CN108237523A - 机器人伸脖子装置及具有其的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人伸脖子装置及具有其的机器人。机器人伸脖子装置包括：底座；驱动装置，驱动装置安装在底座上；剪叉装置，剪叉装置与驱动装置驱动连接在驱动装置的驱动下实现伸缩机器人脖子的功能。本发明的机器人伸脖子装置及具有其的机器人具有同时伸脖子和弯曲脖子功能，使得机器人更为生动活泼，增加了双足智能机器人的娱乐性和仿生性。

Description

机器人伸脖子装置及具有其的机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，具体而言，涉及一种机器人伸脖子装置及具有其的机器人。

背景技术

随着我国经济的不断发展，人们越来越意识到文化在国家发展中起着举足轻重的作用，国家也不断的强文化整体实力和竞争力，推动文化事业全面繁荣、文化产业快速发展。科技创新是文化发展的重要动力，文化与科技的融合，推动着人类的文明与进步，机器人戏剧是文化与科技高度融合的典范，是新的艺术表现形式。

机器人戏剧是高新科技与传统文化的结合，是传播传统文化的有效途径，各种表演机器人通过拍演戏剧的形式展现传统文化魅力，尤其是足类海龟表演机器人结合仿生学原理，通过编排戏剧表演形式可以向人们展示着惟妙惟肖的魅力传统文化。

目前可实现机器人高度柔性的还比较少，比较典型有Matthias Rolf andJochenJ.Steil研制的Bionic Handling Assistant。该机器人主要材料采用尼龙组成，机器人采用完全气动驱动，使得机器人的重量较轻、灵活性极高。该机器人由三节组成，采用三级驱动，每节部分末端为驱动部件，机器人腕部采用球轴承，驱动采用三电机驱动方式，机器人带有三个柔性手指，也是由底部电机进行驱动，机器人除驱动部分的总体长度为0.75m。当底部电机提供气压时，机器人可以实现灵活伸缩运动以及像大象鼻子一样的圆弧运动。当电机提供全部气压时，机器人总体长度可达1.2m。机器人集成12个长度传感器，每个传感器与一个电机进行连接，通过传感器数据反馈，可以容易计算机器人整体姿态。九个电机部分与缆线电位计相连，可以方便容易的测量基座与电机底部长度的变化。此外，该机器人进行了连续正想运动学分析，用以机器人的精确控制。该机器人柔性虽较高，但总体结构较复杂且加工困难，机器人总量较大，不适合作为机器人脖子部分设计。(Matthias RolfandJochen J.Steil,“Constant curvature continuum kinematics as fastapproximatemodel for the Bionic Handling Assistant”工nternational Conferenceon工ntelligentRobots and Systems,October 7-12,2012.)。

可见，人们的工作节奏不断加快，需要宠物来放松生活，现在已经出现了很多双足智能机器人代替真正的宠物，双足智能机器人的外形和一些小动物一致，双足智能机器人比较干净，并且打理方便，故越来越受到人们的青睐，但目前大部分双足智能机器人不具备伸脖子功能，不能像人一样伸长并弯曲脖子，使得双足智能机器人缺乏娱乐性和仿生性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种机器人伸脖子装置及具有其的机器人，以解决现有技术中的机器人不能够伸脖子的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种机器人伸脖子装置，包括：底座；驱动装置，驱动装置安装在底座上；剪叉装置，剪叉装置与驱动装置驱动连接在驱动装置的驱动下实现伸缩机器人脖子的功能。

进一步地，机器人伸脖子装置还包括曲柄滑块装置，曲柄滑块装置连接在驱动装置和剪叉装置之间，曲柄滑块装置在驱动装置的带动下驱动剪叉装置伸缩运动。

进一步地，驱动装置包括：舵机，舵机安装在底座上；舵盘，舵盘与舵机连接，并与曲柄滑块装置连接。

进一步地，底座上设置有相对分布的两个水平延伸的滑槽，机器人伸脖子装置还包括两个固定铰接座和两个滑动铰接座，两个固定铰接座一一对应固定在两个滑槽的靠近或远离驱动装置的一端，两个滑动铰接座一一对应地滑动安装在两个滑槽内；剪叉装置包括升降剪叉机构，升降剪叉机构铰接在固定铰接座和滑动铰接座上，滑动铰接座通过曲柄滑块装置与驱动装置连接。

