以及第二连接支架530。其中，如图5所示，摇头支架510呈T字形，且摇头支架510设有点头端511和摇头端512，第二连接支架530与第一连接支架520相对并平行设置。需说明的是，摇头支架510的点头端511即为转接支架500的点头端511，摇头支架510的摇头端512即转接支架500的摇头端512。另外，为方便内部走线，以及避免头部运动过程中，电线发生缠绕等不良现象，摇头支架510沿轴向方向上开设有走线通道515。

如图3所示，为方便实现转接支架500的点头端511与第一安装座300间的转动连接，摇头支架510的点头端511的两侧上分别连接有第一连接支架520和第二连接支架530。其中，第一连接支架520转动连接于第一安装座300的一端上，第二连接支架530转动连接于第一安装座300的另一端上。如图1所示，为方便第一舵机100能顺畅地转动，摇头支架510的点头端511在竖直方向上与第一舵机100存在间隙600。

进一步地，作为本发明提供的机器人的头部运动结构10的一种具体实施方式，如图3和图4所示，第一安装座300包括固定支架310、第一连接耳320和与第一连接耳320相对并平行设置的第二连接耳330。如图3和图4所示，固定支架310呈Π字形，固定支架310内置有第一舵机100。这样，在固定支架310的支撑保护下，第一舵机100即可无需承受头部的重量。再如图3和图4所示，为进一步实现第一安装座300与转接支架500的转动连接，固定支架310的两端分别连接有第一连接耳320和第二连接耳330，第一连接耳320的转动端331通过第一轴承700转动连接于第一连接支架520上。对应地，第二连接耳330的转动端331通过第一轴承700转动连接于第二连接支架530上。

进一步地，作为本发明提供的机器人的头部运动结构10的一种具体实施方式，为将头部的上下点头运动限制在预设的角度范围内，如图4和图8所示，第二连接支架530的外侧壁上凸设有限位装置531，第二连接耳330的转动端331通过限位装置531的限位在预设的角度范围内转动。

具体在本实施例中，限位装置531包括两个间隙600设置的限位柱531，第二连接耳330的转动端331位于两限位柱531之间由对应的限位柱531止挡。当然，实际上，限位装置531还可采用其它的结构来实现限位。另外，为减小运动过程中第二连接耳330的转动端331与对应限位柱531之间的碰撞，各限位柱531上套接有橡胶圈532。

进一步地，作为本发明提供的机器人的头部运动结构10的一种具体实施方式，如图3所示，第二安装座400包括第一支座410和第二支座420。如图4和图6所示，第一支座410为回转体，为方便实现第一安装座300与转接支架500间的转动连接，第一支座410沿回转中心开设有连接孔411。如图1所示，为使第二舵机200不承受头部的重量，第一支座410安装于躯干上。对应地，如图3和图4所示，为方便将第二舵机200安装在第二安装座400上，第二支座420具有容腔421，其中，第二支座420连接于第一支座410上且安装有第二舵机200，具体地，第二舵机200的输出端位于容腔421内，与其输出端相对的一端位于第一支座410外以连接于躯干上。可以理解地，第二舵机200的第二舵盘210位于容腔421内。

如图5所示，摇头支架510包括支架本体513和杆体514。其中，如图3所示，支架本体513的两侧上分别连接有第一连接支架520和第二连接支架530。如图3和图4所示，杆体514顺次穿过连接孔411和容腔421以连接于第二舵机200的输出端上，由此，即可将转接支架500的摇头端512连接到第二舵机200的输出端上。需说明的是，为提高该机器人的头部运动结构10的可靠性，如图3和图5所示，转接支架500的支架本体513上朝第一安装座300的方向上凸设有固定台5131，其中，第一安装座300的固定支架310连接在固定台5131上。

进一步地，作为本发明提供的机器人的头部运动结构10的一种具体实施方式，为实现转接支架500和第二安装座400之间的转动连接，第一支座410的连接孔411内插接有第二轴承800，其中，杆体514的中间部分紧配合插接于第二轴承800的内圈上，需说明的是，杆体514的中间部分为台阶杆(图未示)，通过台阶(图未示)抵住第二轴承800的内圈以此限制第二轴承800沿轴向往上运动，如图6所示，第一支座410的连接孔411的内侧壁上在径向方向往中心处凸设有支撑台4111，第二轴承800的外圈在连接孔411的轴向方向上抵接于支撑台4111以限制第二轴承800沿轴向往下运动。

可以理解地，采用此种结构，一来可以提高转接支架500的强度；二来可以使第二舵机200只需输出转动力矩即可实现头部的左右摇头运动；三来还可将头部的重量转移到第二安装座400乃至机器人的躯干上，而无需第二舵机200来承载。

