机器人及其机器人肩臂转动结构的制作方法

本发明涉及机器人的技术领域，尤其是涉及一种机器人及其机器人肩臂转动结构。

背景技术：

目前，具有一般编程能力和操作功能的机器人，称之为智能机器人，其具有较广的应用范围。传统的智能机器人，主要包括头部和躯干，躯干的两侧设置有手臂，然而，传统的手臂与躯干枢接处，连接可靠性差，枢接处容易断裂。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种机器人及其机器人肩臂转动结构，旨在解决现有技术中，存在手臂与躯干枢接处，连接可靠性差的缺陷。

本发明提供的一种机器人肩臂转动结构，用于连接肩部与手臂，所述肩部包括具有球形结构的第一端和与第一端相对的第二端；所述手臂具有与所述球形结构配合的球窝座，所述球形结构内设置有用于与所述球窝座连接的旋转盘和使所述旋转盘以所述旋转盘的轴线为中心转动的动力件。

进一步地，所述球形结构内设置有用于固定所述动力件的固定支架，所述动力件为具有一输出轴的舵机，所述旋转盘设置在所述输出轴上。

进一步地，所述球窝座由第一球窝构件和第二球窝构件连接构成，所述第一和第二球窝构件均具有与所述球形结构的外表面适配的弧形配合面；所述旋转盘与所述第一球窝构件连接固定。

进一步地，所述动力件具有安装有所述旋转盘连接的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；所述机器人肩臂转动结构还包括可转动地安装在所述第二侧上的中空的回转体，所述回转体与所述旋转盘同轴。

进一步地，所述第一球窝构件外侧的中心处设有与所述旋转盘对应的第一圆形凹陷，第一球窝构件上连接有用于封闭该第一圆形凹陷的第一端盖；第二球窝构件外侧的中心处设有与所述回转体对应的第二圆形凹陷，第二球窝构件上连接有用于封闭该第二圆形凹陷的第二端盖。

进一步地，所述回转体上开设有便于电源线穿出的走线缺口。

进一步地，所述手臂包括与球窝座连接的上臂部，所述上臂部包括相互连接的第一盖体和第二盖体，所述第一盖体与第一球窝构件一体形成，所述第二盖体与所述第二球窝构件一体形成；所述第一盖体与所述第二盖体通过紧固件连接固定。

进一步地，所述上臂部还包括装饰件，所述装饰件分别卡合在第一盖体和第二盖体的外侧。

进一步地，所述机器人肩臂转动结构包括转接件和具有一转轴的驱动源；所述转接件包括用于连接所述肩部的圆盘状的安装盘部、用于与所述转轴连接的驱动部以及连接在所述安装盘部与所述驱动部之间的保持部；所述转轴的轴线与所述旋转盘的轴线垂直。

本发明提供的一种机器人，包括肩部与手臂，其中，所述肩部与所述手臂设置有上述的机器人肩臂转动结构。

与现有技术对比，本发明提供的机器人肩臂转动结构，肩部采用球形结构，手臂具有与球形结构配合的球窝座，这样，能够提高手臂与肩部的连接可靠性，实现手臂相对肩部的左右摆动。

与现有技术对比，本发明提供的机器人，采用在肩部与手臂设置有上述的机器人肩臂转动结构，手臂具有较高的操作灵活性，可相对肩部摆动至较大的摆动角度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的机器人头部的立体示意图；

