CN110587663A - 机器人头部运动机构 - Google Patents

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金有刚
刘付龙辉
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Abstract

本发明涉及一种机器人头部运动机构，包括：摇头机构组件，所述摇头机构组件包括第一驱动件、第一传动组件和底板，所述第一传动组件连接所述第一驱动件和底板，以带动所述底板绕第二转轴s转动；以及点头机构组件，连接所述底板，且随所述底板同步运动，所述点头机构组件包括第二驱动件、第二传动组件和顶板，所述第二传动组件连接第二驱动件和顶板，以带动所述顶板绕第一转轴p转动，所述第二传动组件为同步轮组件。由于机器人的脖子细小，脖子上的空间非常窄小，第二传动组件为同步轮组件，同步轮组件结构紧凑，占用的周向空间远远小于竖向空间，在窄小的脖子处也能够灵活的实现机器人头部的点头运动。

Description

机器人头部运动机构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器人头部运动机构。
背景技术
服务机器人是一种仿生类机器人，例如可以模仿人头部点头或摇头动作。
目前市场上的设计方案主要通过电机带动齿轮或连杆机构传动来实现机器人的点头和摇头功能。但是，现有结构占用空间大，导致机器人脖子较粗，且存在机器人点头的同时摇头的复合运动。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种占用空间小且实现机器人点头和摇头不互相干涉的机器人头部运动机构。
一种机器人头部运动机构，包括：
摇头机构组件，所述摇头机构组件包括第一驱动件、第一传动组件和底板，所述第一传动组件连接所述第一驱动件和底板，以带动所述底板绕第二转轴s转动；以及
点头机构组件，连接所述底板，且随所述底板同步运动，所述点头机构组件包括第二驱动件、第二传动组件和顶板，所述第二传动组件连接第二驱动件和顶板，以带动所述顶板绕第一转轴p转动，所述第二传动组件为同步轮组件。
在其中一个实施例中，所述第二传动组件包括第一同步轮、第二同步轮和连接第一同步轮和第二同步轮的同步带，所述第一同步轮连接所述第二驱动件，所述第二同步轮连接所述顶板。
在其中一个实施例中，所述第二同步轮的直径大于所述第一同步轮的直径。
在其中一个实施例中，所述点头机构组件包括张紧单元，所述张紧单元包括调节板、张紧轮和第一锁固件，所述张紧轮转动安装于所述调节板，所述调节板上设置有第一调节槽，所述第一锁固件穿过所述第一调节槽且能够锁紧在所述第一调节槽的不同位置，以使所述张紧轮以不同的压力压紧在所述同步带上。
在其中一个实施例中，还包括限位板和第二锁固件，所述限位板上设置有第二调节槽，所述第二锁固件穿过所述第二调节槽之后将所述限位板锁定于所述侧板，所述限位板上设置有第二斜边，所述调节板上设置有第一斜边，所述第一斜边和所述第二斜边相互抵靠。
在其中一个实施例中，所述顶板上连接有至少一个固定板，所述固定板上设置有第一限位槽，所述侧板上设置有第一限位柱，所述第一限位柱插入所述第一限位槽内，所述第一限位柱与所述第一限位槽滑动配合以限制所述固定板绕所述第一转轴p转动的角度。
在其中一个实施例中，沿所述顶板转动方向的两侧分别设置有复位弹性件，所述复位弹性件一端连接所述顶板、另一端连接所述侧板。
在其中一个实施例中，所述第一传动组件包括传动轴，所述摇头机构组件包括支撑板，所述传动轴转动连接于所述支撑板，所述传动轴穿过所述支撑板且所述传动轴的两端分别连接所述底板和所述第一驱动件。
在其中一个实施例中，所述支撑板上设置有第二限位槽，所述底板上设置有第二限位柱，所述第二限位柱插入所述第二限位槽内，所述第二限位柱与所述第二限位槽滑动配合以限制所述底板绕所述第二转轴s转动的角度。
在其中一个实施例中，所述摇头机构组件还包括固定连接于所述支撑板的支架板，所述支撑板与所述支架板之间形成间隙，所述传动轴穿过所述支撑板和所述支架板，所述支撑板和所述支架板均支撑所述传动轴。
