一种机器人头部运动机构及机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人头部运动机构及机器人。

背景技术：

随着科学技术的发展，人们生活水平的逐渐提高，智能设备也在人们的生产和生活中得到了越来越广泛的应用。随着机器人技术的越来越成熟，机器人也会走进千家万户，给人们带来极大的工作上和生活上的方便。

机器人是否能够执行一些特定的动作和执行动作的数量及质量是衡量机器人性能的一个重要指标。其中，机器人头部的灵活程度既能反应机器人的拟人化程度。然而，现有的机器人头部运动限位传感器为接触式的，存在噪声及寿命小的缺点；且通常采用三个传感器检测头部转动的最左、最右、中间位置，结构复杂且成本较高。

综上所述，现有的机器人头部运动机构结构复杂且成本较高。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种机器人头部运动机构及机器人，用以解决现有技术中机器人头部运动机构结构复杂且成本较高的问题。

本实用新型实施例提供一种机器人头部运动机构，包括：转动部件、带动所述转动部件运动的电机、固定于机器人内部的光电传感器组和固定于所述转动部件上的传感器挡片组；

所述传感器挡片组包括至少四个传感器挡片；所述光电传感器组包括至少两个光电传感器，所述光电传感器具有发射器与接收器；所述传感器挡片的厚度小于或等于槽型间隔，所述槽型间隔为任意所述光电传感器的发射器与接收器间的间隔；

所述光电传感器组与所述传感器挡片组对应配合设置，所述传感器挡片组与所述光电传感器组的匹配位置发生变化时，所述传感器挡片组中的至少一个传感器挡片位于所述槽型间隔内，从而标定机器人头部的转动位置。

可选的，所述光电传感器组包括第一光电传感器和第二光电传感器；所述传感器挡片组包括第一传感器挡片、第二传感器挡片、第三传感器挡片和第四传感器挡片；

所述第三传感器挡片与所述第一传感器挡片设置于所述转动部件的第一圆周上；所述第四传感器挡片与所述第二传感器挡片设置于所述转动部件的第二圆周上；

其中，所述第一传感器挡片与所述第二传感器挡片的位置具有匹配关系；

所述第一光电传感器与所述第一圆周匹配设置，以使当所述转动部件转动时，所述第三传感器挡片和/或所述第一传感器挡片通过所述第一光电传感器的槽型间隔；

所述第二光电传感器与所述第二圆周匹配设置，以使当所述转动部件转动时，所述第四传感器挡片和/或所述第二传感器挡片通过所述第二光电传感器的槽型间隔。

可选的，当所述第一传感器挡片位于所述第一光电传感器的槽型间隔内；和/或，当所述第二传感器挡片位于所述第二光电传感器的槽型间隔内，则所述转动部件位于中间位置；

当所述第三传感器挡片位于所述第一光电传感器的槽型间隔内，则所述转动部件位于第一极限位置；

当所述第四传感器挡片位于所述第二光电传感器的槽型间隔内，则所述转动部件位于第二极限位置。

可选的，所述转动部件为轴，所述机构还包括固定所述轴的轴承座；

所述轴承座具有第一腔体和第二腔体，所述第一腔体用于固定所述轴，所述第二腔体环绕所述轴；

所述光电传感器组位于所述第二腔体内，且分布在所述轴承座内侧；所述传感器挡片组位于第二腔体内，且分布在所述轴上。

可选的，所述机器人头部运动机构还包括阻尼压板；

所述阻尼压板为第一弧形结构，所述阻尼压板的两端固定于所述轴承座上，所述弧形结构与所述轴贴合；

所述轴承座上设置限位孔，所述阻尼压板上设置凸起结构，所述凸起结构与所述限位孔配合。

可选的，所述阻尼压板的两端固定于所述轴承座上，包括：

所述阻尼压板的两端通过固定组件固定于所述轴承座上，通过所述固定组件调节所述弧形结构与所述轴的贴合程度。

可选的，所述传感器挡片组设置于第一固定装置上，所述第一固定装置为第二弧形结构，所述第一固定装置固定于所述轴上。

可选的，所述光电传感器组设置于第二固定装置上，所述第二固定装置固定于所述轴承座内侧。

本实用新型实施例还提供一种机器人，包括机器人头部、机器人躯干、第一头部运动机构，所述第一头部运动机构分别连接所述机器人头部与所述机器人躯干，所述机器人头部绕所述第一头部运动机构中的转动部件水平转动。

