CN108044637B - 一种仿人机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿人机器人，包括头部组件和颈部组件，还包括手臂组件、灵活手组件、主体组件和腿部组件，头部组件设舌头组件、嘴部组件和眼部组件，各组件配置有各自相对应的驱动舵机及其驱动动作部件；其中舌头组件包括舌头伸缩组件、舌头上下翘动组件和舌头左右摆动组件；主体组件包括肩部框架结构、仿人体脊椎和主体基座，主体组件通过主体基座与腿部组件上端相连接，肩部框架结构两侧设手臂组件，灵活手组件包括手掌部件、大母指和四个手指，灵活手组件设在手臂组件下端头处，肩部框架结构上端设颈部组件，颈部组件上端设头部组件。提高机器人人仿人体脊椎活动灵活性，提高机器人活动幅度有效性，提高抓取有效灵活性。

Description

一种仿人机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其是涉及一种仿人机器人。

背景技术

随着机器人的产品不断出现，机器人被得到较大程度上的应用，不过现有一些带头部的仿人机器人，具有运动快速灵活，也有较强的弹跳等动作能力，然而却不具有带舌头和嘴角表情等丰富表情动作功能，不能给人们提供使用沟通上的丰富表情体验及愉悦心情感受，也不具有与人类脊柱等相同的灵活程度，导致人形机器人的脊柱活动灵活度受限。

发明内容

本发明为解决现有仿人机器人存在着沟通表情不够丰富，且动作灵活度不够高，脊柱等活动灵活度受限等现状而提供的一种动作灵活度高，沟通表情丰富，能更大程度上的实现仿人灵活度效果的仿人机器人。

本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种仿人机器人，包括头部组件和颈部组件，其特征在于：还包括手臂组件、灵活手组件、主体组件和腿部组件，头部组件设舌头组件、嘴部组件和眼部组件，各组件配置有各自相对应的驱动舵机及其驱动动作部件；其中舌头组件包括舌头伸缩组件、舌头上下翘动组件和舌头左右摆动组件；主体组件包括肩部框架结构、仿人体脊椎和主体基座，主体组件通过主体基座与腿部组件上端相连接，肩部框架结构两侧设手臂组件，灵活手组件包括手掌部件、大母指和四个手指，灵活手组件设在手臂组件下端头处，肩部框架结构上端设颈部组件，颈部组件上端设头部组件；所述的主体组件还设有主体框架，肩舵机、能源电池、电池框架和电动推杆，能源电池设在电池框架上，电池框架设在主体框架上，主体框架上端与肩部框架结构相连接，肩部框架结构左右两端处设有手臂转动舵机，肩舵机连接手臂组件，主体基座两侧设电动推杆，两个电动推杆上端均与主体框架相连接，主体基座中间和主体框架下端之间位置处连接仿人体脊椎。提高主体组件安装连接灵活性，与弯腰活动灵活性。提高机器人人仿人体脊椎活动灵活性，提高机器人活动幅度有效性，提高抓取有效灵活性。

作为优选，所述的腿部组件包括大腿、小腿，大腿侧方线性驱动单元、大腿前方线性驱动单元、尼龙齿轮膝盖、小腿线性驱动单元、脚掌和脚掌中部电机，大腿上设大腿侧方线性驱动单元和大腿前方线性驱动单元，大腿侧方线性驱动单元和大腿前方线性驱动单元上端与主体组件的主体基座相连接，尼龙齿轮膝盖包括两年组相互啮合的齿轮组，其中每组上齿轮与大腿下端相连接，每组下齿轮与小腿上端相连接，小腿上设小腿线性驱动单元和脚掌中部电机，小腿下端与脚掌相连接，脚掌中部电机和小腿线性驱动单元下端与脚掌相连接。提高腿部活动灵活性，提高机器人活动灵活性。

