CN109773802B

CN109773802B - 机器人及其头部结构

Info

Publication number: CN109773802B
Application number: CN201811512893.2A
Authority: CN
Inventors: 熊友军; 陈新普; 毛祖意; 杨高; 刘德福
Original assignee: Ubtech Robotics Corp
Current assignee: Beijing Youbixuan Intelligent Robot Co ltd; Ubtech Robotics Corp
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2021-04-20
Anticipated expiration: 2038-12-11
Also published as: US10774908B2; US20200182336A1; CN109773802A

Abstract

本发明属于机器人技术领域，涉及机器人及其头部结构。面具活动安装于头壳，第一舵机的动力通过第一传动机构传递至面具，使得面具能覆盖或分离于面壳。该机器人头部结构能更多的动作，丰富了机器人的功能。

Description

机器人及其头部结构

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及机器人及其头部结构。

背景技术

智能娱乐机器人产品逐渐进入普通消费者家庭，其依靠灵活的肢体动作，丰富的娱乐功能给用户带来了乐趣。现有机器人的头部结构，多在颈部设置2个舵机，实现水平及竖直方向头部的运动，即转头和抬低头动作，无法实现更加复杂的动作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人及其头部结构，以解决现有机器人头部无法实现除了转头和抬低头以外其它动作的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种机器人头部结构，包括：

头壳；

设于所述头壳的面壳；

活动安装于所述头壳的面具；

设于所述头壳内的安装箱；

设于所述安装箱的第一舵机；以及

用于将所述第一舵机的动力传递至所述面具以使所述面具覆盖或分离于所述面壳的第一传动机构。

进一步地，所述第一舵机的输出轴同轴连接有第一输出齿轮，所述第一传动机构包括枢接于所述安装箱的转接件、枢接于所述安装箱的连杆支架、两端分别枢接于所述转接件与所述连杆支架的第一连杆、两端分别枢接于所述面具与所述连杆支架的第二连杆、及两端分别枢接于所述面具与所述连杆支架的第三连杆，所述转接件具有与所述第一输出齿轮啮合传动的第一不完全齿轮，所述第一传动机构使所述面具升降移动以分离或覆盖于所述面壳。

进一步地，所述第三连杆呈U字型，所述第三连杆具有在所述面具移动至所述头壳的上侧时避让所述头壳的避让槽；在所述面具覆盖于所述面壳时，所述第三连杆与所述连杆支架之间的枢接轴线位于所述第二连杆与所述连杆支架之间的枢接轴线的上方，所述第三连杆与所述面具之间的枢接轴线位于所述第二连杆与所述面具之间的枢接轴线的上方。

进一步地，所述第一连杆靠近于所述第三连杆处设有第一轮齿部，所述第三连杆靠近于所述第一连杆处设有第二轮齿部，所述第一轮齿部与所述第二轮齿部啮合传动。

进一步地，还包括用于将所述第一舵机的动力传递至所述头壳以使所述头壳俯仰摆动的第二传动机构，所述第一舵机的输出轴同轴连接有第一输出齿轮，所述第二传动机构包括安装于所述安装箱的传动箱、支承于所述传动箱且与所述头壳连接的驱动轴、以及用于避免所述头壳下垂的限位结构，所述驱动轴具有与所述第一输出齿轮啮合传动的第二不完全齿轮。

进一步地，所述限位结构包括具有限位凸起的限位件、压紧设置于所述限位件与所述安装箱之间的弹性件、以及具有过孔与容纳槽的安装座，所述限位件位于所述容纳槽内且所述限位凸起穿过于所述过孔，所述限位件、所述安装座均与所述驱动轴同轴线设置，所述安装座轴向限位于所述传动箱内；所述驱动轴靠近于所述安装箱处开设有限位凹槽，用于供所述限位凸起进入以限定所述驱动轴的周向位置。

进一步地，所述安装座具有与所述驱动轴周向抵接配合的抵接壁，所述安装座具有与所述第一输出齿轮啮合传动的第三不完全齿轮；所述安装座的容纳槽的底面设有抵接斜面，在所述第一输出齿轮与所述第三不完全齿轮啮合传动时，所述抵接斜面与所述限位凸起滑动抵接配合以推动所述限位件使得所述限位凸起分离于所述限位凹槽；在所述驱动轴与所述抵接壁周向抵接配合时，所述第二不完全齿轮与所述第三不完全齿轮相靠近设置。

