CN111531525B - 一种新型智能机器人的多自由度头颈部 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种新型智能机器人的多自由度头颈部，包括颈部安装架、左右晃动架、旋转架、头部安装架、俯仰控制机构、摇晃控制机构、复位弹簧和旋转控制机构，通过两个微型电动推杆推动头部左右晃动，而且可以通过两个复位弹簧的弹力，可以使机器人在断电时保持头部竖立复位为自然状态；通过旋转控制电机传动转动圆环旋转，从而带动机器人头部左右旋转；通过俯仰控制电机传动头部固定座前后转动，使机器人头部可以进行俯仰；并且本装置可以使机器人头部在左右晃动时，同时进行左右旋转和前后俯仰，提高机器人头部的仿真效果，本发明可以使机器人头颈部具有较高的自由度，提高机器人仿真效果。

Description

一种新型智能机器人的多自由度头颈部

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种新型智能机器人的多自由度头颈部。

背景技术

机器人是自动控制机器Robot的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械如机器狗，机器猫等。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或协助人类工作。理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物，目前科学界正在向此方向研究开发。如今，在一些迎宾服务中会应用迎宾服务机器人，但是现有的迎宾服务机器人头部只有回转和俯仰两个自由度，自由度较低，影响迎宾机器人仿真效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型智能机器人的多自由度头颈部，可以使机器人头颈部具有较高的自由度，提高机器人仿真效果。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种新型智能机器人的多自由度头颈部，包括颈部安装架、左右晃动架、旋转架、头部安装架、俯仰控制机构、摇晃控制机构、复位弹簧和旋转控制机构，所述的左右晃动架的前后两端分别转动连接在颈部安装架的前后两端，所述的旋转架转动连接在左右晃动架的上端，所述的头部安装架转动连接在俯仰控制机构的上端，所述的俯仰控制机构连接在旋转架内，俯仰控制机构与头部安装架啮合传动连接，所述的摇晃控制机构设有两个，两个摇晃控制机构分别固定连接在颈部安装架的两端，两个摇晃控制机构分别与左右晃动架的左右两端固定连接，所述的复位弹簧设有两个，两个复位弹簧的内端均与左右晃动架固定连接，两个复位弹簧的外端分别与颈部安装架的两端固定连接，所述的旋转控制机构连接在左右晃动架内，旋转控制机构与旋转架啮合传动连接；

所述的颈部安装架包括安装板、安装长孔、固定孔和弹簧固定座Ⅰ，安装板的中心横向设有安装长孔，安装板的四角处均设有固定孔，弹簧固定座Ⅰ设有两个，两个弹簧固定座Ⅰ分别固定连接在安装板的左右两端；

所述的左右晃动架包括晃动圆环、底板、转动短销、布线孔、转动长销、弹簧固定座Ⅱ和连动板，底板固定连接在晃动圆环的下端，底板上设有布线孔，转动短销固定连接在晃动圆环的后端，转动长销固定连接在晃动圆环的前端，连动板固定连接在转动长销的前端，弹簧固定座Ⅱ设有两个，两个弹簧固定座Ⅱ分别固定连接在连动板的左右两端，晃动圆环位于安装长孔内，转动短销与安装板的后端通过轴承转动连接，转动长销与安装板的前端通过轴承转动连接，两个复位弹簧的内端分别与两个弹簧固定座Ⅱ固定连接，两个复位弹簧的外端分别与两个弹簧固定座Ⅰ固定连接；

所述的旋转架包括转动圆环、连接座、固定耳板、电机安装板和内齿环，转动圆环的下端转动连接在晃动圆环的上端，转动圆环上端的左右两侧均设有连接座，两个连接座的内侧均固定连接有固定耳板，电机安装板固定连接在转动圆环内，内齿环固定连接在转动圆环的下端；

