躯体结构及具有其的机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种躯体结构及具有其的机器人。

背景技术：

机器人的躯体结构设计需要至少兼顾其结构的牢固性和机器人的各种功能性需求，在功能性需求方面又十分多样，如抗碰撞强度、避障功能、跟随功能、导航功能、人机交互功能等等；因此，机器人躯体结构的设计是非常复杂的工作。本发明期望提出一种具备一定抗碰撞强度、且兼顾一些特定功能的机器人的躯体结构。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种具备一定抗碰撞强度、且兼顾一些特定功能的躯体结构及具有其的机器人。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种躯体结构，包括相连接的支撑梁、躯体骨架和头部连接组件，支撑梁、躯体骨架和头部连接组件共同围成容纳空间，其中，躯体结构还包括：障碍物探测部，障碍物探测部设置在躯体骨架上以探测躯体结构的周围的障碍物。

进一步地，障碍物探测部包括超声波探测装置，超声波探测装置的安装轴线沿水平方向设置以探测位于躯体结构的前方的障碍物；或超声波探测装置的安装轴线与水平方向呈夹角设置以探测位于躯体结构的前方的障碍物。

进一步地，障碍物探测部包括红外线探测装置，红外线探测装置的安装轴线倾斜向下设置以探测位于躯体结构的斜下方的障碍物。

进一步地，红外线探测装置为至少两个，至少两个红外线探测装置分设在超声波探测装置的纵向轴线的两侧，且超声波探测装置在与地面垂直方向上的高度大于红外线探测装置在与地面垂直方向上的高度。

进一步地，躯体结构还包括扬声装置，扬声装置设置在躯体骨架上。

进一步地，头部连接组件沿远离容纳空间的方向包括第一电机和连接件，第一电机包括定子外壳和至少一部分设置在定子外壳内的转子，其中，连接件与转子连接。

进一步地，躯体结构还包括弹性缓冲件，弹性缓冲件设置在连接件与转子的连接处。

进一步地，弹性缓冲件的朝向连接件的表面呈凹凸结构状，和/或弹性缓冲件的朝向第一电机的表面呈凹凸结构状。

进一步地，定子外壳上设置有卡槽结构，支撑梁的第一端插接在卡槽结构内与定子外壳连接，躯体骨架包覆定子外壳的外周设置。

进一步地，躯体结构还包括电机安装壳、第二电机和第一电路板，电机安装壳设置在容纳空间内并与第一电机的远离连接件的一端连接，第二电机设置在电机安装壳内并驱动第一电路板转动。

进一步地，躯体结构还包括与机器人的电脑操作面板电连接的电源结构，电源结构设置在容纳空间内并与第一电机连接。

进一步地，躯体结构还包括主控板，主控板设置在容纳空间内并与支撑梁连接。

进一步地，躯体结构还包括主接插件结构，主接插件结构与支撑梁连接并位于支撑梁的背离容纳空间的一侧。

进一步地，躯体结构还包括支撑梁支座，支撑梁的远离躯体骨架的第二端与支撑梁支座连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种机器人，包括顺次连接的头部结构、躯体结构和行走结构，头部结构与躯体结构的连接件连接，行走结构与躯体结构的支撑梁支座枢转连接，躯体结构为上述的躯体结构。

应用本发明的技术方案，使得配置所述躯体结构的机器人具备一定抗碰撞强度、且兼顾一些特定功能。通过在躯体结构的躯体骨架上设置障碍物探测部，这样，当躯体结构随机器人运动时，障碍物探测部能够有效地探测到机器人周围的障碍物以及坑洞，便于机器人避让开障碍物或坑洞，提高了机器人的运动可靠性。

由于障碍物探测部包括超声波探测装置，因此，超声波装置能够有效地探测出位于机器人前方较远距离处的大型障碍物，并可靠地计算出大型障碍物与机器人之间的距离，这样使机器人有足够的时间能够避让开大型障碍物运动。

由于障碍物探测部包括红外线探测装置，红外线探测装置能够有效地探测出位于机器人脚下的小型障碍物和坑洞，从而使机器人避免压过小型障碍物跌倒或掉落坑洞而发生运行事故，从而使机器人能够选择平坦的路径运动，进而提高了机器人运动的稳定性。红外线探测装置能够弥补超声波探测装置的障碍物探测盲区，使得机器人对障碍物的探测更准确高效。

不仅如此，使用超声波探测装置和红外线探测装置结合的形式，还能利用红外线探测装置的电路结构简单、便于加工制造和成本低的特点而降低机器人的整体成本，提高机器人的使用经济性，增强了机器人的市场竞争力。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种可选实施例的躯体结构的结构示意图；