进一步地，所述限位凸起具有相连接的第一切面与第一斜面，所述驱动轴的限位凹槽具有相对分布的第二切面与第二斜面；在所述第一输出齿轮与所述第二不完全齿轮啮合传动时，所述第二切面滑动抵接于所述第一斜面以推动所述限位件向内移动；在所述限位件外弹至所述限位凹槽内时，所述第一切面与所述第二切面周向抵接配合以限定所述驱动轴的周向位置。

进一步地，还包括安装于所述安装箱的第二舵机、用于将所述第二舵机的动力传递至所述安装箱以使所述安装箱左右摆动的第三传动机构、以及安装于机器人胸部的支柱，所述第三传动机构包括同轴连接于所述第二舵机的输出轴的第二输出齿轮、与所述第二输出齿轮啮合传动且同轴固定于所述支柱的传动齿轮。

本发明提供一种机器人，包括上述机器人头部结构。

本发明相对于现有技术的技术效果是：面具活动安装于头壳，第一舵机的动力通过第一传动机构传递至面具，使得面具能覆盖或分离于面壳。该机器人头部结构能更多的动作，丰富了机器人的功能。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的机器人的立体装配图；

图2为本发明实施例提供的机器人头部结构的立体分解图；

图3为图2的机器人头部结构的进一步立体分解图，其中头壳未示；

图4为图3的机器人头部结构的进一步立体分解图；

图5为图4的机器人头部结构的进一步立体分解图，其中面壳未示；

图6为图5的机器人头部结构的另一角度立体分解图；

图7为图4的机器人头部结构在拆卸面具、安装箱与传动箱后的结构示意图；

图8为图2的机器人头部结构在拆卸机器人身体外壳后的结构示意图。

具体实施方式

为了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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图4，先对本发明提供的机器人头部结构进行说明。机器人头部结构包括头壳10、设于头壳10的面壳20、活动安装于头壳10的面具30、设于头壳10内的安装箱40、设于安装箱40的第一舵机50、用于将第一舵机50的动力传递至面具30以使面具30覆盖或分离于面壳20的第一传动机构60。

面具30活动安装于头壳10，第一舵机50的动力通过第一传动机构60传递至面具30，使得面具30能覆盖或分离于面壳20。该机器人头部结构能更多的动作，丰富了机器人的功能。

头壳10包括相互连接的顶壳11与底壳12，顶壳11与底壳12围合形成用于安装安装箱40、第一传动机构60、第二传动机构70的安装区，并能对各个零部件进行保护。安装箱40具有开口，开口处盖设有盖板41。面壳20上安装有眼睛21，面具30对应于眼睛21处开设有通孔31，面具30能覆盖面壳20。面壳20的内侧设有显示屏22，其均与头壳10固定在一起，机器人面具30被升起后，可以通过面壳20观察到显示屏22上的表情动画。第一舵机50与机器人内的主控芯片连接，执行主控芯片的运动指令，使得舵机输出轴进行旋转。

进一步地，请参阅图4、图5、图7、图8，作为本发明提供的机器人头部结构的一种具体实施方式，第一舵机50的输出轴同轴连接有第一输出齿轮51，第一传动机构60包括枢接于安装箱40的转接件61、枢接于安装箱40的连杆支架62、两端分别枢接于转接件61与连杆支架62的第一连杆63、两端分别枢接于面具30与连杆支架62的第二连杆64、及两端分别枢接于面具30与连杆支架62的第三连杆65，转接件61具有与第一输出齿轮51啮合传动的第一不完全齿轮612，第一传动机构60使面具30升降移动以分离或覆盖于面壳20。该方案能实现面具30的升降移动。第一舵机50的输出轴沿水平方向延伸。第一舵机50的输出轴伸出于安装箱40的穿孔45。第一舵机50的输出轴动力经过第一输出齿轮51、转接件61、第一连杆63、连杆支架62、第二连杆64与第三连杆65，使得面具30向上移动并分离于面壳20。连杆支架62呈四边形，其四个顶点分别与第一连杆63、安装箱40、第二连杆64及第三连杆65枢接。请参考图3，第一舵机50执行主控芯片指令顺时针转动时，转接件61带动第一连杆63向左移动，进而拉动连杆支架62向左移动，通过第三连杆65和第二连杆64支撑起机器人面具30，实现面具30被抬升上移的效果。相反地，第一舵机50逆时针转动时，实现面具30下移以覆盖面壳20的效果。具体地，安装箱40两侧分别设有一个第一传动机构60，另外一个第一传动机构60中的转接件61只包含转接座611，该方案能让面具30稳定地抬升与下移。