所述的头部安装架包括前后转动板、前后转动轴、头部固定座和蜗轮，前后转动板设有两个，两个前后转动板分别固定连接在头部固定座的左右两端，两个前后转动板的外端均固定连接有前后转动轴，蜗轮固定连接在头部固定座下端的中部，两个前后转动轴均与蜗轮同轴，两个前后转动轴分别与两个固定耳板通过轴承转动连接；

所述的俯仰控制机构包括蜗杆、皮带传动轮、皮带、电机带轮和俯仰控制电机，蜗杆的两端分别通过轴承转动连接在转动圆环的前后两端，蜗杆与蜗轮啮合传动连接，蜗杆上固定连接有皮带传动轮，俯仰控制电机固定连接在电机安装板上，电机带轮固定连接在俯仰控制电机的输出轴上，皮带传动轮和电机带轮通过皮带传动连接；

所述的摇晃控制机构包括微型电动推杆、连接头和滚动轮，连接头固定连接在微型电动推杆的移动端头处，连接头的前后两端均转动连接有滚动轮，所述的摇晃控制机构设有两个，两个微型电动推杆分别固定连接在安装长孔的左右两端，位于左端的两个滚动轮与晃动圆环的左端滚动连接，位于右端的两个滚动轮与晃动圆环的右端滚动连接；

所述的旋转控制机构包括旋转控制电机、电机锥齿轮、传动齿轮、传动锥齿轮和传动轴，传动轴的下端通过轴承转动连接在底板上，传动齿轮和传动锥齿轮均固定连接在传动轴上，旋转控制电机固定连接在底板上，电机锥齿轮固定连接在旋转控制电机的输出轴上，电机锥齿轮与传动锥齿轮啮合传动连接，传动齿轮与内齿环啮合传动连接；

四个所述的滚动轮外圆处均设有橡胶。

本发明的有益效果：本发明提供一种新型智能机器人的多自由度头颈部，通过两个微型电动推杆移动端的滚动轮推动晃动圆环以转动短销和转动长销为轴左右晃动，从而推动头部左右晃动，而且通过两个复位弹簧的弹力，可以使机器人在断电时保持头部竖立复位为自然状态；通过旋转控制电机传动内齿环带动转动圆环在晃动圆环上端旋转，从而带动机器人头部左右旋转；通过俯仰控制电机传动蜗轮，从而带动头部固定座以前后转动轴为轴前后转动，使机器人头部可以进行俯仰；并且本装置可以使机器人头部在左右晃动时，同时进行左右旋转和前后俯仰，提高机器人头部的仿真效果。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的整体剖视示意图；

图3是本发明的颈部安装架结构示意图；

图4是本发明的左右晃动架结构示意图；

图5是本发明的旋转架结构示意图；

图6是本发明的头部安装架结构示意图；

图7是本发明的俯仰控制机构结构示意图；

图8是本发明的摇晃控制机构结构示意图；

图9是本发明的旋转控制机构结构示意图。

图中：颈部安装架1；安装板1-1；安装长孔1-2；固定孔1-3；弹簧固定座Ⅰ1-4；左右晃动架2；晃动圆环2-1；底板2-2；转动短销2-3；布线孔2-4；转动长销2-5；弹簧固定座Ⅱ2-6；连动板2-7；旋转架3；转动圆环3-1；连接座3-2；固定耳板3-3；电机安装板3-4；内齿环3-5；头部安装架4；前后转动板4-1；前后转动轴4-2；头部固定座4-3；蜗轮4-4；俯仰控制机构5；蜗杆5-1；皮带传动轮5-2；皮带5-3；电机带轮5-4；俯仰控制电机5-5；摇晃控制机构6；微型电动推杆6-1；连接头6-2；滚动轮6-3；复位弹簧7；旋转控制机构8；旋转控制电机8-1；电机锥齿轮8-2；传动齿轮8-3；传动锥齿轮8-4；传动轴8-5。