图2示出了图1中的躯体结构的主视图；

图3示出了图1中的躯体结构的主视剖视图；

图4示出了图1中的躯体结构的左视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

2、躯体结构；10、支撑梁；11、容纳空间；12、第一端；13、第二端；20、躯体骨架；30、头部连接组件；31、第一电机；311、定子外壳；312、转子；313、卡槽结构；32、连接件；40、障碍物探测部；41、超声波探测装置；42、红外线探测装置；50、扬声装置；60、弹性缓冲件；70、电机安装壳；80、第一电路板；90、主控板；100、主接插件结构；110、支撑梁支座；120、电源结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明的实施例提供了一种躯体结构及具有其的机器人，其中，机器人包括顺次连接的头部结构、躯体结构2和行走结构，头部结构与躯体结构2的连接件32连接，行走结构与躯体结构2的支撑梁支座110枢转连接，躯体结构2为下述的躯体结构。

需要说明的是，本发明实施例的机器人可以有多种不同种类，本发明实施例不做限制，实际应用中凡适用本发明实施例所述躯体结构的机器人应当都属于本发明实施例的保护范围。例如：本发明实施例的机器人的行走结构可以为平衡车的运动底盘，甚至也可以是飞行翼等等。以地面移动的机器人为例，通常的机器人工作状态可以包括驾驶状态(或称骑行状态)和非驾驶状态，处于非驾驶状态的机器人可以自主移动，也可以被遥控。

如图1至图4所示，躯体结构包括相连接的支撑梁10、躯体骨架20和头部连接组件30，支撑梁10、躯体骨架20和头部连接组件30共同围成容纳空间11，其中，躯体结构2还包括障碍物探测部40，障碍物探测部40设置在躯体骨架20上以探测躯体结构2的周围的障碍物。

应用本发明实施例的技术方案，通过在躯体结构的躯体骨架20上设置障碍物探测部40，这样，当躯体结构随机器人运动时，障碍物探测部40能够有效地探测机器人周围的障碍物以及坑洞，便于机器人避让开障碍物或坑洞，提高了机器人的运动可靠性。

可选地，障碍物探测部40包括超声波探测装置41。

由于障碍物探测部40包括超声波探测装置41，因此，超声波探测装置41能够有效地探测出位于机器人前方较远距离处的大型障碍物，并可靠地计算出大型障碍物与机器人之间的距离，这样使机器人有足够的时间能够避让开大型障碍物运动。

可选地，障碍物探测部40包括红外线探测装置42。

可选地，超声波探测装置41的安装轴线沿水平方向设置以探测位于躯体结构2的前方的障碍物；或超声波探测装置41的安装轴线与水平方向呈一定夹角(如：10度、15度、20度、60度等等)设置以探测位于躯体结构2的前方的障碍物。

需要说明的是，本发明实施例的超声波探测装置41能够有效地发射出振荡频率在20KHz的超声波，发射出的超声波具有频率高、波长短、绕射现象小、以及方向性好和能够成为射线而定向传播等特点，本发明实施例的超声波探测装置41发出的超声波在遇到障碍物或者坑洞的洞壁后会立即产生回波，超声波探测装置41接收到回波后能够迅速地将回波转换成电信号并对电信号进行分析以得到障碍物或者坑洞的具体位置、大小以及与本发明实施例的机器人之间的距离等信息，从而便于机器人在最短的时间内迅速做出反应而躲避障碍物或坑洞，进而能够实现机器人的智能行走。

在本发明的图1至图4示出的可选实施例中，超声波探测装置41的安装轴线沿水平方向设置以探测位于躯体结构2的前方的障碍物；这样，超声波探测装置41发出的超声波以安装轴线为中心线，向机器人的前方的空间内持续传播。

当然，为了使机器人在特殊环境中工作时，保证机器人能够对与水平方向具有特定夹角的方向可靠地进行探测，超声波探测装置41的安装轴线与水平方向呈一定夹角设置以探测位于躯体结构2的前方的障碍物。

在本发明的一个未图示的可选实施例中，为了提高超声波探测装置41的多方位探测能力，保证超声波探测装置41能够精确地探测到位于机器人运动前方的环境中各位置处的障碍物或坑洞，超声波探测装置41可旋转地设置在躯体骨架20上。优选地，超声波探测装置41与躯体骨架20铰接。