图2是本发明实施例提供的机器人头部的分解示意图；

图3是本发明实施例提供的固定架的立体示意图；

图4是本发明实施例提供的固定架、连接组件及传动机构的分解示意图；

图5为图4中A部的放大图；

图6是本发明实施例提供的机器人头部的侧视示意图；

图7为图6中I-I面的剖视示意图；

图8为图7中B部的放大图；

图9是本发明实施例提供的机器人头部、肩部及手臂的分解示意图；

图10是本发明实施例提供的机器人头部、肩部及手臂的剖视示意图；

图11为图10中C部的放大图；

图12是本发明实施例提供的肩部与手臂的剖视示意图；

图13是本发明实施例提供的肩部与手臂的立体示意图；

图14是本发明实施例提供的肩部与手臂的分解示意图一；

图15为图14中D部的放大图

图16是本发明实施例提供的肩部与手臂的分解示意图二

图17为图16中E部的放大图。

主要元件符号说明

100：机器人头部

1：外壳 1a：内部空间

11：前壳 12：后盖

13：过线通孔 14：锁合孔

2：固定支架 21：上层板

22：下层板 23：锁定支架

24：侧板 25：支撑板

3：连接组件

3a：第一连接组件 3b：第二连接组件

31：固定轴 311：轴体部

312：底盘部 313：装配孔

314：定位缺口 315：套筒部分

316：支撑部分 317：第一支撑面

318：第二支撑面 319：定位柱

31a：第一轴孔

32：第一轴承

33：法兰盘 331：法兰部

332：装配部 333：连接部

334：锁付孔 335：延伸部

336：突起部 33a：第二轴孔

4：旋转驱动装置 41：动力源

42：传动机构 421：从动轮

422：驱动轮 423：限位凸缘

424：传动带 425：防脱凸缘

426：止移凸缘 421a：第一齿部

422a：第二齿部 424a：第三齿部

6：转接件 61：安装盘部

62：驱动部 63：保持部

7：驱动源 71：舵盘

8：第二轴承

300：肩部 400：手臂

300a：球形结构 301：第一端

302：第二端 303：旋转盘

304：动力件 305：前壳体

306：后壳体 307：回转体

3071：转动盘 3072：转柱

3061：第一配合孔 3051：第二配合孔

307a：走线缺口

308：固定支架 309：安装轴承

401：球窝座 4011：第一球窝构件

4012：第二球窝构件 4013：第一圆形凹陷

4014：第二圆形凹陷 4015：第一端盖

4016：第二端盖 4017 过孔

402：上臂部 4021：第一盖体

4022：第二盖体 4023：装饰件

403：下臂部

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述。

为叙述方便，下文中所称的“前”“后”“左”“右”“上”“下”与附图本身的前、后、左、右、上、下方向一致，但并不对本发明的结构起限定作用。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

如图1至17所示，为本发明提供的一较佳实施例。

本实施例提供的机器人肩臂转动结构，用于连接肩部300与手臂400，肩部300包括具有球形结构300a的第一端301和与第一端301相对的第二端302；手臂400具有与球形结构300a配合的球窝座401，球形结构300a内设置有用于与球窝座401连接的旋转盘303和使旋转盘303以该旋转盘303的轴线为中心转动的动力件304。

上述的机器人肩臂转动结构，肩部采用球形结构，手臂具有与球形结构配合的球窝座，这样，能够提高手臂与肩部的连接可靠性，实现手臂相对肩部的左右摆动。

本实施例提供的机器人包括机器人头部100、手臂400和连接在机器人头部100与手臂400之间的肩部300。

参见图1和2，本实施例提供的机器人头部100，包括具有一内部空间1a的外壳1以及内置在该内部空间1a中的固定架2、连接组件3和旋转驱动装置4。

参见图1和2，外壳1大致呈球形，上述部件内置在外壳1内并由外壳1保护，在本实施例中，外壳1整体可相对固定架2转动，外壳1的内壁可安装固定有转接板、电源板等，该外壳1包括相互连接的前壳11和后盖12，二者围合形成内部空间1a，前壳11的前侧具有一平面，该平面上可安装有显示屏、摄像头。前壳11和后盖12均包括用于与法兰盘33连接的侧部，前壳11的侧部上设置有过线通孔13。

参见图2至4，固定架2，作为外壳1的转动支撑结构，固定架2与位于外壳1外部的一支撑座(图未示)固定连接，在本实施例中，固定架2为但不局限于双层式结构的方形框架，该固定架2包括一上层板21、位于上层板21下方的一下层板22、锁定支架23以及位于层板两侧的侧板24，上、下层板21、22上均可设置有支撑板25，用以放置电气元件，锁定支架23连接在上、下层板21、22的后侧之间，以用于与支撑座固定。

参见图2至4，连接组件3用以连接固定架2与外壳1，连接组件3包括固定轴31、第一轴承32和法兰盘33，固定轴31固定连接于固定架2的侧板24上，第一轴承32可为滚动轴承，第一轴承32安装在该固定轴31上，法兰盘33套设在第一轴承32上，法兰盘33与外壳1固定连接，外壳1借由法兰盘33在固定轴31上的旋转以相对固定架2转动。在本实施例中，连接组件3的数量为但不局限于两组，两组连接组件3以固定架2的垂直于上、下层板21、22的中线为轴，呈左右对称的方式设置于该固定架2的两侧，左右两侧的第一轴承32同轴设置。这样，固定架2的左右两侧均作为与外壳1枢接的枢接处，外壳1相对固定架2转动更加平稳，转动结构更牢固。

