CN205817834U - 机器人及其头部运动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种机器人的头部运动装置，包括分别驱动机器人头部进行转动、前后摆动、以及左右摆动的摇摆驱动电机、俯仰驱动电机、与倾斜驱动电机，摇摆驱动电机设置于机器人的躯干的外壳内，俯仰驱动电机与倾斜驱动电机设置于机器人的头部的外壳内，摇摆驱动电机输出轴与一支架固定连接并驱动其转动，俯仰驱动电机与所述支架相枢接并在支架的反作用力下前后摆动，倾斜驱动电机与一摆动导杆机构相连并带动摆动导杆机构的导杆左右摆动，导杆的一端与俯仰驱动电机传动连接，另一端与头部的外壳传动连接，本实用新型将摇摆与俯仰、倾斜运动独立开来，整体结构紧凑，特别适用于小型机器人。本实用新型还公开一种采用所述头部运动装置的机械人。

Description

机器人及其头部运动装置

【技术领域】

本实用新型涉及机器人，特别是涉及机器人的头部运动装置。

【背景技术】

为了让机器人达到类似真人的运动效果，机器人的头部需要实现三个自由度的运动，即前后俯仰、左右倾斜、以及摇摆。现有头部三自由度机器人结构通常是采用三个电机串联，每个电机独立控制一个自由度的方式来进行机器人头部的运动控制。然而，由于各电机及传动机构相互独立，且存在相对运动，所以空间占用较大。在机器人应用中，特别是小型机器人，其头部与身体连接处(脖子)空间窄小，难以应用上述头部多自由度控制方式，因此市面上大部分人形机器人头部仅具有1-2个自由度。

【发明内容】

有鉴于此，提供一种具有三自由度的机器人及其头部运动装置。

一种机器人的头部运动装置，包括分别驱动机器人头部进行转动、前后摆动、以及左右摆动的摇摆驱动电机、俯仰驱动电机、与倾斜驱动电机，所述摇摆驱动电机设置于机器人的躯干的外壳内，所述俯仰驱动电机与倾斜驱动电机设置于机器人的头部的外壳内，所述摇摆驱动电机的输出轴与一支架固定连接并驱动所述支架转动，所述俯仰驱动电机与所述支架相枢接并在支架的反作用力下前后摆动，所述倾斜驱动电机与一摆动导杆机构相连并带动摆动导杆机构的导杆左右摆动，所述导杆的一端与俯仰驱动电机传动连接，另一端与头部的外壳传动连接。

一种机器人，包括底座、安装于底座上的躯干、以及连接于躯干上的头部，所述头部包括头部外壳以及前述的头部运动装置，所述头部运动装置驱动所述外壳运动。

相较于现有技术，本实用新型头部运动装置将摇摆与俯仰、倾斜运动独立开来，将摇摆驱动电机安装在空间较充裕的躯干内部，将俯仰、倾斜驱动电机固定于在头部内，并加入一个摆动导杆机构，整体结构紧凑，特别适用于小型机器人。

【附图说明】

下面结合附图，参照具体实施例对本实用新型的机器人及其头部运动装置进行具体说明。

图1是根据本实用新型一实施例的机器人的结构示意图。

图2是图1所示机器人的爆炸图。

图3是图2所示机器人的头部运动装置的放大图。

图4是图3所示运动机构的爆炸图。

【具体实施方式】

如图1-2所示，根据本实用新型一实施例的机器人包括底座10、安装于底座10上的躯干20、以及连接于躯干20上头部30。其中，躯干20包括内部的支架22、包覆支架22的壳体24、连接于壳体24两侧的手臂26、以及驱动手臂26移动的驱动单元28。头部30连接于躯干20上方，包括头部外壳32以及驱动外壳32运动的头部运动装置34。

请同时参阅图3及图4，所述运动机构34包括三个驱动电机，即摇摆驱动电机36、俯仰驱动电机38、以及倾斜驱动电机40，分别驱动头部30进行转动、前后摆动、以及倾斜(左右)摆动。所述三个驱动电机36、38、40优选地为舵机，由于直接进行角度控制，可以实现运动极限位置的约束。本实施例中，所述摇摆驱动电机36设置于躯干20的壳体24内。由于躯干20的壳体24内具有足够大的空间，摇摆驱动电机36可以选用标准尺寸的舵机，其具有足够的驱动力，并可以承受头部30以及其它两个驱动电机38、40以及对应的传动结构的重量。所述俯仰驱动电机38与倾斜驱动电机40设置于头部30的外壳32内，可以选用较小的12g舵机，以适应外壳32内窄小的空间。

