CN206066467U - 一种机器人头颈运动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机器人头颈运动机构，包括由眼球电机驱动运动的眼球机构、由嘴部张合电机驱动运动的嘴部张合机构、分别由点头电机和转头电机驱动运动的点头机构和转头机构，此通过眼球机构、嘴部张合机构、点头机构、转头机构的设置，分别利用眼球电机、嘴部张合电机、点头电机和转头电机作为驱动以使机器人实现眼球转动、嘴部张合、点头和转头一系列动作，该机器人头颈运动机构可实现运动自由度多、成本低廉，此实用新型用于仿生机器人领域。

Description

一种机器人头颈运动机构

技术领域

本实用新型涉及仿生机器人领域，特别是涉及一种机器人头颈运动机构。

背景技术

如今，随着人们教育水平的不断提高，越来越少人愿意从事低技术要求、低附加值的的服务业，如迎宾、咨询、接待等工作内容。随着机器人技术的日益成熟，尤其是在仿人机器人领域的运动控制、语音语义识别、图像识别、智能交互等技术的开发应用，使仿人形机器人可以做的更加逼真形象，同时也越发凸显出仿人服务型机器人未来市场的前景广阔，仿人机器人的头部需要完成转头、点头、张嘴闭嘴、眼珠的转动和眨眼等一系列动作。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种运动自由度多、成本低廉的机器人头颈运动机构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种机器人头颈运动机构，包括

眼球机构，眼球机构包括两个眼球和通过传动机构驱动各眼球转动的眼球电机；

与眼球机构下方连接的嘴部张合机构，嘴部张合机构包括固定设置在眼球机构下方的头部基座、可绕头部基座转动的下颚基座和驱动下颚基座转动以实现嘴部张合机构嘴部张合动作的嘴部张合电机；以及

与嘴部张合机构连接的颈部机构，颈部机构包括点头机构和转头机构，点头机构包括通过转动驱动颈部机构进行点头动作的点头电机和固定点头电机的点头基座，转头机构包括通过转动驱动颈部机构进行转头动作的转头电机。

作为上述技术方案的进一步改进，眼球电机的输出轴连接有主动齿轮，还设置有均与主动齿轮啮合的两个从动齿轮，各眼球分别设置有与各从动齿轮连接的眼球转轴。

作为上述技术方案的进一步改进，各眼球上方均设置有眼睑，还设置有连接两眼睑的眼睑转轴，眼睑转轴上设置有带动眼睑转轴转动的长条状的永磁体，永磁体的一端与眼睑转轴连接，永磁体另一端的下方设置有铜线圈，通过对铜线圈的通断电操作实现永磁体带动眼睑转轴的转动以实现眨眼动作。

作为上述技术方案的进一步改进，嘴部张合电机固定设置在点头基座上，嘴部张合电机为舵机，嘴部张合电机的输出轴连接有嘴部电机舵盘，下颚基座的两端均设置有与点头基座进行转动连接的下颚转轴孔。

作为上述技术方案的进一步改进，下颚基座上设置有假牙，假牙包括上假牙和下假牙，下假牙固定设置在下颚基座上。

作为上述技术方案的进一步改进，点头电机为舵机，点头电机的输出轴连接有点头电机舵盘，还设置有点头传输板，点头传输板包括位于点头电机两侧的均与头部基座固定连接的左右两个传输板，点头基座上设置有两个点头轴承座，各点头轴承座内安装有点头轴承，各传输板上设置有与各点头轴承连接的轴承连接轴，点头电机舵盘与点头传输板固定连接，点头电机驱动点头传输板转动以实现颈部点头动作。

作为上述技术方案的进一步改进，转头电机的输出轴连接有法兰输出轴，法兰输出轴与点头机构固定连接，还设置有固定转头电机的转头基座，转头基座上设置有转头轴承座，转头轴承座内安装有与法兰输出轴连接的转头轴承。