作为优选，所述的腿部组件设有两个大腿，每个大腿设两个大腿侧方线性驱动单元和一个大腿前方线性驱动单元，三个线性驱动单元成三角形状分布在大腿上；两个大腿侧方线性驱动单元做伸缩运动，实现腿部结构的左右摆动，大腿前方线性驱动单元做伸缩运动实现腿部结构的前后摆动。提高腿部活动灵活性，提高机器人活动灵活性。

作为优选，所述的大腿侧方线性驱动单元、大腿前方线性驱动单元和小腿线性驱动单元均采用线性驱动器结构，所述线性驱动器包括直流无刷电机和驱动器骨架、直流无刷电机设在驱动器骨架上，驱动器骨架采用铝质结构，驱动器骨架采用中空腔架结构，直流无刷电机设在驱动器骨架侧边上段位置处，驱动器骨架上设同步驱动装置，在驱动器骨架中空腔架内设丝杆和齿轮箱，同步驱动装置与直流无刷电机驱动轴相连接，驱动器骨架底端设单杆形球头杆端关节轴承，驱动器骨架侧边设拉线钩，同步驱动装置上设丝杆，丝杆上设位置移动机构。提高腿部活动灵活性，提高机器人活动灵活性，具备更灵活的抓取有效性。

作为优选，所述的手臂组件包括肩部舵机、大臂转动件、大臂舵机、大臂舵机固定件、小臂舵机、小臂转动件、手腕舵机和手腕转动件，大臂转动件上设肩部转动件，肩部舵机设在肩部转动件上，大臂转动件上设大臂舵机和大臂舵机固定件，大臂舵机固定件上设小臂舵机，小臂转动件设小臂舵机上，小臂转动件上设手腕舵机，手腕舵机上设手腕转动件，肩部转动件与主体组件上的手臂转动舵机相连接；手臂转动舵机驱动肩部转动件转动，肩部舵机带动大臂转动件转动，大臂舵机带动大臂舵机固定件转动，小臂舵机驱动小臂转动件前后摆动，手腕转动件在手腕舵机的转动下实现前后摆动。提高手臂组件活动灵活有效性。

作为优选，所述的仿人体脊椎包括上脊柱段、中间连接座和下脊柱段，上脊柱段和下脊柱段分别与中间连接座相活动链接，上脊柱段和下脊柱段均采用链条式连接结构，且上脊柱段和下脊柱段分别设在中间连接座的两个不同方向上；链条式连接结构包括两段外侧链接块、两段内侧链接杆和两段次外侧连接块，两段外侧链接块和两段次外侧链接块采用纵向交互链接，两段内侧链接杆与两段次外侧链接块之间采取倾斜交互链接结构，两段内侧链接杆相互之间采用关节互锁链接结构。提高机器人人仿人体脊椎活动灵活性，提高机器人活动幅度有效性。

作为优选，所述的中间连接座具有四个链接侧面，上脊柱段和下脊柱段分别设在两个相邻的链接侧面上，形成上脊柱段和下脊柱段的不同弯曲方向。提高机器人人仿人体脊椎活动灵活性，提高机器人活动幅度有效性。

作为优选，所述的嘴部组件包括嘴巴组件和嘴角组件，所述的嘴角组件包括嘴角舵机、舵机盘、曲柄盘、连杆、滑动块、导向块和摆动臂，嘴角舵机上设舵机盘，舵机盘上设曲柄盘，曲柄盘上设两个对称的连杆，连杆上设导向块和滑动块，滑动块上设拨动杆，拨动杆上设嘴角摆动臂。提高嘴部丰富表情沟通有效性体验。

作为优选，所述的舌头上下翘动组件包括基座、主轴、翘动舵机、摆动块和翘动绳轮组件，基座上设置主轴和翘动舵机，翘动舵机上安装翘动绳轮组件，翘动绳轮组件上设摆动块，摆动块上设舌头，翘动绳轮组件包括主动绳轮、绳轮连接块、被动绳轮和线绳，舌头上下翘动组件用于完成舌头上下翘动表情动作。提高舌头丰富表情沟通体验。

