CN113681591A - 一种双舵机驱动机器人头部运动机构及方法 - Google Patents

一种双舵机驱动机器人头部运动机构及方法 Download PDF

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孙元元
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Abstract

本发明涉及机器人领域，具体提供了一种双舵机驱动机器人头部运动机构，包括点头组件和转头组件，所述点头组件与所述转头组件连接；所述点头组件包括点头舵机和轴承座，所述点头舵机连接点头传动轴用于动力输出，点头传动轴用于将动力传输到点头钣金架上，所述点头钣金架用于支撑机器人头部外壳，所述点头传动轴放置于所述轴承座上，所述点头舵机一侧安装有走线固定架，所述走线固定架用于汇集电气件线缆通过机器人脖子与所述转头组件连通。与现有技术相比，本发明转头机构采用舵机+连杆原理，点头机构采用舵机直接驱动的双输出结构形式来实现机器人头部的运动，加工安装成本低，控制方案简单，易于实现。

Description

一种双舵机驱动机器人头部运动机构及方法
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体提供一种双舵机驱动机器人头部运动机构及方法。
背景技术
随着经济和科技的高速发展，用于第三方产业服务的机器人数量将大大增加,具有广泛的市场前景,服务机器人要想做好,必须力求接近类人化,与人进行自然、和谐的交互，才能实现其功能。
在众多的服务机器人产品中，其中点头运动和摇头运动是最常见的两种运动形式。市面上较为常见的是通过齿轮传动的方式实现其头部的转头和俯仰动作。齿轮传动运动原理简单，容易实现。传动效率高，但是噪声大，要想实现低噪声，所要求的加工精度高，成本高，而且需要定期的维护。尤其是转头机构，中部需要走线，配套的齿轮直径较大，无形中增大的传动比，控制方案必须采用伺服电机配套减速机加限位的方式，控制方案也比较复杂。
发明内容
本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种设计合理，安全适用的双舵机驱动机器人头部运动机构。
本发明进一步的技术任务是提供一种实用性强的双舵机驱动机器人头部运动方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种双舵机驱动机器人头部运动机构，包括点头组件和转头组件，所述点头组件与所述转头组件连接；
所述点头组件包括点头舵机和轴承座，所述点头舵机连接点头传动轴用于动力输出，点头传动轴用于将动力传输到点头钣金架上，所述点头钣金架用于支撑机器人头部外壳，所述点头传动轴放置于所述轴承座上，所述点头舵机一侧安装有走线固定架，所述走线固定架用于汇集电气件线缆通过机器人脖子与所述转头组件连通。
进一步的，所述点头钣金架上设有走线位置，用于固定电气件线缆，将所有线缆汇集到走线固定架中。
进一步的，所述转头组件包括回转轴，所述回转轴与传动连杆转动连接，所述传动连杆与舵机连杆转动连接，所述舵机连杆与转头舵机连接，在所述舵机连杆两侧对称安装左转头限位柱和右转头限位柱。
作为优选，所述回转轴上设有转头铰链，所述传动连杆的一端与转头铰链连接。
进一步的，在走线固定架上的电气件线缆进入到所述回转轴中。
一种双舵机驱动机器人头部运动方法，点头组件采用舵机直接驱动的双输出结构形式来实现机器人头部的运动，转头组件采用舵机连杆实现机器人头部±75°的旋转角度。
进一步的，所述点头组件通过点头舵机的输出力矩通过点头传动轴传递到点头钣金架上，所述点头钣金架支撑机器人头部外壳，点头传动轴放置在轴承座上，点头钣金架上设有走线位置，固定电气件线缆，最终所有的线缆汇集到走线固定架上与转头组件连通。
进一步的，所述转头组件中转头舵机的传动力矩通过舵机连杆传动到传动连杆上，传动连杆与回转轴上的转头铰链连接，带动回转轴旋转；
所述舵机连杆通过左转头限位柱和右转头限位柱26既可以实现转头角度限位，又可以防止连杆理论上的死点位置。
本发明的一种双舵机驱动机器人头部运动机构及方法和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：
本发明转头机构采用舵机+连杆原理，点头机构采用舵机直接驱动的双输出结构形式来实现机器人头部的运动，加工安装成本低，控制方案简单，易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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。
附图1是一种双舵机驱动机器人头部运动机构结构示意图；
附图2是一种双舵机驱动机器人头部运动机构中点头组件示意图；
附图3是一种双舵机驱动机器人头部运动机构中转头组件示意图(一)；
附图4是一种双舵机驱动机器人头部运动机构中转头组件示意图(二)；
附图5是一种双舵机驱动机器人头部运动机构中左转头姿态示意图；
附图6是一种双舵机驱动机器人头部运动机构中右转头姿态示意图；
附图7是一种双舵机驱动机器人头部运动机构中转头机构原理图。
附图中的标记分别表示：
10、点头组件，20、转头组件，11、点头舵机，12、轴承座，13、点头传动轴，14、点头钣金架，15、走线固定架，16、机器人脖子，17机器人头部外壳，22、回转轴，23、传动连杆，24、舵机连杆，25、转头舵机，26、左转头限位柱，27、右转头限位柱。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明的方案，下面结合具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。
