一种基于骨骼架构的机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于骨骼架构的机器人，包括内骨骼、外骨架、支撑紧固件、外骨架扩展件、控制电路以及运动底盘；支撑紧固件包括内骨骼压板；内骨骼所包含的头部内骨骼与其所包含的身体内骨骼通过舵机和内骨骼压板连接；头部内骨骼通过内骨骼压板与外骨架所包含的头部外骨架连接；身体内骨骼分别与外骨架所包含的躯干外骨架、臂部外骨架通过内骨骼压板连接；臂部外骨架与手部外骨架嵌合连接；外骨架扩展件附着在外骨架上；控制电路与运动底盘电连接；运动底盘通过预留安装孔与内骨骼连接。本实用新型，机械连接简单，提高了可扩展性。
【专利说明】
一种基于骨骼架构的机器人
技术领域
[0001] 本实用新型涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种基于骨骼架构的机器人。
【背景技术】
[0002] 机器人技术作为一门新兴的综合性交叉科学，以其稳定可靠、重复精度高等特点， 广泛应用于工业领域。近年来，在各项技术发展的推动下，机器人技术从传统的工业制造领 域向教育娱乐、医疗服务、勘探勘测等领域扩展。
[0003] 在新的应用场合下，要求机器人有新的技术改进，来满足人们的个性化需求。
[0004] 例如，在家庭娱乐的场景下，用户体验是机器人一个重要的评价指标，常常包括以 下几方面：（1)易用性。机器人的安装或操作过程应简单明了、易于理解，方便用户使用。过 于繁琐复杂的设计将大大降低体验感。（2)鲁棒性。机器人应能够抵抗一定范围下不同环境 参数的影响，具备抗摔等功能（3)可更新性。用户对家庭娱乐机器人的更新性要求，主要体 现在功能和设计两方面，这两方面的需求可能是不同步的，这要求机器人功能型部件和设 计型部件应当是相对独立并且可替换的，由用户自主选择功能和外观的保留或升级。
[0005] 在教育培训的场景下，机器人的用户体验集中反映在这些方面：（1)可扩展性。教 育机器人产品的定位，决定了其需要尽可能地为用户提供二次开发上的便利。因此，预留一 定数量的电子扩展接口和执行机构扩展接口是必要的。（2)可调试性。一般机器人为了保护 电路系统，常采用一体式的封闭外壳。但教育培训十分强调观察和试验的过程，这就要求对 机器人的外壳结构进行合理设计，在满足可靠性的同时，方便对核心部件进行观察和调试。
[0006] 综上所述，在空间结构和功能上对部件进行合理设计和划分，可有效提升机器人 的性能和使用体验。但是，目前市场上的大部分机器人，一部分采用一体式的封闭外壳，结 构简单，但可扩展性差、趣味性低;一部分采用可拆卸套件，易于扩展和维护，但往往组装过 程繁琐、对使用者的技术要求较高：因此，需要一种能有效综合上述优点和功能的模块化机 器人。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型提供一种基于骨骼架构的机器人，以使机械连接简单化、标准化，满足 易于安装和调试的目标，且通过充足的预留接口，提高了可扩展性。
[0008] 为了达到上述目的，本实用新型提供所提供的基于骨骼架构的机器人中应用有舵 机，该机器人包括：内骨骼、外骨架、支撑紧固件、外骨架扩展件、控制电路以及运动底盘；
[0009] 所述内骨骼包括头部内骨骼和身体内骨骼;所述外骨架包括头部外骨架、躯干外 骨架、臂部外骨架、手部外骨架;所述支撑紧固件包括内骨骼压板；
[0010] 所述头部内骨骼与所述身体内骨骼通过所述舵机和所述内骨骼压板连接;所述头 部内骨骼通过所述内骨骼压板与所述头部外骨架连接;所述身体内骨骼分别与所述躯干外 骨架、臂部外骨架通过所述内骨骼压板连接;所述臂部外骨架与所述手部外骨架嵌合连接； 所述外骨架扩展件附着在所述外骨架上;所述控制电路与所述运动底盘电连接;所述运动 底盘通过预留安装孔与所述内骨骼连接。