可选的，所述机器人还包括第二头部运动机构，所述第一头部运动机构与所述第二头部运动机构垂直分布；

所述第二头部运动机构设置于所述机器人头部内，所述机器人头部绕所述第二头部运动机构中的转动部件竖直转动。

本实用新型实施例还提供一种机器人头部控制方法应用于所述机器人头部运动机构，包括：

接收机器人头部运动指令；

根据传感器挡片组与光电传感器组的匹配位置的变化关系，确定光电传感器组的实时开关状态，所述光电传感器组与所述传感器挡片组对应配合设置；

根据所述光电传感器组的实时状态及标定的预设位置信息确定机器人头部的实时位置；

根据所述实时位置及所述头部运动指令确定所述机器人的头部运动路径。

可选的，所述光电传感器组包括第一光电传感器和第二光电传感器；所述传感器挡片组包括第一传感器挡片、第二传感器挡片、第三传感器挡片和第四传感器挡片；

所述根据传感器挡片组与光电传感器组的匹配位置的变化关系，确定光电传感器组的实时开关状态，包括：

当所述第一传感器挡片位于所述第一光电传感器的槽型间隔内；和/或，当所述第二传感器挡片位于所述第二光电传感器的槽型间隔内，确定所述光电传感器组的实时开关状态为中间状态；所述槽型间隔为任意所述光电传感器的发射器与接收器间的间隔；

当所述第三传感器挡片位于所述第一光电传感器的槽型间隔内，确定所述光电传感器组的实时开关状态为第一极限状态；

当所述第四传感器挡片位于所述第二光电传感器的槽型间隔内，确定所述光电传感器组的实时开关状态为第二极限状态。

可选的，所述预设位置信息包括中间位置和极限位置，所述接收机器人头部运动指令之前，还包括：

根据第一光电传感器的开关状态，标定第一极限位置；根据第一光电传感器的开关状态和/或第二光电传感器的开关状态，标定中间位置；根据第二光电传感器的开关状态，标定第二极限位置；

