专利名称：仿人机器人眼球灵活转动的运动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种机器人技术领域的运动机构，具体地说，是一种仿人机 器人眼球灵活转动的运动机构。
技术背景现有涉及仿人机器人的面部表情中，美国MIT的Cog类人机器人的视觉感官 系统模拟装置是双眼结构，眼睛能绕着水平和竖直的轴转动，每个眼睛由两个摄 像机组成， 一个广角读的负责外围视野，另一个具有窄角度的负责景物的中心。 日本明治大学的"Kansei"机器人，能模仿人类36种面部表情，韩国开发的EveR-1 类人机器人面部内置有15个发动机，可以作出喜怒哀乐的表情，并可在识别对方 的面部后，与对方对准视线，他们的设计都侧重于面部表情的设计，眼球运动机 构的设计相对简单。经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为CN2691802，申请号为 CN200420021728.4发明名称为会弹钢琴的机器人，该机器人的眼球转动控制机 构包括电机、曲柄摇杆机构和传动齿轮机构，电机安装在头部骨架内，曲柄摇杆 机构的一端与电机的主轴相连，另一端与传动齿轮机构绞接相连，传动齿轮机构 的另一端与头部机构中连接眼球的小轴固定相连。该机构的不足之处在于结构只 能实现眼球的左右转动，无法实现眼球的上下运动，不能逼真的模仿人眼的运动。发明内容本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种仿人机器人眼球灵活转动 的运动机构。本发明结构简洁，将眼球左右和上下两个方向的转动分离，通过一 套相互独立的四连杆机构和同步带轮机构实现眼球复杂的转动，考虑到仿人的眼 球机构的精密性和尺寸大小，采用微型尺寸零件，可使眼球运动机构在相对狭小 的空间内实现复杂的运动。由于上下左右两个方向的运动机构相互独立，因此不 会产生运动干涉的问题。而且简洁的机构使运动便于控制，驱动电机的数量减小 到最少，使整个机构既不过分占用空间，又可满足仿人眼睛的要求。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括蜗轮、蜗杆、传动轴、轴 承、大支架、小支架、第一轴承、支撑座、第二轴承、第二同步带轮、第一短轴、 眼球、第二短轴、第一电机、导轨、滑块、传动架、第二电机、第一同步带轮、 同步带。连接关系为蜗轮安装在竖直安放的传动轴下端且与蜗杆相连，传动轴 上端连接在导轨后端的孔内，滑块套在导轨上，传动架后端安装在滑块上表面上， 传动架前端两边各与一个小支架后端相连，小支架安放在大支架的第一轴承上， 第一同步带轮安装在每个小支架的后半部分，第一同步带轮通过同步带与第二同 步带轮连接，第二同步带轮安装一个短轴上，该短轴一端安装在支撑座的第二轴 承内，另一端连接眼球一边，眼球的另一边连接另一短轴的一端，该短轴的另一 端安装在另一个支撑座的第二轴承内。所述的第一同步带轮的直径小于第二同步带轮的直径。 所述的蜗杆连到第一电机输出轴上，两者之间采用紧定螺钉固定。 所述的传动轴上端有凹槽，用来安装在导轨的孔内，并能带动导轨转动。 所述的滑块上表面有一圆柱状突起，用来将传动架后端孔套在上面。 所述的传动架为T字型，后端与传动轴相连，前端左右两端各连一个小支架。 所述的小支架为后窄前宽，成不对称的品字形，后半部安放第二电机和第一 同步带轮，前半部安装支撑座用来安放眼球和第二同步带轮。所述的大支架安装在机器人头部的侧壁上，左右各安装一个第一轴承用来安 放小支架。所述的第一同步带轮选用微型同步带轮，第二同步带轮的光滑圆柱体的部分 加工有螺纹孔，用来安装紧钉螺钉使第二同步带轮和电机输出轴连接。所述的支撑座上窄下宽，底部有两个螺纹孔，可用螺钉固定在小支架上，上 部放置第二轴承。