为了便于叙述，两连接组件分别为第一连接组件3a以及第二连接组件3b，第一连接组件3a和第二连接组件3b左右对称地设置于该固定架2的两侧，第一连接组件3a和第二连接组件3b同轴设置。第一连接组件3a和第二连接组件3b的结构可以相同或相似。下面以第一连接组件3a为例简要说明。第一连接组件3a和第二连接组件3b的结构。

参见图4至8，第一连接组件3a的固定轴31为中空结构，该固定轴31包括水平延伸且呈圆筒状的轴体部311和连接在轴体部311一侧的底盘部312，在本实施例中，固定轴31形成有第一轴孔31a，轴体部311和底盘部312一体形成，底盘部312上沿其周向间隔地开设有多个装配孔313，侧板24上开设有与装配孔313对应的螺孔，通过螺钉顺序穿过装配孔313、螺孔以将固定轴31固定在固定架2的外侧，底盘部312具有一定位缺口314，底盘部312上凸设有定位柱，以便固定轴31与固定架2的快速连接。具体地，轴体部311包括凸设在底盘部312背离固定架2的一侧表面的套筒部分315和从套筒部分315的外端面沿套筒部分315的轴线向外延伸的环形的支撑部分316，套筒部分315的外端面具有环绕在支撑部分316的外侧的第一支撑面317，支撑部分316的外周面具有第二支撑面318，第一轴承32可通过紧配合方式套设在支撑部分316上，且第二支撑面318与第一轴承32的内周面抵接，同时第一支撑面317与第一轴承32靠近固定架2的一侧端面抵接，以限制第一轴承32向底盘部312方向移动。

参见图4至8，第一连接组件3a的法兰盘33包括用于与外壳1固定连接的法兰部331、装配部332以及连接在法兰部331与装配部332之间的连接部333。在本实施例中，法兰盘33形成有第二轴孔33a，法兰部331、装配部332、连接部333一体形成，法兰部331大致呈圆形的盘状，连接部333自法兰部331的内缘沿法兰部331的轴向延伸，装配部332自连接部333的远离法兰部331的一端内缘沿连接部333的径向延伸，法兰部331上沿其周向间隔设置有多个锁付孔334，前壳11的侧部和后盖12的侧部上均开设由于锁付孔334对应的锁合孔14，通过螺钉穿过前壳11的锁合孔14和对应的锁付孔334以及穿过后盖12锁合孔14和对应的锁付孔334后，以将前壳11和后盖12固定法兰盘33的外侧，并使前壳11、后盖12连接固定。

参见图4至8，旋转驱动装置4，用于使第一连接组件3a的法兰盘33旋转以带动外壳1相对固定架2转动。在本实施例中，旋转驱动装置4的数量为但不局限于一个，旋转驱动装置4包括动力源41和连接在动力源41与法兰盘33之间的传动机构42。动力源41可为但不局限于舵机，上述传动机构42包括与法兰盘33固定连接的从动轮421和用于驱动从动轮421转动的驱动轮422，驱动轮422连接于动力源41的输出轴上，并与该输出轴同轴设置，进而驱动轮422在动力源41工作时由输出轴带动旋转。通过旋转驱动装置4使外壳1相对固定架2转动，以使机器人头部100前后摆动，实现头部的前倾和后仰动作。

当然，动力源41的输出轴上还可以安装有舵盘，驱动轮422可安装在舵盘上，动力源41驱动舵盘使驱动轮422转动。

具体地，参见图4至8，从动轮421的一侧端面通过螺钉与第一连接组件3a中法兰盘33的装配部332相锁付固定，从动轮421可旋转地套设在第一轴承32上，从动轮421的内壁(即内周面)上向内凸设形成有用于限制第一轴承32移动的限位凸缘423。值得一提的是，从动轮421套设在固定轴31的轴体部311上后，从动轮421的内壁与第一连接组件3a中第一轴承32的外周面抵接，限位凸缘423的外端面(靠近固定架2的一侧端面)与第一轴承32远离固定架2的一侧端面抵接，从动轮421与轴体部311之间共同界定出一个容置第一轴承32的限位空间，第一支撑面317、第二支撑面318、限位凸缘423的外端面均位于该限位空间中，进而将第一轴承32的位置锁定，在外壳1转动时第一轴承32不会移动，并且外壳1与固定架2也不会相对移动，从而具有较好的转动平稳性。