本发明的有益效果是：提高机器人人仿人体脊椎活动灵活性，提高机器人活动幅度有效性；提高机器人人仿人体脊椎活动灵活性，提高机器人活动幅度有效性。提高腿部活动灵活性，提高机器人活动灵活稳定性，具有更高更强的抓取灵活性。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1是本发明仿人机器人的结构示意图。

图2是本发明仿人机器人中头部组件和颈部组件的结构示意图。

图3是本发明仿人机器人中手臂组件的结构示意图。

图4是本发明仿人机器人中灵活手组件的结构示意图。

图5是本发明仿人机器人中主体组件的结构示意图。

图6是本发明仿人机器人中仿人体脊椎的结构示意图。

图7是本发明仿人机器人中腿部组件的结构示意图。

图8是图7中线性单元所采用的线性驱动器结构示意图。

图9是本发明仿人机器人中嘴部组件的结构示意图。

图10是本发明仿人机器人舌头组件的结构示意图。

具体实施方式

图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示的实施例中，一种仿人机器人，包括头部组件10和颈部组件20，还包括手臂组件30、灵活手组件50、主体组件40和腿部组件60，头部组件设头壳11、下颚14、舌头组件、嘴部组件和眼部组件12，各组件配置有各自相对应的驱动舵机及其驱动动作部件；其中舌头组件包括舌头伸缩组件、舌头上下翘动组件和舌头左右摆动组件，嘴部组件用于完成嘴巴张开闭合动作表情和/或嘴角微笑动作表情，眼部组件用于完成眼珠左右运动动作表情和/或眼皮眨眼动作表情，舌头组件用于动作完成舌头的伸缩、上下翘动和左右摆动动作表情；主体组件40包括肩部框架结构41、仿人体脊椎70和主体基座46，主体组件40过主体基座46与腿部组件60上端相连接，肩部框架结构41两侧安装连接手臂组件30，灵活手组件50包括手掌部件53、大母指51和四个手指52，灵活手组件50安装在手臂组件30下端头处，肩部框架结构41上端安装颈部组件20，颈部组件20上端安装连接头部组件10，手掌部件53内安装手掌控制单元，手掌控制单元控制大母指51和四个手指52的曲申运动与张开收拢运动。腿部组件包括大腿、小腿，大腿侧方线性驱动单元、大腿前方线性驱动单元、尼龙齿轮膝盖、小腿线性驱动单元、脚掌和脚掌中部电机，大腿上安装大腿侧方线性驱动单元61和大腿前方线性驱动单元65，大腿侧方线性驱动单元61和大腿前方线性驱动单元65上端与主体组件40的主体基座46相连接，尼龙齿轮膝盖包括两组相互啮合的齿轮组62，其中每组上齿轮621与大腿下端相连接，每组下齿轮622与小腿上端相连接，小腿上安装小腿线性驱动单元64和脚掌中部电机66，小腿下端与脚掌63相连接，脚掌中部电机66和小腿线性驱动单元64下端与脚掌63相连接。腿部组件设有两个大腿，每个大腿设两个大腿侧方线性驱动单元61和一个大腿前方线性驱动单元65，三个线性驱动单元成三角形状分布在大腿上；两个大腿侧方线性驱动单元61做伸缩运动，实现腿部结构的左右摆动，大腿前方线性驱动单元65做伸缩运动实现腿部结构的前后摆动。大腿侧方线性驱动单元、大腿前方线性驱动单元和小腿线性驱动单元均采用线性驱动器结构，所述线性驱动器包括直流无刷电机6A和驱动器骨架6B、直流无刷电机6A安装在驱动器骨架6B上，驱动器骨架6B采用铝质结构，驱动器骨架采用中空腔架结构，直流无刷电机6A安装在驱动器骨架6B侧边上段位置处，驱动器骨架6B上设同步驱动装置，在驱动器骨架中空腔架6H内设丝杆和/齿轮箱6K，同步驱动装置与直流无刷电机驱动轴相连接，驱动器骨架底端设单杆形球头杆端关节轴承6C，驱动器骨架6B侧边设拉线钩，同步驱动装置上设丝杆，丝杆上设位置移动机构。拉线钩包括1#拉线钩6D和2#拉线钩6E，1#拉线钩6D设在2#拉线钩6E的上方位置处。驱动器骨架6B顶端安装上部连接块6F，上部连接块6F上安装直线轴承6G。