一种头部旋转装置及可实现无缝连接的机器人头部的制作方法

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种头部旋转装置及可实现无缝连接的机器人头部。

背景技术：

从机器人诞生到现在，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。随着计算机技术、微电子技术、网络技术等快速的发展，机器人技术也得到了飞速发展。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于服务行业的先进机器人系统也有了长足的进展。控制系统性能的进一步提高，激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中的成功应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。基础技术和器件的发展为机器人的智能化、仿人和仿生发展创造了良好的条件。当前，机器人不仅应用于工业领域，也在逐步应用于与人们生活联系紧密的领域。服务机器人、助老助残机器人、教育机器人、娱乐机器人的发明、生产和应用将会给人类的生活带来便利和乐趣。

目前，在服务机器人中，机器人通常包括躯体和可转动地设置在躯体上的头部，头部包括壳体、中轴和头部连接件，头部连接件套设在中轴上，头部连接件与头部壳体6连接，进而通过中轴的转动实现头部的转动。

然而，在现有的服务机器人中，存在以下缺陷：在头部旋转过程中，头部容易与躯体上的脖子外壳相互产生干扰，影响旋转的范围，运动灵活性差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种头部旋转装置及可实现无缝连接的机器人头部，克服现有技术存在的运动灵活性差的缺陷。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种头部旋转装置，装设于头部壳体内部，所述头部旋转装置包括：支架机构、第一驱动电机、第二驱动电机以及上下旋转机构；

所述支架机构包括横杆单元和竖杆单元；所述竖杆单元的顶端固定连接至横杆单元的中部、底端固定连接至第一驱动电机的输出轴；所述横杆单元的两端通过上下旋转机构连接至所述头部壳体；所述第二驱动电机的输出轴与所述上下旋转机构固定连接。

可选的，所述上下旋转机构包括耦合齿轮和活动连接件，分设于所述横杆单元的两端；

所述横杆单元通过耦合齿轮与头部壳体的一侧可转动连接，通过活动连接件与头部壳体的另一侧活动连接。

可选的，所述第二驱动电机固定装配于所述横杆单元上。

一种可实现无缝连接的机器人头部，包括头部壳体，所述头部壳体内部还连接有头部旋转装置，该头部旋转装置如上任一所述。

可选的，所述头部壳体为球体结构，其上开设有开口。

可选的，所述头部壳体为半球体结构。

可选的，所述上下旋转机构的旋转轴与所述第一驱动电机的旋转轴的交汇点，与所述头部壳体的球体中心点重合。

可选的，所述头部壳体的开口处固定装配有显示屏。

可选的，还包括一固定连接机构，所述头部壳体上开设有与所述固定连接机构相适配的安装孔；

所述头部旋转装置通过所述固定连接机构与外部的机器人身体连接。

可选的，所述显示屏具体为触摸显示屏。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例中，机器人头部的头部壳体采用了独特的半球体结构设计，且通过头部旋转装置的结构设计使得头部壳体的旋转中心与球心相重合，不仅可以保证头部与身体无缝连接，而且保证了头部壳体在上下、左右两个方向上的灵活转动，与机器人身体互不干涉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例一提供的头部旋转装置的立体结构视图；

图2为本发明实施例二提供的机器人头部的第一立体结构视图；

图3为本发明实施例二提供的机器人头部的第二立体结构视图；

图示说明：支架机构1、第一驱动电机2、第二驱动电机3、耦合齿轮4、活动连接件5、头部壳体6、横杆单元11、竖杆单元12、安装孔61。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心思想为：对头部旋转装置的旋转中心进行限位，同时头部壳体6采用球体结构设计，并使得头部壳体6的旋转中心点与其球体中心点重合，这样即可保证头部壳体6无论如何旋转，其都不会与机器人的脖子外壳产生干涉，从而改善头部旋转的灵活性。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

请参考图1，本实施例一提供了一种头部旋转装置，能够同时实现左右和上下两个方向的灵活旋转，其包括支架机构1、第一驱动电机2、第二驱动电机3以及上下旋转机构。

其中，支架机构1包括横杆单元11和竖杆单元12，竖杆单元12的顶端固定连接至横杆单元11的中部、底端固定连接至第一驱动电机2的输出轴。

第一驱动电机2，其输出轴与横杆单元11的轴向垂直，用于带动支架结构1以第一驱动电机2的输出轴为转轴进行旋转。

横杆单元11的两端通过上下旋转机构连接至头部壳体6，同时，上下旋转机构与第二驱动电机3连接；在第二驱动电机3的驱动作用下，上下旋转机构带动头部壳体6上下旋转。

具体地，上下旋转机构包括两个组成部分：耦合齿轮4和活动连接件5；耦合齿轮4和活动连接件5分设于横杆单元11的两端，横杆单元11通过耦合齿轮4与头部壳体6的一侧连接，通过活动连接件5与头部壳体6的另一侧活动连接。

