CN109623785A - 一种新型智能机器人的多自由度头颈部 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型智能机器人的多自由度头颈部，头颈部包括：第一支架、第二支架、第一动力盒、记忆复位弹簧，所述第一支架与所述第二支架之间设置有第一动力盒，第一固定杆将第一支架与第二支架固定一起，所述第一动力盒一侧设置有连杆传动机构，所述连杆传动机构连接着第一支架与第一动力盒，所述与连杆传动机构对侧还设置有记忆复位弹簧，所述记忆复位弹簧通过第一固定螺钉连接在第一支架与第二支架之间。本发明的优点在于断电后可以保持头部自然状态，也可以实现机器人晃脑（全方位摆动、多自由度）的头部动作，降低了控制系统的操作难度，占用空间小且控制更精确灵活性高，结构紧凑简洁，更符合人类头颈的运动特征。

Description

一种新型智能机器人的多自由度头颈部

技术领域

本发明涉及人工智能与机械设计技术领域，尤其涉及关于一种新型智能机器人的多自由度头颈部。

背景技术

如今大多数迎宾服务机器人的头颈部只有回转和俯仰两个自由度，但是出于对高度仿人化和机器人灵活性的要求，仿人机器人的头颈部一般采用冗余自由度的设计，传统的设计不适用于关节轴不正交的冗余自由度头颈部机器人的运动控制。

为了使迎宾机器人头颈部动作可以像人一样“优雅”的对传感器采集到的信息做出反应，头颈部自带学习功能，且有的技术采用球齿轮齿盘机构来实现头颈部结构的空间姿态控制，球齿轮是随着机器人仿生技术与机械工程的发展，迫切需要多自由度的新型齿轮机构而出现的新型齿轮机构，它在传动本质上是万向节机构的衍生，它可以用来传递三维空间上的球面运动，这种运动正是大多数生物关节所具备的运动特征，球齿轮齿盘机构可以实现从平面运动到球面运动之间的转化，目前没有其他一种机构可以实现这种转化，所以它在改变机构运动方向上有独特的优势；

目前球齿轮齿盘机构中齿盘的传动方式上，多数齿盘的平面运动是通过万向平台实现的，由于万向平台占用的空间很大，不适宜放在机器人颈部内腔中传递运动，也有使用内外齿轮啮合与齿轮齿条机构共同实现齿盘做定轴且半径可变的平面圆周运动，一方面可以实现传统的万向平台对齿盘控制的运动轨迹，另一方面大幅减少了头颈部装置所占用的空间，并且减轻了迎宾机器人头颈部结构的总重量，从而缓解了后续迎宾机器人行走装置的承载压力；

但是纯齿轮结构构成的头颈部，通常会有一些迟钝，卡壳，在断电后，只能保持在原有齿轮位移状态，头颈部不能使头部保持自然状态；所以我们需要一种头颈部在断电后可以保持头部自然状态，也可以实现传统机器人摆头 （俯仰）、摇头（回转）的动作并且拓展了迎宾服务机器人晃脑（全方位摆动、多自由度）的头部动作。

发明内容

鉴于目前技术存在的所述不足，提供一种断电后可以保持头部自然状态，也可以实现传统机器人摆头 （俯仰）、摇头（回转）的动作并且拓展了迎宾服务机器人晃脑（全方位摆动、多自由度）的头部动作的新型智能机器人的多自由度头颈部，用以解决先前技术所提到的困难。

为实现所述目的，本发明的采用如下技术方案：

一种新型智能机器人的多自由度头颈部，包括：第一支架、第二支架、第一动力盒、记忆复位弹簧，使头部能多自由度晃动，所述第一支架与所述第二支架之间设置有第一动力盒，所述第一动力盒上方设置有第一固定杆，所述第一固定杆将第一支架与第二支架固定一起，所述第一动力盒一侧设置有连杆传动机构，所述连杆传动机构连接着第一支架与第一动力盒，使第一动力盒给第一支架提供晃动动力，所述与连杆传动机构对侧还设置有记忆复位弹簧，所述记忆复位弹簧通过第一固定螺钉连接在第一支架与第二支架之间。

