CN205950739U - 一种具有头部双自由度联动的机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于智能机器人技术领域，尤其是涉及一种具有头部双自由度联动的机器人。包括上壳体和下壳体，所述的上壳体和下壳体之间通过筒状体相连接，所述的上壳体内设有头部固定板，所述的下壳体内设有底座，所述的头部固定板和底座之间设有能够使得机器人头部纵向摆动和左右摇动的传动机构，所述的传动机构与设置在底座上的双驱动机构相连接，所述的双驱动机构与控制机构相连接。优点在于：实现几个方向同时运动，可像人类头部一样斜向转动头部，有更好的转动适用范围和更好的摆头效果；采用双驱动机构，即第一驱动电机单独驱动小齿轮实现机器人点头功能，第二驱动电机单独驱动大齿轮实现机器人点头摇头功能，可以根据具体情况进行选择，灵活性强。

Description

一种具有头部双自由度联动的机器人

技术领域

本实用新型属于智能机器人技术领域，尤其是涉及一种具有头部双自由度联动的机器人。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。随着科技的发展，越来越多的机器人走入了普通场所，如幼儿园或者一些室内娱乐场所，常用于拍照和简单对话，而现有机器人头部运动结构较为复杂，需要先驱动一个方向转动，然后再驱动另一个方向转动，从而达到需要转动角度位置，而不能一次性实现两个方向的转动。

为了对现有技术进行改进，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种机器人[申请号：CN201610152976.X]，包括底盘；支撑臂，支撑臂绕第一枢转轴线可上下摆动地设置在底盘上；头部，设置在支撑臂上；第一驱动机构，设置在底盘内或者设置在支撑臂内，第一驱动机构驱动支撑臂，以使支撑臂具有回收位置及外摆位置。

上述方案虽然在一定程度上解决了现有技术的不足，但是不能一次性实现两个方向的转动，整体设计还不够合理。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，结构简单的具有头部双自由度联动的机器人。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本具有头部双自由度联动的机器人包括上壳体和下壳体，所述的上壳体和下壳体之间通过筒状体相连接，所述的上壳体内设有头部固定板，所述的下壳体内设有底座，所述的头部固定板和底座之间设有能够使得机器人头部纵向摆动和左右摇动的传动机构，所述的传动机构与设置在底座上的双驱动机构相连接，所述的双驱动机构与控制机构相连接。

大齿轮连杆周向转动带动机器人头部左右摇动，因为第二伞齿轮和第一伞齿轮相啮合，大齿轮连杆转动时带动第二伞齿轮沿着第一伞齿轮纵向转动，从而实现机器人头部的上下摆动，相当于人体的点头功能，通过一次驱动即可实现机器人头部纵向摆动和左右摇动两个功能，可以实现几个方向同时运动，可像人类头部一样斜向转动头部，有更好的转动适用范围以及更好的摆头效果。小齿轮转动时通过带动第一伞齿轮水平转动从而带动第二伞齿轮纵向转动使得头部固定板纵向摆动，即通过单独转动小齿轮可以独立实现机器人头部的上下摆动，相当于人体的点头功能。本实用新型采用双驱动机构，即第一驱动电机单独驱动小齿轮实现机器人点头功能，第二驱动电机单独驱动大齿轮实现机器人点头摇头功能，可以根据具体情况进行选择，灵活性强。

在上述的具有头部双自由度联动的机器人中，所述的下壳体的下端敞口且敞口端安装有底部支架，所述的底座设置在底部支架上，所述的底部支架的下部设有若干滑轮，所述的滑轮伸出敞口端，所述的底部支架上还设有测距传感器。底部支架与下壳体牢固安装，结构稳固；滑轮的个数为三个，利于机器人在行走过程中的平衡；测距传感器能够检测行走的距离，利于对机器人的行走进行把握和控制。

在上述的具有头部双自由度联动的机器人中，所述的传动机构包括中心轴，所述的中心轴上转动套接有小齿轮连杆，所述的小齿轮连杆的下部固定套接有小齿轮，所述的小齿轮连杆外转动套接有大齿轮连杆，所述的大齿轮连杆的下部固定套接有大齿轮，所述的中心轴的上端转动套接有第一伞齿轮，所述的第一伞齿轮与第二伞齿轮相啮合，所述的大齿轮连杆上设有供头部固定板固定套接的转动轴，所述的第二伞齿轮周向固定套接在转动轴上，当大齿轮转动时能够带动大齿轮连杆周向转动从而带动头部固定板纵向摆动和左右摇动，所述的小齿轮连杆的上端与第一伞齿轮固定连接，当小齿轮转动时通过带动第一伞齿轮水平转动从而带动第二伞齿轮纵向转动使得头部固定板纵向摆动。