具体实施方式

下面结合附图1-9对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式一：

如图1-9所示，一种新型智能机器人的多自由度头颈部，包括颈部安装架1、左右晃动架2、旋转架3、头部安装架4、俯仰控制机构5、摇晃控制机构6、复位弹簧7和旋转控制机构8，所述的左右晃动架2的前后两端分别转动连接在颈部安装架1的前后两端，所述的旋转架3转动连接在左右晃动架2的上端，所述的头部安装架4转动连接在俯仰控制机构5的上端，所述的俯仰控制机构5连接在旋转架3内，俯仰控制机构5与头部安装架4啮合传动连接，所述的摇晃控制机构6设有两个，两个摇晃控制机构6分别固定连接在颈部安装架1的两端，两个摇晃控制机构6分别与左右晃动架2的左右两端固定连接，所述的复位弹簧7设有两个，两个复位弹簧7的内端均与左右晃动架2固定连接，两个复位弹簧7的外端分别与颈部安装架1的两端固定连接，所述的旋转控制机构8连接在左右晃动架2内，旋转控制机构8与旋转架3啮合传动连接；

在使用时，通过机器人本体提供电能驱动微型电动推杆6-1、旋转控制电机8-1和俯仰控制电机5-5，同时通过机器人本体控制器控制微型电动推杆6-1、旋转控制电机8-1和俯仰控制电机5-5，通过两个微型电动推杆6-1移动端的滚动轮6-3推动晃动圆环2-1以转动短销2-3和转动长销2-5为轴左右晃动，从而推动头部左右晃动，而且通过两个复位弹簧7的弹力，可以使机器人在断电时保持头部竖立复位为自然状态；通过旋转控制电机8-1传动内齿环3-5带动转动圆环3-1在晃动圆环2-1上端旋转，从而带动机器人头部左右旋转；通过俯仰控制电机5-5传动蜗轮4-4，从而带动头部固定座4-3以前后转动轴4-2为轴前后转动，使机器人头部可以进行俯仰；并且本装置可以使机器人头部在左右晃动时，同时进行左右旋转和前后俯仰，提高机器人头部的仿真效果。

具体实施方式二：

如图1-9所示，所述的颈部安装架1包括安装板1-1、安装长孔1-2、固定孔1-3和弹簧固定座Ⅰ1-4，安装板1-1的中心横向设有安装长孔1-2，安装板1-1的四角处均设有固定孔1-3，弹簧固定座Ⅰ1-4设有两个，两个弹簧固定座Ⅰ1-4分别固定连接在安装板1-1的左右两端；

安装板1-1上的固定孔1-3用于穿过螺栓，将装置安装在机器人上，安装长孔1-2用于左右晃动架2安装，并未左右晃动架2左右晃动提供空间。

具体实施方式三：

如图1-9所示，所述的左右晃动架2包括晃动圆环2-1、底板2-2、转动短销2-3、布线孔2-4、转动长销2-5、弹簧固定座Ⅱ2-6和连动板2-7，底板2-2固定连接在晃动圆环2-1的下端，底板2-2上设有布线孔2-4，转动短销2-3固定连接在晃动圆环2-1的后端，转动长销2-5固定连接在晃动圆环2-1的前端，连动板2-7固定连接在转动长销2-5的前端，弹簧固定座Ⅱ2-6设有两个，两个弹簧固定座Ⅱ2-6分别固定连接在连动板2-7的左右两端，晃动圆环2-1位于安装长孔1-2内，转动短销2-3与安装板1-1的后端通过轴承转动连接，转动长销2-5与安装板1-1的前端通过轴承转动连接，两个复位弹簧7的内端分别与两个弹簧固定座Ⅱ2-6固定连接，两个复位弹簧7的外端分别与两个弹簧固定座Ⅰ1-4固定连接；

晃动圆环2-1通过转动短销2-3和转动长销2-5在安装长孔1-2内左右晃动，从而带动头部晃动，底板2-2上的布线孔2-4用于微型电动推杆6-1、旋转控制电机8-1和俯仰控制电机5-5与机器人本体连接导线布置，两个复位弹簧7通过与弹簧固定座Ⅱ2-6和弹簧固定座Ⅰ1-4的固定连接，使晃动圆环2-1晃动时带动连动板2-7拉扯两个复位弹簧7，增大复位弹簧7的弹力，使装置在断电时，通过复位弹簧7弹力将晃动圆环2-1复位，从而使机器人头部在断电时保持自然状态。

