一种用于机器人的模块构件及机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于机器人的模块构件及机器人。

背景技术：

随着科学技术的日益发展，人们的物质文化生活日益丰富，家长对青少年的教育也越来越重视，但是由于家长陪伴孩子的时间有限，在家长无法陪伴孩子的时候，怎样引导青少年自助学习是让家长极其苦恼的问题，在这种需求下，模块化机器人应运而生。模块化机器人是由生产厂商专门开发以提高使用者设计和创造能力为目标的机器人成品、套装或散件。通过组装、搭建和运行机器人，从而激发使用者学习兴趣，培养使用者综合能力。模块化机器人除了机器人机体本身之外，还可根据使用者的需求搭载相应的控制软件和教学课本等。

模块化机器人一般主要由框架、关节件、连接件、电机、控制器、传感器等部件构成。现有模块化机器人的搭建一般是先将各组件集成在框架上，然后再通过导线将各部件相互连通，从而为模块化机器人的运动和控制提供动力，然而现有模块化机器人的导线一般都裸露在机器人关节的外部或者杂乱无章的放置在机器人内部，由于模块化机器人的使用者中存在大量的儿童和未成年人，裸露在外的导线不仅不美观，安全性低，很容易发生触电危险，还使机器人的运动不够灵活。杂乱无章放置在机器人内部的导线不仅造成连接线使用量大，还不利于模块化机器人的组装和拆卸，严重影响模块化机器人的重复使用。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种结构简单、安全性能高、布线合理、导线使用量少且便于拆卸和组装的用于机器人的模块构件。

本发明的另一目的在于提供一种结构简单、运动灵活、布线合理、导线使用量少、安全性能高且便于拆卸和组装的机器人。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于机器人的模块构件，包括皮肤件、电源、关节连接件和一个或者多个彼此连接的球状骨骼件，所述球状骨骼件的一端与所述关节连接件之间传动连接，所述关节连接件和所述球状骨骼件均由电机驱动，所述皮肤件包覆在所述连接件和所述球状骨骼件上，所述皮肤件的内壁上设置有用于布置导线的导线容纳结构，所述导线一端与所述电源连通，另一端上设置有电插头，所述电插头能够插入设置在所述关节连接件和所述球状骨骼件上的插座内从而将所述电源与所述电机连通。

作为优选，所述导线容纳结构包括导线容纳槽、插头容纳槽和卡接件，所述导线容纳槽沿所述皮肤件的长度方向设置，所述插头容纳槽与所述导线容纳槽连通，所述卡接件用于卡接导线，所述插头容纳槽用于容纳电插头。

作为优选，所述皮肤件包括第一皮肤件和第二皮肤件，所述第一皮肤件用于包覆所述关节连接件，所述第二皮肤件用于包覆所述球状骨骼件。

作为优选，所述导线容纳槽为通槽，其一端与所述皮肤件的顶面连通，另一端与所述皮肤件的底面连通。

作为优选，所述导线容纳槽为曲线槽，其包括横槽和竖槽，所述卡接件设置在所述横槽和所述竖槽的连接处。

作为优选，所述卡接件的数量为多个，每一所述卡接件包括两个l形卡接板，两个所述卡接板相对设置于所述导线容纳槽内。

作为优选，所述球状骨骼件包括球头、连接臂和球头卡接部，所述球头为所述球状骨骼件的首端，所述球头卡接部为所述球状骨骼件的尾端，所述连接臂一端与所述球头固定连接，另一端与所述球头卡接部固定连接，所述插座设置在所述球头上，所述插座与所述电机连通。