作为上述技术方案的进一步改进，转头电机为舵机，转头电机的输出轴连接有转头电机舵盘，转头电机舵盘与法兰输出轴固定连接。

作为上述技术方案的进一步改进，法兰输出轴的上端横截面为多边形，点头基座上设置有通过法兰输出轴的限位通孔，限位通孔的横截面与法兰输出轴上端横截面相同。

作为上述技术方案的进一步改进，转头轴承与横截面为圆形的一段法兰输出轴固定连接，点头基座的下端设置有承重柱，承重柱底端的外圈直径小于转头轴承外圈直径。

本实用新型的有益效果：此机器人头颈运动机构通过眼球机构、嘴部张合机构、点头机构、转头机构的设置，分别利用眼球电机、嘴部张合电机、点头电机和转头电机作为驱动以使机器人实现眼球转动、嘴部张合、点头和转头一系列动作，该机器人头颈运动机构可实现运动自由度多、成本低廉。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是机器人头颈部整体结构示意图；

图2是除去眼球结构的机器人头颈部结构示意图；

图3是机器人头颈部整体结构爆炸图；

图4是嘴部张合机构的结构示意图；

图5是点头机构的结构示意图；

图6是转头机构的结构示意图；

图7是下颚基座的结构示意图；

图8是转头基座的结构示意图。

具体实施方式

参照图1～图8，本实用新型为一种机器人头颈运动机构，包括：

眼球机构1，眼球机构1包括两个眼球12和通过传动机构驱动各眼球12转动的眼球电机17；

与眼球机构1下方连接的嘴部张合机构2，嘴部张合机构2包括固定设置在眼球机构1下方的头部基座25、可绕头部基座25转动的下颚基座21和驱动下颚基座21转动以实现嘴部张合机构2嘴部张合动作的嘴部张合电机22；以及

与嘴部张合机构2连接的颈部机构，颈部机构包括点头机构3和转头机构4，点头机构3包括通过转动驱动颈部机构进行点头动作的点头电机36和固定点头电机36的点头基座31，转头机构4包括通过转动驱动颈部机构进行转头动作的转头电机42。

通过眼球机构1、嘴部张合机构2、点头机构3、转头机构4的设置，分别利用眼球电机17、嘴部张合电机22、点头电机36和转头电机42作为驱动以使机器人实现眼球转动、嘴部张合、点头和转头一系列动作，该机器人头颈运动机构可实现运动自由度多、成本低廉。

作为优选的实施方式，眼球电机17的输出轴连接有主动齿轮16，还设置有均与主动齿轮16啮合的两个从动齿轮15，各眼球12分别设置有与各从动齿轮15连接的眼球转轴。

作为优选的实施方式，各眼球12上方均设置有眼睑11，还设置有连接两眼睑11的眼睑转轴，眼睑转轴上设置有带动眼睑转轴转动的长条状的永磁体13，永磁体13的一端与眼睑转轴连接，永磁体13另一端的下方设置有铜线圈14，通过对铜线圈14的通断电操作实现永磁体13带动眼睑转轴的转动以实现眨眼动作。

作为优选的实施方式，嘴部张合电机22固定设置在点头基座25上，嘴部张合电机22为舵机，嘴部张合电机22的输出轴连接有嘴部电机舵盘23，下颚基座21的两端均设置有与点头基座25进行转动连接的下颚转轴孔。

作为优选的实施方式，下颚基座21上设置有假牙27，假牙27包括上假牙和下假牙，下假牙固定设置在下颚基座21上。

作为优选的实施方式，点头电机36为舵机，点头电机36的输出轴连接有点头电机舵盘35，还设置有点头传输板34，点头传输板34包括位于点头电机36两侧的均与头部基座25固定连接的左右两个传输板，点头基座31上设置有两个点头轴承座32，各点头轴承座32内安装有点头轴承33，各传输板上设置有与各点头轴承33连接的轴承连接轴，点头电机舵盘35与点头传输板34固定连接，点头电机36驱动点头传输板34转动以实现颈部点头动作。