具体实施方式四：

如图1-9所示，所述的旋转架3包括转动圆环3-1、连接座3-2、固定耳板3-3、电机安装板3-4和内齿环3-5，转动圆环3-1的下端转动连接在晃动圆环2-1的上端，转动圆环3-1上端的左右两侧均设有连接座3-2，两个连接座3-2的内侧均固定连接有固定耳板3-3，电机安装板3-4固定连接在转动圆环3-1内，内齿环3-5固定连接在转动圆环3-1的下端；

具体实施方式五：

如图1-9所示，所述的头部安装架4包括前后转动板4-1、前后转动轴4-2、头部固定座4-3和蜗轮4-4，前后转动板4-1设有两个，两个前后转动板4-1分别固定连接在头部固定座4-3的左右两端，两个前后转动板4-1的外端均固定连接有前后转动轴4-2，蜗轮4-4固定连接在头部固定座4-3下端的中部，两个前后转动轴4-2均与蜗轮4-4同轴，两个前后转动轴4-2分别与两个固定耳板3-3通过轴承转动连接；

具体实施方式六：

如图1-9所示，所述的俯仰控制机构5包括蜗杆5-1、皮带传动轮5-2、皮带5-3、电机带轮5-4和俯仰控制电机5-5，蜗杆5-1的两端分别通过轴承转动连接在转动圆环3-1的前后两端，蜗杆5-1与蜗轮4-4啮合传动连接，蜗杆5-1上固定连接有皮带传动轮5-2，俯仰控制电机5-5固定连接在电机安装板3-4上，电机带轮5-4固定连接在俯仰控制电机5-5的输出轴上，皮带传动轮5-2和电机带轮5-4通过皮带5-3传动连接；

俯仰控制电机5-5带动电机带轮5-4，并由皮带5-3传动皮带传动轮5-2，使蜗杆5-1转动，蜗杆5-1传动蜗杆5-1，使头部固定座4-3以前后转动轴4-2为轴转动，从而达到带动头部俯仰的目的。

具体实施方式七：

如图1-9所示，所述的摇晃控制机构6包括微型电动推杆6-1、连接头6-2和滚动轮6-3，连接头6-2固定连接在微型电动推杆6-1的移动端头处，连接头6-2的前后两端均转动连接有滚动轮6-3，所述的摇晃控制机构6设有两个，两个微型电动推杆6-1分别固定连接在安装长孔1-2的左右两端，位于左端的两个滚动轮6-3与晃动圆环2-1的左端滚动连接，位于右端的两个滚动轮6-3与晃动圆环2-1的右端滚动连接；

微型电动推杆6-1伸出，使其头部的滚动轮6-3与晃动圆环2-1接触，顶动晃动圆环2-1以转动短销2-3和转动长销2-5为轴转动，当需要晃动圆环2-1复位自然位置时，可以缓慢撤回伸出的微型电动推杆6-1，通过复位弹簧7使其复位，当需要晃动圆环2-1向另一侧转动时，可以在缓慢撤回伸出的微型电动推杆6-1的同时，启动另一个微型电动推杆6-1缓慢伸出，使晃动圆环2-1到达复位自然位置后继续向另一侧转动，通过滚动轮6-3在晃动圆环2-1上滚动，减少摩擦并使机器人左右晃动头部更平缓流畅。

具体实施方式八：

如图1-9所示，所述的旋转控制机构8包括旋转控制电机8-1、电机锥齿轮8-2、传动齿轮8-3、传动锥齿轮8-4和传动轴8-5，传动轴8-5的下端通过轴承转动连接在底板2-2上，传动齿轮8-3和传动锥齿轮8-4均固定连接在传动轴8-5上，旋转控制电机8-1固定连接在底板2-2上，电机锥齿轮8-2固定连接在旋转控制电机8-1的输出轴上，电机锥齿轮8-2与传动锥齿轮8-4啮合传动连接，传动齿轮8-3与内齿环3-5啮合传动连接；