可选的，所述根据所述光电传感器组的实时状态及标定的预设位置信息确定机器人头部的实时位置之后，还包括：

当所述实时位置为极限位置时，判断所述头部运动指令是否指示所述机器人头部偏离所述极限位置，若是，则确定所述头部运动指令无效。

可选的，所述传感器挡片组包括第一传感器挡片组和第二传感器挡片组，所述光电传感器组包括第一光电传感器组合第二光电传感器组；

所述头部运动指令包括垂直运动指令和/或水平运动指令；

所述根据传感器挡片组与光电传感器组的匹配位置的变化关系，确定光电传感器组的实时开关状态，包括：

根据第一传感器挡片组与第一光电传感器组的匹配位置的变化关系，确定第一光电传感器组的实时开关状态；和/或，

根据第二传感器挡片组与第二光电传感器组的匹配位置的变化关系，确定第二光电传感器组的实时开关状态；

所述根据所述光电传感器组的实时状态及标定的预设位置信息确定机器人头部的实时位置，包括：

根据所述第一光电传感器组的实时状态及标定的水平预设位置信息确定机器人头部的水平实时位置；和/或，

根据所述第二光电传感器组的实时状态及标定的垂直预设位置信息确定机器人头部的垂直实时位置；

根据所述实时位置及所述头部运动指令确定所述机器人的头部运动路径，包括：

根据所述水平实时位置及所述水平运动指令确定所述机器人的水平运动路径；和/或，

根据所述垂直实时位置及所述垂直运动指令确定所述机器人的垂直运动路径。

本实用新型的上述实施例，机器人头部运动机构包括转动部件、带动转动部件运动的电机、固定于机器人内部的光电传感器组和固定于转动部件上的传感器挡片组；传感器挡片的厚度小于或等于槽型间隔，槽型间隔为任意所述光电传感器的发射器与接收器间的间隔；光电传感器组与传感器挡片组对应配合设置，传感器挡片组与光电传感器组的匹配位置发生变化时，传感器挡片组中的至少一个传感器挡片位于槽型间隔内，从而标定机器人头部的转动位置。通过光电传感器组与传感器挡片组的配合设置，提高了控制机器人头部运动机构的灵活性，同时简化了机器人头部运动机构，降低了成本。

附图说明

图1a为本实用新型实施例提供的一种机器人头部运动机构结构图；

图1b为本实用新型实施例提供的一种机器人结构图；

图2为本实用新型实施例提供的一种光电传感器组的结构图；

图3为本实用新型实施例提供的一种传感器挡片组的结构图；

图4a为本实用新型实施例提供的一种光电传感器与传感器挡片组的相对位置关系图；

图4b为本实用新型实施例提供的一种机器人头部运动机构转动到中间位置的结构图；

图5a为本实用新型实施例提供的另一种光电传感器与传感器挡片组的相对位置关系图；

图5b为本实用新型实施例提供的一种机器人头部运动机构转动到右极限位置的结构图；

图6a为本实用新型实施例提供的另一种光电传感器与传感器挡片组的相对位置关系图；

图6b为本实用新型实施例提供的一种机器人头部运动机构转动到左极限位置的结构图；

图7a为本实用新型实施例提供的另一种机器人头部运动机构结构图；

图7b为本实用新型实施例提供的一种阻尼压板的机构图；

图8为本实用新型实施例提供的另一种机器人头部运动机构结构图；

图9为本实用新型实施例提供的一种机器人头部控制方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种机器人头部运动机构，如图1a所示，为本实用新型实施例提供的一种机器人头部运动机构结构图，包括：转动部件101、带动转动部件101运动的电机102、固定于机器人内部的光电传感器组103和固定于转动部件101上的传感器挡片组104。

具体地，转动部件101为轴，机器人头部运动机构还包括固定轴的轴承座105；轴承座具有第一腔体和第二腔体，第一腔体用于固定轴，第二腔体环绕轴；光电传感器组103位于第二腔体内，且固定在轴承座105内侧；传感器挡片组104位于第二腔体内，且固定在轴上。

需要说明的是，本实用新型实施例还提供一种机器人，如图1b所示，包括本实用新型实施例提供机器人头部运动机构，以及连接于头部运动机构的机器人头部107和机器人躯干108，机器人头部107绕头部运动机构中的转动部件101水平转动，从而实现机器人的摇头动作。

需要说明的是，光电传感器组103可以一体式固定在轴承座105内侧，也可以通过固定装置固定在轴承座105内侧；传感器挡片组104可以一体式固定在轴上，也可以通过固定装置固定在轴上，在此不做限制。此外，光电传感器组103可以垂直设置于轴承座内表面，也可以预设角度固定于轴承座内表面；传感器挡片组104可以垂直设置于轴上，也可以预设角度固定于轴上，只需满足轴带动传感器挡片组104转动时，传感器挡片在光电传感器的槽型间隔中穿过即可，在此不做限制。

进一步地，传感器挡片组104包括至少四个传感器挡片，光电传感器组103包括至少两个光电传感器。光电传感器具有发射器与接收器，发射器与接收器之间的间隔为槽型间隔，传感器挡片的厚度小于或等于槽型间隔。通过光电传感器组103与传感器挡片组104对应配合设置，传感器挡片组104与光电传感器组103的匹配位置发生变化时，传感器挡片组104中的至少一个传感器挡片位于槽型间隔内，从而通过光电传感器组103的开关状态标定机器人头部的转动位置。

