一种机器人头部运动机构的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人头部运动机构。

背景技术：

现有的机器人为了保证工作的需要，工作时可以拍摄的角度范围足够大，所以基本都安装有运动机构。但是有运动机构的机器人在静止状态下工作时，因为电流会产生轻微的振动，而运动机构会传递这种振动，所以视觉模块因此会产生一定的抖动，机器人所拍摄的图片就会有一定的偏差，导致得到的数据不够完美，这个问题需要进行完善解决，机器人的性能才能更加完备。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题提供一种机器人头部运动机构，在断电状态下，制动器衔铁不会被制动器固定端b中的电磁铁吸引，在弹簧的作用下，制动器衔铁对制动器摩擦片施加较大的压力和摩擦力，使制动器摩擦片不能转动，从而导致机器人头部不能转动，机器人整体因而具有一定的刚性，在工作时视觉传感器就不会有抖动，解决了原有的机器人存在缺陷的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种机器人头部运动机构，包括水平运动装置、俯仰运动装置和头部支撑框架，水平运动装置的输出与俯仰运动装置连接，俯仰运动装置的输出与头部支撑框架连接，所述水平运动装置和俯仰运动装置均连接有制动装置。

所述水平运动装置包括水平电机，水平电机主要用于实现机器人的左右旋转。

由于头部线缆多，为方便头部走线，本实施例的水平电机为中空结构，水平电机的输出轴包括t形中空轴，t形中空轴从水平电机中穿过，头部线缆可从t形中空轴内穿过。

俯仰运动装置包括俯仰电机，俯仰电机主要用于实现机器人的点头、抬头动作。

所述水平电机装于支撑座上，水平电机的输出轴与俯仰电机固定座连接，所述俯仰电机装于所述俯仰电机固定座上，所述俯仰电机的输出轴连接头部支撑次框架。其中，支撑座可以是机器人身体的一部分，也可以机器人的外部负载的连接器；本实施例中水平电机通过螺钉固定在支撑座上。

本实施例中俯仰运动装置、水平运动装置的驱动装置均包括制动器固定端a、制动器固定端b、制动器摩擦片、制动器衔铁、电磁铁以及施力部件；

所述制动器摩擦片与水平电机的输出轴连接，制动器摩擦片可沿所述输出轴轴向移动但不可相对于输出轴转动，如此可实现当制动器摩擦片被固定时，水平电机的输出轴也无法进行旋转。

制动器摩擦片和制动器衔铁设于制动器固定端a与制动器固定端b之间，所述施力部件用于给制动器衔铁施力，在施力部件的作用下制动器衔铁与制动器固定端a夹紧制动器摩擦片；

所述电磁铁装于制动器固定端b上，电磁铁通电可吸引制动器衔铁使制动器衔铁克服施力部件的作用力而松开制动器摩擦片，本实施例中施力部件为弹簧。

实现制动器摩擦片可沿所述输出轴轴向移动但不可相对于输出轴转动有以下两种方式：方式一、制动器摩擦片通过齿轮传动与水平电机的输出轴啮合传动；方式二、如图所示，所述制动器衔铁空套在t形中空轴外，所述t形中空轴上同轴装有水平运动轮毂，所述制动器摩擦片套在水平运动轮毂外。所述制动器摩擦片的内孔为多边形，水平运动轮毂与制动器摩擦片轴向滑动配合，继而实现制动器摩擦片可沿水平运动轮毂轴向移动但不可相对于水平运动轮毂转动。

制动器摩擦片的内孔可为四边形、五边形、六边形、单齿形、多齿形等。本实施例中制动器摩擦片的内孔为方形，相应的水平运动轮毂外四方形。

所述水平电机及其输出轴均为中空结构，便于进行走线，水平电机的输出轴从水平电机中穿过，水平电机的输出轴为t形中空轴；

为使头部支撑框架更加稳定，本实施例中头部支撑次框架的一侧通过固定件a与俯仰电机的输出轴固接，头部支撑次框架的另一侧通过固定件b、轴承固定座、轴承与俯仰电机的机壳转动连接。