所述的眼球左右各切去一部分，形成圆形平面，在圆形平面圆心各有一孔， 用来连接短轴。本发明中，电机控制蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动传动轴一起转 动，传动轴将转动传递给导轨，导轨带动滑块滑动，滑块带动传动架和小支架组 成的四连杆机构转动，从而实现小支架的原地转动，也就是实现了眼球的左右转 动。在每一个小支架上，放在后部的电机带动第一同步带轮转动，第一同步带轮带动传动带转动，进而带动第二同步带轮转动，然后带动短轴，眼球转动，实现 眼球的上下转动。两个眼球上下转动的同步性通过各自电机的编码器来实现。与现有技术相比，本发明将眼球左右和上下两个方向的转动分离。所述的传 动轴、导轨划块、传动架、小支架构成了四连杆机构及其驱动装置，可实现眼球 的左右同步转动，机构简洁，传动效率高。所述的大小传动轮，支撑座，短轴可 实现眼球在左右转动同时的上下转动，而且两个运动彼此独立，不会互相干涉。
图1为本发明的结构主视示意图 图2为本发明的结构俯视示意图具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。如图l、图2所示，本实施例包括蜗轮l、蜗杆2、传动轴3、第一轴承4、大支架5、小支架6、支撑座7、第二轴承8、第二同步带轮9、第一短轴IO、眼 球ll、第二短轴12、第一电机13、导轨14、滑块15、传动架16、第二电机17、 第一同步带轮18、同步带19 。以上零部件之间的连接关系为蜗杆2与第一电机13输出轴相连，蜗轮l安 装在竖直安放的传动轴3下端与蜗杆2相连，传动轴3上端连接在导轨14后端的 孔内，滑块15套在导轨14上，传动架16后端安装在滑块15上表面的圆柱状突 起上，传动架16前端两边各与一个小支架6后端相连，小支架6安放在大支架5 的第一轴承4上，第一同步带轮18安装在每个小支架6的后半部分，第一同步带 轮18通过同步带19与第二同步带轮9连接，第一同步带轮18安装在第一短轴10 上，第一短轴10 —端安装在支撑座7的第二轴承8内，另一端连接眼球11 一边， 眼球11的另一边连接另一第二短轴12的一端，该第二短轴12的另一端安装在另 一个支撑座7的第二轴承8内。所述的蜗杆2 —端连到第一电机13上，用来传递第一电机13输出的扭矩。 所述的传动轴3上端有凹槽，用来安装并固定在导轨14的孔内，并能带动导 轨14转动。所述的滑块15上表面有一圆柱状突起，用来将传动架16后端孔套在上面， 使传动架16能绕该圆柱状突起自由转动。所述的传动架16为T字型，后端与滑块15相连，前端左右两端各连一个小 支架6。所述的小支架6为后窄前宽，成不对称的品字形，后半部安放第二电机17和 第二同步带轮18，前半部安装支撑座7用来固定眼球11和第一同步带轮9。所述的大支架5安装在机器人头部的侧壁上，左右各安装一个第一轴承4用 来定位支撑小支架6。所述的第二同步带轮18选用微型同步带轮，小轮的光滑圆柱体的部分打有螺 纹孔，用来安装紧钉螺钉使第二同步带轮18和第二电机17连接。所述的支撑座7上窄下宽，底部打有两个螺纹孔，可用螺钉固定在小支架6 上，上部放置第二轴承8。所述的眼球ll左右各切去一部分，形成圆形平面，在圆形平面圆心处各有一 孔，用来连接第一短轴10、第二短轴12。本实施例中，第一电机13、蜗杆l、蜗轮2、传动轴3、导轨14、滑块15、 传动架16、小支架6、第一轴承4、大支架5构成了眼球的左右转动机构，其中蜗 杆l，蜗轮2，传动轴3用来传递第一电机13输出的转矩和运动，导轨14，划块 15，传动架16，小支架6构成四连杆机构控制眼球的左右转动，第一轴承4，大 支架5起到支撑和定位小支架的作用，从而使眼球能原地转动。支撑座7、第二轴 承8、第一同步带轮9、第一短轴IO、第二短轴12、第二电机17、第二同步带轮 18、同步带19构成了眼球的上下转动机构，支撑座7、第二轴承8、第一短轴IO、 第二短轴12主要用来固定眼球，使其能像真人的眼球的一样在原地实现各种运动。 第一同步带轮9、第一同步带轮18、同步带19用来传递第二电机17的转动，控 制眼球上下转动，两个眼球转动的同步性通过电机的编码器实现。该套机构最大 的特点是将眼球的上下和左右转动分离，从而在实现灵活转动的同时也解决了运 动干涉的问题。