在上述的具有头部双自由度联动的机器人中，所述的双驱动机构包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述的小齿轮通过同步带与能够驱动小齿轮转动的第一驱动电机相连接，所述的大齿轮通过同步带与能够驱动大齿轮转动的第二驱动电机相连接，所述的中心轴固定在底座上，所述的底座上设有中空腔，所述的第一驱动电机设置在中空腔的一端，第二驱动电机设置在中空腔的另一端，所述的底座上设有分别位于第一驱动电机和第二驱动电机上的同步轮，所述的第一驱动电机的驱动轴与同步轮固定连接，所述的第二驱动电机的驱动轴与同步轮固定连接。

在上述的具有头部双自由度联动的机器人中，所述的大齿轮连杆的上部两侧分别设有固定侧板，所述的转动轴设置在固定侧板之间，所述的固定侧板上开有供转动轴端部定位的侧定位槽，所述的转动轴上套接有轴承，所述的轴承位于侧定位槽和转动轴之间。

在上述的具有头部双自由度联动的机器人中，所述的固定侧板包括固定板和安装板，所述的固定板与大齿轮连杆一体制，所述的固定板上开有安装槽，所述的安装板安装在安装槽上，所述的固定板上设有位于安装槽上部的安装平面，所述的安装板上开有与安装平面相贴合的槽切面。将头部固定板固定在转动轴上，然后将转动轴的端部架设在固定板的开口上，然后再将安装板安装在固定板的侧部实现转动轴的定位，利于头部固定板的安装和拆卸。

在上述的具有头部双自由度联动的机器人中，所述的侧定位槽位于安装板上，所述的固定板上开有与侧定位槽相通的开口，所述的安装平面上开有位于安装槽和开口之间的弧形导向口，所述的转动轴的端部穿过开口插入到侧定位槽中。弧形导向口对第二伞齿轮的转动具有导向作用。

在上述的具有头部双自由度联动的机器人中，所述的第二伞齿轮上设有与头部固定板相配合的切面，所述的第二伞齿轮中部设有转动孔且转动孔内壁上开有伞齿轮定位槽，所述的转动轴的侧部外壁开有轴定位槽，所述的第二伞齿轮和转动轴之间设有定位块，所述的定位块的一部分插于伞齿轮定位槽中，定位块另一部分插于轴定位槽中。通过定位块实现第二伞齿轮和转动轴之间的周向定位，定位方式简单，利于安装和拆卸。

在上述的具有头部双自由度联动的机器人中，所述的第一伞齿轮和中心轴之间设有上内轴承，所述的小齿轮连杆和中心轴之间设有下内轴承，所述的大齿轮连杆的上部和第一伞齿轮之间设有上外轴承，大齿轮连杆的下部和小齿轮连杆之间设有下外轴承。

在上述的具有头部双自由度联动的机器人中，所述的小齿轮通过固定螺钉可拆卸固定在小齿轮连杆上，所述的第一伞齿轮和小齿轮连杆通过固定螺钉可拆卸固定连接，所述的大齿轮通过固定螺钉可拆卸固定在大齿轮连杆上，所述的小齿轮和大齿轮之间设有垫圈。利于各个部件之间的安装和拆卸。

与现有的技术相比，本具有头部双自由度联动的机器人的优点在于：大齿轮连杆周向转动带动机器人头部左右摇动，因为第二伞齿轮和第一伞齿轮相啮合，大齿轮连杆转动时带动第二伞齿轮沿着第一伞齿轮纵向转动，从而实现机器人头部的上下摆动，相当于人体的点头功能，通过一次驱动即可实现机器人头部纵向摆动和左右摇动两个功能，可以实现几个方向同时运动，可像人类头部一样斜向转动头部，有更好的转动适用范围以及更好的摆头效果。小齿轮转动时通过带动第一伞齿轮水平转动从而带动第二伞齿轮纵向转动使得头部固定板纵向摆动，即通过单独转动小齿轮可以独立实现机器人头部的上下摆动，相当于人体的点头功能。本实用新型采用双驱动机构，即第一驱动电机单独驱动小齿轮实现机器人点头功能，第二驱动电机单独驱动大齿轮实现机器人点头摇头功能，可以根据具体情况进行选择，灵活性强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型提供的结构示意图。