有益效果：由于机器人的脖子细小，脖子上的空间非常窄小，第二传动组件为同步轮组件，同步轮组件结构紧凑，占用的周向空间远远小于竖向空间，在窄小的脖子处也能够灵活的实现机器人头部的点头运动。
附图说明
图1为一个实施例中的机器人头部运动机构的结构示意图；
图2为图1所示的机器人头部运动机构的部分结构示意图；
图3为图2的爆炸图；
图4为图1所示的机器人头部运动机构的另一个视角的爆炸图。
附图标记：10、侧板；10A、第一安装孔；10B、第二安装孔；100、摇头机构组件；110、第一驱动件；111、第二连轴套；120、第一传动组件；121、传动轴；122、传动板；130、底板；131、第二限位柱；140、支撑板；141、第二限位槽；150、支架板；200、点头机构组件；210、第二驱动件；220、第二传动组件；221、第一同步轮；222、第二同步轮；223、同步带；224、转轴；225、第一连轴套；230、顶板；231、固定板；231A、第一限位槽；240、张紧单元；241、调节板；241A、第一调节槽；241B、第一斜边；242、张紧轮；243、第一锁固件；250、限位板；251、第二斜边；252、第二调节槽；253、第二锁固件；260、复位弹性件。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本发明公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
图1为一个实施例中的机器人头部运动机构的结构示意图，如图1所示，机器人头部运动机构包括摇头机构组件100和点头机构组件200。摇头机构组件100位于点头机构组件200上方，且点头机构组件200承载于摇头机构组件100上，如图1所示，s为第二转轴，p为第一转轴，点头机构组件200能够在摇头机构组件100的驱动在绕第二转轴s转动，点头机构组件200包括顶板230，机器人的头部(图中未示出)安装在顶板230上，顶板230能够在点头机构组件200的驱动下绕第一转轴p转动，从而使机器人的头部能够绕第一转轴p做点头运动，当机器人的头部绕第二转轴s转动时，机器人的头部做摇头动作。
图2为图1所示的机器人头部运动机构的部分结构示意图，图3为图2的爆炸图。图4为图1所示的机器人头部运动机构的另一个视角的爆炸图。如图4所示，摇头机构组件100包括第一驱动件110、第一传动组件120和底板130，第一传动组件120连接第一驱动件110和底板130，第一驱动件110通过第一传动组件120带动底板130绕第二转轴s转动。点头机构组件200设置在底板130上，点头机构组件200能够随底板130同步运动。点头机构组件200包括第二驱动件210、第二传动组件220和顶板230，第二传动组件220连接第二驱动件210和顶板230，第二驱动件210通过第二传动组件220带动顶板230绕第一转轴p转动。例如，第一转轴p可以为水平轴，第二转轴s可以为竖直轴。
如图3所示，第二传动组件220为同步轮组件。具体地，第二传动组件220包括第一同步轮221、第二同步轮222和连接第一同步轮221和第二同步轮222的同步带223，同步带223套接于第一同步轮221和第二同步轮222，第二驱动件210连接第一同步轮221，以驱动第一同步轮221转动。例如，第二驱动件210的输出轴沿水平延伸，以连接第一同步轮221，第二同步轮222设置在第一同步轮221的上方，当第二驱动件210运动时，第二同步轮222就随之转动，具体地，如图3所示，第二同步轮222绕第一转轴p转动。顶板230固定连接于第二同步轮222，顶板230能够随第二同步轮222同步绕第一转轴p转动，机器人的头部固定在顶板230，从而机器人头部能够绕第一转轴p做点头运动。由于机器人的脖子细小，脖子上的空间非常窄小，本实施例中，第二传动组件220为同步轮组件，同步轮组件结构紧凑，占用的周向空间远远小于竖向空间，在窄小的脖子处也能够灵活的实现机器人头部的点头运动。