下面给出一个最佳实施例：
如图1-7所示，本实施例中一种双舵机驱动机器人头部运动机构，包括点头组件10和转头组件20，点头组件10与所述转头组件20连接。
点头组件10包括点头舵机11和轴承座12，点头舵机11连接点头传动轴13用于动力输出，点头传动轴13用于将动力传输到点头钣金架14上，点头钣金架14用于支撑机器人头部外壳17，点头传动轴13放置于所述轴承座12上，点头舵机11一侧安装有走线固定架15，走线固定架15用于汇集电气件线缆通过机器人脖子与转头组件20连通。
其中，点头钣金架14上设有走线位置，用于固定电气件线缆，将所有线缆汇集到走线固定架15中。
转头组件20包括回转轴22，所述回转轴22与传动连杆23转动连接，所述传动连杆23与舵机连杆24转动连接，所述舵机连杆24与转头舵机25连接，在所述舵机连杆24两侧对称安装左转头限位柱26和右转头限位柱27。
其中，回转轴22上设有转头铰链，传动连杆23的一端与转头铰链连接。在走线固定架15上的电气件线缆进入到所述回转轴22中。
一种双舵机驱动机器人头部运动方法，点头组件10采用舵机直接驱动的双输出结构形式来实现机器人头部的运动，转头组件20采用舵机连杆24实现机器人头部±75°的旋转角度。加工安装成本低，控制方案简单，易于实现。
其中，转头组件20需要在机身机构范围内，曲柄旋转150度而不达到死点位置，并且与机身外壳不发生干涉。经计算确定回转轴摇杆长度为50mm，舵机摇杆长度为70mm，连杆长度135mm,机架长度110mm。通过计算：50+135＞110+70，判定为双摇杆机构。舵机摇杆70为主动轴，旋转101°即可实现头部150°范围内的回转运动。
点头组件10中：
在点头组件10中点头舵机11的输出力矩通过点头传动轴13传递到点头钣金架14上，轴承座12起到主要的承重作用，支撑起整个机器人的头部。点头钣金架14是头部主要的支撑载体。机器人头部外壳17与头部的屏幕都在点头钣金架14上固定。点头钣金架14上设计有走线位置，用于固定电气件线缆，最终所有的线束都汇集到走线固定架15上进入到回转轴21中。
转头组件20中：
转头组件20是利用连杆机构原理实现的，可实现机器人头部±75°的旋转角度，比较符合人类以及动物的仿生学的转头角度。
转头舵机25的传动力矩通过舵机连杆24传动到传动连杆23上。传动连杆23与回转轴21上的而转头铰链22连接，从而带动回转轴的旋转，并且对转头的速度要求不高。所以舵机的旋转角度与回转轴22的旋转角度符合连杆机构的运动学原理。通过左转头限位柱26右转头限位柱26既可以实现转头角度限位，又可以防止连杆理论上的死点位置。起到稳定整个转头机构的作用。同时又可以给电气控制人员舵机调零数据的依据。左转头姿态+75°与左转头姿态+75°。
上述具体的实施方式仅是本发明具体的个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体的实施方式，任何符合本发明的一种双舵机驱动机器人头部运动机构及方法权利要求书的且任何所述技术领域普通技术人员对其做出的适当变化或者替换，皆应落入本发明的专利保护范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种双舵机驱动机器人头部运动机构，其特征在于，包括点头组件和转头组件，所述点头组件与所述转头组件连接；
所述点头组件包括点头舵机和轴承座，所述点头舵机连接点头传动轴用于动力输出，点头传动轴用于将动力传输到点头钣金架上，所述点头钣金架用于支撑机器人头部外壳，所述点头传动轴放置于所述轴承座上，所述点头舵机一侧安装有走线固定架，所述走线固定架用于汇集电气件线缆通过机器人脖子与所述转头组件连通。
2.根据权利要求1所述的一种双舵机驱动机器人头部运动机构，其特征在于，所述点头钣金架上设有走线位置，用于固定电气件线缆，将所有线缆汇集到走线固定架中。
3.根据权利要求2所述的一种双舵机驱动机器人头部运动机构，其特征在于，所述转头组件包括回转轴，所述回转轴与传动连杆转动连接，所述传动连杆与舵机连杆转动连接，所述舵机连杆与转头舵机连接，在所述舵机连杆两侧对称安装左转头限位柱和右转头限位柱。
4.根据权利要求3所述的一种双舵机驱动机器人头部运动机构，其特征在于，所述回转轴上设有转头铰链，所述传动连杆的一端与转头铰链连接。
5.根据权利要求4所述的一种双舵机驱动机器人头部运动机构，其特征在于，在走线固定架上的电气件线缆进入到所述回转轴中。
6.一种双舵机驱动机器人头部运动方法，其特征在于，点头组件采用舵机直接驱动的双输出结构形式来实现机器人头部的运动，转头组件采用舵机连杆实现机器人头部±75°的旋转角度。
7.根据权利要求6所述的一种双舵机驱动机器人头部运动方法，其特征在于，所述点头组件通过点头舵机的输出力矩通过点头传动轴传递到点头钣金架上，所述点头钣金架支撑机器人头部外壳，点头传动轴放置在轴承座上，点头钣金架上设有走线位置，固定电气件线缆，最终所有的线缆汇集到走线固定架上与转头组件连通。
8.根据权利要求7所述的一种双舵机驱动机器人头部运动方法，其特征在于，所述转头组件中转头舵机的传动力矩通过舵机连杆传动到传动连杆上，传动连杆与回转轴上的转头铰链连接，带动回转轴旋转；
所述舵机连杆通过左转头限位柱和右转头限位柱26既可以实现转头角度限位，又可以防止连杆理论上的死点位置。
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US20140060224A1 (en) * 2011-05-25 2014-03-06 Hitachi, Ltd. Head structure of robot, and driving method for the head
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