由于障碍物探测部40包括红外线探测装置42，红外线探测装置42能够有效地探测出位于机器人脚下的小型障碍物和坑洞(尤其当以地面运动底盘为行走结构时，红外线探测装置42能够有效地探测出车轮前方的障碍物和坑洞等)，从而使机器人避免压过小型障碍物跌倒或掉落坑洞而发生运行事故，从而使机器人能够选择平坦的路径运动，进而提高了机器人运动的稳定性。

使用超声波探测装置41和红外线探测装置42结合的形式，还能利用红外线探测装置42的电路结构简单、便于加工制造和成本低的特点而降低机器人的整体成本，提高机器人的使用经济性，增强了机器人的市场竞争力。

可选地，在本发明的图1至图4示出的可选实施例中，红外线探测装置42的安装轴线倾斜向下设置以探测位于躯体结构2的斜下方的障碍物。这样，有效地避免了因机器人运动过快而遗漏未探测到位于其斜下方附近的障碍物，从而保证了机器人在其前进方向上正常地运动，也防止了当机器人处于骑行模式时，站立在机器人的行走结构上的使用者从机器人上跌落而摔伤，进而提高了机器人的使用安全性。

可选地，红外线探测装置42为至少两个，至少两个红外线探测装置42分设在超声波探测装置41的纵向轴线的两侧，且超声波探测装置41在与地面垂直方向上的高度大于红外线探测装置42在与地面垂直方向上的高度。这样，两个红外线探测装置42分别对机器人脚下两侧的障碍物进行探测，使机器人实现了对其前进方向上的斜下方空间充分探测，进一步保证了机器人运动的稳定性。

如图1和图2所示，躯体结构2还包括扬声装置50，扬声装置50设置在躯体骨架20上。

可选地，为了提高扬声装置50发出声音以机器人为中心向空间各个方向有效地扩散传播，扬声装置50为两个，两个扬声装置50对称设置在躯体骨架20的两侧。

如图1至图4所示，头部连接组件30沿远离容纳空间11的方向包括第一电机31和连接件32，第一电机31包括定子外壳311和至少一部分设置在定子外壳311内的转子312，其中，连接件32与转子312连接。这样，转子312能够相对于定子外壳311发生转动，机器人的头部结构与连接件32连接，当转子312发生转动时，转子312带动连接件32转动以驱动头部结构相对于躯体结构发生扭转，以适应机器人在机器人模式与骑行模式之间的转换。

可选地，第一电机31为无刷电机。

需要说明的是，第一电机31设置在容纳空间11的内部，连接件32由容纳空间11向外伸出与头部结构固定连接，定子外壳311内的转子312与驱动连接连接件32以驱动头部结构转动，这样不仅能够使容纳空间11得到充分地利用，减小了躯体结构的整体体积，提高了机器人的结构紧密度，增加了机器人的便携性和实用性，而且保证了头部结构与躯体结构之间的连接稳定性，避免了头部结构在受到外部载荷的情况下与躯体结构发生分离。

如图3所示，躯体结构2还包括弹性缓冲件60，弹性缓冲件60设置在连接件32与转子312的连接处。由于连接件32与转子312的连接处设置有弹性缓冲件60，当头部结构在受到外部载荷的情况下会带动连接件32与转子312发生碰撞，弹性缓冲件60起到了使连接件32与转子312柔性连接的作用，能够有效地吸收连接件32与转子312之间的冲击能量，弹性缓冲件60的变形能够增长连接件32与转子312之间的磕碰接触时间，减小了连接件32与转子312的接触冲量，避免了连接件32或转子312发生磕碰损坏，也避免了机器人长时间使用后，连接件32与转子312之间因摩擦碰撞而导致头部结构和躯体结构之间发生连接松动的现象发生。

可选地，弹性缓冲件60为橡胶、硅胶、泡沫或海绵体中的一种。

优选地，弹性缓冲件60为经过硫化的橡胶。

如图3所示，弹性缓冲件60的朝向连接件32的表面呈凹凸结构状，和/或弹性缓冲件60的朝向第一电机31的表面呈凹凸结构状。

由于弹性缓冲件60的朝向连接件32的表面呈凹凸结构状，这样进一步增加了弹性缓冲件60与连接件32的接触表面积，提高了对连接件32的运动的缓冲效果。

同样地，由于弹性缓冲件60的朝向第一电机31的表面呈凹凸结构状，能够进一步增加弹性缓冲件60与转子312之间的接触表面积，提高了对转子312和连接件32之间运动的缓冲作用，起到了对第一电机31的有效保护。