例如，如图3所示，机器人头部运动机构还包括若干侧板10，这些侧板10能够相互连接以形成框架支撑结构，框架支撑结构为中空的结构，第二传动组件220设置在该中空的结构内。例如，侧板10沿竖直方向设置有第一安装孔10A和第二安装孔10B，第一同步轮221转动安装于第一安装孔10A，第二同步轮222转动安装于第二安装孔10B，侧板10能够对第一同步轮221和第二同步轮222进行支撑。
又如，如图3所示，第一同步轮221上安装有转轴224，转轴224与第一同步轮221固定连接，转轴224转动穿过第一安装孔10A。转轴224与第二驱动件210之间通过第一连轴套225连接，第一连轴套225为法兰结构，转轴224通过该法兰结构连接第二驱动件210的输出轴。例如，第一连轴套225上设置有截面为D形状的孔，转轴224也具有截面为D形状的部分，该部分插入第一连轴套225的截面为D形状的孔内，从而实现第一连轴套225与转轴224同步转动。
例如，如图3所示，顶板230上连接有两个固定板231，两个固定板231间隔设置，第二同步轮222设置在两个固定板231之间，在其中一个实施例中，两个固定板231可以直接固定在第二同步轮222上；在其中一个实施例中，两个固定板231也可以固定在第二同步轮222的转轴z上，此时，转轴z与第二同步轮222固定连接，转轴z转动连接于第二安装孔10B。装配好之后，第二同步轮222的转轴z与第一转轴p重合。
在其中一个实施例中，如图3所示，第二同步轮222的直径大于第一同步轮221的直径。由于第一同步轮221直接连接第二驱动件210，因此第一同步轮221的转速与第二驱动件210输出的转速一致，通过第二同步轮222的直径大于第一同步轮221的直径，能够降低第二同步轮222的转速，也就是说，第二同步轮222的转速小于第二驱动件210输出的转速，达到降速的效果，通过设计不同的直径比可以设计机器人点头的速度。
在其中一个实施例中，如图1或图2或图3所示，点头机构组件200还包括张紧单元240。张紧单元240安装在侧板10上，张紧单元240包括调节板241和张紧轮242，张紧轮242转动安装在调节板241上。如图1和图2所示，调节板241上设置有第一调节槽241A，第一调节槽241A可以为水平槽，也可以为弧形槽。调节板241通过第一锁固件243固定在侧板10上，第一锁固件243穿过第一调节槽241A之后锁定在侧板10上。如图1和图2所示，第一调节槽241A有两个平行的水平槽，两个第一锁固件243分别穿过两个第一调节槽241A锁定在侧板10上。张紧轮242抵压在同步带223上，以使同步带223呈张紧状态。当需要调节同步带223的张紧状态时，调松第一锁固件243，然后移动调节板241，使张紧轮242以合适的压力压紧在同步带223上，然后重新将第一锁固件243锁紧在侧板10上。通过两个第一锁固件243锁定在两个平行的第一调节槽241A上，能够在一定程度上防止锁紧后调节板241相对于侧板10转动。
为了进一步地使第一锁固件243将调节板241锁定在侧板10上之后，防止调节板241相对于侧板10移动，使得张紧轮242对同步带223保持稳定的压力，如图1或图2所示，侧板10上设置有限位板250，限位板250上设置有第二斜边251，调节板241上设置有第一斜边241B，第一斜边241B和第二斜边251能够相互抵靠。限位板250上设置有第二调节槽252，第二锁固件253穿过第二调节槽252之后将限位板250锁紧在侧板10上，例如，第二调节槽252可以在竖直方向上沿直线延伸，且第二锁固件253能够锁紧在第二调节槽252的不同位置，从而使得第二调节槽252能够相对于侧板10调节位置。例如，第二调节槽252有两个，且两个第二调节槽252平行设置，两个第二锁固件253分别穿过两个第二调节槽252后锁紧在侧板10上。
