仿人机械头部及仿人机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，具体而言，涉及仿人机械头部及仿人机器人。

背景技术：

仿生机器人是指依据仿生学原理，模仿生物结构、运动特性等设计的性能优越的机电系统，已逐渐在反恐防爆、太空探索、抢险救灾等不适合由人来承担任务的环境中凸显出良好的应用前景。

仿生机器人主要有仿人、仿生物和生物机器人三大类。

仿人机器人是指具有两手、两足、头部和躯干等人类外形特征，能用双足进行移动和其它类人功能的人形机器人。现有的仿人机械头部和仿人机器人虽然具有类似于人的形态特征和运动方式，但是其机构结构复杂、运动灵活性不高等问题亟待改善。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种仿人机械头部，其结构简单、运动灵活性高。

本实用新型的另一目的在于提供一种仿人机器人，其结构简单、运动灵活性高。

本实用新型的提供一种技术方案：

一种仿人机械头部，包括第一舵机、第二舵机、第一摆臂、第二摆臂、基板、二轴万向节和基座。二轴万向节的两端分别与基板与基座固定连接，第一舵机与第二舵机均安装于基板上，且位于二轴万向节的两侧。第一舵机与第一摆臂铰接，第一摆臂远离第一舵机的一端与基座铰接。第二舵机与第二摆臂铰接，第二摆臂远离第二舵机的一端与基座铰接。第一舵机与第一摆臂、第二舵机与第二摆臂相互配合以实现仿人机械头部前后点头与左右摆头动作。

进一步地，上述第一摆臂包括第一横摆臂和第一竖摆臂。第一横摆臂的一端与第一竖摆臂的一端铰接，第一横摆臂的另一端与第一舵机铰接，第一竖摆臂的另一端与基座铰接。第二摆臂包括第二横摆臂和第二竖摆臂，第二横摆臂的一端与第二竖摆臂的一端铰接，第二横摆臂的另一端与第二舵机铰接，第二竖摆臂的另一端与基座铰接。

进一步地，上述第一横摆臂与第一竖摆臂通过关节轴承连接，第二横摆臂与第二竖摆臂通过关节轴承连接。

进一步地，上述基座包括支撑座和支撑件。支撑件安装于支撑座，支撑件分别与第一竖摆臂的一端和第二竖摆臂的一端铰接。

进一步地，上述支撑件与第一竖摆臂通过关节轴承连接。支撑件与第二竖摆臂通过关节轴承连接。

进一步地，上述支撑件为L形。L形的支撑件的一端安装于基座，另一端分别与第一竖摆臂和第二竖摆臂连接。

进一步地，上述基板设置有摄像头，摄像头用于采集环境特征。

进一步地，上述第一舵机与第二舵机均是通过螺栓与基板连接。

本实用新型还提供另一种技术方案：

一种仿人机器人。包括躯体部和仿人机械头部。仿人机械头部包括第一舵机、第二舵机、第一摆臂、第二摆臂、基板、二轴万向节和基座。二轴万向节的两端分别与基板与基座固定连接，第一舵机与第二舵机均安装于基板上，且位于二轴万向节的两侧。第一舵机与第一摆臂铰接，第一摆臂远离第一舵机的一端与基座铰接。第二舵机与第二摆臂铰接，第二摆臂远离第二舵机的一端与基座铰接。第一舵机与第一摆臂、第二舵机与第二摆臂相互配合以实现仿人机械头部前后点头与左右摆头动作。仿人机械头部与躯体部转动连接，以实现仿人机械头部相对于躯体部转动。

进一步地，上述仿人机械头部还包括驱动电机，驱动电机安装于基座，驱动电机用于驱动基座与躯体部相对转动。

相比现有技术，本实用新型提供的仿人机械头部及仿人机器人的有益效果是：

第一舵机和第二舵机分别驱动第一摆臂和第二摆臂，从而带动二轴万向节转动，进而使仿人机械头部运动。第一舵机和第二舵机的转动方向不同，第一摆臂和第二摆臂的运动方式也不同。第一舵机与第一摆臂、第二舵机与第二摆臂相互配合实现了仿人机械头部灵活地进行前后点头运动与左右摆头运动。本实用新型提供的仿人机械头部及仿人机器人结构简单，运动灵活性高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的仿人机械头部的结构示意图；

图2为图1中第一摆臂、第二摆臂和基座的位置和结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例提供的仿人机械头部在抬头状态下的结构示意图；

