机器人头部运动装置及人形机器人的制作方法

本申请涉及机器人领域，特别是涉及一种机器人头部运动装置及人形机器人。

背景技术：

机器人(robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。目前在工业、医学、农业甚至军事等领域中均等有重要用途。

为了增强与用户的互动感，民用机器人经常被设计为带头部的人形，但是机器人的头部通常固定，不能相对躯干部分活动，即使能活动，也仅支持点头、摇头灯有限几个动作，较为呆板。

技术实现要素：

基于此，有必要针对机器人的头部仅支持点头、摇头灯有限几个动作，较为呆板的问题，提供一种机器人头部运动装置及人形机器人。

一种机器人头部运动装置，包括第一驱动件、第一移动架、第二驱动件及第二移动架，其中，

所述第一驱动件传动连接于所述第一移动架，在所述第一驱动件的驱动下，所述第一移动架能够进行轴向旋转，以实现机器人的扭头动作；

所述第二移动架设置于所述第一移动架上，所述第二驱动件包括输出轴及壳体，所述第二驱动件的输出轴固定连接于所述第二移动架，所述第二驱动件的壳体固定连接于机器人的头部，所述第二驱动件工作时，所述第二驱动件的壳体相对所述第二移动架转动，带动机器人的头部绕所述第二驱动件的输出轴所在轴线转动，实现偏头动作。

在其中一个实施例中，所述第二移动架转动连接于所述第一移动架，且所述第二移动架相对所述第一移动架转动的转轴，与所述第二驱动件的壳体转动的转轴相交。

在其中一个实施例中，还包括第三驱动件，所述第三驱动件固定于所述第一移动架上，并传动连接于所述第二移动架，在所述第三驱动件的驱动下，所述第二移动架相对所述第一移动架转动，以实现机器人头部的点头动作。

在其中一个实施例中，所述第一移动架在所述第一驱动件的驱动下，仅能在预设的角度范围内转动。

在其中一个实施例中，还包括固定板及限位件，所述第一驱动件及所述第一移动架分别设置于所述固定板的两侧，固定连接于所述固定板；

所述限位件固定于所述第一移动架上，设置于所述第一移动架的靠近所述固定板的一端，所述限位件的靠近所述固定板的端面上设置有凸台，所述固定板上设置有限位槽，所述凸台至少部分嵌入到所述限位槽内，所述第一移动架在所述第一驱动件的驱动下旋转时，所述凸台随着所述第一移动架的旋转在所述限位槽内移动。

在其中一个实施例中，所述第二移动架上设置有收容槽，所述第三驱动件的输出轴固定于所述收容槽内，所述第二移动架的另一侧对应所述收容槽设置有一凸轴，所述凸轴与所述收容槽同轴设置，所述第三驱动件驱使所述第二移动架绕所述凸轴相对所述第一移动架转动。

在其中一个实施例中，所述第二移动架包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端固定连接于机器人头部，所述第二端设置有驱动固定位，所述第二驱动件固定于所述驱动固定位，所述收容槽及所述凸轴的轴线到所述第一端的距离大于所述收容槽及所述凸轴的轴线到所述第二端的距离。

在其中一个实施例中，还包括垫片，所述垫片对应所述第二移动架设置，转动连接于所述第一移动架，所述垫片具有阻止所述第二移动架转动的趋势；

所述第二移动架对应所述垫片设置有弧形部，所述垫片上对应所述弧形部设置有所述弧形槽，所述弧形部贴合于所述弧形槽设置。

上述机器人头部运动装置，通过第一驱动件驱动第一移动架转动产生扭头动作，第二驱动件固定在第二移动架上，并使第二驱动件的输出轴固定在第二移动架上，壳体固定连接于机器人的头部，从而，在第二驱动件无法驱使第二移动架转动时，第二驱动件的壳体相对第二移动架转动，从而使机器人头部产生偏头动作，通过扭头通过和偏头动作的结合，能够实现头部的灵活运动。

本申请第二方面提供一种人形机器人，包括头部、颈部、躯干部及机器人头部运动装置，所述颈部连接所述头部和所述躯干部，所述头部内设置有空腔，所述机器人头部运动装置设置于所述头部的空腔内，所述机器人头部运动装置为上述任一项所述的机器人头部运动装置。

在其中一个实施例中，所述躯干部也设置有空腔，且所述头部和所述躯干部的空腔相互连通，所述机器人头部运动装置的第一驱动件设置于所述躯干部的空腔内，第一移动架穿过颈部进入到所述头部的空腔内。