作为优选，所述关节连接件包括固定连接的窝头部和电机连接部，所述窝头部上设置有允许所述球头进入的弧形槽，所述插座设置在所述电机连接部上，所述插座与所述电机连通。

作为优选，所述球头卡接部远离所述连接臂的端部设置有用于与另一所述球状骨骼件上的球头铰接的凹槽。

一种机器人，该机器人包括躯干和上述所述的用于机器人的模块构件，所述关节连接件远离所述球状骨骼件的端部和所述躯干传动连接。

本发明的有益效果：

本发明所提供的用于机器人的模块构件包括皮肤件、电源、关节连接件和一个或者多个彼此连接的球状骨骼件，球状骨骼件的一端与躯干之间通过关节连接件传动连接，关节连接件和球状骨骼件均由电机驱动，皮肤件包覆在连接件和球状骨骼件上，皮肤件的内壁上设置有用于布置导线的导线容纳结构，导线一端与电源连通，另一端上设置有电插头，电插头能够插入设置在关节连接件和球状骨骼件上的插座内从而将所述电源与所述电机连通。本发明通过在皮肤件的内壁上设置有导线容纳结构，且将插座直接设置在关节连接件和球状骨骼件上，不仅能够将导线布置在机器人内部，还能够通过导线容纳结构对导向进行合理、有序的布置，不仅降低了导线用量和布线难度，还有利于机器人各部件的组装、拆卸和电连接，且能够提高安全性能。使用者在组装机器人时，可以先将导线沿导线容纳机构布置好后，再利用导线将各部件相互连通，最后将皮肤件包覆在关节连接件和球状骨骼件上即可。本发明还提供了一种包含上述模块构件的机器人，该机器人结构简单、运动灵活、布线合理、导线使用量少、安全性能高且便于拆卸和组装。

附图说明

图1是本发明所提供的机器人的结构示意图；

图2是本发明所提供的机器人除去皮肤件后的结构示意图；

图3是本发明所提供的第一皮肤件的前视图；

图4是本发明所提供的第一皮肤件的后视图；

图5是本发明所提供的第二皮肤件的前视图；

图6是本发明所提供的第二皮肤件的后视图；。

图中：1、躯干；2、球状骨骼件；201、球头；202、连接臂；203、球头卡接部；204、减重孔；205、凹槽；3、关节连接件；301、窝头部；302、电机连接部；303、圆孔；4、皮肤件；401、第一皮肤件；402、第二皮肤件；5、电机；6、电源；7、导线容纳结构；701、导线容纳槽；702、卡接件；703、插头容纳槽。

具体实施方式

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。

如图1至图6所示，用于机器人的模块构件包括皮肤件4、电源5、关节连接件3和一个或者多个彼此连接的球状骨骼件2，球状骨骼件2的一端与关节连接件3之间传动连接，关节连接件3和球状骨骼件2均由电机4驱动，电机4与电源5通过导线电连接，皮肤件4包覆在关节连接件3和球状骨骼件2上，皮肤件4的内壁上设置有用于布置导线的导线容纳结构7，导线一端与电源6连通，另一端上设置有电插头，电插头能够插入设置在关节连接件3和球状骨骼件2上的插座内从而将电源6与电机5连通。

为了提高机器人运动的灵活性，在本实施例中，机器人随身携带电源6，电源6能够将电量分配给机器人的各组件从而为机器人的移动和控制提供所需的能量，为了将电源6的电量分配给构成机器人的各部件，需要从电源6的输出端设置多个接口，每一接口均连接一导线，导线一端与电源6的某一接口连通，另一端上设置有电插头，通过导线将电源6与各组件电连接。通过在皮肤件4的内壁上设置导线容纳结构7，不仅能够将导线布置在机器人内部，还能够通过导线容纳结构7对导向进行合理、有序地布置，从而不仅降低了导线用量和布线难度，提高了机器人运动的灵活性，还有利于机器人各部件的组装、拆卸和电连接，使用者在组装机器人时，可以先将导线沿导线容纳机构布置好后，再通过导线将各部件相互连通，最后将皮肤件包覆在关节连接件和球状骨骼件上。

具体的，导线容纳结构7包括导线容纳槽701、插头容纳槽703和卡接件702，导线容纳槽701沿皮肤件4的长度方向设置，导线容纳槽701和插头容纳槽703相互连通，卡接件702用于卡接导线，插头容纳槽702用于容纳电插头，电插头能够插入设置在关节连接件3和球状骨骼件2上的插座内从而将电源6与电机5连通。在实际布线过程中，将该机器人的模块构件所需的全部导线捆扎在一起，然后置于导线容纳槽701内。

