机器人头部转动组件及机器人的制作方法

本发明实施例涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种机器人头部转动组件及机器人。

背景技术

随着类人形机器人的发展，机器人的拟人化程度也越来越高，因此对机器人的灵活度及动作也提出了更高的要求。目前，类人形机器人的自由度主要集中在手臂以及下肢，而大部分机器人的头部与躯干固定连接或者是通过水平旋转的方式可转动安装在躯干上。

人类头部的动作主要是左右转动，前后点头等旋转动作，现有的机器人头部动作多是采用齿轮、链条、电机-皮带传动。其中，齿轮传动对环境要求严格，需要防尘防垢，而且还需要润滑，抗震性和抗冲击性也较差；链条传动适用于平行轴之间的传动，但占用空间较大，不宜在急促反向传动中使用，平稳度比较低；电机-皮带传动，在传递同样大的圆周力时，轮廓尺寸及轴上压力比啮合传动大，而且皮带容易打滑，传动效率不高。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的之一是提供一种机器人头部转动组件，实现头部旋转动作，减少占用的空间，提高传动的平稳度。

本发明的目的之二是提供一种机器人，包括上述机器人头部转动组件，以实现机器人的头部点头动作。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题之一，本发明提供一种机器人头部转动组件，包括旋转支架、旋转臂及旋转驱动件；在所述旋转支架的侧壁下部设有导槽、所述旋转支架的侧壁上部设有旋转支撑部，所述旋转支架可基于所述旋转支撑部转动，所述导槽与所述旋转臂的一端相连，所述旋转臂的另一端与所述旋转驱动件相连，所述旋转驱动件可驱动所述旋转臂旋转，以带动所述旋转支架的端部转动，该旋转支架的端部用于安装机器人的头部。

优选的，所述导槽沿所述旋转支架的长度方向设置，所述旋转臂由所述旋转驱动件驱动后可在所述导槽内滑动。

优选的，所述旋转臂安装在所述导槽中的一端设有传动轴，所述传动轴与所述导槽匹配连接并能够在旋转过程中沿所述导槽长度方向移动；所述旋转驱动件驱动所述旋转臂的另一端做圆周转动。

优选的，所述旋转支架包括支撑柱及与所述支撑柱固定连接的旋转导轨，所述旋转支撑部沿所述支撑柱的径向设置，所述导槽形成于所述旋转导轨的侧壁上。

优选的，所述支撑柱的侧壁设有安装孔，所述安装孔内固定安装有转轴，所述转轴的一端外伸于所述安装孔以形成所述旋转支撑部。

优选的，所述安装孔设有两个，两个所述安装孔设置在所述支撑柱径向上的相对两侧。

优选的，所述安装孔为贯穿所述支撑柱径向相对两侧的贯穿孔，所述转轴插接固定于所述贯穿孔内，所述转轴的两端均外伸于所述贯穿孔。

优选的，所述支撑杆的径向至少一侧构造有外凸部以形成所述旋转支撑部。

优选的，还包括用于支撑所述旋转支撑部的安装座，所述旋转支撑部与所述安装座可转动连接。

优选的，所述安装座包括安装座主体和设于所述安装座主体周侧的轴承座，所述旋转支撑部通过轴承可转动地安装在所述轴承座上。

优选的，所述安装座主体的中部设有供所述旋转支架穿过的通孔。

优选的，所述轴承的外圈通过紧固件固定，并置于所述轴承座上。

优选的，所述轴承座上设有固定槽，所述轴承固定安装在所述固定槽内。

优选的，机器人的颈部套设在所述安装座外，所述颈部的上部呈球面状，机器人的头部的下部呈球面状，所述头部底部设有用于收容所述颈部上部的凹槽，所述旋转支架的顶部固定安装在所述凹槽内。

优选的，所述旋转驱动件为舵机或伺服电机。

为了解决上述技术问题之二，本发明还提供了一种机器人，包括本体和头部，还包括上述机器人头部转动组件，所述本体包括颈部，所述头部安装在所述旋转支架的顶端，所述旋转支撑部横向设置在所述颈部内，所述旋转驱动件驱动所述旋转臂旋转，从而带动所述头部沿所述旋转支撑部前后摆动。