由于人形机器人包括机器人头部运动装置，因而，机器人头部运动装置具备的有益效果，人形机器人也相应具备。

附图说明

图1为本申请一实施例的机器人头部运动装置的爆炸结构示意图；

图2为本申请一实施例的机器人头部运动装置的第一移动架的结构示意图；

图3为本申请一实施例的机器人头部运动装置的固定板与限位件的配合结构示意图；

图4为本申请一实施例的机器人头部运动装置的第二移动架的结构示意图；

图5为本申请一实施例的机器人头部运动装置的局部结构示意图；

图6为本申请一实施例的机器人头部运动装置的第二移动架与垫片的配合结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请各实施例的机器人头部运动装置及机器人，能够实现机器人头部在多个维度的运动，仿真人的头部运动，在与用户交互的过程中，配合头部的运动，能够使机器人更加的拟人化。

下面结合附图详细描述本申请各实施例的机器人头部运动装置及机器人。

请参阅图1，示例性的示出了本申请一实施例的机器人头部运动装置10的结构示意图，机器人头部运动装置10包括第一驱动件110、第一移动架120、第二驱动件130及第二移动架140，第一驱动件110传动连接于第一移动架120，在第一驱动件110的驱动下，第一移动架120能够进行轴向旋转，以实现机器人的扭头动作；在第二驱动件130的驱动下，机器人实现偏头动作。

第一驱动件110和第二驱动件130可以是伺服电机，以实现精确的角度控制。当然，第一驱动件110和第二驱动件130还可以是舵机或者其他体积较小的驱动机构。

第一驱动件110具有输出轴(图未示)，第一移动架120固定于输出轴上，第一驱动件110工作时，输出轴转动，输出轴的转动带动第一移动架120转动，第一移动架120的转轴与第一驱动件110的输出轴同轴。

请参阅图1，在一个或多个实施例中，还可以包括固定板150，第一驱动件110及第一移动架120分别设置于固定板150的两侧，固定连接于固定板150。通过设置固定板150，一方面，为第一驱动件110提供了固定平台，另一方面，也便于将机器人头部运动装置10固定到机器人上。

机器人在进行头部转动时，参照正常人的头部，正常人在扭头时无法实现360°的旋转，而只能以颈脖为轴在一定角度范围内转动，因此，在一些实施例中，为了仿生人体头部运动，第一移动架120在第一驱动件110的驱动下，仅能在预设的角度范围内转动，从而使机器人头部运动装置10只能实现预设角度范围内的扭头，例如，以出厂时的角度为0°，第一移动架120在-90°～+90°之间旋转。

例如，请一并参阅图1和图3，还可以包括限位件160，限位件160固定于第一移动架120上，设置于第一移动架120的靠近固定板150的一端，限位件160的靠近固定板150的端面上设置有凸台161，固定板150上设置有限位槽151，凸台161至少部分嵌入到限位槽151内，第一移动架120在第一驱动件110的驱动下旋转时，凸台161随着第一移动架120的旋转在限位槽151内移动。可以理解，限位槽151为弧形槽181，以和凸台161的转动轨迹相适应。通过设置限位槽151，可以通过限位槽151和凸台161的配合实现对第一移动架120旋转角度的控制，将凸台161与第一驱动件110的驱动控制信号联动，在凸台161移动到限位槽151的两端与限位槽151相触碰使，第一驱动件110停止对第一移动架120的驱动控制，使第一移动架120停止旋转。

固定板150上还可以设置有校准位153，校准位153用于为机器人头部运动装置10的复位提供参考，以使得机器人的头部在不使用状态下保持正常人的头部姿态。

请参阅图1，第二移动架140设置于第一移动架120上，第二驱动件130包括输出轴及壳体，第二驱动件130的输出轴固定连接于第二移动架140，第二驱动件130的壳体固定连接于机器人的头部，由此，当第二驱动件130工作时，具有驱动第二移动架140绕第二驱动件130的输出轴所在轴线转动的趋势，第二移动架140绕第二驱动件130的输出轴所在轴线无法转动，从而使第二驱动件130的壳体相对第二移动架140转动，由于第二驱动件130的壳体固定连接于机器人的头部，因而，带动机器人的头部绕第二驱动件130的输出轴所在轴线转动。

定义第一移动架120转动的转轴为第一转轴，第二驱动件130的壳体转动的转轴为第二转轴。可见，通过第一驱动件110驱动第一移动架120绕第一转轴转动，并使第二移动架140固定在第一移动架120上，第二移动架140跟随第一移动架120的转动而转动，从而实现扭头动作，第二驱动件130无法驱动第二移动架140转动，由于第二驱动件130的输出轴固定在第二移动架140上，因而，第二驱动件130的壳体相对第二移动架140转动时，带动机器人的头部转动，从而实现偏头动作。通过扭头和偏头两个动作的组合，可以实现机器人在任意角度的偏头动作。在具体的实施例中，第一转轴垂直与第二转轴，由此，可以形成直角坐标系，以利于驱动件的精确控制。