可选的，本实用新型提供的各个实施例中，光电传感器组103中的光电传感器的数量为两个，显然，如果光电传感器组103包含更多的光电传感器，其实现方式与两个光电传感器的实现方式是类似的。如图2所示，为本实用新型实施例提供的一种光电传感器组的结构图，包括第一光电传感器201、第二光电传感器、固定装置203。第一光电传感器201和第二光电传感器202设置于固定装置203上，通过至少一个固定孔204与螺栓的配合，将固定装置203固定于轴承座105内侧。

可选地，本实用新型提供的各个实施例中，传感器挡片组104中的传感器挡片的数量为四个，显然，为了得到机器人头部或其他部件更加精细的转动数据时，可以通过增加传感器挡片数量来获得，其实现方式与四个传感器挡片的实现方式是类似的。如图3所示，为本实用新型实施例提供的一种传感器挡片组的结构图，包括第一传感器挡片301、第二传感器挡片302、第三传感器挡片303、第四传感器挡片304、固定装置305。第一传感器挡片301、第二传感器挡片302、第三传感器挡片303和第四传感器挡片304设置于固定装置305上，固定装置305为弧形结构，并固定贴合于轴上。

进一步地，第三传感器挡片303与第一传感器挡片301设置于转动部件101 的第一圆周上；第四传感器挡片304与第二传感器挡片302设置于所述转动部件101的第二圆周上。第一传感器挡片301与第二传感器挡片302的位置具有匹配关系。第一光电传感器201与第一圆周匹配设置，以使当转动部件101转动时，第三传感器挡片103和/或第一传感器挡片101通过第一光电传感器201的槽型间隔。第二光电传感器202与所述第二圆周匹配设置，以使当转动部件101转动时，第四传感器挡片304和/或第二传感器302挡片通过第二光电传感器202的槽型间隔。

具体的，对于第一传感器挡片301与第二传感器挡片302的位置具有的匹配关系，图3所示的结构给出了一种可能的方式：第一传感器挡片301在垂直方向上的投影与第二传感器挡片302完全重合；而本实施例所定义的匹配关系并不仅仅只有这一种实现方式，例如，第一传感器挡片301在垂直方向上的投影与第二传感器挡片302部分重合；第一传感器挡片301在垂直方向上的投影与第二传感器挡片302完全不重合等，上述匹配关系的其目的在于构成一种第一传感器挡片301与第二传感器挡片302的唯一的位置关系，以便对转动部件101的转动位置进行唯一的对应识别。

图4a为本实用新型实施例提供的一种光电传感器与传感器挡片组的相对位置关系图。如图4a所示，第一传感器挡片301位于第一光电传感器201的槽型间隔内，第二传感器挡片302位于第二光电传感器202的槽型间隔内。此时，同时触发第一光电传感器201和第二光电传感器202，将机器人头部运动机构的当前的位置标定为中间位置，如图4b所示，为机器人头部运动机构转动到中间位置的结构图。

图5a为本实用新型实施例提供的另一种光电传感器与传感器挡片组的相对位置关系。如图5a所示，第三传感器挡片303位于第一光电传感器201的槽型间隔内。此时，触发第一光电传感器201，将机器人头部运动机构的当前位置标定为第一极限位置，若该第一极限位置为右极限位置，则如图5b所示，为机器人头部运动机构转动到右极限位置的结构图。

图6a为本实用新型实施例提供的另一种光电传感器与传感器挡片组的相对位置关系。如图6a所示，第四传感器挡片304位于第二光电传感器202的槽型间隔内。此时，触发第二光电传感器202，将机器人头部运动机构的当前位置标定为第二极限位置，若该第二极限位置为左极限位置，则如图6b所示，为机器人头部运动机构转动到左极限位置的结构图。

需要说明的是，本实用新型实施例中，传感器挡片组104中的传感器挡片的数量不限于四个，光电传感器组103中的光电传感器的数量不限于两个。例如，传感器挡片组103包括5个传感器挡片，通过与两个光电传感器的配合，标定出头部转动机构的左极限位置、右极限位置、第一中间位置和第二中间位置，即可以通过增加传感器挡片的个数来提高标定的位置的精度，在此不做限制。