作为本发明的优选技术方案，所述记忆复位弹簧包括第一记忆复位弹簧、第二记忆复位弹簧，所述第一记忆复位弹簧通过第一固定螺钉连接在第一支架与第二支架之间。

作为本发明的优选技术方案，所述第一记忆复位弹簧上部分通过第一固定螺钉固定在第一支架上，所述第一记忆复位弹簧下部分通过第二固定螺钉固定在第二支架上。

作为本发明的优选技术方案，所述头颈部还包括：第三支架、第二动力盒，所述第二动力盒设置第三支架上，所述第二动力盒上方设置有第二固定杆，所述第二固定杆将第二支架与第三支架固定一起。

作为本发明的优选技术方案，所述连杆传动机构包括第一插杆、传动件、轮盘、第二插杆，所述第一插杆穿过传动件上部分设置在第一支架上；所述第二插杆依次穿过传动件下部分、轮盘设置在第一动力盒上。

作为本发明的优选技术方案，所述第二动力盒一侧设置有连杆传动机构，所述连杆传动机构连接着第二支架与第二动力盒，使第二次动力盒给第二支架提供晃动动力，所述与连杆传动机构对侧还设置有第二记忆复位弹簧，所述第二记忆复位弹簧通过固定螺钉连接在第二支架与第三支架之间。

作为本发明的优选技术方案，所述第二记忆复位弹簧上部分通过第二固定螺钉固定在第二支架上，所述第二记忆复位弹簧下部分通过第三固定螺钉固定在第三支架上。

作为本发明的优选技术方案，所述连杆传动机构包括第一插杆、传动件、轮盘、第二插杆，所述第一插杆穿过传动件上部分设置在第二支架上；所述第二插杆依次穿过传动件下部分、轮盘设置在第二动力盒上。

作为本发明的优选技术方案，所述第一动力盒与第二动力盒还通过锁紧螺钉分别固定在第二支架与第三支架上。

作为本发明的优选技术方案，所述锁紧螺钉径向方向固定第一动力盒与第二动力盒在第二支架与第三支架上。

作为本发明的优选技术方案，所述第一固定杆将第一支架与第二支架固定一起，所述第二固定杆将第二支架与第三支架固定一起，所述第一支架与第二支架连接接触部为圆弧形，所述第一固定杆从前向后依次穿过第一支架、第二支架上，便于头颈部支持头部左右晃动；所述第二支架与第三支架连接接触部为圆弧形，所述第二固定杆从左向右依次穿过第二支架、第三支架上，便于头颈部支持头部前后晃动。

作为本发明的优选技术方案，设置的第一、第二记忆复位弹簧，便于头颈部支持头部其他方向晃动。

作为本发明的优选技术方案，所述第一、第二动力盒中设置有舵机，所述舵机在通电的情况下，支持连杆传动机构运动，从而让头部前后左右晃动，当第一、第二动力盒中的舵机与第一、第二记忆复位弹簧同时动作时，可以达到多自由度、全方位的头部晃动目的。

作为本发明的优选技术方案，当断电后，第一、第二记忆复位弹簧支撑头部，免得头部固定在某一个动作下，不能呈现自然状态，由于第一、第二记忆复位弹簧的支撑，也可以防止舵机与连杆传动机构损坏，降低维修成本。

综合所述技术方案，本发明的有益效果：断电后可以保持头部自然状态，也可以实现传统机器人摆头 （俯仰）、摇头（回转）的动作并且拓展了迎宾服务机器人晃脑（全方位摆动、多自由度）的头部动作，且实时反馈头颈部结构的动作状态，降低了控制系统的操作难度，占用空间小且控制更精确灵活性高，结构紧凑简洁，更符合人类头颈的运动特征。