为使轴承固定座与机壳的连接更加方便快捷，本实施例将轴承固定座分为轴承固定座a和轴承固定座b两部分，两者通过螺钉径向连接卡住轴承的轴承外圈。

为限制机器人的俯仰角度，机器人头部运动机构还包括用于限制俯仰角度的限位结构，所述限位结构包括装于轴承固定座上的俯仰限位凸起a，以及装于俯仰电机的机壳上的俯仰限位凸起b。通过俯仰限位凸起a与俯仰限位凸起b的相互抵持实现位置的限定。

为了实现点头角度和抬头角度的限定，俯仰限位凸起a布置有两个，相应的俯仰限位凸起b也布置有两个，两个俯仰限位凸起a之间的间隔决定头部的俯仰幅度。

为减轻机构的重量，同时又能保证整体结构的刚性，本实施例中俯仰限位凸起a与轴承固定座a一体制造。

工作时，先将机器人驱动传动机构的装置通电，然后水平制动器的制动器固定端b中的电磁铁会将制动器衔铁吸附，当制动器衔铁与制动器固定端b紧密贴合后，制动器摩擦片与制动器衔铁会存在一定的间隙，所以机器人的头部可以进行水平运动，在转动到固定的角度后，将驱动装置断电，在弹簧的作用下，制动器衔铁会对制动器摩擦片施加一定的压力和摩擦力，使制动器摩擦片不能再进行转动，从而使机器人的头部不能再进行水平转动，俯仰运动也是同理，机器人的头部不能进行转动时整体具有一定的刚性，电流产生的振动不会影响到视觉传感器，使得拍摄出的图像完全合格。

本发明在断电状态下，制动器衔铁不会被制动器固定端b中的电磁铁吸引，在弹簧的作用下，制动器衔铁对制动器摩擦片施加较大的压力和摩擦力，使制动器摩擦片不能转动，从而导致机器人头部不能转动，机器人整体因而具有一定的刚性，在工作时视觉传感器就不会有抖动，解决了原有的机器人存在缺陷的问题。

进一步地，所述水平运动装置包括水平电机，俯仰运动装置包括俯仰电机；所述水平电机装于支撑座上，水平电机的输出轴与俯仰电机固定座连接，所述俯仰电机装于所述俯仰电机固定座上，所述俯仰电机的输出轴连接头部支撑次框架。通过水平电机的输出轴和俯仰电机的输出轴的连接关系，可以使机器人的头部进行水平转动和俯仰转动，扩大机器人拍摄的范围。

进一步地，所述制动装置包括制动器固定端a、制动器固定端b、制动器摩擦片、制动器衔铁、电磁铁以及施力部件；所述制动器摩擦片与水平电机的输出轴连接，制动器摩擦片可沿所述输出轴轴向移动但不可相对于输出轴转动；制动器摩擦片和制动器衔铁设于制动器固定端a与制动器固定端b之间，所述施力部件用于给制动器衔铁施力，在施力部件的作用下制动器衔铁与制动器固定端a夹紧制动器摩擦片；所述电磁铁装于制动器固定端b上，电磁铁通电可吸引制动器衔铁使制动器衔铁克服施力部件的作用力而松开制动器摩擦片。在通电状态下，制动装置中的电磁铁可以吸引制动器衔铁，使制动器摩擦片不受限制，机器人可以进行水平转动，而失电后在施力部件的作用下，制动器固定端a和制动器衔铁会将制动器摩擦片夹紧，使机器人的头部不能转动。

进一步地，所述施力部件为弹簧，或者施力部件为设于制动器固定端a上的磁铁。弹簧或者磁铁都可以对制动器衔铁施力使其移动，部件不同，安装的位置和施力方向也就不同。

进一步地，所述制动器衔铁空套在水平电机的输出轴外，所述输出轴上同轴装有水平运动轮毂，所述制动器摩擦片套在水平运动轮毂外，制动器摩擦片可沿水平运动轮毂轴向移动但不可相对于水平运动轮毂转动。水平电机的输出轴是否可以转动，要取决于制动器摩擦片是否受到限制。