[0011] 进一步地，所述支撑紧固件还包括支撑杆，所述头部外骨架包括面部骨架板、头上 骨架板、头后骨架板、头下骨架板以及两块头侧骨架板;所述面部骨架板、头上骨架板、头后 骨架板、头下骨架板以及两块头侧骨架板组成一个封闭的六面体头部外骨架；
[0012] 所述两块头侧骨架板通过支撑杆连接，嵌合在所述头部内骨骼左右两侧；
[0013] 所述面部骨架板嵌合在由所述两块头侧骨架板通过所述支撑杆连接构成的空间 前方，所述头后骨架板嵌合在由所述两块头侧骨架板通过所述支撑杆连接构成的空间后 方；
[0014] 所述头下骨架板安装在由所述两块头侧骨架板通过所述支撑杆连接构成的空间 下方；
[0015] 所述头上骨架板嵌合在由所述两块头侧骨架板通过所述支撑杆连接构成的空间 上方。
[0016] 进一步地，
[0017] 所述两块头侧骨架板外侧分别预留有扬声器音腔；
[0018] 所述面部骨架板上预留有眉毛通孔和眼睛通孔，以安装LED灯光源；
[0019] 所述头下骨架板中心预留有中心通孔，以使头部内骨骼与身体内骨骼贯通。
[0020] 进一步地，所述躯干外骨架包括躯干前骨架和躯干后骨架，
[0021 ]所述躯干前骨架与所述躯干后骨架通过螺丝插接嵌合；
[0022]所述躯干前骨架和躯干后骨架通过内部预留的安装孔安装所述控制电路；
[0023]所述躯干前骨架上预留有胸灯透光孔、传感器安装孔。
[0024] 进一步地，所述外骨架扩展件包括眉毛压板、眉毛镜片、眼睛压板、眼睛镜片、胸灯 镜片、测距固定板以及测距镜片；
[0025] 所述面部骨架板通过预留眉毛通孔上安装的所述眉毛压板固定所述眉毛镜片；
[0026] 所述面部骨架板通过预留眼睛通孔上安装的所述眼睛压板固定所述眼睛镜片；
[0027] 所述躯干前骨架上通过预留胸灯透光孔安装所述胸灯镜片；
[0028] 所述躯干前骨架上通过预留传感器安装孔上安装的所述测距固定板固定所述测 距镜片。
[0029] 进一步地，所述臂部外骨架包括右臂前骨架、左臂前骨架、右臂后骨架、左臂后骨 架;所述手部外骨架包括左手部外骨架和右手部外骨架；
[0030] 所述右臂前骨架与所述右臂后骨架嵌合形成右臂外骨架;所述右手部外骨架与所 述右臂外骨架嵌合连接；
[0031] 所述左臂前骨架与所述左臂后骨架嵌合形成左臂外骨架;所述左手部外骨架与所 述左臂外骨架嵌合连接；
[0032] 所述右臂外骨架和所述左臂外骨架均预留有舵机输出轴接口。
[0033]进一步地，所述机器人还包括外壳，
[0034] 所述外壳与所述外骨架贴附或套接连接；
[0035] 所述外壳的材质为贴纸或搪胶或塑料。
[0036] 进一步地，所述支撑紧固件还包括绑带，
[0037] 所述身体内骨骼上预留有电池安装空间，所述身体内骨骼通过所述绑带在所述电 池安装空间上与电池固定连接。
[0038] 与现有技术相比，本实用新型至少具有以下优点：
[0039] 通过主体结构主体内骨骼和外骨架的独立划分，以及在外骨架上加装外壳，使得 机械连接简单化、标准化，满足易于安装和调试的目标，且通过充足的预留接口，提高了可 扩展性。
【附图说明】
[0040] 图1是本实用新型提供的基于骨骼架构的机器人的模型图；
[0041 ]图2是本实用新型提供的基于骨骼架构的机器人的结构图。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施 例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，并不是要对本实用新型进行穷尽性的说 明，也不能以此来限制本实用新型的保护范围。