附图说明

为了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他的附图。

图1为本发明所述一种新型智能机器人的多自由度头颈部的立体图。

图2为本发明所述一种新型智能机器人的多自由度头颈部的主视图。

图3为本发明所述一种新型智能机器人的多自由度头颈部的结构示意图。

图4为本发明所述一种新型智能机器人的多自由度头颈部的连杆传动机构示意图。

图5为本发明所述一种新型智能机器人的多自由度头颈部的动力盒示意图。

1、第一支架；2、连杆传动机构；3、第一动力盒；4、锁紧螺钉；5、第一固定杆；6、第二支架；7、第一固定螺杆；8、第一记忆复位弹簧；9、第二动力盒；10、锁紧螺钉；11、第二固定螺杆；12、第二忆复位弹簧；13、第三固定螺杆；14、第二固定杆；15、第三支架；201、第一插杆；202、传动件；203、轮盘；204、第二插杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“外”、“内”、 “上”“下”等指示的方位或位置关是为基于附图所示的方位或位置关是，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示 或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解 为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解所述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1、图2、图3、图4所示，一种新型智能机器人的多自由度头颈部，包括：第一支架1、第二支架6、第一动力盒3、记忆复位弹簧，使头部能多自由度晃动，所述第一支架1与所述第二支架6之间设置有第一动力盒3，所述第一动力盒3上方设置有第一固定杆5，所述第一动力盒3一侧设置有连杆传动机构2，所述连杆传动机构2连接着第一支架1与第一动力盒3，使第一动力盒3给第一支架1提供晃动动力，所述与连杆传动机构2对侧还设置有记忆复位弹簧，所述记忆复位弹簧通过第一固定螺钉7连接在第一支架1与第二支架6之间，所述第一固定杆5将第一支架1与第二支架6固定一起；所述第二动力盒9一侧设置有连杆传动机构2，所述连杆传动机构2连接着第二支架6与第二动力盒9，使第二次动力盒9给第二支架6提供晃动动力，所述与连杆传动机构2对侧还设置有第二记忆复位弹簧12，所述第二记忆复位弹簧12通过固定螺钉连接在第二支架6与第三支架15之间，所述第二固定杆14将第二支架6与第三支架15固定一起。

所述记忆复位弹簧包括第一记忆复位弹簧8、第二记忆复位弹簧12，所述第一记忆复位弹簧8通过第一固定螺钉7连接在第一支架1与第二支架6之间。

所述第一记忆复位弹簧8上部分通过第一固定螺钉7固定在第一支架1上，所述第一记忆复位弹簧8下部分通过第二固定螺钉11固定在第二支架6上。

所述头颈部还包括：第三支架15、第二动力盒9，所述第二动力盒9设置第三支架15上，所述第二动力盒9上方设置有第二固定杆14，所述第二固定杆14将第二支架6与第三支架15固定一起。

所述连杆传动机构包括第一插杆201、传动件202、轮盘203、第二插杆204，所述第一插杆201穿过传动件202上部分设置在第一支架1上；所述第二插杆204依次穿过传动件202下部分、轮盘203设置在第一动力盒3上。

所述第二动力盒9一侧设置有连杆传动机构2，所述连杆传动机构2连接着第二支架6与第二动力盒9，使第二次动力盒9给第二支架6提供晃动动力，所述与连杆传动机构2对侧还设置有第二记忆复位弹簧12，所述第二记忆复位弹簧12通过固定螺钉连接在第二支架6与第三支架15之间。

所述第二记忆复位弹簧12上部分通过第二固定螺钉11固定在第二支架6上，所述第二记忆复位弹簧12下部分通过第三固定螺钉13固定在第三支架15上。所述连杆传动机构2包括第一插杆201、传动件202、轮盘203、第二插杆204，所述第一插杆201穿过传动件202上部分设置在第二支架6上；所述第二插杆204依次穿过传动件202下部分、轮盘203设置在第二动力盒9上。