需要说明的是，为了提高弹性缓冲件60装配在连接件32和转子312之间的装配紧密性，凹凸结构状为锯齿形。

如图3所示，定子外壳311上设置有卡槽结构313，支撑梁10的第一端12插接在卡槽结构313内与定子外壳311连接，躯体骨架20包覆定子外壳311的外周设置。卡槽结构313的设置，不仅能够使支撑梁10的第一端12与第一电机31稳定地连接，而且使支撑梁10与第一电机31可拆卸地设置，便于对支撑梁10或第一电机31进行维修更换。

可选地，为了进一步提高卡槽结构313与定子外壳311的连接稳定性，合理地设置第一电机31的结构，使第一电机31具有转子312与定子外壳311可拆卸拼装的安装特性，卡槽结构313与定子外壳311为一体结构。

如图1至图3所示，躯体结构2还包括电机安装壳70、第二电机和第一电路板80，电机安装壳70设置在容纳空间11内并与第一电机31的远离连接件32的一端连接，第二电机设置在电机安装壳70内并驱动第一电路板80转动。其中，第一电路板80可以是基于遥控感应的电路板，即在有外部遥控下，第一电路板80能在第二电机的驱动下转动。第一电路板80还可以是基于无线载波通信的电路板，如第一电路板80可以是集成了UWB天线的电路板，那么所述第一电路板80作为UWB通信的锚节点端，能够实现对作为UWB通信的信标(tag)端进行跟踪，从而第一电路板80能够基于信标端的位置变化进行相应的转动角度调整(由第二电机驱动第一电路板80转动)，从而实现机器人对信标端的跟踪。

由于第二电机设置在容纳空间11内并与第一电机31的远离连接件32的一端连接，这样不仅合理地利用了容纳空间11，在满足机器人具有功能多样性的前提下，减小了机器人的整体体积，提高了使用者的使用便捷性，而且提高了机器人的电器部件的安装紧凑性，实现了机器人的模块化设计。

当第一电路板80作为遥控器感应电路板时，由于第二电机驱动第一电路板80转动，这样，有利于第一电路板80全方位地对位于机器人外部的遥控器进行扫描追踪，寻找到遥控器的位置并迅速地前往遥控器的位置处，从而方便使用者通过遥控器实现对机器人的运动控制或实现机器人的自动充电功能。

为了满足机器人的功能多样性并保证机器人结构的完整性，躯体结构2还包括与机器人的电脑操作面板电连接的电源结构120，电源结构120设置在容纳空间11内并与第一电机31连接。这样，提高了电源结构120与第一电机31之间的连接稳定性并合理地利用了容纳空间11的容积，电源结构120还能够为第二电机提供稳定的能源输出，保证第二电机运动的可靠性，同样地电源结构120还能够为位于机器人头部结构上的电脑操作面板提供电源。

如图1至图3所示，躯体结构2还包括主控板90，主控板90设置在容纳空间11内并与支撑梁10连接。主控板90的设置实现了对机器人的多种功能动作的分析和控制，实现了机器人的工作智能化。而且主控板90处产生的热量还能够通过支撑梁10稳定地向容纳空间11外传递，提高了主控板90的散热效果，保证了机器人能够长时间稳定地工作。

如图1至图3所示，躯体结构2还包括主接插件结构100，主接插件结构100与支撑梁10连接并位于支撑梁10的背离容纳空间11的一侧。通过主接插件结构100能够实现机器人与外部结构(如机器人的机械臂)的电连接或信号连接，方便数据的输送、操控机械臂或者对机器人进行充电。

可选地，主接插件结构100为扩展槽，通过扩展槽能够使机器人与外接各种功能器件连接，同时扩展槽有pogopin触点，接通电路后为机器人提供通信和供电功能。

如图1至图4所示，躯体结构2还包括支撑梁支座110，支撑梁10的远离躯体骨架20的第二端13与支撑梁支座110连接。支撑梁支座110起到了对支撑梁10的支撑作用和对支撑梁10的结构加强作用，而且支撑梁支座110与支撑梁10可拆卸地连接，便于对支撑梁支座110或支撑梁10进行维修或更换，降低了机器人的维修成本，提高了机器人的市场竞争力。

需要说明的是，躯体结构2通过支撑梁支座110与行走结构可枢转的连接，当机器人处于骑行模式时，躯体结构2能够作为腿控杆使用，具体地，使用者站立在行走结构上，使用者通过控制腿部施加给躯体结构2的大小而控制机器人实现转向功能，此时的机器人作为具有代步功能的平衡车使用。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。