手臂组件包括肩部舵机、大臂转动件38、大臂舵机33、大臂舵机固定件、小臂舵机、小臂转动件、手腕舵机和手腕转动件，大臂转动件上设肩部转动件，肩部舵机设在肩部转动件上，大臂转动件38上设大臂舵机34和大臂舵机固定件31，大臂舵机固定件31上设小臂舵机35，小臂转动件32设小臂舵机35上，小臂转动件32上设手腕舵机36，手腕舵机36上设手腕转动件37，肩部转动件与主体组件上的手臂转动舵机相连接；手臂转动舵机驱动肩部转动件转动，手臂转动舵机带动大臂转动件转动，大臂舵机带动大臂舵机固定件转动，小臂舵机驱动小臂转动件前后摆动，手腕转动件在手腕舵机的转动下实现前后摆动。主体组件40安装有肩部框架结构41、主体框架48，肩舵机42、能源电池49、电池框架44、电动推杆45、仿人体脊椎70和主体基座46，能源电池49安装在电池框架44上，电池框架44设在主体框架48上，主体框架48上端与肩部框架结构41相连接，肩部框架结构41左右两端处安装有手臂转动舵机，肩舵机42连接手臂组件30，主体基座46两侧安装电动推杆45，两个电动推杆45上端均与主体框架48相连接，主体基座46中间和主体框架48下端之间位置处连接仿人体脊椎70。两个电动推杆45下端通过转连接臂47安装连接在主体基座46，转连接臂47扭动带动电动推杆45及主体框架48的左右倾斜扭动，实现扭腰动作，提高实现灵活扭腰效果。仿人体脊椎70包括上脊柱段、中间连接座和下脊柱段，上脊柱段和下脊柱段分别与中间连接座相活动链接，上脊柱段和下脊柱段均采用链条式连接结构，且上脊柱段和下脊柱段分别设在中间连接座的两个不同方向上；链条式连接结构包括两段外侧链接块、两段内侧链接杆和两段次外侧连接块，两段外侧链接块和两段次外侧链接块采用纵向交互链接，两段内侧链接杆与两段次外侧链接块之间采取倾斜交互链接结构，两段内侧链接杆相互之间采用关节互锁链接结构。中间连接座7E具有四个链接侧面，上脊柱段和下脊柱段分别设在两个相邻的链接侧面上，形成上脊柱段和下脊柱段的不同弯曲方向。其中上脊柱段包括上外侧链接块7A、上内侧链接杆7C和上次外侧连接块7B，上脊柱段上端头处安装主体框架48；下脊柱段包括下外侧链接块8A、下内侧链接杆8C和下次外侧连接块8B，下脊柱段安装在下链接座7D上。两段次外侧链接块在每块次外侧链接单块上开有上下两个曲线轮槽，两段内侧链接杆（7C、8C）通过曲线轮槽与两段外侧链接块相链接。两段内侧链接杆在每个内侧链接杆两端头处设有锁唇，且两端头出的锁唇互为反向设置，两段内侧链接杆安装后的锁唇相互形成关节互锁结构。提高相互形成关节互锁结构有效灵活性，更好确保了这部分的所有关节在相同的方向上弯曲相同的量。下脊柱段在最上端的一块次外侧链接块采用上端头为与中间连接座底端面相平齐的水平面端头。下脊柱段在最上端的两段内侧链接杆通过螺丝或螺栓与两段外侧连接块相活动链接在一起，两段外侧链接块和两段次外侧连接块相活动链接在一起。下脊柱段安装链接后形成有4个关节，可以向前或向后弯曲90度以上。上脊柱段安装链接后形成有3个关节，左右可弯曲超过60度。嘴部组件包括嘴巴组件13和嘴角组件15，所述的嘴角组件15包括嘴角舵机91、舵机盘92、曲柄盘、连杆、滑动块94、导向块和摆动臂95，嘴角舵机上设舵机盘，舵机盘92上设曲柄盘，曲柄盘上设两个对称的连杆93，连杆上设导向块和滑动块，滑动块上设拨动杆，拨动杆上设嘴角摆动臂96，嘴部组件用于完成嘴巴张开闭合动作表情和/或嘴角微笑动作表情。舌头上下翘动组件包括基座81、主轴82、翘动舵机83、摆动块89和翘动绳轮组件，基座上设置主轴和翘动舵机，翘动舵机83上安装翘动绳轮组件，翘动绳轮组件上设摆动块89，摆动块上设舌头03。翘动绳轮组件包括主动绳轮84、绳轮连接块85、被动绳轮87和线绳86。舌头上下翘动组件用于完成舌头上下翘动表情动作。舌头伸缩组件包括舌头伸缩舵机、燕尾槽公母板组件、齿条组件和摆动件，舌头伸缩舵机上设齿条组件，齿条组件上设燕尾槽公母板组件，燕尾槽公母板组件上设摆动件，摆动件上设舌头，燕尾槽母板来回直线运动，带动舌头伸缩运动。齿条组件包括齿条、齿轮和齿轮连接块。燕尾槽公母板组件包括燕尾槽公板和燕尾槽母板。