进一步地，请参阅图3、图5、图6，作为本发明提供的机器人头部结构的一种具体实施方式，转接件61包括转接座611与第一不完全齿轮612，转接座611具有与第一连杆63枢接的安装位6111，转接座611与第一不完全齿轮612两者同轴线设置，第一不完全齿轮612枢接于转接座611。传动箱71的侧壁具有用于安装转接座611的第一枢接轴42，第一枢接轴42穿设于转接座611的安装孔6112让转接座611枢接于安装箱40。转接座611具有用于与第一不完全齿轮612的一端面周向抵接配合的抵接部6113。在初始时，抵接部6113与第一不完全齿轮612一端面之间存在周向空隙。第一舵机50驱动第一输出齿轮51转动后，分为两条传动路线，一条是第一传动机构60，另一条是下述的第二传动机构70，第二传动机构70用于将第一舵机50的动力传递至头壳10以使头壳10俯仰摆动。首先，第一输出齿轮51与第二传动机构70配合，带动头壳10抬起至预定位置；同时，第一不完全齿轮612与第一输出齿轮51啮合传动，第一不完全齿轮612转动，此时面具30不会抬起；第一不完全齿轮612一端面逐渐接近抵接部6113，直到第一不完全齿轮612端面抵接于抵接部6113，并推动转接座611转动，第一传动机构60工作，使得头壳10在抬起到一定程度后面具30才会向上移动，避免第一输出齿轮51一转动面具30就向上移动。

进一步地，请参阅图3、图5，作为本发明提供的机器人头部结构的一种具体实施方式，第三连杆65呈U字型，第三连杆65具有在面具30移动至头壳10的上侧时避让头壳10的避让槽651；在面具30覆盖于面壳20时，第三连杆65与连杆支架62之间的枢接轴线位于第二连杆64与连杆支架62之间的枢接轴线的上方，第三连杆65与面具30之间的枢接轴线位于第二连杆64与面具30之间的枢接轴线的上方。面具30上升移动时，头壳10的边缘会伸入避让槽651内，避免与头壳10的边缘产生干涉，可靠地让面具30向上翻转并到达头壳10的上侧。

进一步地，请参阅图3至图5，作为本发明提供的机器人头部结构的一种具体实施方式，第一连杆63靠近于第三连杆65处设有第一轮齿部631，第三连杆65靠近于第一连杆63处设有第二轮齿部652，第一轮齿部631与第二轮齿部652啮合传动。第一轮齿部631与第二轮齿部652均为不完全齿轮，分别固定于第一连杆63与第三连杆65。第一轮齿部631的直径大于第二轮齿部652的直径，第一轮齿部631与第二轮齿部652啮合传动，能让第三连杆65加速摆动，使面具30快速上下移动。

进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的机器人头部结构的一种具体实施方式，还包括用于将第一舵机50的动力传递至头壳10以使头壳10俯仰摆动的第二传动机构70。第一舵机50的动力通过第二传动机构70能实现头壳10相对于安装箱40作俯仰摆动，即低头与抬头动作。

进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的机器人头部结构的一种具体实施方式，第一舵机50的输出轴同轴连接有第一输出齿轮51，第二传动机构70包括安装于安装箱40的传动箱71、支承于传动箱71且与头壳10连接的驱动轴72、以及用于避免头壳10下垂的限位结构80，驱动轴72具有与第一输出齿轮51啮合传动的第二不完全齿轮721。该结构能实现机器人抬头与低头的效果，并且避免机器人头部因重力作用下垂。第一舵机50的输出轴穿进传动箱71。驱动轴72穿设于传动箱71的安装孔711，驱动轴72的限位环723与传动箱71内壁配合以限定驱动轴72相对于传动箱71的轴向位置，驱动轴72的末端连接于头壳10。驱动轴72的末端与头壳10之间为型面联接。安装箱40对应于驱动轴72的另一侧设有同轴线的连接轴44，连接轴44连接于头壳10，从而让头壳10能相对于安装箱40俯仰摆动。头壳10具有分别用于安装驱动轴72与连接轴44的安装槽，并用压盖13封住安装槽的开口，让驱动轴72与连接轴44可靠地限位于安装槽内。第一舵机50输出轴的第一输出齿轮51转动，第二不完全齿轮721与第一输出齿轮51啮合传动，使得驱动轴72随之转动，实现机器人抬头与低头的效果。第二不完全齿轮721的齿数决定俯仰摆动的范围。第一输出齿轮51、转接件61、限位结构80均安装于传动箱71内，容易装配。