如图3所示，顶板230上连接有两个固定板231，两个固定板231间隔设置，第二同步轮222设置在两个固定板231之间，固定板231可以固定连接于第二同步轮222，顶板230随第二同步轮222同步转动。当同步带223带动第二同步轮222转动时，固定板231和顶板230组成的整体随第二同步轮222同步转动，在其中一个实施例中，固定板231上设置有第一限位槽231A，第一限位槽231A为弧形槽，侧板10上固定有第一限位柱(图中未示出)，第一限位柱插入第一限位槽231A内，当顶板230与固定板231同步运动时，固定板231上的第一限位槽231A也随之运动，进而使得第一限位柱相对于第一限位槽231A运动，当第一限位柱运动到第一限位槽231A边缘时不再运动，从而通过第一限位柱和第一限位槽231A的配合，限制了顶板230的转动角度，最终限制了安装在顶板230上的机器人头部的转动角度，即机器人头部的点头角度也被限定。也就是说，当固定板231绕第一转轴p转动时，固定板231的转动角度被限制为第一限位柱相对于第一限位槽231A滑动配合的范围。
如图1所示，顶板230绕第一转轴p转动，在顶板230的转动方向的两侧分别设置有复位弹性件260，复位弹性件260一端连接顶板230、另一端连接侧板10，图1中的视角只示出了一个复位弹性件260，图3所示的视角示出了两个复位弹性件260。当第二驱动件210没有输入动力时，两个复位弹性件260的弹性驱动力能够使顶板230保持在顶板230运动范围的中部，在一些实施例中，通过设置两个复位弹性件260的所具有的弹性力的大小，可以使顶板230保持在顶板230运动范围内的任意位置。由于机器人的头部固定在顶板230上，当第二驱动件210没有输入动力时，通过两个复位弹性件260能够使机器人的头部回复复位状态。
如图4所示，第一传动组件120包括传动轴121，传动轴121可以沿竖直方向延伸，传动轴121可以绕竖直方向的轴转动，例如传动轴121可以绕第二转轴s转动。摇头机构组件100包括支撑板140，支撑板140上可以设置孔结构，传动轴121穿过该孔结构，例如孔结构内可以设置轴承q1，传动轴121通过轴承q1安装在孔结构内，支撑板140对传动轴121起到支撑作用。传动轴121的上端固定连接底板130，传动轴121的下端固定连接第一驱动件110的输出轴。
如图4所示，摇头机构组件100还包括固定于支撑板140上的支架板150，支撑板140和支架板150之间形成间隙，支架板150设置在支撑板140下方，例如，如图4所示，支架板150可以为“U”形，支撑板140与支架板150固定连接后形成类似“口”形结构。支架板150上也设置有孔结构，支架板150的孔结构内设置有轴承q2，轴承q1和轴承q2沿竖直方向同轴设置。传动轴121穿过支撑板140和支架板150，具体地，传动轴121穿过轴承q1和轴承q2，轴承q1和轴承q2对传动轴121起到支撑作用。
如图4所示，第一传动组件120包括传动轴121和传动板122，传动轴121与传动板122固定连接，传动板122与底板130固定连接，也就是说，传动轴121通过传动板122连接底板130。在一些实施例中，传动轴121可以直接连接底板130，也可以通过其他中间连接件连接底板130。
如图4所示，传动轴121与第一驱动件110之间通过第二连轴套111连接，第二连轴套111为法兰结构，传动轴121通过该法兰结构连接第一驱动件110的输出轴。
如图1所示，支撑板140上设置有第二限位槽141，第二限位槽141为弧形槽，底板130上设置有第二限位柱131，第二限位柱131插入第二限位槽141内，第二限位柱131能够在第二限位槽141内滑动，当第一驱动件110驱动底板130绕第二转轴s转动时，第二限位柱131沿着第二限位槽141的延伸方向滑动，通过第二限位柱131和第二限位槽141的滑动配合，使第二限位柱131的运动范围被限制在第二限位槽141的延伸方向上，进而可以限制底板130的转动角度，进而限制机器人摇头的角度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机器人头部运动机构，其特征在于，包括：
