专利名称：双面机器人头部装置的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种机器人头部装置，特别是一种双面机器人头部装置。
背景技术：
仿人形机器人是一种理想的能与人进行互动，为人提供服务带来便捷生活的理想机器人。近年来随着经济的发展，对于仿人形机器人的研究也越来越深入，而能实现仿人形机器人头部眼球、眼睑及嘴部等器官运动的机器人头部装置也随之发展。现有的机器人头部装置一般是利用各种驱动元件驱动机器人头部器官转动，从而实现仿人形机器人头部眼球、眼睑及嘴部等器官运动，做出各种不同的机器人面部表情的机械装置。 一般机器人头部装置只能实现机器人单面的头部器官运动，对于双面结构要求则无能为力，且结构复杂繁琐、成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有机器人头部装置结构复杂繁琐、成本高且不能实现双面机器人头部器官运动的缺点，提供一种结构简单紧凑、成本低的双面机器人头部装置，有效实现仿人形机器人头部双面的眼球、眼睑及嘴部等器官运动，做出各种不同的机器人面部表情的机械装置。结构简单紧凑、成本低的双面机器人头部装置按照与真人比例约为
i : i设计，共有四个自由度，由微型电机驱动，可以实现机器人双面眼球的水平转动，眼球的垂直转动，眼睑的张合及嘴部的张合。 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案 —种双面机器人头部装置，包括一个眼部支撑架，一个嘴部安装架，一个四眼球水
平转动部件，一个四眼睑部件，一个双嘴部件，三个微型电机一一个微型电机一、一个微型电机二和一个微型电机三，两个同步带传动组件一一个同步带传动组件一和一个同步
带传动组件二；其特征在于所述眼部支撑架下面固定连接所述嘴部安装架，所述微型电机一和所述微型电机二固定安装在所述眼部支撑架上，在所述眼部支撑架上安装所述四眼球水平转动部件，所述同步带传动组件二与所述四眼球水平转动部件连接，所述微型电机一通过所述同步带传动组件二传动来驱动所述四眼球水平转动部件；所述四眼睑部件安装在所述的四眼球水平转动部件上，所述同步带传动组件一套装在所述的四眼球水平转动部件上，并与所述的四眼睑部件连接，所述微型电机二通过所述同步带传动组件一传动来驱动所述四眼睑部件；在所述的嘴部安装架上安装所述双嘴部件，所述微型电机三固定安装在所述嘴部安装架上，所述双嘴部件由所述微型电机三驱动。 所述的四眼球水平转动部件的结构为一根水平连接轴二与两个水平支架固定连接，在所述两个水平支架的外侧固定连接一根水平连接轴一和一根水平连接轴三与所述水平连接轴二同轴线连成一根整体连接轴，并在此连接轴上安装所述四眼睑部件；一根前后水平转轴一与一根前后水平转轴二分别平行安装在所述两个水平支架内，四个眼球分别固定连接在所述前后水平转轴一或所述前后水平转轴二两端上，所述前后水平转轴一和所述前后水平转轴二与一根连接杆的两端通过两根销轴铰接，构成一个连杆结构；所述前后水 平转轴二与一个微型电机四的输出轴垂直交叉固定连接。 所述的四眼睑部件的结构为正面的两个眼睑通过一个固定连接件并联，而两端 通过一个眼睑旋转轴一和一个眼睑旋转轴二与反面两个并联的眼睑的两端固定连接；所述 眼睑旋转轴一和所述眼睑旋转轴二中央分别以轴承滑套在所述四眼球水平转动部件的所 述水平连接轴一和所述水平连接轴三上；所述同步带传动组件一与所述眼睑旋转轴一固定 连接。 