旋转控制电机8-1带动电机锥齿轮8-2传动传动锥齿轮8-4，并由传动轴8-5带动传动齿轮8-3传动内齿环3-5，使转动圆环3-1转动，从而带动头部旋转。

具体实施方式九：

如图1-9所示，四个所述的滚动轮6-3外圆处均设有橡胶。

滚动轮6-3外圆处设有的橡胶，可以避免滚动轮6-3与晃动圆环2-1接触时产生噪音。

本发明一种新型智能机器人的多自由度头颈部，其使用原理为：在使用时，通过机器人本体提供电能驱动微型电动推杆6-1、旋转控制电机8-1和俯仰控制电机5-5，同时通过机器人本体控制器控制微型电动推杆6-1、旋转控制电机8-1和俯仰控制电机5-5，通过两个微型电动推杆6-1移动端的滚动轮6-3推动晃动圆环2-1以转动短销2-3和转动长销2-5为轴左右晃动，从而推动头部左右晃动，而且通过两个复位弹簧7的弹力，可以使机器人在断电时保持头部竖立复位为自然状态；通过旋转控制电机8-1传动内齿环3-5带动转动圆环3-1在晃动圆环2-1上端旋转，从而带动机器人头部左右旋转；通过俯仰控制电机5-5传动蜗轮4-4，从而带动头部固定座4-3以前后转动轴4-2为轴前后转动，使机器人头部可以进行俯仰；并且本装置可以使机器人头部在左右晃动时，同时进行左右旋转和前后俯仰，提高机器人头部的仿真效果。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种新型智能机器人的多自由度头颈部，包括颈部安装架(1)、左右晃动架(2)、旋转架(3)、头部安装架(4)、俯仰控制机构(5)、摇晃控制机构(6)、复位弹簧(7)和旋转控制机构(8)，其特征在于：所述的左右晃动架(2)的前后两端分别转动连接在颈部安装架(1)的前后两端，所述的旋转架(3)转动连接在左右晃动架(2)的上端，所述的头部安装架(4)转动连接在俯仰控制机构(5)的上端，所述的俯仰控制机构(5)连接在旋转架(3)内，俯仰控制机构(5)与头部安装架(4)啮合传动连接，所述的摇晃控制机构(6)设有两个，两个摇晃控制机构(6)分别固定连接在颈部安装架(1)的两端，两个摇晃控制机构(6)分别与左右晃动架(2)的左右两端固定连接，所述的复位弹簧(7)设有两个，两个复位弹簧(7)的内端均与左右晃动架(2)固定连接，两个复位弹簧(7)的外端分别与颈部安装架(1)的两端固定连接，所述的旋转控制机构(8)连接在左右晃动架(2)内，旋转控制机构(8)与旋转架(3)啮合传动连接；

所述的颈部安装架(1)包括安装板(1-1)、安装长孔(1-2)、固定孔(1-3)和弹簧固定座Ⅰ(1-4)，安装板(1-1)的中心横向设有安装长孔(1-2)，安装板(1-1)的四角处均设有固定孔(1-3)，弹簧固定座Ⅰ(1-4)设有两个，两个弹簧固定座Ⅰ(1-4)分别固定连接在安装板(1-1)的左右两端；