进一步地，所述制动器摩擦片的内孔为多边形，水平运动轮毂与制动器摩擦片滑动配合。制动器摩擦片必定随水平运动轮毂同时转动。

进一步地，所述水平电机及其输出轴均为中空结构，水平电机的输出轴从水平电机中穿过，水平电机的输出轴为t形中空轴。在实际使用时，中空结构便于进行走线。

进一步地，所述头部支撑次框架的一侧与俯仰电机的输出轴固接，头部支撑次框架的另一侧通过轴承固定座、轴承与俯仰电机的机壳转动连接。头部支撑次框架的两端进行固定，可以提高头部支撑次框架安装在俯仰运动装置顶部的稳定性。

进一步地，还包括用于限制俯仰角度的限位结构，所述限位结构包括装于轴承固定座上的俯仰限位凸起a，以及装于俯仰电机的机壳上的俯仰限位凸起b。可以防止机器人头部俯仰运动的角度过大而发生碰撞。

进一步地，所述俯仰限位凸起a与轴承固定座一体制造。俯仰限位凸起a与轴承固定座的连接关系更稳定，保证限位结构可以稳定地起到限制作用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在断电状态下，制动器衔铁不会被制动器固定端b中的电磁铁吸引，在弹簧的作用下，制动器衔铁对制动器摩擦片施加较大的压力和摩擦力，使制动器摩擦片不能转动，从而导致机器人头部不能转动，机器人整体因而具有一定的刚性，在工作时视觉传感器就不会有抖动，解决了原有的机器人存在缺陷的问题。

2、本发明中所述水平运动装置包括水平电机，俯仰运动装置包括俯仰电机；所述水平电机装于支撑座上，水平电机的输出轴与俯仰电机固定座连接，所述俯仰电机装于所述俯仰电机固定座上，所述俯仰电机的输出轴连接头部支撑次框架。通过水平电机的输出轴和俯仰电机的输出轴的连接关系，可以使机器人的头部进行水平转动和俯仰转动，扩大机器人拍摄的范围。

3、本发明中所述水平制动器包括从下到上依次设置的制动器固定端a、制动器摩擦片、制动器衔铁、制动器固定端b，所述制动器固定端a通过螺钉与制动器固定端b连接，所述制动器摩擦片与t形中空轴配合，制动器摩擦片可以沿t形中空轴轴向移动，但不能相对于t形中空轴转动，在所述制动器固定端b中设有永磁铁和弹簧，所述弹簧的两端分别与制动器固定端b和制动器衔铁连接，在弹簧的作用下制动器衔铁和制动器固定端a夹紧制动器摩擦片，永磁铁通电可吸引制动器衔铁，使制动器衔铁克服弹簧的作用力而松开制动器摩擦片。

4、本发明中所述施力部件为弹簧，或者施力部件为设于制动器固定端a上的磁铁。弹簧或者磁铁都可以对制动器衔铁施力使其移动，部件不同，安装的位置和施力方向也就不同。

5、本发明中所述制动器衔铁空套在水平电机的输出轴外，所述输出轴上同轴装有水平运动轮毂，所述制动器摩擦片套在水平运动轮毂外，制动器摩擦片可沿水平运动轮毂轴向移动但不可相对于水平运动轮毂转动。水平电机的输出轴是否可以转动，要取决于制动器摩擦片是否受到限制。

6、本发明中所述制动器摩擦片的内孔为多边形，水平运动轮毂与制动器摩擦片滑动配合。制动器摩擦片必定随水平运动轮毂同时转动。

7、本发明中所述水平电机及其输出轴均为中空结构，水平电机的输出轴从水平电机中穿过，水平电机的输出轴为t形中空轴。在实际使用时，中空结构便于进行走线。

8、本发明中所述头部支撑次框架的一侧与俯仰电机的输出轴固接，头部支撑次框架的另一侧通过轴承固定座、轴承与俯仰电机的机壳转动连接。头部支撑次框架的两端进行固定，可以提高头部支撑次框架安装在俯仰运动装置顶部的稳定性。

