CN105171750B - 一种仿人颈部运动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿人颈部运动机构。它包括底座、摇头机构部分、点头机构部分和摆头机构部分，摇头是通过电机带动大、小齿轮传动实现；点头、仰头是通过电机带动圆盘夹，圆盘夹使头部支撑盘运动，从而实现点头、仰头运动；摆头是通过两个摆头电机转动，通过摆头连杆使中间杆和下摆杆摆动，实现头部的摆头动作。本运动机构结构简单，增强仿人机器人的拟人效果；仰头与点头角度都为15°，左右摇头的角度在‑45°到45°之间，摆头最大角度为90°，能够完成正常人能达到的摇头、摆头动作，并且脖子可以完成新疆舞等动作，运动时看起来不那么僵硬，仿人度更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿人机器人颈部运动机构。机器人颈部运动机构是表情机器人研究的一部分，颈部的运动可以使表情机器人更加生动。属于机器人技术领域。
背景技术
目前已经有很多对仿人机器人颈部结构的研究，现有的机器人颈部的运动一般就是点头、摇头、摆头，然而在摇头时，摇头幅度比较小，和人类的真实摇头存在较大差异；摆头动作也会比较具有局限性，难以完成人类颈部能够完成的一些特定动作，如新疆舞等。本次设计的颈部运动可以实现新疆舞的运动，颈部摇头和摆头动作可以综合实现，使脖子的运动更多元化，让机器人的表达更加生动逼真。
发明内容
本发明的目的在于克服现有机器人颈部运动拟人逼真度差的缺点，提出一种仿人颈部运动机构，是一种能够逼真的模仿人类颈部，实现点头、摇头，以及摆头以及高难度的新疆舞等动作的运动机构。
为达到上述的目的，本发明的构思是：为了使脖子的运动更多元化，本发明通过电机带动齿轮传动来实现整体的摇头动作；通过电机带动圆盘夹和头部支撑盘来实现点头运动；通过两个电机左右的驱动连杆，使其实现丰富的摆动姿势；这样整个机构就能实现颈部的点头、摇头和摆头动作；分析摆头连杆、中间杆之间的运动关系，由新疆舞的动作姿态，通过对两个摆头电机的控制，来实现新疆舞动作。
根据上述构思，本发明采用如下技术方案：
一种仿人颈部运动机构，包括底座、止推轴承、摇头轴、大齿轮、螺钉、小齿轮、摇头电机、点头电机、头部支撑盘、圆盘夹、两个摆头电机、四个摆头连杆、下摆杆、上摆杆、摇头电机架、活动铰链和中间杆；所述摇头电机通过摇头电机架和螺钉固定在底座上，摇头电机的输出轴与小齿轮连接，小齿轮连接大齿轮；大齿轮通过键和摇头轴连接，摇头轴与止推轴承配合并安装在底座上，摇头轴与头部支撑盘通过活动铰链连接；所述点头电机固定在底座上，所述点头电机通过圆盘夹连接头部支撑盘；所述中间杆的一端与头部支撑盘铰接，中间杆的另一端和下摆杆的一端铰接，下摆杆的另一端连接上摆杆；所述两个摆头电机安装在头部支撑盘上，其中一个摆头电机连接两根相互铰接的摆头连杆的一端，摆头连杆的另一端铰接下摆杆，另一个摆头电机连接另外两根相互铰接的摆头连杆的一端，摆头连杆的另一端铰接中间杆。
本发明工作原理：四个电机选用舵机，硬件平台搭建完成后，利用单片机应用***及舵机驱动电路板，编制控制程序，控制舵机的启停，正传，反转，协调四个舵机的转动，从而实现机器人点头、仰头，摇头、摆头、新疆舞等动作。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
模拟人类颈部，增强仿人机器人的拟人效果；抬头与点头角度由点头电机控制在15°范围内，不会出现干涉的情况；左右摇头的角度在-45°到45°之间，能够实现正常人达到的摇头动作；摆头最大角度为90°，通过分析摆头连杆、中间杆、四个摆头连杆之间的运动关系，由新疆舞的动作姿态，通过对两个摆头电机的控制，来实现新疆舞动作，运动时看起来不那么僵硬，仿人度更高。