[0043] 本实用新型公开了一种基于骨骼架构的机器人，应用有舵机，如图1所示，所述机 器人包括内骨骼、外骨架、外壳、支撑紧固件、外骨架扩展件、控制电路和运动底盘。其中，内 骨骼包括头部内骨骼和身体内骨骼;外骨架包括头部外骨架、躯干外骨架、臂部外骨架、手 部外骨架，通过支撑紧固件附着在内骨骼上;外壳套接或附着在外骨架上，起二次保护和装 饰等作用；支撑紧固件包括起连接内骨骼作用的内骨骼压板、支撑外骨架的支撑杆和固定 零件的绑带;外骨架扩展件包括压板、透光镜等，可附着在外骨架上，起连接和装饰等作用； 控制电路包括主控制板、扩展电路板等，可通过安装孔安装在外骨架上;运动底盘包括移动 底座、电路板、传感器等，通过安装孔安装在内骨骼上，由主控制板控制，可执行运动、测速、 避障等功能。对于机器人所包含的各主要部件的归属关系，参见下述表1。
[0044] 表1机器人所包含各主要部件的归属关系
[0047]进一步地，头部内骨骼与身体内骨骼通过舵机和内骨骼压板相连接;头部内骨骼 上留有外骨架连接孔，身体内骨骼上留有舵机和电池的安装空间、外骨架连接孔。
[0048]进一步地，头部外骨架包括面部骨架板、头上骨架板、头后骨架板、头下骨架板、两 块头侧骨架板。其中，两块头侧骨架板嵌合在头部内骨骼左右两侧，通过支撑杆相连，并在 外侧预留有扬声器音腔。面部骨架板和头后骨架板分别嵌合在两块头侧骨架板和支撑杆连 接构成的空间前后，面部骨架板上预留有眉毛和眼睛通孔，供安装LED灯透光。头下骨架板 安装在由两块头侧骨架板通过支撑杆连接构成的空间下方，中心留有通孔供头部内骨骼与 身体内骨骼贯通。头上骨架板嵌合在由两块头侧骨架板通过支撑杆连接构成的空间上方， 与上述几部分组成一个相对封闭的六面体头部外骨架。
[0049] 进一步地，躯干外骨架包括躯干前骨架和躯干后骨架，两者通过螺丝插接嵌合，支 撑起机器人外部轮廓，并为电路板的安装提供相对封闭的空间。
[0050] 进一步地，躯干前骨架上预留有胸灯透光孔、传感器安装孔，可供扩展使用。
[0051 ]进一步地，躯干后骨架上预留有若干个通孔，可安装外骨架扩展件。
[0052]进一步地，躯干前骨架和躯干后骨架内部预留有电路板安装孔。
[0053]进一步地，臂部外骨架包括右臂前骨架、左臂前骨架、右臂后骨架、左臂后骨架;右 臂前骨架与右臂后骨架嵌合形成右臂外骨架，右手部外骨架与右臂外骨架嵌合连接;左臂 前骨架与左臂后骨架嵌合形成左臂外骨架，左手部外骨架与左臂外骨架嵌合连接，并且预 留有舵机输出轴接口，可扩展舵机驱动。
[0054] 其中，外骨架的结构和形状不限于上述方案，可根据需要进行调整，以适应内骨骼 到外壳的连接。
[0055] 进一步地，外壳可选用贴纸、搪胶、塑料等多种材料，以达到装饰效果，或者在外骨 架的保护之外对核心电路板和内骨骼进行二次保护。
[0056] 进一步地，绑带可附在身体内骨骼上起固定电池的作用。
[0057] 进一步地，外骨架扩展件可包含眉毛压板、眉毛镜片、眼睛压板、眼睛镜片、胸灯镜 片、测距固定板、测距镜片等选择，这部分扩展件可直接通过预留接口安装在外骨架上。眉 毛压板可安装在面部骨架板上的眉毛预留孔，起固定眉毛镜片的作用；眼睛压板可安装在 面部骨架板上的眼睛预留孔，起固定眼睛镜片的作用；眉毛镜片和眼睛镜片可透过安装在 头部外骨架内部的LED灯的光线;胸灯镜片安装在躯干前骨架的胸灯透光孔;测距固定板安 装在躯干前骨架的传感器安装孔，测距镜片可安装在固定板上，可透过红外传感器发出的 红外光线。
[0058]下面以一具体实施例做具体阐述。
[0059] 本实例主要包括内骨骼、外骨架、外壳、支撑紧固件、外骨架扩展件、控制电路和运 动底盘。
[0060] 头部内骨骼为一 Y型部件，底端通孔可与安装在身体内骨骼上舵机的输出轴相连， 并通过内骨骼压板固定。控制主板控制舵机输出轴的旋转角度，即可控制机器人的上半身 左右方向转动。头部内骨骼上端两个侧面分别安装头侧骨架板，两个头侧骨架板之间用四 个支撑杆固定保持平行。头部内骨骼中间凹槽可安装舵机，舵机输出轴舵盘与头侧骨架板 相连。控制主板控制舵机输出轴的旋转角度，即可控制机器人的头部俯仰。在头侧骨架板和 支撑杆围成空间的其余四面分别安装面部骨架板、头上骨架板、头后骨架板和头下骨架板， 形成机器人相对封闭的头部外骨架。两个头侧骨架板上预留有圆形通孔，可作为机器人的 音腔，同时预留有螺纹孔柱，可安装灯圈。面部骨架板上则预留有眉毛和眼睛通孔，可安装 眉毛压板、眼睛压板固定透光镜片。透光镜片可透过安装在头部外骨架内部的LED灯灯光。 控制主板控制LED灯光的亮度和频率，可在机器人面部呈现不同的表情组合，从而指示相应 的状态和功能。