图2是本实用新型提供的图1沿A-A线的剖视图。

图3是本实用新型提供的底部支架的结构示意图。

图4是本实用新型提供的传动机构的结构示意图。

图5是本实用新型提供的传动机构的剖视图。

图6是本实用新型提供的大齿轮连杆的结构示意图。

图7是本实用新型提供的安装板的结构示意图。

图8是本实用新型提供的第二伞齿轮的结构示意图。

图9是本实用新型提供的转动轴的结构示意图。

图中，上壳体1、下壳体2、筒状体3、头部固定板4、底座5、底部支架6、滑轮7、测距传感器8、中心轴9、小齿轮连杆10、小齿轮11、大齿轮连杆12、大齿轮13、第一伞齿轮14、第二伞齿轮15、转动轴16、第一驱动电机17、第二驱动电机18、同步带19、中空腔20、同步轮21、固定侧板22、侧定位槽23、固定板24、安装板25、安装槽26、安装平面27、槽切面28、开口29、弧形导向口30、切面31、伞齿轮定位槽32、轴定位槽33、定位块34、上固定板35、固定凸环36。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-9所示，本具有头部双自由度联动的机器人包括上壳体1和下壳体2，上壳体1和下壳体2之间通过筒状体3相连接，上壳体1内设有头部固定板4，下壳体2内设有底座5，头部固定板4和底座5之间设有能够使得机器人头部纵向摆动和左右摇动的传动机构，传动机构与设置在底座5上的双驱动机构相连接，双驱动机构与控制机构相连接。

其中，下壳体2的下端敞口且敞口端安装有底部支架6，底座5设置在底部支架6上，底部支架6的下部设有若干滑轮7，滑轮7伸出敞口端，底部支架6上还设有测距传感器8。底部支架6与下壳体2牢固安装，结构稳固；滑轮7的个数为三个，利于机器人在行走过程中的平衡；测距传感器8能够检测行走的距离，利于对机器人的行走进行把握和控制。

其中，传动机构包括中心轴9，中心轴9上转动套接有小齿轮连杆10，小齿轮连杆10的下部固定套接有小齿轮11，小齿轮连杆10外转动套接有大齿轮连杆12，大齿轮连杆12的下部固定套接有大齿轮13，中心轴9的上端转动套接有第一伞齿轮14，第一伞齿轮14与第二伞齿轮15相啮合，大齿轮连杆12上设有供头部固定板4固定套接的转动轴16，第二伞齿轮15周向固定套接在转动轴16上，当大齿轮13转动时能够带动大齿轮连杆12周向转动从而带动头部固定板4纵向摆动和左右摇动，小齿轮连杆10的上端与第一伞齿轮14固定连接，当小齿轮11转动时通过带动第一伞齿轮14水平转动从而带动第二伞齿轮15纵向转动使得头部固定板4纵向摆动。

其中，双驱动机构包括第一驱动电机17和第二驱动电机18，小齿轮11通过同步带19与能够驱动小齿轮11转动的第一驱动电机17相连接，大齿轮13通过同步带19与能够驱动大齿轮13转动的第二驱动电机18相连接，中心轴9固定在底座5上，底座5上设有中空腔20，第一驱动电机17设置在中空腔20的一端，第二驱动电机18设置在中空腔20的另一端，底座5上设有分别位于第一驱动电机17和第二驱动电机18上的同步轮21，第一驱动电机17的驱动轴与同步轮21固定连接，第二驱动电机18的驱动轴与同步轮21固定连接。

大齿轮连杆12周向转动带动机器人头部左右摇动，因为第二伞齿轮15和第一伞齿轮14相啮合，大齿轮连杆转动时带动第二伞齿轮15沿着第一伞齿轮14纵向转动，从而实现机器人头部的上下摆动，相当于人体的点头功能，通过一次驱动即可实现机器人头部纵向摆动和左右摇动两个功能，可以实现几个方向同时运动，可像人类头部一样斜向转动头部，有更好的转动适用范围以及更好的摆头效果。小齿轮11转动时通过带动第一伞齿轮14水平转动从而带动第二伞齿轮15纵向转动使得头部固定板4纵向摆动，即通过单独转动小齿轮11可以独立实现机器人头部的上下摆动，相当于人体的点头功能。本实用新型采用双驱动机构，即第一驱动电机17单独驱动小齿轮11实现机器人点头功能，第二驱动电机18单独驱动大齿轮13实现机器人点头摇头功能，可以根据具体情况进行选择，灵活性强。