在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种仿人机器人，包括头部组件和颈部组件，其特征在于：还包括手臂组件、灵活手组件、主体组件和腿部组件，头部组件设舌头组件、嘴部组件和眼部组件，各组件配置有各自相对应的驱动舵机及其驱动动作部件；其中舌头组件包括舌头伸缩组件、舌头上下翘动组件和舌头左右摆动组件；主体组件包括肩部框架结构、仿人体脊椎和主体基座，主体组件通过主体基座与腿部组件上端相连接，肩部框架结构两侧设手臂组件，灵活手组件包括手掌部件、大拇指和四个手指，灵活手组件设在手臂组件下端头处，肩部框架结构上端设颈部组件，颈部组件上端设头部组件；所述的主体组件还设有主体框架，手臂转动舵机、能源电池、电池框架和电动推杆，能源电池设在电池框架上，电池框架设在主体框架上，主体框架上端与肩部框架结构相连接，肩部框架结构左右两端处设有手臂转动舵机，手臂转动舵机连接手臂组件，主体基座两侧设电动推杆，两个电动推杆上端均与主体框架相连接，主体基座中间和主体框架下端之间位置处连接仿人体脊椎。

2.按照权利要求1所述的仿人机器人，其特征在于：所述的腿部组件包括大腿、小腿，大腿侧方线性驱动单元、大腿前方线性驱动单元、尼龙齿轮膝盖、小腿线性驱动单元、脚掌和脚掌中部电机，大腿上设大腿侧方线性驱动单元和大腿前方线性驱动单元，大腿侧方线性驱动单元和大腿前方线性驱动单元上端与主体组件的主体基座相连接，尼龙齿轮膝盖包括两组相互啮合的齿轮组，其中每组上齿轮与大腿下端相连接，每组下齿轮与小腿上端相连接，小腿上设小腿线性驱动单元和脚掌中部电机，小腿下端与脚掌相连接，脚掌中部电机和小腿线性驱动单元下端与脚掌相连接。