作为优选的实施方式，转头电机42的输出轴连接有法兰输出轴44，法兰输出轴44与点头机构3固定连接，还设置有固定转头电机42的转头基座41，转头基座41上设置有转头轴承座45，转头轴承座45内安装有与法兰输出轴44连接的转头轴承46，所述转头基座41上还设置有安装转头电机42的转头电机安装槽411。

作为优选的实施方式，转头电机42为舵机，转头电机42的输出轴连接有转头电机舵盘43，转头电机舵盘43与法兰输出轴44固定连接。

作为优选的实施方式，法兰输出轴44的上端横截面为多边形，点头基座31上设置有通过法兰输出轴44的限位通孔，限位通孔的横截面与法兰输出轴44上端横截面相同。

作为优选的实施方式，转头轴承46与横截面为圆形的一段法兰输出轴44固定连接，点头基座31的下端设置有承重柱48，承重柱48底端的外圈直径小于转头轴承46外圈直径。还设置有转头固定螺钉47，法兰输出轴44的末端设置有与转头固定螺钉47固定连接的法兰连接孔，通过转头固定螺钉47将法兰输出轴44固定在点头机构3上的点头基座31上。这样的好处是上部的头颈部分重量由承重柱48承担，而转头电机42通过法兰输出轴44更多的是提供转矩而没有承担头颈部分的重力，减轻了转头电机42的负荷，进而减少了故障，提高了使用寿命。

作为优选的实施方式，眼球机构1包括眼球安装板18、位于眼球安装板18上方的两个眼球12和分别驱动各眼球12转动的从动齿轮15，还设置有与两从动齿轮15均啮合连接的主动齿轮16和驱动主动齿轮16转动的眼球电机17。通过两个从动齿轮15和主动齿轮16的设置，由眼球电机17带动主动齿轮16转动，主动齿轮16的转动进而带动两从动齿轮15转动，进而带动两个眼球12的转动运动，实现眼球12的转动，各从动齿轮15为不完全齿轮机构，从动齿轮15的一端设置有与主动齿轮16进行啮合的齿轮齿，从动齿轮15的另一端设置有连接孔，各眼球12的下端均设置有穿入连接孔内的眼球转轴。从动齿轮为一边设置有连接孔的锥形，一边为设置有齿轮的圆弧形，不完全齿轮机构的设置节约了机构的内部占用空间。眼球转轴的横截面为椭圆形，从动齿轮15的连接孔为与眼球转轴横截面相同的椭圆形孔。眼球转轴的横截面也可以是圆形，与从动齿轮15上的连接孔进行固定连接，当然，眼球转轴的横截面也可以是多边形等形状，将各从动齿轮15的连接孔横截面设置为与该多边形形状相同的横截面，通过各从动齿轮15的转动将运动传递给各眼球12。两眼球转轴的轴线相互平行，这样保证了两眼球12转动的角度相同，且转动方向保持一致。眼球安装板18上设置有两个轴承基座，各轴承基座内分别安装有眼球轴承，穿过各连接孔内的眼球转轴分别与各眼球轴承固定连接，眼球轴承均为易格思轴承，以实现更好的运动传递效果。眼球安装板18上设置有通孔，主动齿轮16和眼球电机17分别设置在眼球安装板18的上下两端，眼球电机17为舵机，舵机输出端连接有眼球电机舵盘，眼球电机舵盘与主动齿轮16相连接，眼球电机17也可以是其他的伺服电机，通过眼球安装板18上的通孔伸出输出轴以驱动主动齿轮16。舵机通过螺纹连接固定在眼球安装板18上，固定的方式有多种，不限于螺纹固定连接方式。各眼球12上设置有电子显示屏，各眼球12内还设置有控制电子显示屏显示眼神变化的眼球控制器。眼球安装板18上还设置有连接上部眼睑机构的眼睑基座和连接下部张嘴机构的连接板。