所述第一动力盒3与第二动力盒9还通过锁紧螺钉4/10分别固定在第二支架6与第三支架15上。

所述锁紧螺钉4/10径向方向固定第一动力盒3与第二动力盒9在第二支架6与第三支架15上。

所述第一固定杆5将第一支架1与第二支架6固定一起，所述第二固定杆14将第二支架6与第三支架15固定一起，所述第一支架1与第二支架6连接接触部为圆弧形，所述第一固定杆5从前向后依次穿过第一支架1、第二支架6上，便于头颈部支持头部左右晃动；所述第二支架6与第三支架15连接接触部为圆弧形，所述第二固定杆14从左向右依次穿过第二支架6、第三支架15上，便于头颈部支持头部前后晃动。

设置的第一、第二记忆复位弹簧，便于头颈部支持头部其他方向晃动。

所述第一、第二动力盒中设置有舵机，所述舵机在通电的情况下，支持连杆传动机构2运动，从而让头部前后左右晃动，当第一、第二动力盒中的舵机与第一、第二记忆复位弹簧同时动作时，可以达到多自由度、全方位的头部晃动目的。

当断电后，第一、第二记忆复位弹簧支撑头部，免得头部固定在某一个动作下，不能呈现自然状态，由于第一、第二记忆复位弹簧的支撑，也可以防止舵机与连杆传动机构2损坏，降低维修成本。

机器人的头部连接头颈部，头颈部连接身躯，所述第一支架1连接头部，所述第三支架15靠近身躯。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是旨在限制本发明。

Claims (10)

1.一种新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于，头颈部包括：第一支架、第二支架、第一动力盒、记忆复位弹簧，使头部能多自由度晃动，所述第一支架与所述第二支架之间设置有第一动力盒，所述第一动力盒上方设置有第一固定杆，所述第一固定杆将第一支架与第二支架固定一起，所述第一动力盒一侧设置有连杆传动机构，所述连杆传动机构连接着第一支架与第一动力盒，使第一动力盒给第一支架提供晃动动力，所述与连杆传动机构对侧还设置有记忆复位弹簧，所述记忆复位弹簧通过第一固定螺钉连接在第一支架与第二支架之间。

2.根据权利要求1所述新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于，所述记忆复位弹簧包括第一记忆复位弹簧、第二记忆复位弹簧，所述第一记忆复位弹簧通过第一固定螺钉连接在第一支架与第二支架之间。

3.根据权利要求1所述新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于，所述第一记忆复位弹簧上部分通过第一固定螺钉固定在第一支架上，所述第一记忆复位弹簧下部分通过第二固定螺钉固定在第二支架上。

4.根据权利要求1、2、3任一项所述新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于，所述头颈部还包括：第三支架、第二动力盒，所述第二动力盒设置第三支架上，所述第二动力盒上方设置有第二固定杆，所述第二固定杆将第二支架与第三支架固定一起。

5.根据权利要求4所述新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于，所述连杆传动机构包括第一插杆、传动件、轮盘、第二插杆，所述第一插杆穿过传动件上部分设置在第一支架上；所述第二插杆依次穿过传动件下部分、轮盘设置在第一动力盒上，所述第二固定杆将第二支架与第三支架固定一起。

6.根据权利要求4所述新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于，所述第二动力盒一侧设置有连杆传动机构，所述连杆传动机构连接着第二支架与第二动力盒，使第二次动力盒给第二支架提供晃动动力，所述与连杆传动机构对侧还设置有第二记忆复位弹簧，所述第二记忆复位弹簧通过固定螺钉连接在第二支架与第三支架之间。

7.根据权利要求6所述新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于，所述第二记忆复位弹簧上部分通过第二固定螺钉固定在第二支架上，所述第二记忆复位弹簧下部分通过第三固定螺钉固定在第三支架上。

8.根据权利要求7所述新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于，所述连杆传动机构包括第一插杆、传动件、轮盘、第二插杆，所述第一插杆穿过传动件上部分设置在第二支架上；所述第二插杆依次穿过传动件下部分、轮盘设置在第二动力盒上。

9.根据权利要求8所述新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于，所述第一动力盒与第二动力盒还通过锁紧螺钉分别固定在第二支架与第三支架上。

10.根据权利要求9所述新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于，所述锁紧螺钉径向方向固定第一动力盒与第二动力盒在第二支架与第三支架上。