一种腰部可倾斜的机器人的制作方法

本实用新型涉及自动化机械技术领域，尤其涉及一种腰部可倾斜的机器人。

背景技术：

随着科学技术不断的发展，经济条件日益提高的今天，自动化生产已经是日常生产中不可缺少的部分。例如，在食品或医疗行业用来代替人工实现搬运、理料和码放等功能的机器人。

现有技术中的机器人包括上半身躯干、头部、手臂和腰部，工作时，由电机带动减速机构，驱动机器人腰部转动，使得腰部带动上半身躯干、头部、手臂，实现腰部旋转。这种结构通常为同步带减速或减速谐波齿轮减速，同步带减速及谐波减速器减速并带动腰部进行弯腰动作，这种驱动方法缺点是减速器与腰部直接连接，占用空间大，谐波减速器与电机传动过程中会产生运动间隙，并且无法消除这种机械传动过程中反向间隙。

并且，由机器人腰部带动上半身躯干、头部、手臂，实现腰部旋转，转动负载比较大，要实现腰部转动可靠性必须在摆动方向上设置对称的减震器；另外，现有的机器人的转动力矩只能通过转轴将旋转力矩作用于转动部件，转动力臂受转动轴半径限制比较大。可见，现有的机器人在进行腰部转动时，存在驱动轴结构复杂，空间占用过大、转动力矩不足、速度不高、传动间隙过大的问题。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种腰部可倾斜的机器人，以解决现有的机器人腰部转动时，驱动轴结构复杂，空间占用过大、转动力矩不足、速度不高、传动间隙过大的问题。

本实用新型提供了一种腰部可倾斜的机器人，包括：头部、颈部、左手臂、右手臂、腰部、裙部、裙部旋转机构和底座，其中，

所述头部与颈部的一端连接，所述颈部的另一端与腰部的一端连接；所述左手臂和右手臂固定在腰部上；所述左手臂的轴线和右手臂的轴线重合；

所述腰部的另一端与裙部的一端活动连接，所述腰部和裙部之间设有腰部直线驱动机构，所述腰部直线驱动机构通过往复运动驱动腰部绕裙部旋转；

所述裙部包括裙部底板、裙部左支撑板、裙部右支撑板、第一裙部支撑轴和第二裙部支撑轴；所述裙部左支撑板和裙部右支撑板固定在裙部底板的两端，形成裙部固定支撑机构；所述裙部左支撑板和裙部右支撑板远离裙部底板的一端通过第一裙部支撑轴和第二裙部支撑轴连接，形成裙部固定箱体；所述裙部左支撑板上设有裙部左弹性体，所述裙部右支撑板上设有裙部右弹性体，所述裙部左弹性体和裙部右弹性体相对设置；

所述腰部包括腰部支撑箱体，以及设置在腰部支撑箱体底部的第一腰部支撑销轴和第二腰部支撑销轴；所述第一腰部支撑销轴和第二腰部支撑销轴分别与裙部左弹性体和裙部右弹性体连接，在腰部转动时提供反向力，以减小腰部直线驱动机构的传动间隙；

所述裙部的另一端安装在裙部旋转机构上，所述裙部和腰部与裙部旋转机构共同旋转；所述裙部旋转机构固定在底座上，所述底座上安装有两个前驱动轮；底座内安装有前驱动电机和电源，所述前驱动电机分别与电源和前驱动轮连接，前驱动轮通过前驱动电机实现机器人的前进和后退。

可选地，所述裙部还包括：裙部固定销轴、固定销套和裙部套轴；所述裙部套轴通过螺钉固定在裙部右支撑板的内侧，所述裙部固定销轴位于裙部左支撑板和裙部右支撑板之间，所述裙部固定销轴靠近裙部底板侧；所述固定销套位于裙部固定销轴的下侧，所述固定销套和裙部固定销轴形成转动运动副；所述腰部直线驱动机构的下部穿过裙部固定销轴进行固定，由固定销套进行限位。

可选地，所述腰部支撑箱体包括：腰部箱体板和腰部箱体盖，所述腰部箱体板和腰部箱体盖相互平行；所述腰部箱体板和腰部箱体盖之间通过第一腰部支撑销轴和第二腰部支撑销轴连接，第一腰部支撑销轴和第二腰部支撑销轴相互平行。

可选地，所述腰部还包括：腰部支撑板、腰部固定轴、腰部转轴套、腰部转轴轴承和直线进给轴；

所述腰部支撑板固定在腰部支撑箱体上，用于固定左手臂和右手臂；所述腰部固定轴贯穿腰部支撑箱体，位于腰部支撑板的下侧；所述腰部转轴套位于腰部支撑箱体的下端，所述腰部转轴轴承位于腰部转轴套内，通过腰部转轴轴承实现腰部和裙部的连接；所述直线进给轴的一端与腰部固定轴连接，所述直线进给轴的另一端与腰部转轴轴承连接。