需要指出的是，由于本实施例中仅采用一个旋转驱动装置4，旋转驱动装置4与第一连接组件3a连接，而设置在固定架2另一侧的第二连接组件3b则未与旋转驱动装置4，因而第一连接组件3a与第二连接组件3b的主要不同之处在于法兰盘33的结构，第一连接组件3a的法兰盘33通过从动轮421装配在第一连接组件3a的第一轴承32上。从图7可以看出，第二连接组件3b的法兰盘33直接装配在第二连接组件3b的第一轴承32上，第二连接组件3b包括用于与外壳1固定连接的法兰部331、装配部332、连接在法兰部331与装配部332之间的连接部333、从装配部沿法兰部331的轴向延伸的延伸部335以及凸设在延伸部335的内壁上的突起部336，法兰盘33套设在固定轴31的轴体部311上后，延伸部335的内壁与第一轴承32的外周面抵接，突起部336的外端面(靠近固定架2的一侧端面)与第一轴承32远离固定架2的一侧端面抵接。

当然，在采用两个旋转驱动装置4时，第一连接组件3a与第二连接组件3b均与对应的旋转驱动装置4连接，第一连接组件3a与第二连接组件3b的结构相同。

参见图4至8，本实施例的传动机构42为带轮传动机构，从动轮421和驱动轮422均为带轮，该传动机构42还包括卷绕在从动轮421和驱动轮422之间的传动带424，从动轮421的外壁(即外周面)上向外凸设形成有用于限制传动带424移动的防脱凸缘425，传动带424的上端部分夹持在防脱凸缘425与装配部332之间，以避免传动带424脱离从动轮421。需要说明的是，驱动轮422亦具有限制传动带424移动的防脱结构，防脱结构为形成在驱动轮422外壁(即外周面)上的两止移凸缘426，两止移凸缘426在驱动轮422的轴线上间隔，传动带424的下端部分夹持在两止移凸缘426之间，以避免传动带424脱离驱动轮422。

当然，传动机构42还可以是齿轮传动机构，从动轮421和驱动轮422均为齿轮，可通过从动轮421与驱动轮422相啮合以使从动轮421转动，或在从动轮421与驱动轮422之间设置有用于传动的齿轮组。

参见图4至8，从动轮421的外壁形成有第一齿部421a，驱动轮422的外壁上形成有第二齿部422a，传动带424为单面齿带，其内周面为橡胶接触面，该传动带424的内周面上形成有分别与第一齿部421a和第二齿部422a啮合的第三齿部424a，这样，可避免传动带424打滑，易于控制外壳1前后翻转。

如图9所示，该机器人配置有两个肩部300，两个肩部300以左右对称的方式连接于机器人头部100。固定架2上设置有使肩部300转动并具有一转轴(图未示)的驱动源7，转轴的轴线与上述固定轴31的轴线重合，驱动源7为但不局限于两个，两个驱动源7与两个肩部300分别一一对应，驱动源7可以是具有舵盘71的舵机，舵盘71与上述转轴同轴设置并通过该转轴与舵机连接固定。

参见图9至11，转接件6，以固定轴31的轴线为中心可旋转地连接固定轴31，转接件6包括用于连接肩部300的圆盘状的安装盘部61、用于与驱动源7的转轴连接的驱动部62以及连接在安装盘部61与驱动部62之间的保持部63，在本实施例中，转接件6的数量为但不局限于两个，两个转接件6分别与左右肩部300连接，转接件6可为中空结构，以便于电源线的走线。保持部63呈圆筒状，其从安装盘部61的一侧轴向延伸，保持部63的外径小于安装盘部61的外径；驱动部62呈圆筒状，其从保持部63的一端轴向延伸，该驱动部62的外径小于保持部63的外径。驱动部62贯穿第二轴孔33a并置入第一轴孔31a内，舵盘71与驱动部62的外端面连接固定，驱动部62与固定轴31同轴设置，且在驱动部62的外周与固定轴31的内缘之间设置有第二轴承8，第二轴承8可以是滚动轴承。值得一提的是，两个驱动源7可同时或不同时工作，两个肩部可单独转动，通过驱动源7使转接件6绕固定轴31的轴线旋转，以实现手臂的前后摆动。