摇头机构组件(100)，所述摇头机构组件(100)包括第一驱动件(110)、第一传动组件(120)和底板(130)，所述第一传动组件(120)连接所述第一驱动件(110)和底板(130)，以带动所述底板(130)绕第二转轴s转动；以及
点头机构组件(200)，连接所述底板(130)，且随所述底板(130)同步运动，所述点头机构组件(200)包括第二驱动件(210)、第二传动组件(220)和顶板(230)，所述第二传动组件(220)连接第二驱动件(210)和顶板(230)，以带动所述顶板(230)绕第一转轴p转动，所述第二传动组件(220)为同步轮组件。
2.根据权利要求1所述的机器人头部运动机构，其特征在于，所述第二传动组件(220)包括第一同步轮(221)、第二同步轮(222)和连接第一同步轮(221)和第二同步轮(222)的同步带(223)，所述第一同步轮(221)连接所述第二驱动件(210)，所述第二同步轮(222)连接所述顶板(230)。
3.根据权利要求2所述的机器人头部运动机构，其特征在于，所述第二同步轮(222)的直径大于所述第一同步轮(221)的直径。
4.根据权利要求2所述的机器人头部运动机构，其特征在于，所述点头机构组件(200)包括张紧单元(240)，所述张紧单元(240)包括调节板(241)、张紧轮(242)和第一锁固件(243)，所述张紧轮(242)转动安装于所述调节板(241)，所述调节板(241)上设置有第一调节槽(241A)，所述第一锁固件(243)穿过所述第一调节槽(241A)且能够锁紧在所述第一调节槽(241A)的不同位置，以使所述张紧轮(242)以不同的压力压紧在所述同步带(223)上。
5.根据权利要求4所述的机器人头部运动机构，其特征在于，还包括限位板(250)和第二锁固件(253)，所述限位板(250)上设置有第二调节槽(252)，所述第二锁固件(253)穿过所述第二调节槽(252)之后将所述限位板(250)锁定于所述侧板(10)，所述限位板(250)上设置有第二斜边(251)，所述调节板(241)上设置有第一斜边(241B)，所述第一斜边(241B)和所述第二斜边(251)相互抵靠。
6.根据权利要求1所述的机器人头部运动机构，其特征在于，所述顶板(230)上连接有至少一个固定板(231)，所述固定板(231)上设置有第一限位槽(231A)，所述侧板(10)上设置有第一限位柱，所述第一限位柱插入所述第一限位槽(231A)内，所述第一限位柱与所述第一限位槽(231A)滑动配合以限制所述固定板(231)绕所述第一转轴p转动的角度。
7.根据权利要求6所述的机器人头部运动机构，其特征在于，沿所述顶板(230)转动方向的两侧分别设置有复位弹性件(260)，所述复位弹性件(260)一端连接所述顶板(230)、另一端连接所述侧板(10)。
8.根据权利要求1所述的机器人头部运动机构，其特征在于，所述第一传动组件(120)包括传动轴(121)，所述摇头机构组件(100)包括支撑板(140)，所述传动轴(121)转动连接于所述支撑板(140)，所述传动轴(121)穿过所述支撑板(140)且所述传动轴(121)的两端分别连接所述底板(130)和所述第一驱动件(110)。
9.根据权利要求8所述的机器人头部运动机构，其特征在于，所述支撑板(140)上设置有第二限位槽(141)，所述底板(130)上设置有第二限位柱(131)，所述第二限位柱(131)插入所述第二限位槽(141)内，所述第二限位柱(131)与所述第二限位槽(141)滑动配合以限制所述底板(130)绕所述第二转轴s转动的角度。
10.根据权利要求8所述的机器人头部运动机构，其特征在于，所述摇头机构组件(100)还包括固定连接于所述支撑板(140)的支架板(150)，所述支撑板(140)与所述支架板(150)之间形成间隙，所述传动轴(121)穿过所述支撑板(140)和所述支架板(150)，所述支撑板(140)和所述支架板(150)均支撑所述传动轴(121)。
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