进一步地，作为本发明提供的机器人的头部运动结构10的一种具体实施方式，为提高头部左右摇头运动的稳定性和可靠性，如图3和图6所示，于第一支座410的连接孔411的外围，第一支座410的顶端开设有滑槽412。对应地，如图3、图4和图7所示，转接支架500的第一连接支架520上朝第一支座410的方向凸设有滑杆521，其中，滑杆521位于滑槽412内并能在滑槽412内滑行。需说明的是，为确保在滑槽412内滑行的顺畅性，滑杆521的端部与滑槽412的槽孔形状适配，通常为圆头型。

本发明还提供一种机器人，该机器人包括躯干(图未示)，还包括安装于躯干上的上述的机器人的头部运动结构10。具体在本实施例中，如图2所示，躯干(图未示)包括开设有通孔21的肩部支架20。如图1所示，为方便将上述机器人的头部运动结构10安装到躯干上，第二安装座400插接于通孔21并安装于肩部支架20上。

需说明的是，该机器人的头部运动结构10与上述的机器人的头部运动结构10的结构相同，作用也相同，在此不再赘述。

总体上，该机器人通过采用上述的机器人的头部的运动结构，只需新增一个转接支架500和多个轴承，即可通过两个舵机实现头部的上下点头和/或左右摇头运动，且各舵机只需输出转动力矩，无需承受头部的重量，故此，该机器人的结构简单紧凑，耗能少，生产成本低，运动灵活多变，利于广泛地推广应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.机器人的头部运动结构，包括头部，用以使所述头部相对于躯干运动，其特征在于，所述机器人的头部运动结构还包括第一舵机、第二舵机、第一安装座、第二安装座以及设有摇头端和点头端的转接支架；

所述第一舵机，内置于所述第一安装座内并通过所述第一安装座安装于所述头部上，用以驱动所述头部沿竖直方向做点头运动；

所述第二舵机，安装于所述第二安装座上，一端连接于所述躯干，用以驱动所述头部沿水平方向做摇头运动；

所述转接支架，所述点头端连接于所述第一舵机的输出端并转动连接于所述第一安装座上，所述摇头端连接于所述第二舵机的输出端并转动连接于所述第二安装座上；

所述第二安装座，连接于所述躯干上。

2.根据权利要求1所述的机器人的头部运动结构，其特征在于，所述转接支架包括摇头支架、第一连接支架以及第二连接支架；

所述摇头支架，呈T字形，设有所述点头端和所述摇头端，所述点头端的两侧上分别连接有所述第一连接支架和所述第二连接支架，所述点头端在竖直方向上与所述第一舵机存在间隙；

所述第一连接支架，转动连接于所述第一安装座的一端上；

所述第二连接支架，与所述第一连接支架相对并平行设置，转动连接于所述第一安装座的另一端上。

3.根据权利要求2所述的机器人的头部运动结构，其特征在于，所述第一安装座包括固定支架、第一连接耳和与所述第一连接耳相对并平行设置的第二连接耳；

所述固定支架，呈Π字形，内置有所述第一舵机，两端分别连接有所述第一连接耳和所述第二连接耳；

所述第一连接耳和所述第二连接耳的转动端分别通过第一轴承转动连接于所述第一连接支架和所述第二连接支架上。

4.根据权利要求3所述的机器人的头部运动结构，其特征在于，所述第二连接支架的外侧壁上凸设有限位装置，所述第二连接耳的所述转动端通过所述限位装置的限位在预设的角度范围内转动。

5.根据权利要求4所述的机器人的头部运动结构，其特征在于，所述限位装置包括两个间隙设置的限位柱，所述第二连接耳的所述转动端位于两所述限位柱之间由对应的所述限位柱止挡。

6.根据权利要求3至5任一项所述的机器人的头部运动结构，其特征在于，所述第二安装座包括：

第一支座，为回转体，安装于所述躯干上，沿回转中心开设有连接孔；和

第二支座，具有容腔，连接于所述第一支座上，安装有所述第二舵机且所述第二舵机的输出端位于所述容腔内；

所述摇头支架包括：

支架本体，两侧上分别连接有所述第一连接支架和所述第二连接支架；和

杆体，顺次穿过所述连接孔和所述容腔以连接于所述第二舵机的输出端上。

7.根据权利要求6所述的机器人的头部运动结构，其特征在于，所述连接孔内插接有第二轴承，所述杆体的中间部分紧配合插接于第二轴承的内圈上，所述连接孔的内侧壁上在径向方向往中心处凸设有支撑台，所述第二轴承的外圈在连接孔的轴向方向上抵接于所述支撑台。

8.根据权利要求6所述的机器人的头部运动结构，其特征在于，于所述连接孔的外围，所述第一支座的顶端开设有滑槽；

所述第一连接支架上朝所述第一支座的方向凸设有滑杆，所述滑杆位于所述滑槽内并能在所述滑槽内滑行。

9.机器人，包括躯干，其特征在于，所述机器人还包括安装于所述躯干上的根据权利要求1至8任一项所述的机器人的头部运动结构。

10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述躯干包括开设有通孔的肩部支架，所述第二安装座插接于所述通孔并安装于所述肩部支架上。