参见图12至17，肩部300包括用于连接手臂400的第一端301(图示右端)和第一端301相对的第二端302(图示左端)，第二端302连接于转接件6的安装盘部61，肩部300内设置有旋转盘303和使旋转盘303以该旋转盘303的轴线为中心转动的动力件304。在本实施例中，旋转盘303的轴线与固定轴31的轴线垂直设置(也就是旋转盘303的轴线与转轴的轴线垂直设置)，第一端301具有外表面为球面的球形结构300a，肩部300为中空结构，肩部300包括相互连接的前壳体305和后壳体306，前壳体305和后壳体306通过螺钉等紧固件连接固定。动力件304为不局限于舵机，肩部300内部具有动力件304安装位，动力件304通过固定支架308安装在后壳体306上，后壳体306上开设有与旋转盘303对应的孔，旋转盘303设置在输出轴(图未示)上。

参见图12至17，手臂400包括上臂部402和与上臂部402连接的下臂部403，上臂部402的上端形成有与球形结构300a配合的球窝座401。在本实施例中，球窝座401由第一球窝构件4011和第二球窝构件4012连接构成，第一和第二球窝构件4011、4012均具有与球形结构300a的外表面适配的弧形配合面，旋转盘303与第一球窝构件4011连接固定。这样，在动力件304的带动下，可使手臂400绕旋转盘303的轴线相对肩部300向外摆动，以实现手臂400的左右摆动动作。

作为进一步地优化，动力件304具有安装有旋转盘303连接的第一侧(图未示)和与第一侧相对的第二侧(图未示)；机器人肩臂转动结构还包括可转动地安装在该第二侧上的中空的回转体307，回转体307与旋转盘303同轴，以达到辅助支撑球窝座401的作用。也就是说，通过同轴的回转体307和旋转盘303，分别带动第一和第二球窝构件4011、4012转动，使手臂400摆动更加平稳，传动性更好。

从图14至17可以看出，在本实施例中，回转体307包括转动盘3071和形成在转动盘3071一侧并沿该转动盘3071的轴线延伸的转柱3072，该转柱3072通过一安装轴承309可转动地安装在动力件304上并与旋转盘(图未示)同轴设置，回转体307的转动盘3071上开设有便于电源线穿出的走线缺口307a。

具体地，第一球窝构件4011外侧的中心处设有与旋转盘303对应的第一圆形凹陷4013，后壳体306上开设有供第一圆形凹陷4013的底端部穿入的后壳体306内部的第一配合孔3061，该第一配合孔3061的形状与第一圆形凹陷4013的底端部形状相匹配，第一圆形凹陷4013的底面形成有供螺钉穿过以将第一球窝构件4011与旋转盘303固定的孔。第二球窝构件4012外侧的中心处设有与回转体307对应的第二圆形凹陷4014，该回转体307的转动盘内置在第二圆形凹陷4014中，第二圆形凹陷4014的底端部开设有供转柱3072穿出第二球窝构件的过孔4017，前壳体305上开设有供第二圆形凹陷4014的底端部穿入的前壳体305内部的第二配合孔3051，该第二配合孔3051的形状与第二圆形凹陷4014的底端部形状相匹配。第一球窝构件4011上连接有用于封闭该第一圆形凹陷4013的第一端盖4015，第二球窝构件4012上连接有用于封闭该第二圆形凹陷4014的第二端盖4016，第一端盖4015与第一球窝构件4011之间以及第二端盖4016与第二球窝构件4012分别通过卡扣结构卡合。

参见图12至17，手臂400包括与球窝座401连接的上臂部402，上臂部402包括相互连接的第一盖体4021和第二盖体4022，第一盖体4021与第一球窝构件4011一体形成，第二盖体4022与第二球窝构件4012一体形成，第一盖体4021与第二盖体4022通过螺钉等紧固件连接固定。上臂部402还包括装饰件4023，装饰件4023分别卡合在第一盖体4021和第二盖体4022的外侧。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。