进一步地，如图1a所示，机器人头部运动机构还包括阻尼压板106。阻尼压板106为第一弧形结构，如图7a所示，阻尼压板106的两端设有固定孔705，弹簧螺丝701通过固定孔705固定于所述轴承座105的定位孔702上，从而使得阻尼压板106与轴贴合。此外，如图7b所示，为本实用新型实施例提供的阻尼压板的机构图，阻尼压板106上设置凸起结构704，凸起结构704与轴承座105上的限位孔703配合，通过调节弹簧螺丝701来调节阻尼压板106与轴的106的贴合程度。

例如，机器人头部运动机构不工作时，要求机器人头部不能晃动，若依靠电机102控制机器人头部不晃动，电机102会一直工作导致电机102寿命减少，本实用新型实施例通过调节阻尼压板106上的弹簧螺丝701的松紧度，从而控制阻尼压板106与机器人头部的松紧度，实现机器人头部机构的阻尼调节，减小了电机的负荷。

基于同样的实用新型构思，本实用新型实施例还提供一种机器人头部运动机构，设置于所述机器人头部内，如图8所示，包括：转动部件801、带动转动部件801运动的电机802、固定于机器人内部的光电传感器组803，固定于转动部件101上的传感器挡片组804，轴承座805，阻尼压806。机器人头部807绕所述第二头部运动机构中的转动部件801竖直转动，从而实现机器人的点头动作。其中，头部运动机构中各个部件的连接关系与上述实施例类似，在此不再赘述。

基于同样的实用新型构思，本实用新型实施例还提供一种机器人，包括第一头部运动机构和第二头部运动机构，第一头部运动机构与第二头部运动机构垂直分布。第一头部运动机构分别连接所述机器人头部与所述机器人躯干，机器人头部绕第一头部运动机构中的转动部件水平转动，实现机器人头部水平运动；第二头部运动机构设置于机器人头部内，机器人头部绕第二头部运动机构中的转动部件竖直转动，实现机器人头部垂直运动。当第一头部运动机构与第二头部运动机构同时运作时，可实现机器人头部任意角度的运动。本实用新型实施例通过头部运动机构中光电传感器组与传感器挡片组的配合设置，提高控制机器人头部运动机构的灵活性，同时简化了机器人头部运动机构，降低了成本。

基于同样的实用新型构思，本实用新型实施例还提供一种机器人头部控制方法，应用上述实施例的机器人，如图9所示，为本实用新型实施例提供的一种机器人头部控制方法流程示意图，包括：

步骤901：接收机器人头部运动指令。

步骤902：根据传感器挡片组与光电传感器组的匹配位置的变化关系，确定光电传感器组的实时开关状态，光电传感器组与传感器挡片组对应配合设置。

步骤903：根据光电传感器组的实时状态及标定的预设位置信息确定机器人头部的实时位置。

步骤904：根据实时位置及头部运动指令确定所述机器人的头部运动路径。

本实用新型实施例通过光电传感器组与传感器挡片组的配合设置，标定机器人头部的实时位置，从而确定机器人的头部运动路径，提高了控制机器人头部运动机构的灵活性和简便性。

可选的，上述头部运动指令可以为机器人内部的处理器生成；或者，该头部运动指令可以由外部设备生成，经无线网络或有线网络传输给机器人的处理器。

可选的，头部运动指令可以包括垂直运动指令及水平运动指令。例如，接收到用户输入的机器人运动指令为水平向左30度，垂直向上45度。需要说明的是，机器人头部运动机构包括水平运动机构和垂直运动机构，传感器挡片组包括第一传感器挡片组和第二传感器挡片组，光电传感器组包括第一光电传感器组合第二光电传感器组。

可选的，根据第一传感器挡片组与第一光电传感器组的匹配位置的变化关系，确定第一光电传感器组的实时开关状态。针对水平运动机构，假设水平运动机构的光电传感器为第一光电传感器组，传感器挡片组为第一传感器挡片组。第一光电传感器组包括第一光电传感器和第二光电传感器；第一传感器挡片组传感器挡片组包括第一传感器挡片、第二传感器挡片、第三传感器挡片和第四传感器挡片。其中，任意光电传感器的发射器与接收器间的间隔为槽型间隔。