3.按照权利要求1或2所述的仿人机器人，其特征在于：所述的腿部组件设有两个大腿，每个大腿设两个大腿侧方线性驱动单元和一个大腿前方线性驱动单元，三个线性驱动单元成三角形状分布在大腿上；两个大腿侧方线性驱动单元做伸缩运动，实现腿部结构的左右摆动，大腿前方线性驱动单元做伸缩运动实现腿部结构的前后摆动。

4.按照权利要求3所述的仿人机器人，其特征在于：所述的大腿侧方线性驱动单元、大腿前方线性驱动单元和小腿线性驱动单元均采用线性驱动器结构，所述线性驱动器包括直流无刷电机和驱动器骨架、直流无刷电机设在驱动器骨架上，驱动器骨架采用铝质结构，驱动器骨架采用中空腔架结构，直流无刷电机设在驱动器骨架侧边上段位置处，驱动器骨架上设同步驱动装置，在驱动器骨架中空腔架内设丝杆和齿轮箱，同步驱动装置与直流无刷电机驱动轴相连接，驱动器骨架底端设单杆形球头杆端关节轴承，驱动器骨架侧边设拉线钩，同步驱动装置上设丝杆，丝杆上设位置移动机构。

5.按照权利要求1所述的仿人机器人，其特征在于：所述的手臂组件包括肩部舵机、大臂转动件、大臂舵机、大臂舵机固定件、小臂舵机、小臂转动件、手腕舵机和手腕转动件，大臂转动件上设肩部转动件，肩部舵机设在肩部转动件上，大臂转动件上设大臂舵机和大臂舵机固定件，大臂舵机固定件上设小臂舵机，小臂转动件设小臂舵机上，小臂转动件上设手腕舵机，手腕舵机上设手腕转动件，肩部转动件与主体组件上的手臂转动舵机相连接；手臂转动舵机驱动肩部转动件转动，肩部舵机带动大臂转动件转动，大臂舵机带动大臂舵机固定件转动，小臂舵机驱动小臂转动件前后摆动，手腕转动件在手腕舵机的转动下实现前后摆动。

6.按照权利要求1所述的仿人机器人，其特征在于：所述的仿人体脊椎包括上脊柱段、中间连接座和下脊柱段，上脊柱段和下脊柱段分别与中间连接座相活动链接，上脊柱段和下脊柱段均采用链条式连接结构，且上脊柱段和下脊柱段分别设在中间连接座的两个不同方向上；链条式连接结构包括两段外侧链接块、两段内侧链接杆和两段次外侧连接块，两段外侧链接块和两段次外侧链接块采用纵向交互链接，两段内侧链接杆与两段次外侧链接块之间采取倾斜交互链接结构，两段内侧链接杆相互之间采用关节互锁链接结构。

7.按照权利要求6所述的仿人机器人，其特征在于：所述的中间连接座具有四个链接侧面，上脊柱段和下脊柱段分别设在两个相邻的链接侧面上，形成上脊柱段和下脊柱段的不同弯曲方向。

8.按照权利要求1所述的仿人机器人，其特征在于：所述的嘴部组件包括嘴巴组件和嘴角组件，所述的嘴角组件包括嘴角舵机、舵机盘、曲柄盘、连杆、滑动块、导向块和摆动臂，嘴角舵机上设舵机盘，舵机盘上设曲柄盘，曲柄盘上设两个对称的连杆，连杆上设导向块和滑动块，滑动块上设拨动杆，拨动杆上设嘴角摆动臂，嘴部组件用于完成嘴巴张开闭合动作表情和/或嘴角微笑动作表情。

9.按照权利要求1所述的仿人机器人，其特征在于：所述的舌头上下翘动组件包括基座、主轴、翘动舵机、摆动块和翘动绳轮组件，基座上设置主轴和翘动舵机，翘动舵机上安装翘动绳轮组件，翘动绳轮组件上设摆动块，摆动块上设舌头，翘动绳轮组件包括主动绳轮、绳轮连接块、被动绳轮和线绳，舌头上下翘动组件用于完成舌头上下翘动表情动作。