优选的，所述本体还包括支撑架，所述旋转驱动件安装在所述支撑架一侧，所述颈部安装在所述支撑架顶部。

(三)有益效果

本发明提供的机器人头部转动组件，旋转驱动件通过旋转臂向旋转支架提供驱动力，通过旋转臂结构实现动力传递，减少占用的空间，提高传动的平稳性；另外，旋转过程中，旋转臂的一端在导槽内往复运动，可有效消除旋转支架旋转时作用在旋转驱动件上的径向作用力，降低对旋转驱动件的性能要求；本发明提供的机器人，使用上述机器人头部转动组件，能实现头部的点头动作，传动平稳。

附图说明

图1为本发明实施例机器人头部转动组件的结构示意图；

图2为图1中所示的机器人头部转动组件的分解图；

图3为图1中所示的机器人头部转动组件与机器人颈部的配合示意图；

图4为本发明实施例机器人的头部与颈部连接的结构示意图；

图5为图4中所示机器人的头部的结构示意图；

图6为图5中所示机器人的颈部的结构示意图。

图中：1、旋转支架；11、导槽；12、旋转支撑部；13、支撑柱；14、旋转导轨；15、安装孔；2、旋转臂；21、传动轴；3、旋转驱动件；4、转轴；5、安装座；51、安装座主体；52、轴承座；6、轴承；7、紧固件；100、头部；101、凹槽；200、颈部；201、隔板；300、支撑架；301、支撑板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-2所示，本发明实施例提供了一种机器人头部转动组件，包括旋转支架1、旋转臂2及旋转驱动件3。其中，旋转支架1的端部用于安装机器人的头部，在旋转支架1的侧壁下部设有导槽11，在旋转支架1的侧壁上部设有旋转支撑部12。旋转支架1可绕旋转支撑部12转动。旋转臂2的一端与旋转驱动件3相连，旋转臂2的另一端安装在导槽11中。旋转驱动件3驱动旋转臂2旋转，带动旋转支架1绕旋转支撑部12旋转，从而带动安装在旋转支架1端部的机器人的头部转动。

在使用时，如图3所示，旋转支撑部12沿机器人的颈部横向设置，在旋转驱动件3的驱动作用下，旋转臂2随着旋转驱动件3的输出轴做圆周运动，从而带动安装在旋转支架1端部的机器人的头部前后摆动，实现机器人头部的点头动作。通过调节旋转驱动件3的输出转速可以调节头部前后摆动的速度，通过控制旋转驱动件3的转动角度，可以控制头部前后摆动的幅度。需要说明的是，该机器人头部转动组件还可以单独用来实现机器人头部的摇头动作。此时，旋转支撑部12沿机器人的颈部纵向设置。

本发明实施例中的机器人头部转动组件，旋转驱动件3可以为舵机或伺服电机等执行元件。旋转臂2的一端与旋转驱动件3的输出轴固定连接，使得旋转臂2随同旋转驱动件3的输出轴一起旋转。该旋转臂2的旋转中心为旋转驱动件3的输出轴。旋转臂2安装在导槽11内，从而将驱动力传递至旋转支架1，旋转支架1的旋转中心为旋转支撑部12的中心线。另外，旋转过程中，旋转臂2的一端在导槽11内往复运动，能有效消除旋转支架1旋转时通过旋转臂2反作用在旋转驱动件3上的径向作用力，从而实现平稳传动，降低对旋转驱动件3的性能要求。

为了实现平稳传输，导槽11沿旋转支架1的长度方向设置，旋转支撑部12的轴线垂直于导槽11的延伸方向。

为了实现旋转臂2与导槽11可靠连接，旋转臂2安装在导槽11内的一端设置有传动轴21。传动轴21与导槽11匹配连接，当旋转驱动件3驱动旋转臂2旋转时，传动轴21能够在导槽11内来回运动，传递驱动力的同时消除旋转支架1对旋转驱动件3的输出轴的径向作用力。