可选地，所述颈部包括：颈部底板和颈部上盖，所述颈部底板和颈部上盖之间设有第一颈部立柱、第二颈部立柱、第三颈部立柱和第四颈部立柱；所述颈部上盖的上部设有颈部减速机，所述颈部减速机通过颈部支架固定在颈部上盖上，所述颈部支架的上端固定头部；

所述颈部上盖的下部固定颈部电机座，所述颈部电机座上固定有颈部电机，所述颈部电机与颈部减速机连接；所述颈部电机的下端设有颈部抱闸；所述颈部底板的下端与腰部连接。

可选地，还包括：两个从动轮，所述从动轮设置在底座的底部。

可选地，还包括：空间地图传感器，所述空间地图传感器设于底座的外侧壁上。

可选地，还包括：防碰撞装置，所述防碰撞装置与底座的底部连接；所述防碰撞装置将底座、前驱动轮和从动轮包围住。

由以上技术方案可知，本实用新型实施例提供的一种腰部可倾斜的机器人，头部通过颈部固定在腰部上，由腰部提供驱动力，实现颈部的转动；左手臂和右手臂通过腰部支撑板固定在腰部上，可进行五轴和六轴旋转，实现两手臂的空间自由运动；腰部与裙部活动连接，腰部和裙部之间设有腰部直线驱动机构，腰部直线驱动机构通过往复运动驱动腰部绕裙部旋转，实现机器人的弯腰动作。裙部安装在裙部旋转机构上，裙部旋转机构固定在底座上，腰部和裙部可与裙部旋转机构共同旋转。裙部的裙部左弹性体和裙部右弹性体与腰部的支撑销轴连接，在腰部旋转过程中，持续提供反向力，以消除腰部运动过程中的反向力，减小腰部直线驱动机构的反向间隙。可见，本实用新型提供的腰部可倾斜的机器人，可以减小传动间隙，由裙部和腰部内部结构的配合实现驱动，传动力矩大，结构简单，空间占用小，通过紧密的传动配合，可以提高传动精度和速度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的腰部可倾斜的机器人的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的腰部可倾斜的机器人的另一角度的整体结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的腰部可倾斜的机器人的又一角度的整体结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的裙部的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的腰部的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的腰部支撑箱体的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的颈部的结构示意图。

图示说明：

其中，1-头部，2-颈部，3-左手臂，4-右手臂，5-腰部，6-裙部，7-裙部旋转机构，8-底座，9-前驱动轮，10-电源，11-前驱动电机，12-空间地图传感器，13-防碰撞装置，14-从动轮，15-腰部直线驱动机构，16-裙部固定销轴，17-固定销套，18-腰部固定轴，19-直线进给轴，20-第一裙部支撑轴，21-第二裙部支撑轴，22-腰部转轴套，23-腰部转轴轴承，24-裙部套轴，25-裙部左弹性体，26-裙部右弹性体，27-裙部底板，28-裙部左支撑板，29-裙部右支撑板，30-第一腰部支撑销轴，31-第二腰部支撑销轴，32-腰部支撑板，33-腰部支撑箱体，34-腰部箱体板，35-腰部箱体盖，36-颈部减速机，37-颈部支架，38-第一颈部立柱，39-第二颈部立柱，40-第三颈部立柱，41-第四颈部立柱，42-颈部电机座，43-颈部电机，44-颈部抱闸，45-颈部底板，46-颈部上盖。

具体实施方式

图1为本实用新型实施例提供的腰部可倾斜的机器人的整体结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的腰部可倾斜的机器人的另一角度的整体结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的腰部可倾斜的机器人的又一角度的整体结构示意图。

参见图1、图2和图3，本实用新型实施例提供的腰部可倾斜的机器人，可实现躯干直立，固定平移，且腰部可以沿竖直轴线做水平旋转，最重要的是还可模仿人的动作，如弯腰和后仰等复杂动作。具体地，本实施例提供的腰部可倾斜的机器人包括：头部1、颈部2、左手臂3、右手臂4、腰部5、裙部6、裙部旋转机构7和底座8。机器人的构造与人的构造相似，以能够达到模仿人动作时的精确度。

头部1与颈部2的一端连接，颈部2的另一端与腰部5的一端连接；头部1与颈部2活动连接，以便机器人模仿人的转头、点头或仰头的动作。颈部2与腰部5活动连接，由腰部5提供驱动力，实现颈部2的转动。