进一步地，请参阅图3至图6，作为本发明提供的机器人头部结构的一种具体实施方式，限位结构80包括具有限位凸起811的限位件81、压紧设置于限位件81与安装箱40之间的弹性件82、以及具有过孔831与容纳槽832的安装座83，限位件81位于容纳槽832内且限位凸起811穿过于过孔831，限位件81、安装座83均与驱动轴72同轴线设置，安装座83轴向限位于传动箱71内；驱动轴72靠近于安装箱40处开设有限位凹槽722，用于供限位凸起811进入以限定驱动轴72的周向位置。限位件81呈盘状。安装箱40具有用于安装限位件81的第二枢接轴43，第二枢接轴43穿设于限位件81的安装孔812让限位件81枢接于安装箱40。安装座83的容纳槽832与限位件81相适配。限位件81背离于限位凸起811的一侧开设有定位槽813，便于弹性件82的定位。弹性件82为弹簧。限位凸起811与限位凹槽722均呈楔形，且沿周向延伸。请参阅图3至图5，驱动轴72逆时针旋转时，头壳10向上摆动，驱动轴72向内挤压限位件81后的弹性件82。然后限位件81向外弹，使限位凸起811落入限位凹槽722内，驱动轴72被限位件81限定周向位置，实现驱动轴72的位置锁定，此时可防止驱动轴72顺时针旋转，避免机器人头部因重力作用下垂。具体地，限位件81对称分布有两个限位凸起811，驱动轴72对应设有两个限位凹槽722，安装座83对应设有两个过孔831，该方案能让驱动轴72更好地推动限位件81，并让限位件81锁定驱动轴72的周向位置。

进一步地，请参阅图3至图5，作为本发明提供的机器人头部结构的一种具体实施方式，安装座83具有与驱动轴72周向抵接配合的抵接壁833，安装座83具有与第一输出齿轮51啮合传动的第三不完全齿轮834；安装座83的容纳槽832的底面设有抵接斜面835，在第一输出齿轮51与第三不完全齿轮834啮合传动时，抵接斜面835与限位凸起811滑动抵接配合以推动限位件81使得限位凸起811分离于限位凹槽722；在驱动轴72与抵接壁833周向抵接配合时，第二不完全齿轮721与第三不完全齿轮834相靠近设置。第一舵机50的第一输出齿轮51顺时针旋转，驱动轴72逆时针旋转，驱动轴72第二不完全齿轮721的端面抵接于安装座83抵接壁833，带动安装座83一起逆时针旋转。驱动轴72进一步逆时针旋转，第三不完全齿轮834啮合于第一输出齿轮51，安装座83逆时针转动，驱动轴72不再转动，让机器人头部抬起至预定位置。安装座83内侧的抵接斜面835进一步向内挤压限位件81，旋转到一定角度时，限位件81的限位凸起811从驱动轴72的限位凹槽722内脱离，实现驱动轴72的位置解锁，此时第一舵机50再反转，即可落下机器人头部。限位件81对称分布有两个限位凸起811时，安装座83对应设两个抵接斜面835，更好推动限位件81。

进一步地，作为本发明提供的机器人头部结构的一种具体实施方式，限位凸起811具有相连接的第一切面811a与第一斜面811b，驱动轴72的限位凹槽722具有相对分布的第二切面722a与第二斜面722b；在驱动轴72朝其中一个方向转动时，第一输出齿轮51与第二不完全齿轮721啮合传动，第二切面722a滑动抵接于第一斜面811b以推动限位件81向内移动，弹性件82压缩蓄能；驱动轴72转动到一定角度，限位件81受弹性件82作用而外弹至限位凹槽722内，第一切面811a与第二切面722a周向抵接配合以限定驱动轴72的周向位置，使驱动轴72不能反向转动，实现驱动轴72的位置锁定。该结构容易制作与装配。

进一步地，请参阅图7、图8，作为本发明提供的机器人头部结构的一种具体实施方式，还包括安装于安装箱40的第二舵机90、用于将第二舵机90的动力传递至安装箱40以使安装箱40左右摆动的第三传动机构91、以及安装于机器人胸部支架的支柱92，第三传动机构91包括同轴连接于第二舵机90的输出轴的第二输出齿轮911、与第二输出齿轮911啮合传动且同轴固定于支柱92的传动齿轮912。该方案能实现头壳10相对于机器人身体的左右摆动。第二舵机90与机器人内的主控芯片连接，执行主控芯片的运动指令，使得舵机输出轴进行旋转。传动齿轮912通过安装轴913固定于支柱92。通过第二舵机90输出轴的转动，驱动第二输出齿轮911及传动齿轮912转动，进而实现转头动作。支柱92位于机器人身体外壳200内。