所述的双嘴部件的结构为前后上下四个嘴旋转轴分别各与两个扭簧套装在前后 两根旋转芯轴上，所述的扭簧末端压紧所述的嘴旋转轴，所述的嘴旋转轴末端压紧所述的 凸轮，所述的凸轮连接所述微型电机三的输出轴，构成一个凸轮结构。 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本 发明结构合理、简单、紧凑，制造容易，成本低，使用方便，适于各种模块化机器人使用，采用 尽可能少的驱动电机实现机器人双面眼球、眼睑和嘴部的运动。四眼球水平转动部件通过 连杆结构实现采用一个微型电机驱动四个眼球水平转动。四眼睑部件安装在眼球水平转动 部件上，使得眼睑与眼球转动中心位于同一平面，眼球可转动范围增加。眼球垂直转动与眼 睑转动采用同步带传动方式，使得机械结构更加紧凑，机器人头部尺寸减小。眼球与眼睑转 动中心后移，简化结构。双嘴部件采用凸轮结构与扭簧压紧形式，机器人双面嘴部张合机械 结构实现简单有效。
图1是本发明的一个实施例的总体结构示意图 图2是图1的右视图 图3、图4分别是图1中A-A和B-B处的剖视图 图5是图1的轴侧图 图6是本发明的一个实施例的四眼球水平转动部件的总体结构示意图 图7是图6的轴侧图(为了便于理解隐藏前后水平转轴一 18上连接的盖板29) 图8是本发明的一个实施例的四眼睑部件的轴侧图 图9是本发明的一个实施例的双嘴部件的轴侧图
具体实施例方式
本发明的优选实施例结合
如下 实施例一参见图1，本双面机器人头部装置，包括一个眼部支撑架7，一个嘴 部安装架10， 一个四眼球水平转动部件1， 一个四眼睑部件2， 一个双嘴部件3，三个微型 电机——一个微型电机一4、一个微型电机二5和一个微型电机三8，两个同步带传动组 件——一个同步带传动组件一 6和一个同步带传动组件二 9 ;其特征在于眼部支撑架7下 面固定连接嘴部安装架10，微型电机一 4和微型电机二 5固定安装在眼部支撑架7上，在眼 部支撑架7上安装四眼球水平转动部件1，同步带传动组件二 9与四眼球水平转动部件1连 接，微型电机一 4通过同步带传动组件二 9传动来驱动四眼球水平转动部件1 ;四眼睑部件 2安装在四眼球水平转动部件1上，同步带传动组件一 6套装在四眼球水平转动部件1上，并与四眼睑部件2连接，微型电机二 5通过同步带传动组件一 6传动来驱动四眼睑部件2 ; 在嘴部安装架10上安装双嘴部件3，微型电机三8固定安装在嘴部安装架10上，双嘴部件 3由微型电机三8驱动。 实施例二 本实施例与实施例一相同，特别之处如下参见图1和图2，四眼球水平 转动部件1两端套装有定位套筒及微型轴承，四眼睑部件2安装在所述的四眼球水平转动 部件1上，通过定位套筒轴向定位，四眼球水平转动部件1套装有微型轴承的两末端通过眼 部支撑架7两端通孔支撑，并在所述的眼部支撑架7两边固定连接两个眼部轴承端盖13进 行轴向定位；微型电机二 5与一块电机安装板一 11固定连接，电机安装板一 11与眼部支撑 架7固定连接；微型电机一 4与一块电机安装板二 12固定连接，电机安装板二 12与眼部支 撑架7固定连接；双嘴部件3两端套装有定位套筒及微型轴承，套装有微型轴承的轴末端通 过嘴部安装架10两端的六个通孔支撑，并在嘴部安装架10两边固定连接两个嘴部轴承端 盖14进行轴向定位。 参见图3和图4， 一块眼球垂直转动限位板15和两块眼睑限位块16与眼部支撑架 7固定连接。