作为一种改进，大齿轮连杆12的上部两侧分别设有固定侧板22，转动轴16设置在固定侧板22之间，固定侧板22上开有供转动轴16端部定位的侧定位槽23，转动轴16上套接有轴承，轴承位于侧定位槽23和转动轴16之间。更具体地说，固定侧板22包括固定板24和安装板25，固定板24与大齿轮连杆12一体制，固定板24上开有安装槽26，安装板25安装在安装槽26上，固定板24上设有位于安装槽26上部的安装平面27，安装板25上开有与安装平面27相贴合的槽切面28。将头部固定板4固定在转动轴16上，然后将转动轴16的端部架设在固定板24的开口29上，然后再将安装板25安装在固定板24的侧部实现转动轴16的定位，利于头部固定板4的安装和拆卸。侧定位槽23位于安装板25上，固定板24上开有与侧定位槽23相通的开口29，安装平面27上开有位于安装槽26和开口29之间的弧形导向口30，转动轴16的端部穿过开口29插入到侧定位槽23中。弧形导向口30对第二伞齿轮15的转动具有导向作用。

其中，所述的中心轴9的上端设有上固定板35，所述的上内轴承位于上固定板35和小齿轮连杆10之间。所述的小齿轮连杆10的上部外壁上开有上内环形凹槽，所述的大齿轮连杆12内壁上开有上外环形凹槽，所述的上内环形凹槽和上外环形凹槽共同围成容置槽，所述的第一伞齿轮14的下部轴向延伸有与插于容置槽的固定凸环36。

其中，第二伞齿轮15上设有与头部固定板4相配合的切面31，第二伞齿轮15中部设有转动孔且转动孔内壁上开有伞齿轮定位槽32，转动轴16的侧部外壁开有轴定位槽33，第二伞齿轮15和转动轴16之间设有定位块34，定位块34的一部分插于伞齿轮定位槽32中，定位块34另一部分插于轴定位槽33中。通过定位块34实现第二伞齿轮15和转动轴16之间的周向定位，定位方式简单，利于安装和拆卸。第一伞齿轮14和中心轴9之间设有上内轴承，小齿轮连杆10和中心轴9之间设有下内轴承，大齿轮连杆12的上部和第一伞齿轮14之间设有上外轴承，大齿轮连杆12的下部和小齿轮连杆10之间设有下外轴承。小齿轮11通过固定螺钉可拆卸固定在小齿轮连杆10上，第一伞齿轮14和小齿轮连杆10通过固定螺钉可拆卸固定连接，大齿轮13通过固定螺钉可拆卸固定在大齿轮连杆12上，小齿轮11和大齿轮13之间设有垫圈。利于各个部件之间的安装和拆卸。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有头部双自由度联动的机器人，其特征在于，包括上壳体(1)和下壳体(2)，所述的上壳体(1)和下壳体(2)之间通过筒状体(3)相连接，所述的上壳体(1)内设有头部固定板(4)，所述的下壳体(2)内设有底座(5)，所述的头部固定板(4)和底座(5)之间设有能够使得机器人头部纵向摆动和左右摇动的传动机构，所述的传动机构与设置在底座(5)上的双驱动机构相连接，所述的双驱动机构与控制机构相连接。

2.根据权利要求1所述的具有头部双自由度联动的机器人，其特征在于，所述的下壳体(2)的下端敞口且敞口端安装有底部支架(6)，所述的底座(5)设置在底部支架(6)上，所述的底部支架(6)的下部设有若干滑轮(7)，所述的滑轮(7)伸出敞口端，所述的底部支架(6)上还设有测距传感器(8)。