图4为本实用新型第一实施例提供的仿人机械头部在低头状态下的结构示意图；

图5为本实用新型第一实施例提供的仿人机械头部在向左偏头状态下的结构示意图；

图6为本实用新型第一实施例提供的仿人机械头部在向右偏头状态下的结构示意图；

图7为本实用新型第二实施例提供的仿人机器人的结构示意图。

图标：100、210-仿人机械头部；110-第一舵机；120-第二舵机；130-第一摆臂；132-第一横摆臂；134-第一竖摆臂；140-第二摆臂；142-第二横摆臂；144-第二竖摆臂；150、215-基座；152、2152-支撑件；154、2154-支撑座；160-二轴万向节；170-基板；180-视觉识别系统；200-仿人机器人；2156-驱动电机；230-躯体部。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”和“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的实施方式作详细说明。

第一实施例

请参阅图1，本实施例提供了一种仿人机械头部100，包括第一舵机110、第二舵机120、第一摆臂130、第二摆臂140、基板170、二轴万向节160和基座150。二轴万向节160的两端分别与基板170与基座150固定连接，第一舵机110与第二舵机120均安装于基板170上，且位于二轴万向节160的两侧。第一舵机110与第一摆臂130转动连接，第一摆臂130远离第一舵机110的一端与基座150铰接。第二舵机120与第二摆臂140转动连接，第二摆臂140远离第二舵机120的一端与基座150铰接。

在本实施例中第一舵机110与第二舵机120通过螺栓安装于基板170上，从而保持第一舵机110与基板170、第二舵机120与基板170的固定。当然，在本实用新型的其他实施例中，第一舵机110与第二舵机120也可以通过其他方式固定安装于基板170上，并且第一舵机110和第二舵机120的安装方式也不必完全一致。

第一舵机110与第一摆臂130、第二舵机120与第二摆臂140相互配合以实现仿人机械头部100前后点头与左右摆头动作。

请参阅图2，第一摆臂130的作用是在第一舵机110的驱动下，带动基板170向预定方向运动。其包括第一横摆臂132和第一竖摆臂134，第一横摆臂132的一端与第一竖摆臂134的一端铰接，第一横摆臂132的另一端与第一舵机110铰接，第一竖摆臂134的另一端与基座150铰接。

在本实施例中，第一横摆臂132与第一竖摆臂134通过关节轴承连接。关节轴承是一种球面滑动轴承，其滑动接触表面是一个内球面和一个外球面，运动时可以在任意角度旋转摆动。当然在本实用新型的其他实施例中，第一横摆臂132与第一竖摆臂134也可以通过其他的方式铰接，比如二轴万向节160。

在本实施例中，第一横摆臂132与第一舵机110的输出轴通过转轴连接。当然在本实用新型的其他实施例中，第一横摆臂132与第一舵机110也可以通过其他的方式转动连接，比如销钉销轴连接。

第二摆臂140的作用是在第二舵机120的驱动下，带动基板170向预定方向运动。其包括第二横摆臂142和第二竖摆臂144，第二横摆臂142的一端与第二竖摆臂144的一端铰接，第二横摆臂142的另一端与第二舵机120铰接，第二竖摆臂144的另一端与基座150铰接。

在本实施例中，第二横摆臂142与第二竖摆臂144通过关节轴承连接。当然在本实用新型的其他实施例中，第二横摆臂142与第二竖摆臂144也可以通过其他的方式铰接，比如二轴万向节160。

在本实施例中，第二横摆臂142与第二舵机120的输出轴通过转轴连接。当然在本实用新型的其他实施例中，第二横摆臂142与第二舵机120也可以通过其他的方式转动连接，比如销钉销轴连接。

第一摆臂130在第一舵机110的驱动下、第二摆臂140在第二舵机120的驱动下，与二轴万向节160配合，实现仿人机械头部100前后点头和左右摆头的动作。

基座150的作用是支撑和固定基板170，包括支撑座154和支撑件152。支撑件152安装于支撑座154，支撑件152分别与第一竖摆臂134的一端和第二竖摆臂144的一端铰接。

在本实施例中，支撑件152为L形。具体而言，L形的支撑件152的一端安装于基座150，另一端分别与第一竖摆臂134和第二竖摆臂144连接。

在本实施例中，第一竖摆臂134与基座150通过关节轴承连接。当然在本实用新型的其他实施例中，第一竖摆臂134与基座150也可以通过其他的方式铰接，比如二轴万向节160。

在本实施例中，第二竖摆臂144与基座150通过关节轴承连接。当然在本实用新型的其他实施例中，第二竖摆臂144与基座150也可以通过其他的方式铰接，比如二轴万向节160。

基座150为第一舵机110、第二舵机120、第一摆臂130、第二摆臂140和基板170提供支撑，且通过二轴万向节160和关节轴承，安装于基座150上的各部件能按照预定的动作运动。