如图7所示，颈部2包括：颈部底板45和颈部上盖46，由二者进行支撑，即颈部上盖46用于支撑头部1，颈部底板45用于连接腰部5。颈部底板45和颈部上盖46之间设有第一颈部立柱38、第二颈部立柱39、第三颈部立柱40和第四颈部立柱41，每一个立柱均布在颈部上盖46和颈部底板45的四个拐角处，以提高颈部底板45和颈部上盖46连接的稳定性。

颈部上盖46的上部设有颈部减速机36，颈部减速机36通过颈部支架37固定在颈部上盖46上，颈部支架37的上端固定头部1。颈部支架37呈半工字型，也可呈一面开口的方框型，颈部减速机36位于颈部支架37的内部空间内，颈部支架37一方面可保护颈部减速机36避免受到外力的影响，另一方面保持自身的强度和稳定性，支撑机器人的头部1，提高机器人的稳定性和整体质量；另外，还可提高空间利用率。

颈部上盖46的下部固定颈部电机座42，颈部电机座42上固定有颈部电机43，颈部电机43通过颈部电机座42与颈部减速机36进行机械连接，减小空间利用，以实现颈部电机43与颈部减速机36的电连接。颈部电机43的下端设有颈部抱闸44，实现头部1的转角固定。颈部底板45的下端与腰部5连接，以便于腰部5对颈部2施加驱动力，实现头部1的转动。

本实施例中，颈部2通过颈部电机43和颈部减速机36实现头部1的旋转功能，即利用颈部电机43和颈部减速机36驱动机器人腰部5的转动，实现腰部5的倾斜运动。

左手臂3和右手臂4固定在腰部5上；左手臂3的轴线和右手臂4的轴线重合，形成一字型。该左手臂3和右手臂4分别能够实现五轴和六轴旋转，实现两手臂的空间自由运动。

腰部5的另一端与裙部6的一端活动连接，机器人腰部5旋转时，由裙部6作为固定支撑机构；腰部5和裙部6之间设有腰部直线驱动机构15，腰部直线驱动机构15通过往复运动驱动腰部5绕裙部6旋转，实现机器人的弯腰动作。

如图4所示，裙部6包括裙部底板27、裙部左支撑板28、裙部右支撑板29、第一裙部支撑轴20和第二裙部支撑轴21。

裙部左支撑板28和裙部右支撑板29固定在裙部底板27的两端，可通过螺钉进行固定，形成裙部固定支撑机构；裙部左支撑板28和裙部右支撑板29远离裙部底板27的一端通过第一裙部支撑轴20和第二裙部支撑轴21连接，形成裙部固定箱体；即与腰部5接触的一端固定有第一裙部支撑轴20和第二裙部支撑轴21，以通过第一裙部支撑轴20和第二裙部支撑轴21的支撑作用，实现腰部5和裙部6的活动连接，使得腰部5可绕裙部6转动。

裙部左支撑板28上设有裙部左弹性体25，裙部右支撑板29上设有裙部右弹性体26，裙部左弹性体25和裙部右弹性体26相对设置；裙部左弹性体25和裙部右弹性体26与腰部5的支撑销轴连接，在腰部旋转过程中，持续提供反向力，以消除腰部5运动过程中的反向力，减小腰部直线驱动机构15的反向间隙。

另外，为了提高裙部6的支撑力和驱动力，裙部6还包括：裙部固定销轴16、固定销套17和裙部套轴24。裙部套轴24通过螺钉固定在裙部右支撑板29的内侧，裙部固定销轴16位于裙部左支撑板28和裙部右支撑板29之间，裙部固定销轴16靠近裙部底板27侧，裙部固定销轴16用于提高裙部左支撑板28和裙部右支撑板29的稳定性。

固定销套17位于裙部固定销轴16的下侧，即在裙部固定销轴16和裙部底板27之间，固定销套17和裙部固定销轴16形成转动运动副，固定销套17用于起到限位作用；腰部直线驱动机构15的下部穿过裙部固定销轴16进行固定，由固定销套17进行限位，避免机器人在运转过程中，腰部直线驱动机构15因滑动而影响操作精度。

为了提高腰部5和裙部6之间的配合度，减小占用空间，增大传动力矩，进而提高腰部5的转动精度，本实施例提供的机器人的腰部5应具有和裙部6相配合的结构。

如图5所示，具体地，腰部5包括腰部支撑箱体33，以及设置在腰部支撑箱体33底部的第一腰部支撑销轴30和第二腰部支撑销轴31，第一腰部支撑销轴30和第二腰部支撑销轴31上下并列设置，减小占用空间。

其中，如图6所示，腰部支撑箱体33包括：腰部箱体板34和腰部箱体盖35，腰部箱体板34和腰部箱体盖35相互平行；腰部箱体板34和腰部箱体盖35之间通过第一腰部支撑销轴30和第二腰部支撑销轴31连接，形成封闭箱体，第一腰部支撑销轴30和第二腰部支撑销轴31相互平行。