作为优选的实施方式，各眼球12上方设置有眼睑11，两眼睑11通过眼睑转轴连接在一起，还设置有带动眼睑转轴转动的长条状的永磁体13，永磁体13的一端与眼睑转轴连接，永磁体13另一端的下方设置有铜线圈14，通过对铜线圈14的通断电操作实现永磁体13带动眼睑转轴的转动以实现眨眼动作。永磁体13可以是多种形状，永磁体13与眼睑转轴的连接位置和永磁体13被铜线圈14驱动的位置应分别在永磁体13的两端，这样才可以实现永磁体13带动眼睑转轴转动的效果，铜线圈14为盘状铜线圈。两眼睑11间设置有眼睑支撑座，眼睑转轴与眼睑支撑座转动连接，眼睑转轴可以是多种方式与眼睑支撑座进行转动连接，可以是与设置在眼睑支撑座内部的通孔进行转动连接，也可以是与眼睑支撑座的外部进行转动连接，当然，也可以是将眼睑转轴分为左右两段，分别与眼睑转轴进行转动连接。眼睑11为球形壳体或半球形壳体，主要是模仿真人眼皮的外形，两眼睑11均设置有眼睑连接孔，两眼睑11分别通过眼睑连接孔与眼睑转轴相连接，一般将眼睑连接孔设置在各眼睑11与眼睑转轴连接侧的中部位置，这样可以精准实现眼睑11的上下转动，但也可以将该眼睑连接孔设置在各眼睑11的后部或其他位置。眼睑转轴的两端均设置有眼睑轴承，两眼睑11分别通过眼睑轴承与眼睑转轴进行连接。眼睑支撑座包括上盖板和与上盖板固定连接的下基座，上盖板和下基座的连接位置设置有实现眼睑转轴转动的转轴孔，下基座左右两侧均设置有与上盖板固定连接的侧板，下基座上还设置有放置铜线圈14的横板，上盖板的设置主要是为了在安装时的方便。还设置有固定下基座的眼球安装板18，眼球安装板18上设置有两个轴承座，各轴承座内安装眼球轴承，各眼球12的下端分别设置有与眼球轴承连接的连接轴，当然，这里也可以将上基座、下基座和眼球安装板18作为一个构件来生产，下基座和眼球安装板18起到的作用主要是支撑或安装固定的作用。各眼球12上均设置有模仿瞳孔变化的显示屏，各眼球12内还设置有控制显示屏显示变化的瞳孔控制器。两眼睑11上均设置有眼睫毛。两眼睑11上还设置有眨眼后复位的弹簧或橡皮筋，这样在眼睑转轴产生故障无法转动时可通过该弹簧或橡皮筋自动使各眼睑11复位，而保持正常的使用，只是无法眨眼，进而不影响产品的正常美观和使用效果。眼球轴承和眼睑轴承均为易格思轴承。

作为优选的实施方式，嘴部张合机构2包括下颚基座21、头部基座25和固定在头部基座25上的嘴部张合电机22，下颚基座21的两端均设置有连接板，连接板上均设置有与点头基座进行转动连接的下颚转轴孔，嘴部张合电机22为舵机，嘴部张合电机22的输出轴连接有嘴部张合电机舵盘23，点头基座25上还设置有连接轴26，连接轴26上连接有嘴部轴承24，下颚基座21两端的连接板通过各下颚转轴孔分别与嘴部张合电机舵盘23和嘴部轴承24进行连接，下颚基座21上固定设置有下假牙，上假牙固定设置在眼球安装板18上，上假牙固定设置在眼球安装板18上的下基座上。

当然，本实用新型并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种机器人头颈运动机构，其特征在于：包括

眼球机构（1），所述眼球机构（1）包括两个眼球（12）和通过传动机构驱动各眼球（12）转动的眼球电机（17）；

与所述眼球机构（1）下方连接的嘴部张合机构（2），所述嘴部张合机构（2）包括固定设置在眼球机构（1）下方的头部基座（25）、可绕头部基座（25）转动的下颚基座（21）和驱动下颚基座（21）转动以实现嘴部张合机构（2）嘴部张合动作的嘴部张合电机（22）；以及