在本实施例中，在基板170上还安装有视觉识别系统180。该视觉识别系统180设置于远离第一舵机110和第二舵机120的一侧。视觉识别系统180包括处理单元和两个摄像头，摄像头用于采集环境特征，处理单元用于对摄像头采集到的环境特征进行分析和处理。

本实施例提供的仿人机械头部100通过控制第一舵机110和第二舵机120的摆臂运动可以实现控制头部前后点头和左右摆头，其中图1提供的是仿人机械头部100正常放松状态下，各零部件之间的位置关系。以下分别就头部前后点头和左右摆头进行详细说明。

1.仿人机械头部100的向后点头状态

请参阅图3，第一舵机110和第二舵机120分别驱动第一摆臂130和第二摆臂140向上运动，进而使仿人机械头部100向后点头。具体而言，第一舵机110的输出轴驱动第一横摆臂132，由于第一横摆臂132与第一竖摆臂134连接，从而对第一竖摆臂134产生一个向上的牵引力。第一竖摆臂134与基座150连接，该牵引力反作用于二轴万向节160，从而使基座150，及安装于基座150上的各部件绕二轴万向节160向上转动；同理可知，第二舵机120对第二竖摆臂144也产生一个向上的牵引力，该牵引力向作用于二轴万向节160，进一步使基座150，及安装于基座150上的各部件绕二轴万向节160向上转动。即实现了仿人机械头部100的向后点头。

2.仿人机械头部100的向前点头状态

请参阅图4，第一舵机110和第二舵机120分别驱动第一摆臂130和第二摆臂140向下运动，进而使仿人机械头部100向前点头。具体而言，第一舵机110的输出轴驱动第一横摆臂132，由于第一横摆臂132与第一竖摆臂134连接，从而对第一竖摆臂134产生一个向下的压力。第一竖摆臂134与基座150连接，该压力反作用于二轴万向节160，从而使基座150，及安装于基座150上的各部件绕二轴万向节160向下转动；同理可知，第二舵机120对第二竖摆臂144也产生一个向下的压力，该压力反作用于二轴万向节160，进一步使基座150，及安装于基座150上的各部件绕二轴万向节160向下转动。即实现了仿人机械头部100的向前点头。

3.仿人机械头部100的向左摆头状态

请参阅图5，第一舵机110驱动第一摆臂130向下运动，第二舵机120驱动第二摆臂140向上运动，进而使仿人机械头部100向第二舵机120所在的左边摆动。具体而言，第一舵机110的输出轴驱动第一横摆臂132，由于第一横摆臂132与第一竖摆臂134连接，从而对第一竖摆臂134产生一个向下的压力。第二舵机120的输出轴驱动第二横摆臂142，由于第二横摆臂142与第二竖摆臂144连接，从而对第二竖摆臂144产生一个向上的牵引力。第一舵机110产生的压力和第二舵机120产生的牵引力共同作用于二轴万向节160，从而使基座150，及安装于基座150上的各部件绕二轴万向节160向左转动，即实现了仿人机械头部100的向左摆头。

4.仿人机械头部100的向右摆头状态

请参阅图6，第一舵机110驱动第一摆臂130向上运动，第二舵机120驱动第二摆臂140向下运动，进而使仿人机械头部100向第一舵机110所在的右边摆动。具体而言，第一舵机110的输出轴驱动第一横摆臂132，由于第一横摆臂132与第一竖摆臂134连接，从而对第一竖摆臂134产生一个向上的牵引力。第二舵机120的输出轴驱动第二横摆臂142，由于第二横摆臂142与第二竖摆臂144连接，从而对第二竖摆臂144产生一个向下的压力。第一舵机110产生的牵引力和第二舵机120产生的压力共同作用于二轴万向节160，从而使基座150，及安装于基座150上的各部件绕二轴万向节160向右转动，即实现了仿人机械头部100的向右摆头。

综上所述，本实施例提供的仿人机械头部100结构简单，运动灵活性高。

第二实施例

请参阅图7，本实施例提供了一种仿人机器人200，其包括躯体部230和仿人机械头部210。仿人机械头部210的基座215包括支撑件2152和支撑座2154，支撑件2152安装于支撑座2154，支撑座2154与躯体部230转动连接，以实现仿人机械头部210相对于躯体部230转动。

仿人机械头部210还包括驱动电机2156，驱动电机2156安装于支撑座2154靠近躯体部230的一端。在本实施例中，驱动电机2156通过同步带驱动支撑座2154与躯体部230相对转动，当然，在本实用新型的其他实施例中，驱动电机2156也可以通过其他方式进行驱动，比如齿轮传动。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。