所述摇摆驱动电机36的输出轴向上伸出并与一支架42固定连接，带动支架42随之转动。所述支架42的材料优选地为具有一定强度的塑料或金属，可以承载一定的重量。本实施例中，所述支架42呈U形，其底部与摇摆驱动电机36的输出轴固定相连，两侧形成竖直的支撑臂44。在其它实施例中，所述支架42也可以呈圆弧形或碗形。所述俯仰驱动电机38枢接于支架42的支撑臂44上，所述倾斜驱动电机40叠置于俯仰驱动电机38上，通过摆动导杆机构46与一固定架48相枢接。所述固定架48与头部30的外壳32固定连接，从而在三个驱动电机36、38、40的驱动下，可以带动头部30进行三个自由度的运动，具体地：

第一，摇摆运动：其他两个舵机锁定，摇摆驱动电机36带动支架42进行旋转运动，支架42的旋转运动传递到固定架48，进而带动头部30呈现摇摆效果；

第二，俯仰运动：其他两个舵机锁定，俯仰驱动电机38工作，依靠支架42的反作用力，使俯仰驱动电机38相对支架42作相对运动，进而传递至固定架48并带动头部30呈现俯仰效果；

第三，倾斜运动：其他两个机锁定，倾斜驱动电机40工作，带动摆动导杆机构46实现往返摆动，最终通过固定架48带动头部30呈现倾斜效果；

第四，组合运动：三个舵机36、38、40分别按照一定的角度进行运动时，可以呈现摇摆、俯仰、倾斜三者混合后的各种姿态的运动，使机器人能够像人一样，在不产生运动干涉的情况下，将脸部朝向任意方向。

本实施例中，所述俯仰驱动电机38与倾斜驱动电机40固定于一支撑架50内，所述支撑架50包括上支撑架50a与下支撑架50b，其中下支撑架50b包括底板52、以及由底板52的前侧的两端向上延伸的两个下连接臂54，所述上支架42包括顶板56、以及由顶板56的前侧的两端向下延伸的两个上连接臂58。所述上、下连接臂54、58上形成有对应的连接孔59，固定件，如螺钉、铆钉等穿过上、下连接臂54的对应的连接孔59将上、下支撑架50a、50b连接为一体构成支撑架50，顶板56与底板52之间间隔有预定的高度，用于放置俯仰驱动电机38与倾斜驱动电机40。

所述俯仰驱动电机38承载于下支撑架50b的底板52上，其输出轴横向向右伸出。所述俯仰驱动电机38的前后两侧向外突出形成有凸耳39，对应地下支撑架50b的底板52的前后两侧向上伸出形成有两固定臂60。所述凸耳39与固定臂60上形成有对应的固定孔62，螺钉等固定件穿过对应的固定孔62将俯仰驱动电机38固定于下支撑架50b上。所述下支撑架50b的左端还向上伸出形成有枢接板64，所述枢接板64与支架42的其中一支撑臂44通过枢轴相枢接，所述俯仰驱动电机38的输出轴与支架42的另一支撑臂44相枢接。较佳地，所述支撑臂44具有一定的轴向高度，下支撑架50b的底板52与支架42的底部间隔有一定空间，避免影响头部30的俯仰运动。

所述倾斜驱动电机40夹置于俯仰驱动电机38与上支撑架50a的顶板56之间，其输出轴横向向后伸出，与摆动导杆机构46相枢接。本实施例中，所述摆动导杆机构46为导杆摆动结构，其圆形滑块66与倾斜驱动电机40的输出轴固定相连并随之同步转动，滑块66的边缘向外伸出并形成有销68，所述销68插接于导杆70的滑槽72内。滑块66随输出轴转动时销68带动导杆70左右摆动。本实施例中，所述导杆70的底端与支撑架50相枢接，顶端与固定架48固定相连，导杆70摆动带动固定架48摆动并最终带动头部30形成左右倾斜摆动。