本发明还提供一种机器人，包括上述任一实施例机器人头部结构。面具30活动安装于头壳10，第一舵机50的动力通过第一传动机构60传递至面具30，使得面具30能覆盖或分离于面壳20。该机器人头部结构能更多的动作，丰富了机器人的功能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.机器人头部结构，其特征在于，包括：

头壳；

设于所述头壳的面壳；

活动安装于所述头壳的面具；

设于所述头壳内的安装箱；

设于所述安装箱的第一舵机；以及

用于将所述第一舵机的动力传递至所述面具以使所述面具覆盖或分离于所述面壳的第一传动机构；所述第一舵机的输出轴同轴连接有第一输出齿轮，所述第一传动机构包括枢接于所述安装箱的转接件、枢接于所述安装箱的连杆支架、两端分别枢接于所述转接件与所述连杆支架的第一连杆、两端分别枢接于所述面具与所述连杆支架的第二连杆、及两端分别枢接于所述面具与所述连杆支架的第三连杆，所述转接件具有与所述第一输出齿轮啮合传动的第一不完全齿轮，所述第一传动机构使所述面具升降移动以分离或覆盖于所述面壳。

2.如权利要求1所述的机器人头部结构，其特征在于，所述第三连杆呈U字型，所述第三连杆具有在所述面具移动至所述头壳的上侧时避让所述头壳的避让槽；在所述面具覆盖于所述面壳时，所述第三连杆与所述连杆支架之间的枢接轴线位于所述第二连杆与所述连杆支架之间的枢接轴线的上方，所述第三连杆与所述面具之间的枢接轴线位于所述第二连杆与所述面具之间的枢接轴线的上方。

3.如权利要求2所述的机器人头部结构，其特征在于，所述第一连杆靠近于所述第三连杆处设有第一轮齿部，所述第三连杆靠近于所述第一连杆处设有第二轮齿部，所述第一轮齿部与所述第二轮齿部啮合传动。

4.如权利要求1至3任一项所述的机器人头部结构，其特征在于，还包括用于将所述第一舵机的动力传递至所述头壳以使所述头壳俯仰摆动的第二传动机构，所述第一舵机的输出轴同轴连接有第一输出齿轮，所述第二传动机构包括安装于所述安装箱的传动箱、支承于所述传动箱且与所述头壳连接的驱动轴、以及用于避免所述头壳下垂的限位结构，所述驱动轴具有与所述第一输出齿轮啮合传动的第二不完全齿轮；

所述限位结构包括具有限位凸起的限位件、压紧设置于所述限位件与所述安装箱之间的弹性件、以及具有过孔与容纳槽的安装座，所述限位件位于所述容纳槽内且所述限位凸起穿过于所述过孔，所述限位件、所述安装座均与所述驱动轴同轴线设置，所述安装座轴向限位于所述传动箱内；所述驱动轴靠近于所述安装箱处开设有限位凹槽，用于供所述限位凸起进入以限定所述驱动轴的周向位置。

5.如权利要求4所述的机器人头部结构，其特征在于，所述安装座具有与所述驱动轴周向抵接配合的抵接壁，所述安装座具有与所述第一输出齿轮啮合传动的第三不完全齿轮；所述安装座的容纳槽的底面设有抵接斜面，在所述第一输出齿轮与所述第三不完全齿轮啮合传动时，所述抵接斜面与所述限位凸起滑动抵接配合以推动所述限位件使得所述限位凸起分离于所述限位凹槽；在所述驱动轴与所述抵接壁周向抵接配合时，所述第二不完全齿轮与所述第三不完全齿轮相靠近设置。

6.如权利要求4所述的机器人头部结构，其特征在于，所述限位凸起具有相连接的第一切面与第一斜面，所述驱动轴的限位凹槽具有相对分布的第二切面与第二斜面；在所述第一输出齿轮与所述第二不完全齿轮啮合传动时，所述第二切面滑动抵接于所述第一斜面以推动所述限位件向内移动；在所述限位件外弹至所述限位凹槽内时，所述第一切面与所述第二切面周向抵接配合以限定所述驱动轴的周向位置。

7.如权利要求1至3任一项所述的机器人头部结构，其特征在于，还包括安装于所述安装箱的第二舵机、用于将所述第二舵机的动力传递至所述安装箱以使所述安装箱左右摆动的第三传动机构、以及安装于机器人胸部的支柱，所述第三传动机构包括同轴连接于所述第二舵机的输出轴的第二输出齿轮、与所述第二输出齿轮啮合传动且同轴固定于所述支柱的传动齿轮。

8.机器人，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的机器人头部结构。