9、本发明中还包括用于限制俯仰角度的限位结构，所述限位结构包括装于轴承固定座上的俯仰限位凸起a，以及装于俯仰电机的机壳上的俯仰限位凸起b。可以防止机器人头部俯仰运动的角度过大而发生碰撞。

10、本发明中所述俯仰限位凸起a与轴承固定座一体制造。俯仰限位凸起a与轴承固定座的连接关系更稳定，保证限位结构可以稳定地起到限制作用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的传动机构的结构示意图；

图3是图2的结构爆炸图；

图4是图2的剖视图；

图5是本发明的水平制动器的剖视图；

图6是本发明的水平制动器的仰视图。

附图标识：1-支撑座，2-传动机构，201-水平制动器，2011-制动器固定端a，2012-制动器摩擦片，2013-制动器衔铁，2014-制动器固定端b，2015-弹簧，202-水平制动器固定座，203-水平电机，204-t形中空轴，205-俯仰电机固定座，206-俯仰制动器，207-一体式轮毂，208-俯仰制动器固定座，209-俯仰电机，210-机壳，211-轴承，212-轴承固定座a，213-轴承固定座b，214-轴承轴向固定板，215-水平运动轮毂，216-俯仰运动限位凸起a，217-俯仰运动限位凸起b，3-头部支撑主框架，4-头部支撑次框架，401-固定件a，402-固定件b，5-视觉传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。

下面结合图1至图6对本发明作详细说明。

实施例1

一种机器人头部运动机构，包括从下到上依次安装的支撑座1和传动机构2和头部支撑框架，所述传动机构2包括水平运动装置和俯仰运动装置，所述水平运动装置的输出端与俯仰运动装置连接，俯仰运动装置的输出端与头部支撑框架连接。

所述头部支撑框架包括顶部的支部支撑主框架3和底部的头部支撑次框架4，在所述头部支撑主框架3上设有视觉传感器5，在水平运动装置和俯仰运动装置上均连接有制动装置。

所述水平运动装置包括水平电机203，水平电机203主要用于实现机器人的左右旋转。

由于头部线缆多，为方便头部走线，本实施例的水平电机203为中空结构，水平电机的输出轴包括t形中空轴204，t形中空轴204从水平电机203中穿过，头部线缆可从t形中空轴204内穿过。

俯仰运动装置包括俯仰电机209，俯仰电机209主要用于实现机器人的点头、抬头动作。

所述水平电机203装于支撑座1上，水平电机203的输出轴与俯仰电机固定座205连接，所述俯仰电机209装于所述俯仰电机固定座205上，所述俯仰电机209的输出轴连接头部支撑次框架4。其中，支撑座1可以是机器人身体的一部分，也可以机器人的外部负载的连接器；本实施例中水平电机203通过螺钉固定在支撑座1上。

本实施例中俯仰运动装置、水平运动装置的驱动装置均包括制动器固定端a2011、制动器固定端b2014、制动器摩擦片2012、制动器衔铁2013、电磁铁以及施力部件；

所述制动器摩擦片2012与水平电机203的输出轴连接，制动器摩擦片2012可沿所述输出轴轴向移动但不可相对于输出轴转动，如此可实现当制动器摩擦片2012被固定时，水平电机203的输出轴也无法进行旋转。

制动器摩擦片2012和制动器衔铁2013设于制动器固定端a2011与制动器固定端b2014之间，所述施力部件用于给制动器衔铁2013施力，在施力部件的作用下制动器衔铁2013与制动器固定端a2011夹紧制动器摩擦片2012；

所述电磁铁装于制动器固定端b2014上，电磁铁通电可吸引制动器衔铁2013使制动器衔铁2013克服施力部件的作用力而松开制动器摩擦片2012，本实施例中施力部件为弹簧2015。