第一腰部支撑销轴30和第二腰部支撑销轴31分别与裙部左弹性体25和裙部右弹性体26连接，在腰部5转动时提供反向力，以减小腰部直线驱动机构15的传动间隙。

腰部5在运动时，裙部6的裙部左弹性体25和裙部右弹性体26分别作用于第一腰部支撑销轴30和第二腰部支撑销轴31上，以利用裙部左弹性体25和裙部右弹性体26的反作用力消除腰部5运动时易产生的反向间隙。

为了提高腰部5的运动精度，腰部5还包括：腰部支撑板32、腰部固定轴18、腰部转轴套22、腰部转轴轴承23和直线进给轴19。

腰部支撑板32固定在腰部支撑箱体33上，用于固定左手臂3和右手臂4，使得左手臂3和右手臂4通过腰部支撑板32固定在腰部5上。腰部固定轴18贯穿腰部支撑箱体33，位于腰部支撑板32的下侧，腰部固定轴18用于实现颈部2与腰部5之间的转动。

腰部转轴套22位于腰部支撑箱体33的下端，腰部转轴套22通过螺钉固定在腰部支撑箱体33上；腰部转轴轴承23位于腰部转轴套22内，通过腰部转轴轴承23实现腰部5和裙部6的连接；直线进给轴19的一端与腰部固定轴18连接，直线进给轴19的另一端与腰部转轴轴承23连接，实现腰部5的转动。

裙部6的另一端安装在裙部旋转机构7上，机器人的裙部6安装在裙部旋转机构7上，可使裙部6和腰部5与裙部旋转机构7共同旋转。

裙部旋转机构7固定在底座8上，底座8上安装有两个前驱动轮9，为了保持平衡，使机器人能稳定运行，两个前驱动轮9可设置在底座沿中心线的两侧；底座8内安装有前驱动电机11和电源10，前驱动电机11分别与电源10和前驱动轮9连接，前驱动轮9通过前驱动电机11实现机器人的前进和后退。

为了提高机器人的运动稳定性，在利用前驱动轮9行走时，还可利用辅助轮。具体地，本实施例提供的腰部可倾斜的机器人还包括：两个从动轮14，从动轮14设置在底座8的底部。

两个前驱动轮9和两个从动轮并排设置，分别位于底座8的四个拐角处，即底座8的前端设置两个前驱动轮9，底座8的后端设置两个从动轮14，以保证机器人运动的稳定性。

本实施例提供的腰部可倾斜的机器人还包括：空间地图传感器12，空间地图传感器12设于底座8的外侧壁上，并位于底座8的前端。空间地图传感器12与电源10连接，空间地图传感器12用于实时检测机器人在运动时的行走轨迹，并将检测到的数据实时传输地外部的控制器，由该控制器根据行走轨迹建立空间地图。

本实施例提供的腰部可倾斜的机器人还包括：防碰撞装置13，防碰撞装置13与底座8的底部连接；防碰撞装置13将底座8、前驱动轮9和从动轮14包围住。

防碰撞装置13用于防止机器人在运动时受到外界物体的碰撞，为此，防碰撞装置13的尺寸要大于底座8和前驱动轮9的整体尺寸，使得防碰撞装置13可将机器人整体包裹住，当机器人运动某个物体时，由防碰撞装置13与该物体先接触，避免机器人本身与该物体的接触，防止该物体磕坏机器人的机身。

由以上技术方案可知，本实用新型实施例提供的一种腰部可倾斜的机器人，头部1通过颈部2固定在腰部5上，由腰部5提供驱动力，实现颈部2的转动；左手臂3和右手臂4通过腰部支撑板32固定在腰部5上，可进行五轴和六轴旋转，实现两手臂的空间自由运动；腰部5与裙部6活动连接，腰部5和裙部6之间设有腰部直线驱动机构15，腰部直线驱动机构15通过往复运动驱动腰部5绕裙部6旋转，实现机器人的弯腰动作。裙部6安装在裙部旋转机构7上，裙部旋转机构7固定在底座8上，腰部5和裙部6可与裙部旋转机构7共同旋转。裙部6的裙部左弹性体25和裙部右弹性体26与腰部5的支撑销轴连接，在腰部旋转过程中，持续提供反向力，以消除腰部5运动过程中的反向力，减小腰部直线驱动机构15的反向间隙。可见，本实用新型提供的腰部可倾斜的机器人，可以减小传动间隙，由裙部6和腰部5内部结构的配合实现驱动，传动力矩大，结构简单，空间占用小，通过紧密的传动配合，可以提高传动精度和速度。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。