权利要求
1.一种仿人机器人眼球灵活转动的运动机构，包括蜗轮、蜗杆、传动轴、第一轴承、大支架、小支架、支撑座、第二轴承、第一同步带轮、第一短轴、眼球、第二短轴、第一电机、导轨、滑块、传动架、第二电机、第二同步带轮、同步带，其特征在于蜗轮安装在竖直安放的传动轴下端且与蜗杆相连，传动轴上端连接在导轨后端的孔内，滑块套在导轨上，传动架后端安装在滑块上表面上，传动架前端两边各与一个小支架后端相连，小支架安放在大支架的第一轴承上，第一同步带轮安装在每个小支架的后半部分，第一同步带轮通过同步带与第二同步带轮连接，第二同步带轮安装一个短轴上，该短轴一端安装在支撑座的第二轴承内，另一端连接眼球一边，眼球的另一边连接另一短轴的一端，该短轴的另一端安装在另一个支撑座的第二轴承内。
2. 根据权利要求1所述的仿人机器人眼球灵活转动的运动机构，其特征是 所述的传动轴上端有凹槽。
3. 根据权利要求l所述的仿人机器人眼球灵活转动的运动机构，其特征是 所述的滑块上表面有一圆柱状突起，将传动架后端孔套在圆柱状突起上面。
4. 根据权利要求1或3所述的仿人机器人眼球灵活转动的运动机构，其特征 是所述的传动架为T字型，其后端与滑块相连，前端左右两端各连一个小支架。
5. 根据权利要求l所述的仿人机器人眼球灵活转动的运动机构，其特征是 所述的小支架为后窄前宽，成不对称的品字形，后半部安放电机和第一同步带轮， 前半部安装支撑座用来固定眼球和第一同步带轮。
6. 根据权利要求l所述的仿人机器人眼球灵活转动的运动机构，其特征是 所述的大支架安装在机器人头部的侧壁上，左右各安装一个轴承用来定位支撑小 支架。
7. 根据权利要求l所述的仿人机器人眼球灵活转动的运动机构，其特征是 所述的支撑座上窄下宽，底部有两个螺纹孔，用螺钉固定在小支架上，上部放置 轴承。
8. 根据权利要求l所述的仿人机器人眼球灵活转动的运动机构，其特征是 所述的眼球左右各切去一部分，形成平面，在圆形平面圆心各有一孔。
9. 根据权利要求l所述的仿人机器人眼球灵活转动的运动机构，其特征是 所述的第一同步带轮的直径小于第二同步带轮的直径。
10. 根据权利要求1或9所述的仿人机器人眼球灵活转动的运动机构，其特 征是所述的第一同步带轮选用微型同步带轮，第二同步带轮的光滑圆柱体的部 分有螺纹孔。
全文摘要
一种仿人机器人眼球灵活转动的运动机构，属于机器人技术领域。本发明中，蜗轮安装在竖直安放的传动轴下端且与蜗杆相连，传动轴上端连接在导轨后端的孔内，滑块套在导轨上，传动架后端安装在滑块上表面上，传动架前端两边各与一个小支架后端相连，小支架安放在大支架的第一轴承上，第一同步带轮安装在每个小支架的后半部分，第一同步带轮通过同步带与第二同步带轮连接，第二同步带轮安装一个短轴上，该短轴一端安装在支撑座的第二轴承内，另一端连接眼球一边，眼球的另一边连接另一短轴的一端，该短轴的另一端安装在另一个支撑座的第二轴承内。本发明将眼球的上下和左右转动分离，从而在实现灵活转动的同时也解决了运动干涉的问题。
文档编号A63H3/00GK101219279SQ20081003300
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月24日 优先权日2008年1月24日
发明者陈晓旻, 高雪官 申请人:上海交通大学