实现制动器摩擦片2012可沿所述输出轴轴向移动但不可相对于输出轴转动有以下两种方式：方式一、制动器摩擦片2012通过齿轮传动与水平电机203的输出轴啮合传动；方式二、如图4所示，所述制动器衔铁2013空套在t形中空轴204外，所述t形中空轴20上同轴装有水平运动轮毂215，所述制动器摩擦片2012套在水平运动轮毂215外。所述制动器摩擦片2012的内孔为多边形，水平运动轮毂215与制动器摩擦片2012轴向滑动配合，继而实现制动器摩擦片2012可沿水平运动轮毂215轴向移动但不可相对于水平运动轮毂215转动。

制动器摩擦片2012的内孔可为四边形、五边形、六边形、单齿形、多齿形等。本实施例中制动器摩擦片2012的内孔为方形，相应的水平运动轮毂215外四方形。

所述水平电机203及其输出轴均为中空结构，便于进行走线，水平电机203的输出轴从水平电机203中穿过，水平电机203的输出轴为t形中空轴204；

为使头部支撑框架更加稳定，本实施例中头部支撑次框架4的一侧通过固定件a401与俯仰电机209的输出轴固接，头部支撑次框架4的另一侧通过固定件b402、轴承固定座、轴承211与俯仰电机209的机壳210转动连接。

为使轴承固定座与机壳210的连接更加方便快捷，本实施例将轴承固定座分为轴承固定座a212和轴承固定座b213两部分，两者通过螺钉径向连接卡住轴承211的轴承外圈。

为限制机器人的俯仰角度，机器人头部运动机构还包括用于限制俯仰角度的限位结构，所述限位结构包括装于轴承固定座上的俯仰限位凸起a216，以及装于俯仰电机209的机壳210上的俯仰限位凸起b217。通过俯仰限位凸起a216与俯仰限位凸起b217的相互抵持实现位置的限定。

为了实现点头角度和抬头角度的限定，俯仰限位凸起a216布置有两个，相应的俯仰限位凸起b217也布置有两个，两个俯仰限位凸起a216之间的间隔决定头部的俯仰幅度。

为减轻机构的重量，同时又能保证整体结构的刚性，本实施例中俯仰限位凸起a216与轴承固定座a212一体制造。

工作时，先将机器人驱动传动机构2的装置通电，然后水平制动器201的制动器固定端b2014中的电磁铁会将制动器衔铁2013吸附，当制动器衔铁2013与制动器固定端b2014紧密贴合后，制动器摩擦片2012与制动器衔铁2013会存在一定的间隙，所以机器人的头部可以进行水平运动，在转动到固定的角度后，将驱动装置断电，在弹簧2015的作用下，制动器衔铁2013会对制动器摩擦片2012施加一定的压力和摩擦力，使制动器摩擦片2012不能再进行转动，从而使机器人的头部不能再进行水平转动，俯仰运动也是同理，机器人的头部不能进行转动时整体具有一定的刚性，电流产生的振动不会影响到视觉传感器5，使得拍摄出的图像完全合格。

本发明在断电状态下，制动器衔铁不会被制动器固定端b中的电磁铁吸引，在弹簧的作用下，制动器衔铁对制动器摩擦片施加较大的压力和摩擦力，使制动器摩擦片不能转动，从而导致机器人头部不能转动，机器人整体因而具有一定的刚性，在工作时视觉传感器就不会有抖动，解决了原有的机器人存在缺陷的问题。

实施例2

在实施例中施力部件为磁铁，该磁铁安装在制动器固定端a2011上，在电磁铁失电状态时可以吸引制动器衔铁2013移动，使制动器固定端a2011和制动器衔铁2013将制动器摩擦片2012夹紧，与弹簧所发挥的作用相同。

该磁铁对制动器衔铁2013的吸力应当小于电磁铁对制动器衔铁2013的吸力，从而使得电磁铁通电时，可吸引制动器衔铁2013反向移动，使其松开制动器摩擦片2012。

当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。