具体地，旋转支架1包括用于安装机器人头部的支撑柱13及与支撑柱13固定连接的旋转导轨14。旋转支撑部12位于支撑柱13上，并沿支撑柱13的径向延伸；导槽11位于旋转导轨14的侧壁上，沿旋转导轨14的长度方向设置。

其中，旋转支撑部12可以由支撑柱13侧壁上的外凸部形成。当然，旋转支撑部12也可以是与支撑柱13分离设置的。需要说明的是，旋转支撑部12的数量可以只有一个，沿支撑柱13的径向外侧延伸；旋转支撑部12的数量也可以有两个，设置在支撑柱13径向的相对两侧。

另外，旋转支撑部12还可以为另一种结构形式：支撑柱13侧壁上设有安装孔15，在安装孔15内固定安装转轴4，转轴4的端部外伸于安装孔15也可以形成旋转支撑部12。其中，安装孔15可以为盲孔也可以为贯穿孔。当安装孔15为盲孔时，转轴4的一端插接固定在盲孔内，另一端外伸于盲孔，从而形成旋转支撑部12。盲孔的数量可以为一个或两个，与此相匹配，形成一个或两个旋转支撑部12。当安装孔15为贯穿孔时，转轴4插接固定在贯穿孔内，为了实现平稳传动，转轴4的两端均外伸于支撑柱13，形成两个旋转支撑部12。

为了减轻整个组件的重量，支撑柱13采用中空结构，在支撑柱13的两端分别翻边。旋转导轨14为方形框体。方形框体中的一个侧壁与支撑柱13的一个翻边螺栓固定连接。平行于支撑柱13轴线的方形框体的侧壁上设有导槽11。

除此之外，该机器人头部转动组件还包括用于支撑旋转支撑部12的安装座5。旋转支撑部12可转动地安装在安装座5上。具体地，安装座5包括安装座主体51及设置在安装座主体51周侧的轴承座52。旋转支撑部12通过轴承6可转动地安装在轴承座52上，轴承6的外圈通过螺母或卡簧等紧固件7固定，紧固件7位于转轴4端部。需要说明的是，旋转支撑部12与轴承座52一一对应设置。当旋转支撑部12只有一个时，轴承座52为一个，固定在安装座主体51的一侧。当旋转支撑部12为两个时，两个旋转支撑部12相对设置在支撑柱13径向的两侧；相应的，轴承座52为两个，相对固定设置在安装座主体51的两侧。

另外，在本发明实施例中，安装座主体51的中部还设有通孔，用于供旋转支架1中的支撑柱13从中穿过。为了便于安装，在轴承座52上设有固定槽，轴承6固定安装在固定槽内。该固定槽可以为开口槽，此时，轴承的下端收容在开口槽内，上端与颈部200上的隔板201抵接。当然，该固定槽也可以是与轴承相匹配的圆形槽。

如图4所示，本发明实施例还提供了一种机器人，包括头部100、本体及上述的机器人头部转动组件，本体包括颈部200。头部100安装在旋转支架1的顶端，旋转支撑部12横向设置在颈部200内，旋转驱动件3驱动旋转臂2旋转，从而带动头部100沿旋转支撑部12前后摆动。

头部100前后摆动时，在头部100与颈部200之间容易出现缝隙，为此，头部100的下部及颈部200的上部均采用球面状结构。如图5所示，在头部100的底部中央设有凹槽101，旋转支架1固定安装在凹槽101中，颈部200的上部插设在凹槽101内。

另外，如图6所示，在颈部200内还设置有隔板201，支撑柱13从颈部200中部伸出。隔板201与支撑部12相应的部分呈拱形，颈部200罩设在轴承座52及安装座主体51之上，且轴承座52及安装座主体51位于颈部200的腔体内。其中隔板201与支撑部12的顶部抵接。

本体还包括支撑架300，旋转驱动件3安装在旋转支撑架300一侧，在支撑架300的顶部设置有支撑板301，颈部200的下部及安装座5均固定安装在支撑板301上。

以上所述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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。