与所述嘴部张合机构（2）连接的颈部机构，所述颈部机构包括点头机构（3）和转头机构（4），所述点头机构（3）包括通过转动驱动颈部机构进行点头动作的点头电机（36）和固定点头电机（36）的点头基座（31），所述转头机构（4）包括通过转动驱动颈部机构进行转头动作的转头电机（42）。

2.根据权利要求1所述的机器人头颈运动机构，其特征在于：所述眼球电机（17）的输出轴连接有主动齿轮（16），还设置有均与所述主动齿轮（16）啮合的两个从动齿轮（15），各所述眼球（12）分别设置有与各从动齿轮（15）连接的眼球转轴。

3.根据权利要求1所述的机器人头颈运动机构，其特征在于：各所述眼球（12）上方均设置有眼睑（11），还设置有连接两所述眼睑（11）的眼睑转轴，所述眼睑转轴上设置有带动眼睑转轴转动的长条状的永磁体（13），所述永磁体（13）的一端与眼睑转轴连接，所述永磁体（13）另一端的下方设置有铜线圈（14），通过对所述铜线圈（14）的通断电操作实现永磁体（13）带动眼睑转轴的转动以实现眨眼动作。

4.根据权利要求1所述的机器人头颈运动机构，其特征在于：所述嘴部张合电机（22）固定设置在点头基座（25）上，所述嘴部张合电机（22）为舵机，所述嘴部张合电机（22）的输出轴连接有嘴部电机舵盘（23），所述下颚基座（21）的两端均设置有与点头基座（25）进行转动连接的下颚转轴孔。

5.根据权利要求1所述的机器人头颈运动机构，其特征在于：所述下颚基座（21）上设置有假牙（27），所述假牙（27）包括上假牙和下假牙，所述下假牙固定设置在下颚基座（21）上。

6.根据权利要求1所述的机器人头颈运动机构，其特征在于：所述点头电机（36）为舵机，所述点头电机（36）的输出轴连接有点头电机舵盘（35），还设置有点头传输板（34），所述点头传输板（34）包括位于点头电机（36）两侧的均与头部基座（25）固定连接的左右两个传输板，所述点头基座（31）上设置有两个点头轴承座（32），各所述点头轴承座（32）内安装有点头轴承（33），各所述传输板上设置有与各点头轴承（33）连接的轴承连接轴，所述点头电机舵盘（35）与点头传输板（34）固定连接，所述点头电机（36）驱动点头传输板（34）转动以实现颈部点头动作。

7.根据权利要求1所述的机器人头颈运动机构，其特征在于：所述转头电机（42）的输出轴连接有法兰输出轴（44），所述法兰输出轴（44）与点头机构（3）固定连接，还设置有固定转头电机（42）的转头基座（41），所述转头基座（41）上设置有转头轴承座（45），所述转头轴承座（45）内安装有与法兰输出轴（44）连接的转头轴承（46）。

8.根据权利要求7所述的机器人头颈运动机构，其特征在于：所述转头电机（42）为舵机，所述转头电机（42）的输出轴连接有转头电机舵盘（43），所述转头电机舵盘（43）与法兰输出轴（44）固定连接。

9.根据权利要求7所述的机器人头颈运动机构，其特征在于：所述法兰输出轴（44）的上端横截面为多边形，所述点头基座（31）上设置有通过法兰输出轴（44）的限位通孔，所述限位通孔的横截面与法兰输出轴（44）上端横截面相同。

10.根据权利要求9所述的机器人头颈运动机构，其特征在于：所述转头轴承（46）与横截面为圆形的一段法兰输出轴（44）固定连接，所述点头基座（31）的下端设置有承重柱（48），所述承重柱（48）底端的外圈直径小于转头轴承（46）外圈直径。