参见图6和图7，四眼球水平转动部件1的结构为一根水平连接轴二 23与两 个水平支架25固定连接，在两个水平支架25的外侧固定连接一根水平连接轴一 24和一根 水平连接轴三22与水平连接轴二 23同轴线连成一根整体连接轴，并在此连接轴上安装四 眼睑部件1 ;一根前后水平转轴一 18与一根前后水平转轴二 20分别平行安装在两个水平 支架25内，两块盖板29(图7中只显示一块)分别与所述的两个水平支架25固连，前后水 平转轴一 18与前后水平转轴二 20上下两端轴肩处安装微型轴承，安装微型轴承处分别安 装于两个水平支架25及两块盖板29中心凹孔内，四个眼球17分别固定连接在前后水平转 轴一 18或前后水平转轴二 20两端上，前后水平转轴一 18和前后水平转轴二 20与一根连 接杆19的两端通过两根销轴28铰接，构成一个连杆结构；一块电机安装板三26与一块盖 板29固定连接，一个微型电机四27与电机安装板三26固定连接，前后水平转轴二 20与微 型电机四27的输出轴垂直交叉固定连接；两个水平限位21与水平转轴二 20固定连接。
参见图8，四眼睑部件2的结构为正面的两个眼睑30分别与一个固定连接件33 固定连接并联，而两端通过一个眼睑旋转轴一 31和一个眼睑旋转轴二 32与反面两个并联 的眼睑30的两端固定连接；眼睑旋转轴一 31和眼睑旋转轴二 32中央分别以轴承滑套在图 6所示的四眼球水平转动部件1的水平连接轴一 24和水平连接轴三22上；图1所示的同 步带传动组件一 6与眼睑旋转轴一 31固定连接。 参见图9，双嘴部件3的结构为前后上下四个嘴旋转轴34分别各与两个扭簧35 套装在前后两根旋转芯轴38上，四个旋转轴轴承端盖37分别与中央孔内安装有微型轴承 的四个嘴旋转轴34固定连接，扭簧35末端压紧所述的嘴旋转轴34，嘴旋转轴34末端压紧 所述凸轮36，凸轮36连接所述微型电机三8的输出轴，构成一个凸轮结构。
实施例二动作流程微型电机四27启动正转或反转，驱动前后水平转轴二20水平 摆动，通过前后水平转轴一 18、连接杆19和前后水平转轴二 20铰接构成的连杆机构传动， 驱动前后水平转轴一 18水平摆动，从而四个眼球17水平摆动，实现了机器人双面眼球的水 平转动，通过水平限位21限制前后水平转轴二 20及前后水平转轴一 18水平摆动范围，从 而对机器人双面眼球水平转动进行机械限位；微型电机一 4启动正转或反转，通过同步带 传动组件二9的传动，驱动构成一根整体连接轴的四眼球水平转动部件1垂直转动从而使
5得四个眼球17垂直摆动，实现了机器人双面眼球的垂直转动，通过眼球垂直转动限位板15 限制四眼球水平转动部件1垂直转动范围，从而对机器人双面眼球垂直转动范围进行机械 限位；微型电机二 5启动正转或反转，通过同步带传动组件一 6的传动，驱动四眼睑部件2 转动从而使得四个眼睑30摆动，实现了机器人双面眼睑的张开闭合，通过眼睑限位块16限 制眼睑旋转轴一 31转动范围，从而对机器人双面眼睑张合范围进行机械限位；嘴旋转轴34 依靠扭簧35作用压紧凸轮36，微型电机三8启动转动，驱动凸轮36旋转，从而使得前后各 一对嘴旋转轴34周期张开和闭合，实现了机器人双面嘴部的张开闭合。
权利要求
一种双面机器人头部装置，包括一个眼部支撑架(7)，一个嘴部安装架(10)，一个四眼球水平转动部件(1)，一个四眼睑部件(2)，一个双嘴部件(3)，三个微型电机——一个微型电机一(4)、一个微型电机二(5)和一个微型电机三(8)，两个同步带传动组件——一个同步带传动组件一(6)和一个同步带传动组件二(9)；其特征在于所述眼部支撑架(7)下面固定连接所述嘴部安装架(10)，所述微型电机一(4)和所述微型电机二(5)固定安装在所述眼部支撑架(7)上，在所述眼部支撑架(7)上安装所述四眼球水平转动部件(1)，所述同步带传