[0061] 身体内骨骼上端安装有舵机，舵机输出轴与头部内骨骼相连，并通过内骨骼压板 固定。身体内骨骼两侧留有圆形通孔，臂部的前后骨架嵌合在该通孔上。根据需要，此处也 可加装舵机，由控制主板控制舵机输出轴角度，进而控制手臂的前后摆动。臂部外骨架的末 端圆孔嵌入手部外骨架。身体内骨骼正面中部留有4个圆形孔柱，供控制主板安装使用，另 留有若干圆形孔柱以安装躯干后骨架。身体内骨骼背面中部为电池安装空间，两端留有凸 柱，供固定电池的绑带使用。身体内骨骼下端与运动底盘通过可插拔的形式连接。控制主板 可作为上位机通过串行总线发送指令给运动底盘，控制其完成精确测速、感知避让障碍物、 感知桌面边缘防跌落、跟随移动物体、按照既定轨迹行走等功能。躯干前骨架和躯干后骨架 相嵌合，并通过预留的安装柱固定在身体内骨骼上，形成机器人相对封闭的身体外骨架。躯 干前骨架上预留有胸灯透光孔，可安装胸灯镜片。胸灯镜片可透过安装在躯干前骨架内部 的LED灯的灯光。控制主板控制LED灯光的亮度和频率，可起状态指示的功能。躯干前骨架上 还预留有传感器安装孔，可安装测距固定板固定测距镜片。测距镜片可透过安装在底盘上 起测距作用的红外传感器发出的红外光。
[0062] 在内骨骼上安装的外骨架支撑起了机器人的主要外部轮廓，并为控制电路板等零 件提供了合适的安装空间。根据需要，进一步选择合适的材料作为外壳，套接或贴附在外骨 架上。
[0063] 上述为本机器人在机械结构上的模块化，采用功能型部件和设计型部件分离的独 立设计。
[0064] 所述基于骨骼架构的机器人在满足机械结构上的模块化时，还满足电气控制简单 化的目标。本实用新型将机器人系统分解为主控制层和执行模块两层结构，以主控制板作 为主控制层，以运动底盘作为执行模块，两者之间采用串行总线进行通讯，结构层次明晰， 易于控制。主控制板通过串行总线向运动底盘发送指令，由运动底盘执行，接线简单，节省 了两者之间的线路连接。
[0065] 在本实用新型中，通过主体结构主体内骨骼和外骨架的独立划分，以及在外骨架 上加装外壳，使得机械连接简单化、标准化，满足易于安装和调试的目标，且通过充足的预 留接口，提高了可扩展性。
[0066] 其中，本发明装置的各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。上述模块可以合 并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
[0067] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流 程并不一定是实施本发明所必须的。
[0068] 本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分 布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上 述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