3.根据权利要求2所述的具有头部双自由度联动的机器人，其特征在于，所述的传动机构包括中心轴(9)，所述的中心轴(9)上转动套接有小齿轮连杆(10)，所述的小齿轮连杆(10)的下部固定套接有小齿轮(11)，所述的小齿轮连杆(10)外转动套接有大齿轮连杆(12)，所述的大齿轮连杆(12)的下部固定套接有大齿轮(13)，所述的中心轴(9)的上端转动套接有第一伞齿轮(14)，所述的第一伞齿轮(14)与第二伞齿轮(15)相啮合，所述的大齿轮连杆(12)上设有供头部固定板(4)固定套接的转动轴(16)，所述的第二伞齿轮(15)周向固定套接在转动轴(16)上，当大齿轮(13)转动时能够带动大齿轮连杆(12)周向转动从而带动头部固定板(4)纵向摆动和左右摇动，所述的小齿轮连杆(10)的上端与第一伞齿轮(14)固定连接，当小齿轮(11)转动时通过带动第一伞齿轮(14)水平转动从而带动第二伞齿轮(15)纵向转动使得头部固定板(4)纵向摆动。

4.根据权利要求3所述的具有头部双自由度联动的机器人，其特征在于，所述的双驱动机构包括第一驱动电机(17)和第二驱动电机(18)，所述的小齿轮(11)通过同步带(19)与能够驱动小齿轮(11)转动的第一驱动电机(17)相连接，所述的大齿轮(13)通过同步带(19)与能够驱动大齿轮(13)转动的第二驱动电机(18)相连接，所述的中心轴(9)固定在底座(5)上，所述的底座(5)上设有中空腔(20)，所述的第一驱动电机(17)设置在中空腔(20)的一端，第二驱动电机(18)设置在中空腔(20)的另一端，所述的底座(5)上设有分别位于第一驱动电机(17)和第二驱动电机(18)上的同步轮(21)，所述的第一驱动电机(17)的驱动轴与同步轮(21)固定连接，所述的第二驱动电机(18)的驱动轴与同步轮(21)固定连接。

5.根据权利要求4所述的具有头部双自由度联动的机器人，其特征在于，所述的大齿轮连杆(12)的上部两侧分别设有固定侧板(22)，所述的转动轴(16)设置在固定侧板(22)之间，所述的固定侧板(22)上开有供转动轴(16)端部定位的侧定位槽(23)，所述的转动轴(16)上套接有轴承，所述的轴承位于侧定位槽(23)和转动轴(16)之间。

6.根据权利要求5所述的具有头部双自由度联动的机器人，其特征在于，所述的固定侧板(22)包括固定板(24)和安装板(25)，所述的固定板(24)与大齿轮连杆(12)一体制，所述的固定板(24)上开有安装槽(26)，所述的安装板(25)安装在安装槽(26)上，所述的固定板(24)上设有位于安装槽(26)上部的安装平面(27)，所述的安装板(25)上开有与安装平面(27)相贴合的槽切面(28)。

7.根据权利要求6所述的具有头部双自由度联动的机器人，其特征在于，所述的侧定位槽(23)位于安装板(25)上，所述的固定板(24)上开有与侧定位槽(23)相通的开口(29)，所述的安装平面(27)上开有位于安装槽(26)和开口(29)之间的弧形导向口(30)，所述的转动轴(16)的端部穿过开口(29)插入到侧定位槽(23)中。

8.根据权利要求7所述的具有头部双自由度联动的机器人，其特征在于，所述的第二伞齿轮(15)上设有与头部固定板(4)相配合的切面(31)，所述的第二伞齿轮(15)中部设有转动孔且转动孔内壁上开有伞齿轮定位槽(32)，所述的转动轴(16)的侧部外壁开有轴定位槽(33)，所述的第二伞齿轮(15)和转动轴(16)之间设有定位块(34)，所述的定位块(34)的一部分插于伞齿轮定位槽(32)中，定位块(34)另一部分插于轴定位槽(33)中。

9.根据权利要求8所述的具有头部双自由度联动的机器人，其特征在于，所述的第一伞齿轮(14)和中心轴(9)之间设有上内轴承，所述的小齿轮连杆(10)和中心轴(9)之间设有下内轴承，所述的大齿轮连杆(12)的上部和第一伞齿轮(14)之间设有上外轴承，大齿轮连杆(12)的下部和小齿轮连杆(10)之间设有下外轴承。

10.根据权利要求9所述的具有头部双自由度联动的机器人，其特征在于，所述的小齿轮(11)通过固定螺钉可拆卸固定在小齿轮连杆(10)上，所述的第一伞齿轮(14)和小齿轮连杆(10)通过固定螺钉可拆卸固定连接，所述的大齿轮(13)通过固定螺钉可拆卸固定在大齿轮连杆(12)上，所述的小齿轮(11)和大齿轮(13)之间设有垫圈。