所述的左右晃动架(2)包括晃动圆环(2-1)、底板(2-2)、转动短销(2-3)、布线孔(2-4)、转动长销(2-5)、弹簧固定座Ⅱ(2-6)和连动板(2-7)，底板(2-2)固定连接在晃动圆环(2-1)的下端，底板(2-2)上设有布线孔(2-4)，转动短销(2-3)固定连接在晃动圆环(2-1)的后端，转动长销(2-5)固定连接在晃动圆环(2-1)的前端，连动板(2-7)固定连接在转动长销(2-5)的前端，弹簧固定座Ⅱ(2-6)设有两个，两个弹簧固定座Ⅱ(2-6)分别固定连接在连动板(2-7)的左右两端，晃动圆环(2-1)位于安装长孔(1-2)内，转动短销(2-3)与安装板(1-1)的后端转动连接，转动长销(2-5)与安装板(1-1)的前端转动连接，两个复位弹簧(7)的内端分别与两个弹簧固定座Ⅱ(2-6)固定连接，两个复位弹簧(7)的外端分别与两个弹簧固定座Ⅰ(1-4)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于：所述的旋转架(3)包括转动圆环(3-1)、连接座(3-2)、固定耳板(3-3)、电机安装板(3-4)和内齿环(3-5)，转动圆环(3-1)的下端转动连接在晃动圆环(2-1)的上端，转动圆环(3-1)上端的左右两侧均设有连接座(3-2)，两个连接座(3-2)的内侧均固定连接有固定耳板(3-3)，电机安装板(3-4)固定连接在转动圆环(3-1)内，内齿环(3-5)固定连接在转动圆环(3-1)的下端。

3.根据权利要求2所述的一种新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于：所述的头部安装架(4)包括前后转动板(4-1)、前后转动轴(4-2)、头部固定座(4-3)和蜗轮(4-4)，前后转动板(4-1)设有两个，两个前后转动板(4-1)分别固定连接在头部固定座(4-3)的左右两端，两个前后转动板(4-1)的外端均固定连接有前后转动轴(4-2)，蜗轮(4-4)固定连接在头部固定座(4-3)下端的中部，两个前后转动轴(4-2)均与蜗轮(4-4)同轴，两个前后转动轴(4-2)分别与两个固定耳板(3-3)转动连接。

4.根据权利要求3所述的一种新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于：所述的俯仰控制机构(5)包括蜗杆(5-1)、皮带传动轮(5-2)、皮带(5-3)、电机带轮(5-4)和俯仰控制电机(5-5)，蜗杆(5-1)的两端分别转动连接在转动圆环(3-1)的前后两端，蜗杆(5-1)与蜗轮(4-4)啮合传动连接，蜗杆(5-1)上固定连接有皮带传动轮(5-2)，俯仰控制电机(5-5)固定连接在电机安装板(3-4)上，电机带轮(5-4)固定连接在俯仰控制电机(5-5)的输出轴上，皮带传动轮(5-2)和电机带轮(5-4)通过皮带(5-3)传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于：所述的摇晃控制机构(6)包括微型电动推杆(6-1)、连接头(6-2)和滚动轮(6-3)，连接头(6-2)固定连接在微型电动推杆(6-1)的移动端头处，连接头(6-2)的前后两端均转动连接有滚动轮(6-3)，所述的摇晃控制机构(6)设有两个，两个微型电动推杆(6-1)分别固定连接在安装长孔(1-2)的左右两端，位于左端的两个滚动轮(6-3)与晃动圆环(2-1)的左端滚动连接，位于右端的两个滚动轮(6-3)与晃动圆环(2-1)的右端滚动连接。

6.根据权利要求5所述的一种新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于：所述的旋转控制机构(8)包括旋转控制电机(8-1)、电机锥齿轮(8-2)、传动齿轮(8-3)、传动锥齿轮(8-4)和传动轴(8-5)，传动轴(8-5)的下端转动连接在底板(2-2)上，传动齿轮(8-3)和传动锥齿轮(8-4)均固定连接在传动轴(8-5)上，旋转控制电机(8-1)固定连接在底板(2-2)上，电机锥齿轮(8-2)固定连接在旋转控制电机(8-1)的输出轴上，电机锥齿轮(8-2)与传动锥齿轮(8-4)啮合传动连接，传动齿轮(8-3)与内齿环(3-5)啮合传动连接。

7.根据权利要求6所述的一种新型智能机器人的多自由度头颈部，其特征在于：四个所述的滚动轮(6-3)外圆处均设有橡胶。

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