为保证连接的稳定性，所述倾斜驱动电机40的左右两端分别向外伸出形成有凸耳41，所述上支撑架50a的后侧的两端向下伸出形成有对应凸耳41的固定臂60，所述上支撑架50a的固定臂60与倾斜驱动电机40的凸耳41上形成有对应的固定孔62，用于穿设螺钉等固定件将倾斜驱动电机40与上支撑架50a固定连接。所述导杆70的顶端与固定架48的后端相连，另外设置一连接杆70a连接固定架48的前端与下支撑架50b，以保证摆动的稳定性。所述连接杆70a在结构形态上可以与导杆70相同。对应地，所述下支撑架50b的底板52的前后两侧向上延伸形成有两连接板74，所述导杆70以及连接杆70a的底端分别与一连接板74相叠并通过枢轴形成可转动的连接。

所述摆动导杆机构46中，导杆70的内侧与滑块66为摩擦运动，因此宜采用耐磨损材料，为保证流畅和无撞击运动，导杆70的宽度比滑块66的直径略大，如相差0.5mm左右，并适当使用润滑油。另外，在本实用新型机器人的头部运动装置34中，相枢接以形成相对转动的元件内均可设置轴承，以尽量减小磨损，保证尽可能长的使用寿命。本实用新型头部运动装置34一方面将摇摆与俯仰、倾斜运动独立开来，让控制头部30摇摆的电机能够安装在空间较充裕的身体内部；另一方面将控制俯仰和倾斜的2个电机38、40固定在一起，并加入一个摆动导杆机构46，让头部30能够进行有约束的俯仰和倾斜运动，因为控制俯仰和倾斜的2个电机38、40无相对运动，所以可以在占用较小空间的情况下安装在机器人头部30，整体结构紧凑，特别适用于小型机器人。

本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人的头部运动装置，包括分别驱动机器人头部进行转动、前后摆动、以及左右摆动的摇摆驱动电机、俯仰驱动电机、与倾斜驱动电机，其特征在于：所述摇摆驱动电机设置于机器人的躯干的外壳内，所述俯仰驱动电机与倾斜驱动电机设置于机器人的头部的外壳内，所述摇摆驱动电机的输出轴与一支架固定连接并驱动所述支架转动，所述俯仰驱动电机与所述支架相枢接并在支架的反作用力下前后摆动，所述倾斜驱动电机与一摆动导杆机构相连并带动摆动导杆机构的导杆左右摆动，所述导杆的一端与俯仰驱动电机传动连接，另一端与头部的外壳传动连接。

2.如权利要求1所述的机器人的头部运动装置，其特征在于，还包括有支撑架，所述俯仰驱动电机与倾斜驱动电机相叠并固定地安装于支撑架内，所述支撑架的左/右端形成有枢接板，所述俯仰驱动电机朝向远离枢接板的方向伸出有输出轴，所述支架形成有两竖直的连接臂，其中一连接臂与俯仰驱动电机的输出轴相枢接，另一连接臂与所述枢接板相枢接。

3.如权利要求2所述的机器人的头部运动装置，其特征在于，所述支撑架的前后两侧分别向上延伸形成有连接板，所述导杆的底端与连接板相枢接，顶端与一固定架固定连接，所述固定架与头部的外壳相连。

4.如权利要求3所述的机器人的头部运动装置，其特征在于，所述导杆与固定架的一端相连，一连接杆其顶端与固定架的另一端固定连接，底端与另一连接板相枢接。

5.如权利要求2所述的机器人的头部运动装置，其特征在于，所述支撑架包括上支撑架以及与上支撑架固定相连的下支撑架，所述枢接板形成于下支撑架上，所述俯仰驱动电机固定连接于下支撑架上，所述倾斜驱动电机叠置于俯仰驱动电机上并与上支撑架固定连接。

6.如权利要求1所述的机器人的头部运动装置，其特征在于，所述倾斜驱动电机朝向前/后侧伸出有输出轴与摆动导杆机构的滑块固定连接，所述滑块的横向宽度小于导杆。

7.如权利要求1所述的机器人的头部运动装置，其特征在于，所述支架呈U形、圆弧形或碗形。

8.如权利要求1所述的机器人的头部运动装置，其特征在于，所述摇摆驱动电机、俯仰驱动电机、与倾斜驱动电机均为舵机。

9.如权利要求8所述的机器人的头部运动装置，其特征在于，所述摇摆驱动电机选用标准尺寸的舵机，俯仰驱动电机与倾斜驱动电机选用较小的12g舵机。

10.一种机器人，包括底座、安装于底座上的躯干、以及连接于躯干上的头部，其特征在于，所述头部包括头部外壳以及如权利要求1至9项中任意一项所述的头部运动装置，所述头部运动装置驱动所述外壳运动。