具体的，导线容纳槽701为通槽，该通槽一端与皮肤件4的顶面连通，另一端与皮肤件4的底面连通，也就是说，多根捆扎在一起的导线可以同时由皮肤件4的一端进入置于导线容纳槽701内，然后从皮肤件4另一端穿出后进入另一个皮肤件4内壁上的导线容纳槽701内。通过导线容纳槽701对多根导线进行导向，使皮肤件4内的导线排布合理、有序。在本实施例中，为了增加皮肤件4内壁上容纳导线的长度，将导线容纳槽701设置为曲线槽，该曲线槽包括多个交错设置的横槽和竖槽。当然在其他实施例中，该曲线槽也可以有多个曲线槽拼接组成，只要能够达到在布线合理的前提下，增加导线容纳槽701的长度的目的即可。

为了防止在机器人运动过程中，设置在导线容纳槽701内的导线滑落，故在导线容纳槽701的两侧设置有多个卡接件702，卡接件702用于卡紧导线。为了在保证卡紧效果的前提下，降低卡接件702的使用量，将卡接件702设置在横槽和竖槽的连接处。在本实施例中，每一所述卡接件包括两个l形卡接板，两个卡接板相对设置于所述导线容纳槽701内，每一l形卡接板均与导线容纳槽701一内壁固定连接。两个卡接板之间形成一空隙，该空隙的宽度小于导线的宽度，在将导线卡入导线容纳槽701内，由于将卡接板设置为l形，两个相对的卡接板之间的空隙在导线的挤压下变大，从而使导线进入导线容纳槽701内，导线卡入导线容纳槽701后，两卡接板恢复至原位置，间隙变小，从而达到防止导线从导线容纳槽701滑落的目的。

当某一根导线需要与某一组件电连接时，则调整导线的长度，将该导线的电插头置于插头容纳槽703内，由于在将皮肤件4包覆球状骨骼件2或者关节连接件3上时，插头容纳槽703的位置与设置在球状骨骼件2或者关节连接件3上的插座相对应，电插头能够直接插入插座内，且由于插座与驱动球状骨骼件2或者关节连接件3的电机5连通，故能够将电源6和电机5之间的线路导通。由于插头容纳槽内703与导线容纳槽701连通，其他导线则通过插头容纳槽703进入导线容纳槽701的下一段。

在本实施例中，如图3至图6所示，皮肤件4包括第一皮肤件401和第二皮肤件402，第一皮肤件401用于包覆关节连接件3，第二皮肤件402用于包覆球状骨骼件2。第一皮肤件401和第二皮肤件402的形状根据关节连接件3和球状骨骼件2的外形设计，具体形状在此不做限定，只要能够达到包覆效果即可。

球状骨骼件2包括球头201、连接臂202和球头卡接部203，球头201为球状骨骼件2的首端，球头卡接部203为球状骨骼件2的尾端，连接臂202一端与球头201固定连接，连接臂202远离球头201的一端与球头卡接部203固定连接。设置在球状骨骼件2上的插座一般设置在球头201上，球头201上设置有容纳插座的圆孔303，插座与驱动该球状骨骼件2的电机5连通。当某一电插头插入该插座时，则连通了该电机5和电源6，从而使电源6能够为电机5供电。

连接臂202呈片状结构，其上设置有多个减重孔204，减重孔204能够减轻连接臂202质量，进而减少电机5驱动时所需提供的动力，有利于节约能源且提高机器人的续航能力，在满足连接臂202支撑强度的前提下，减重孔204的个数越多越好。球头卡接部203用于与另一球状骨骼件2上的球头201铰接，球头卡接部203远离连接臂202的端部设置凹槽205，另一球状骨骼件2上的球头201可插入凹槽205，从而实现两个球状骨骼件2之间的相对转动，在本实施例中，凹槽205包括第一圆弧部、u形部和第二圆弧部，u形部一端与第一圆弧部固定连接，u形部另一端与第二圆弧部固定连接，凹槽205的开口呈逐渐增大的趋势，u形部的宽度小于球头201直径，第一圆弧部的弧度和第二圆弧部的弧度与球头201的弧度相同，第一圆弧部和第二圆弧部为四份之一圆或者小于四份之一圆，不大于四分之一圆的设计有利于球头201的插入。为了加工方便，也可以将凹槽205直接设置为u形槽，u形槽的开口尺寸大于球头201的直径。