请参阅图1，在一个或多个实施例中，第二移动架140转动连接于第一移动架120，且第二移动架140相对第一移动架120转动的转轴与第二转轴相交，由此，第二驱动件130工作时，无法驱动第二移动架140转动。

还可以包括第三驱动件170，第三驱动件170固定于第一移动架120上，并传动连接于第二移动架140，在第三驱动件170的驱动下，第二移动架140相对第一移动架120转动，以实现机器人头部的点头动作。

由此，通过点头、扭头、偏头三个不同维度的动作组合，能够使机器人的头部拥有和人体头部相同的动作，增强机器人头部的仿生性。

请参阅图2，在具体的实施例中，第一移动架120包括主体部121、折弯部123及固定部125，第一驱动件110传动连接于主体部121，以驱动第一移动架120转动，折弯部123及固定部125设置于主体部121的远离第一驱动件110的一端，固定连接于主体部121，折弯部123与固定部125相对间隔设置，并在折弯部123和固定部125之间形成夹槽120a，第二移动架140收容于夹槽120a内，转动连接于折弯部123及固定部125，由此，当第三驱动件170驱动第二移动架140时，第二移动架140相对折弯部123及固定部125转动。

请参阅图5，在具体的实施例中，第三驱动件170设置于夹槽120a内，并固定连接于折弯部123，第二移动架140的一侧固定连接于第三驱动件170的输出轴上，另一侧转动连接于固定部125，由此，第三驱动件170可以直接驱动第二移动架140的转动。

例如，请参阅图4，第二移动架140上设置有一收容槽141，第三驱动件170的输出轴固定于收容槽141内，第二移动架140的另一侧对应收容槽141设置有一凸轴143，凸轴143与收容槽141同轴设置，固定部125上设置有过孔，凸轴143至少部分收容于过孔内，由此，第二移动架140被固定于固定部125与第三驱动件170之间。第三驱动件170工作时，驱动其输出轴转动，由于输出轴固定连接于第二移动架140，故第三驱动件170驱使第二移动架140绕凸轴143相对第一移动架120转动。

在一个或多个实施例中，折弯部123与主体部121一体成型，以利于固定第三驱动件170，固定部125可拆卸的固定与主体部121，以便于安装第二移动架140。

第二移动架140包括相对设置的第一端140a和第二端140b，第一端140a固定连接于机器人头部，第二端140b设置有驱动固定位145，第二驱动件130固定于驱动固定位145。

收容槽141及凸轴143的轴线到第一端140a的距离l1大于收容槽141及凸轴143的轴线到第二端140b的距离l2，由此，可以在第二移动架140的长度较短时，增加点头动作的力矩，以利于点头幅度的控制，避免机器人在点头时对第三驱动件170反应过于灵敏。

请参阅图1，在一个或多个实施例中，还可以包括垫片180，垫片180对应第二移动架140设置，转动连接于第一移动架120，垫片180具有阻止第二移动架140转动的趋势，通过设置垫片180，增加了第二移动架140的转动阻尼，有利于通过第三驱动件170控制第二移动架140的转动。

请参阅图6，在具体的实施例中，第二移动架140对应垫片180设置有弧形部147，垫片180上对应弧形部147设置有弧形槽181，弧形部147贴合于弧形槽181设置。例如，收容槽141对应的区域，具有较大的体积，可以向外延伸形成一圆形结构，从而在第二移动架140的边缘形成弧形部147。当第二移动架140转动至一极限角度时，垫片180会对第二移动架140产生极大阻尼，避免机器人头部的过度运动。

上述机器人头部运动装置10，通过第一驱动件110驱动第一移动架120转动产生扭头动作，第二驱动件130固定在第二移动架140上，并使第二驱动件130的输出轴固定在第二移动架140上，壳体固定连接于机器人的头部，从而，在第二驱动件130无法驱使第二移动架140转动时，第二驱动件130的壳体相对第二移动架140转动，从而使机器人头部产生偏头动作，通过扭头通过和偏头动作的结合，能够实现头部的灵活运动。

本申请一实施例还提供一种人形机器人，包括头部、颈部、躯干部及机器人头部运动装置，颈部连接头部和躯干部，头部内设置有空腔，机器人头部运动装置设置于头部的空腔内，机器人头部运动装置为上述任一实施例所述的机器人头部运动装置10。

躯干部也可以设置有空腔，且头部和躯干部的空腔可以相互连通，机器人头部运动装置的第一驱动件可以设置于躯干部的空腔内，由此，第一移动架穿过颈部进入到头部的空腔内，一方面，增强了颈部的结构强度，另一方面，也可以避免将头部设置的过大，使机器人头部运动装置可以适用于小型机器人。

由于人形机器人包括机器人头部运动装置10，因而，机器人头部运动装置具备的有益效果，人形机器人也相应具备。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。