[0069] 上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0070] 以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领 域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于骨骼架构的机器人，应用有舵机，其特征在于，所述机器人包括内骨骼、外 骨架、支撑紧固件、外骨架扩展件、控制电路以及运动底盘； 所述内骨骼包括头部内骨骼和身体内骨骼;所述外骨架包括头部外骨架、躯干外骨架、 臂部外骨架、手部外骨架;所述支撑紧固件包括内骨骼压板； 所述头部内骨骼与所述身体内骨骼通过所述舵机和所述内骨骼压板连接;所述头部内 骨骼通过所述内骨骼压板与所述头部外骨架连接;所述身体内骨骼分别与所述躯干外骨 架、臂部外骨架通过所述内骨骼压板连接;所述臂部外骨架与所述手部外骨架嵌合连接;所 述外骨架扩展件附着在所述外骨架上;所述控制电路与所述运动底盘电连接;所述运动底 盘通过预留安装孔与所述内骨骼连接。2. 如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述支撑紧固件还包括支撑杆，所述头部 外骨架包括面部骨架板、头上骨架板、头后骨架板、头下骨架板以及两块头侧骨架板;所述 面部骨架板、头上骨架板、头后骨架板、头下骨架板以及两块头侧骨架板组成一个封闭的六 面体头部外骨架； 所述两块头侧骨架板通过支撑杆连接，嵌合在所述头部内骨骼左右两侧； 所述面部骨架板嵌合在由所述两块头侧骨架板通过所述支撑杆连接构成的空间前方， 所述头后骨架板嵌合在由所述两块头侧骨架板通过所述支撑杆连接构成的空间后方； 所述头下骨架板安装在由所述两块头侧骨架板通过所述支撑杆连接构成的空间下方； 所述头上骨架板嵌合在由所述两块头侧骨架板通过所述支撑杆连接构成的空间上方。3. 如权利要求2所述的机器人，其特征在于， 所述两块头侧骨架板外侧分别预留有扬声器音腔； 所述面部骨架板上预留有眉毛通孔和眼睛通孔，以安装LED灯光源； 所述头下骨架板中心预留有中心通孔，以使头部内骨骼与身体内骨骼贯通。4. 如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述躯干外骨架包括躯干前骨架和躯干后 骨架， 所述躯干前骨架与所述躯干后骨架通过螺丝插接嵌合； 所述躯干前骨架和躯干后骨架通过内部预留的安装孔安装所述控制电路； 所述躯干前骨架上预留有胸灯透光孔、传感器安装孔。5. 如权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述外骨架扩展件包括眉毛压板、眉毛镜 片、眼睛压板、眼睛镜片、胸灯镜片、测距固定板以及测距镜片； 所述面部骨架板通过预留眉毛通孔上安装的所述眉毛压板固定所述眉毛镜片； 所述面部骨架板通过预留眼睛通孔上安装的所述眼睛压板固定所述眼睛镜片； 所述躯干前骨架上通过预留胸灯透光孔安装所述胸灯镜片； 所述躯干前骨架上通过预留传感器安装孔上安装的所述测距固定板固定所述测距镜 片。6. 如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述臂部外骨架包括右臂前骨架、左臂前 骨架、右臂后骨架、左臂后骨架;所述手部外骨架包括左手部外骨架和右手部外骨架； 所述右臂前骨架与所述右臂后骨架嵌合形成右臂外骨架;所述右手部外骨架与所述右 臂外骨架嵌合连接； 所述左臂前骨架与所述左臂后骨架嵌合形成左臂外骨架;所述左手部外骨架与所述 左臂外骨架嵌合连接； 所述右臂外骨架和所述左臂外骨架均预留有舵机输出轴接口。7. 如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括外壳， 所述外壳与所述外骨架贴附或套接连接； 所述外壳的材质为贴纸或搪胶或塑料。8. 如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述支撑紧固件还包括绑带， 所述身体内骨骼上预留有电池安装空间，所述身体内骨骼通过所述绑带在所述电池安 装空间上与电池固定连接。
【文档编号】B25J9/00GK205466159SQ201521101112
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年12月25日
【发明人】王强
【申请人】上海归墟电子科技有限公司