关节连接件3包括固定连接的窝头部301和电机连接部302，设置在关节连接件3的插座通常设置在电机连接部302上，电机连接部302上设置有容纳插座的圆孔，插座与驱动该关节连接件3的电机5连通。当某一电插头插入该插座时，则连通了该电机5和电源6，从而使电源6能够为电机5供电。从而实现将电源6的电量分配给各电机5。

窝头部301上设置有允许球头201进入的弧形槽，弧形槽的半径与球头201的半径相同，该弧形槽可以为二分之一圆弧或者小于二分之一圆弧，不大于二分之一圆弧的设置有利于球头201进入，且方便连接，在本实施例中，为了加工方便且提高关节之间运动的稳定性，将弧形槽设置为二分之一圆弧，电机连接部302与电机5的输出轴之间设置有输出轴连接件。

本实施例还提供了一种包含上述模块构件的机器人，该机器人包括头部、躯干1、皮肤件4、电源6、关节连接件3和一个或者多个彼此连接的球状骨骼件2，关节连接件3和球状骨骼件2均由电机4驱动，电机4与电源5通过导线电连接，皮肤件4包覆在关节连接件3和球状骨骼件2上，皮肤件4的内壁上设置有用于布置导线的导线容纳结构7，导线一端与电源6连通，另一端上设置有电插头，电插头能够插入设置在关节连接件3和球状骨骼件2上的插座内从而将电源6与电机5连通。

多个彼此首尾连接的球状骨骼件2，球状骨骼件2包括球头201、连接臂202和球头卡接部203，球头201为球状骨骼件2的首端，球头卡接部203为球状骨骼件2的尾端，连接臂202一端与球头201固定连接，连接臂202远离球头201的一端与球头卡接部203固定连接。连接臂202呈片状结构，其上设置有多个减重孔204，减重孔204能够减轻连接臂202质量，进而减少电机5驱动时所需提供的动力，有利于节约能源且提高机器人的续航能力，在满足连接臂202支撑强度的前提下，减重孔204的个数越多越好。球头卡接部203用于与另一球状骨骼件2上的球头201铰接，球头卡接部203远离连接臂202的端部设置凹槽205，另一球状骨骼件2上的球头201可插入凹槽205，从而实现两个球状骨骼件2之间的相对转动，在本实施例中，凹槽205包括第一圆弧部、u形部和第二圆弧部，u形部一端与第一圆弧部固定连接，u形部另一端与第二圆弧部固定连接，凹槽205的开口呈逐渐增大的趋势，u形部的宽度小于球头201直径，第一圆弧部的弧度和第二圆弧部的弧度与球头201的弧度相同，第一圆弧部和第二圆弧部为四份之一圆或者小于四份之一圆，不大于四分之一圆的设计有利于球头201的插入。为了加工方便，也可以将凹槽205直接设置为u形槽，u形槽的开口尺寸大于球头201的直径。

躯干1和位于端部的球状骨骼件2之间通过关节连接件3传动连接，关节连接件3包括固定连接的窝头部301和电机连接部302，窝头部301上设置有允许球头201进入的弧形槽，弧形槽的半径与球头201的半径相同，该弧形槽可以为二分之一圆弧或者小于二分之一圆弧，不大于二分之一圆弧的设置有利于球头201进入，且方便连接，在本实施例中，为了加工方便且提高关节之间运动的稳定性，将弧形槽设置为二分之一圆弧，电机连接部302与电机5的输出轴之间设置有输出轴连接件。

相较于传统机器人的导线一般都裸露在机器人关节的外部或者杂乱无章的放置在机器人内部，该机器人通过在皮肤件的内壁上设置有导线容纳结构7，不仅有利于提高机器人运动的灵活性，还使布线合理、导线使用量少、安全性能高且便于拆卸和组装。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。