例如，当第一传感器挡片在垂直方向上的投影与第二传感器挡片完全重合，则第一传感器挡片位于第一光电传感器的槽型间隔内，同时第二传感器挡片位于第二光电传感器的槽型间隔内，则确定光电传感器组的实时开关状态为中间状态。此时，同时触发第一光电传感器和第二光电传感器，即第一光电传感器的实时开关状态为“1”，第二光电传感器的实时开关状态也为“1”。此时，第一光电传感器组的实时开关状态为中间状态。

再如，当第三传感器挡片位于第一光电传感器的槽型间隔内，则确定光电传感器组的实时开关状态为第一极限状态。此时，触发第一光电传感器，即第一光电传感器的实时开关状态为“1”，第二光电传感器的实时开关状态为“0”。此时，第一光电传感器组的实时开关状态为第一极限状态。

再如，当第四传感器挡片位于第二光电传感器的槽型间隔内，则确定光电传感器组的实时开关状态为第二极限状态。此时，触发第二光电传感器，即第一光电传感器的实时开关状态为“0”，第二光电传感器的实时开关状态为“1”。此时，第一光电传感器组的实时开关状态为第二极限状态。

可选的，根据第二传感器挡片组与第二光电传感器组的匹配位置的变化关系，确定第二光电传感器组的实时开关状态。针对垂直运动机构，假设垂直运动机构的光电传感器为第二光电传感器组，传感器挡片组为第二传感器挡片组。具体第二传感器挡片组与第二光电传感器组的匹配位置的变化，以及第二光电传感器组的实时开关状态与上述实施例类似，在此不再赘述。

可选的，根据第一光电传感器组的实时状态及标定的水平预设位置信息确定机器人头部的水平实时位置；根据第二光电传感器组的实时状态及标定的垂直预设位置信息确定机器人头部的垂直实时位置。

其中，针对任意运动机构如水平运动机构，预设位置信息包括中间位置和极限位置，具体地，根据第一光电传感器的开关状态，标定第一极限位置；根据第一光电传感器的开关状态和第二光电传感器的开关状态，标定中间位置；根据第二光电传感器的开关状态，标定第二极限位置。可选的，根据水平实时位置及水平运动指令确定机器人的水平运动路径；根据垂直实时位置及垂直运动指令确定机器人的垂直运动路径。通过执行水平运动和垂直运动可实现机器人头部任意角度的运动，例如，执行的运动路径为水平向左30度，垂直向上45度；再如，重复5次摇头动作；再如，重复10次点头动作。此外，本实用新型各实施例中的机器人可水平运动和垂直运动先后顺序进行，也可以同时进行，在此不做限制。针对任意运动机构如水平运动机构，当实时位置为极限位置时，判断头部运动指令是否指示机器人头部偏离极限位置，若是，则确定所述头部运动指令无效。例如，当机器人实时位置为左极限位置时，接收到向左水平30度的指令，则确定该指令无效。

本实用新型实施例提供的一种机器头部控制方法，接收机器人头部运动指令，根据传感器挡片组与光电传感器组的匹配位置的变化关系，确定光电传感器组的实时开关状态，所述光电传感器组与所述传感器挡片组对应配合设置；根据所述光电传感器组的实时状态及标定的预设位置信息确定机器人头部的实时位置；根据所述实时位置及所述头部运动指令确定所述机器人的头部运动路径。本实用新型实施例通过光电传感器组与传感器挡片组的配合设置，从而标定机器人头部的转动位置，提高了控制机器人头部运动机构的灵活性，同时简化了机器人头部运动机构，降低了成本。

需要说明的是，本实用新型实施例中，“上”“下”对应图片的上方和下方，“左”“右”对应图片中装置的左侧和右侧，“内侧”是指在图片中装置内部的面，“外侧”是指图片中装置外部的面，本实用新型实施例仅是示例作用。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。