附图说明
图1是本机构的总体设计示意图。
图2是本机构的底部剖面图。
图3是本机构实现摇头运动示意图。
图4是本机构实现点头、仰头运动示意图。
图5是本机构实现摆头运动示意图。
图6是完成新疆舞动作示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种仿人颈部运动机构，包括底座1、止推轴承2、摇头轴3、大齿轮4、螺钉5、小齿轮6、摇头电机7、点头电机8、头部支撑盘9、圆盘夹10、两个摆头电机11、四个摆头连杆12、下摆杆13、上摆杆14、摇头电机架15、活动铰链16和中间杆17；所述摇头电机7通过摇头电机架15和螺钉5固定在底座1上，摇头电机7的输出轴与小齿轮6连接，小齿轮6连接大齿轮4；大齿轮4通过键和摇头轴3连接，摇头轴3与止推轴承2配合并安装在底座1上，摇头轴3与头部支撑盘9通过活动铰链16连接；所述点头电机8固定在底座1上，所述点头电机8通过圆盘夹10连接头部支撑盘9；所述中间杆17的一端与头部支撑盘9铰接，中间杆17的另一端和下摆杆13的一端铰接，下摆杆13的另一端连接上摆杆14；所述两个摆头电机11安装在头部支撑盘9上，其中一个摆头电机11连接两根相互铰接的摆头连杆12的一端，摆头连杆12的另一端铰接下摆杆13，另一个摆头电机11连接另外两根相互铰接的摆头连杆12的一端，摆头连杆12的另一端铰接中间杆17。
如图1至图5所示，所述的摇头电机7转动，带动小齿轮6转动，小齿轮6转动使大齿轮4随之转动，从而使摇头轴3和头部支撑盘9转动，实现整个头部的摇头动作；当点头时，点头电机的轴8要与活动铰链16的轴线平行，点头电机8转动带动圆盘夹10转动，在圆盘夹10的作用下，头部支撑盘9开始点头或仰头，从而使整个头部实现点头动作；所述的两个摆头电机11转动，通过摆头连杆12使中间杆17和下摆杆13摆动，实现头部的摆头动作。
如图6所示，由新疆舞的姿态，可以将颈部结构分为两部分，即中间杆17和下摆杆13，要实现新疆舞的动作，需要下摆杆13保持与头部支撑盘9垂直，然而中间杆17左右摆动来实现；分析下摆杆13、中间杆17和四个摆头连杆12之间的运动关系，通过对两个摆头电机11的控制，使下摆杆13、中间杆17和四个摆头连杆12达到预期运动来实现新疆舞动作。
Claims (1)
1.一种仿人颈部运动机构，其特征在于，包括底座（1）、止推轴承（2）、摇头轴（3）、大齿轮（4）、螺钉（5）、小齿轮（6）、摇头电机（7）、点头电机（8）、头部支撑盘（9）、圆盘夹（10）、两个摆头电机（11）、四个摆头连杆（12）、下摆杆（13）、上摆杆（14）、摇头电机架（15）、活动铰链（16）和中间杆（17）；所述摇头电机（7）通过摇头电机架（15）和螺钉（5）固定在底座（1）上，摇头电机（7）的输出轴与小齿轮（6）连接，小齿轮（6）连接大齿轮（4）；大齿轮（4）通过键和摇头轴（3）连接，摇头轴（3）与止推轴承（2）配合并安装在底座（1）上，摇头轴（3）与头部支撑盘（9）通过活动铰链（16）连接；所述点头电机（8）固定在底座（1）上，所述点头电机（8）通过圆盘夹（10）连接头部支撑盘（9）；所述中间杆（17）的一端与头部支撑盘（9）铰接，中间杆（17）的另一端和下摆杆（13）的一端铰接，下摆杆（13）的另一端连接上摆杆（14）；所述两个摆头电机（11）安装在头部支撑盘（9）上，其中一个摆头电机（11）连接两根相互铰接的摆头连杆（12）的一端，摆头连杆（12）的另一端铰接下摆杆（13），另一个摆头电机（11）连接另外两根相互铰接的摆头连杆（12）的一端，摆头连杆（12）的另一端铰接中间杆（17）。
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