动组件二(9)与所述四眼球水平转动部件(1)连接，所述微型电机一(4)通过所述同步带传动组件二(9)传动来驱动所述四眼球水平转动部件(1)；所述四眼睑部件(2)安装在所述的四眼球水平转动部件(1)上，所述同步带传动组件一(6)套装在所述的四眼球水平转动部件(1)上，并与所述的四眼睑部件(2)连接，所述微型电机二(5)通过所述同步带传动组件一(6)传动来驱动所述四眼睑部件(2)；在所述的嘴部安装架(10)上安装所述双嘴部件(3)，所述微型电机三(8)固定安装在所述嘴部安装架(10)上，所述双嘴部件(3)由所述微型电机三(8)驱动。
2. 根据权利要求1所述的双面机器人头部装置，其特征在于所述的四眼球水平转动部 件(1)的结构一根水平连接轴二 (23)与两个水平支架(25)固定连接，在所述两个水平支 架(25)的外侧固定连接一根水平连接轴一 (24)和一根水平连接轴三(22)与所述水平连 接轴二 (23)同轴线连成一根整体连接轴，并在此连接轴上安装所述四眼睑部件(1);一根 前后水平转轴一 (18)与一根前后水平转轴二 (20)分别平行安装在所述两个水平支架(25) 内，四个眼球(17)分别固定连接在所述前后水平转轴一 (18)或所述前后水平转轴二 (20) 两端上，所述前后水平转轴一 (18)和所述前后水平转轴二 (20)与一根连接杆(19)的两端 通过两根销轴(28)铰接，构成一个连杆结构；所述前后水平转轴二 (20)与一个微型电机四 (27)的输出轴垂直交叉固定连接。
3. 根据权力要求2所述的双面机器人头部装置，其特征在于所述的四眼睑部件(2)的 结构正面的两个眼睑(30)通过一个固定连接件(33)并联，而两端通过一个眼睑旋转轴 一 (31)和一个眼睑旋转轴二 (32)与反面两个并联的眼睑(30)的两端固定连接；所述眼睑 旋转轴一 (31)和所述眼睑旋转轴二 (32)中央分别以轴承滑套在所述四眼球水平转动部件 (1)的所述水平连接轴一 (24)和所述水平连接轴三(22)上；所述同步带传动组件一 (6)与 所述眼睑旋转轴一 (31)固定连接。
4. 根据权利要求l所述的双面机器人头部装置，其特征在于所述的双嘴部件(3)的结 构前后上下四个嘴旋转轴(34)分别各与两个扭簧(35)套装在前后两根旋转芯轴(38) 上，所述扭簧(35)末端压紧所述的嘴旋转轴(34)，所述嘴旋转轴(34)末端压紧所述凸轮 (36)，所述凸轮(36)连接所述微型电机三(8)的输出轴，构成一个凸轮结构。
全文摘要
发明涉及一种双面机器人头部装置，包括眼部支撑架，嘴部安装架，四眼球水平转动部件，四眼睑部件，双嘴部件，微型电机一，微型电机二，微型电机三，同步带传动组件一，同步带传动组件二；眼部支撑架下面固定连接所述嘴部安装架，微型电机一和微型电机二固定安装在眼部支撑架上，在眼部支撑架上安装四眼球水平转动部件，微型电机一通过同步带传动组件二传动来驱动四眼球水平转动部件；四眼睑部件安装在四眼球水平转动部件上，微型电机二通过同步带传动组件一传动来驱动四眼睑部件；在嘴部安装架上安装双嘴部件，微型电机三固定安装在嘴部安装架上，双嘴部件由微型电机三驱动。本装置结构简单紧凑、成本低，有效实现仿人形机器人头部双面的眼球、眼睑及嘴部等器官运动。
文档编号B25J19/00GK101780675SQ20101012728
公开日2010年7月21日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者周潘伟, 张海洪, 梁加佳, 蔡征宇, 谈士力 申请人:上海大学