第二驱动电机3固定安装于横杆单元11上，优选的与耦合齿轮4位于同一端，其输出轴与耦合齿轮4连接，对耦合齿轮4产生驱动作用。

在第二驱动电机3的驱动作用下，耦合齿轮4进行转动，带动与其相连的头部壳体6的一侧进行旋转；与此同时，由于头部壳体6的另一侧通过活动连接件5与横杆单元11活动连接，因而头部壳体6整体在耦合齿轮4的带动下相对于横杆单元11进行转动。

综上，本实施例提供的头部旋转装置可实现左右和上下两个方向的转动，具体工作原理如下：

控制第一驱动电机2，驱动竖杆单元12以第一驱动电机2的输出轴为转轴进行转动；此时，由于支架机构1的横杆单元11和竖杆单元12固定连接，因而，支架机构1作为整体进行左右转动，进而可使得连接于支架机构1上的头部壳体6进行左右转动；

控制第二驱动电机3，驱动耦合齿轮4进行转动，使得耦合齿轮4所连接的横杆单元11和头部壳体6可进行相对转动，从而使得头部壳体6进行上下转动。

在本实施例中，头部旋转装置的结构简单，易于装配和拆卸，实现了左右和上下两个方向的转动，为头部壳体6的灵活转动提供了有效保障。

实施例二

请参阅图2和图3，本实施例二提供了一种机器人头部，该头部包括头部壳体6，以及装配于头部壳体6内部的头部旋转装置。

下面将对头部壳体6和头部旋转装置分别进行描述。

头部旋转装置，能够同时实现左右和上下两个方向的灵活旋转，其包括支架机构1、第一驱动电机2、第二驱动电机3以及上下旋转机构。

其中，支架机构1包括横杆单元11和竖杆单元12，竖杆单元12的顶端固定连接至横杆单元11的中部、底端固定连接至第一驱动电机2的输出轴。

第一驱动电机2，其输出轴与横杆单元11的轴向垂直，用于带动支架结构以第一驱动电机2的输出轴为转轴进行旋转。

横杆单元11的两端通过上下旋转机构连接至头部壳体6，同时，上下旋转机构与第二驱动电机3连接；在第二驱动电机3的驱动作用下，上下旋转机构带动头部壳体6上下旋转。

具体地，上下旋转机构包括两个组成部分：耦合齿轮4和活动连接件5；耦合齿轮4和活动连接件5分设于横杆单元11的两端，横杆单元11通过耦合齿轮4与头部壳体6的一侧连接，通过活动连接件5与头部壳体6的另一侧活动连接。

第二驱动电机3固定安装于横杆单元11上，优选的与耦合齿轮4位于同一端，其输出轴与耦合齿轮4连接，对耦合齿轮4产生驱动作用。

在第二驱动电机3的驱动作用下，耦合齿轮4进行转动，带动与其相连的头部壳体6的一侧进行旋转；与此同时，由于头部壳体6的另一侧通过活动连接件5与横杆单元11活动连接，因而头部壳体6的整体在耦合齿轮4的带动下相对于横杆单元11进行运动。

头部壳体6，具体为半球体结构，其罩设于头部旋转装置的外部，且与头部旋转装置可旋转连接。

需要说明的是，为提升转动的灵活性，由于头部壳体6为半球体结构，头部壳体6的旋转中心应与其球心相重合，为此，可通过调整支架机构1的角度和尺寸等方式，使得头部壳体6的两个方向的旋转轴的交汇点与球心重合。

由于在将头部壳体6装配于机器人身体上时，在正常状态下其开口面向用户，因而本实施例根据此状态下的方位来描述转动方向。

在第一驱动电机2的驱动作用下，支架机构1以第一驱动电机2的输出轴为转轴进行转动，并带动头部壳体6进行左右转动；在第二驱动电机3的驱动作用下，耦合齿轮4带动头部壳体6进行上下转动。

另外，头部壳体6的底部开设有安装孔61，供固定连接机构(图中未示出)伸出，头部旋转装置可通过该固定连接机构固定连接至机器人身体。由于头部壳体6为半球体结构，因而可与机器人身体实现无缝连接。

进一步地，头部壳体6的开口处还固定装设有触摸显示屏(图中未示出)，与控制系统电连接，用户可以通过触摸显示屏选择所需服务项目，选择的服务项目信息再反馈至控制系统，机器人头部根据控制系统的指令来进行上下、左右转动相应角度。

综上，本实施例中，机器人头部的头部壳体6采用了独特的半球体结构设计，且通过头部旋转装置的结构设计使得头部壳体6的旋转中心与球心相重合，这样不仅可以保证头部与身体无缝连接，而且保证了头部壳体6在上下、左右两个方向上的灵活转动，与机器人身体不相互干涉。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。