进一步地，曲柄滑块装置包括：滑块座，滑块座安装在滑槽内，滑动铰接座安装在滑块座上；曲柄，曲柄与驱动装置连接；连杆，连杆与曲柄和滑块座铰接连接。

进一步地，滑槽内安装有滚动轴承，滚动轴承与滑块座和滑动铰接座连接。

进一步地，升降剪叉机构包括对应设置的第一剪叉架和第二剪叉架，第一剪叉架和第二剪叉架均包括：第一铰接杆和第二铰接杆，第一铰接杆和第二铰接杆相互铰接，第一铰接杆的第一端铰接在固定铰接座上，第二铰接杆的第一端铰接在滑动铰接座上。

进一步地，剪叉装置还包括曲线轨迹剪叉机构，曲线轨迹剪叉机构与升降剪叉机构铰接连接；曲线轨迹剪叉机构包括多个剪叉单元，多个剪叉单元依次铰接连接。

进一步地，剪叉单元包括：两块连接板和一个连杆架，连接板和连杆架的长度相等；靠近升降剪叉机构的剪叉单元的两块连接板的第一端一一对应地铰接在两块第二铰接杆的第二端，连杆架的第一端铰接在两块第一铰接杆的第二端之间；连接板与连杆架的铰接位置位于连接板的中心和连接板的第一端之间，且连杆架与连接板的铰接位置位于连杆架的中心和连杆架的第二端之间。

进一步地，连杆架为长方形框架，长方形框架中两个长边之间连接有加强连杆。

进一步地，机器人伸脖子装置还包括安装组件，安装组件铰接在曲线轨迹剪叉机构的顶端以用于安装机器人的头部。

进一步地，安装组件包括安装架和两块安装板，两块安装板的第一端与安装架的第一端铰接，两块安装板的第二端与连杆架的第二端铰接，安装架的第二端与两块连接板的第二端铰接；安装架上设置有用于安装机器人的头部的定位孔。

根据本发明的另一方面，提供了一种机器人，包括伸脖子装置，伸脖子装置为上述的机器人伸脖子装置。

应用本发明的技术方案，底座用于支撑和安装驱动装置和剪叉装置，驱动装置和剪叉装置均安装在底座上，且剪叉装置和驱动装置连接，当机器人伸脖子装置工作时，剪叉装置在驱动装置的作用下实现伸缩，进而实现伸脖子的功能。此外，本发明的机器人伸脖子装置通过曲柄滑块装置将驱动装置的旋转运动传递到剪叉装置的运动，在剪叉装置的设计中串联了一层升降剪叉机构和三层剪叉单元实现曲线轨迹运动，将机器人伸脖子装置伸长运动和弯曲运动串联在一起，因此，也就使机器人脖子有了伸长和弯曲的功能。可见，本发明的机器人伸脖子装置及具有其的机器人具有同时伸脖子和弯曲脖子功能，使得机器人更为生动活泼，增加了双足智能机器人的娱乐性和仿生性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例中双足智能机器人脖子缩回的右视局部图；

图2为实施例中双足智能机器人脖子伸长的右视局部图；

图3为实施例中双足智能机器人脖子缩回的左视局部图；以及

图4为实施例中双足智能机器人脖子伸长的左视局部图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、底座；11、滑槽；20、驱动装置；21、舵机；22、舵盘；30、剪叉装置；31、固定铰接座；32、滑动铰接座；33、升降剪叉机构；331、第一铰接杆；332、第二铰接杆；34、曲线轨迹剪叉机构；341、剪叉单元；3411、连接板；3412、连杆架；3413、加强连杆；40、曲柄滑块装置；41、滑块座；42、曲柄；43、连杆；50、安装组件；51、安装架；511、定位孔；52、安装板；60、电机安装座。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

参见图1至图4所示，根据本发明的实施例，提供了一种机器人伸脖子装置，本实施例的机器人脖子装置优选利用在双足智能机器人，该双足智能机器人中内置有伸长和弯曲脖子的装置，使得双足智能机器人具有同时伸脖子和弯曲脖子的功能，本实施例以一种企鹅机器人为例进行说明，双足智能机器人也可以为其他动物，如小鸟、袋鼠等双足智能机器人。

本实施例的机器人伸脖子装置本实施例的机器人伸脖子装置包括底座10、驱动装置20以及剪叉装置30。

其中，本实施例中的底座10由一块板状的金属板形成，用于支撑和安装驱动装置20和剪叉装置30，驱动装置20和剪叉装置30均安装在底座10上，且剪叉装置30和驱动装置20驱动连接，当机器人伸脖子装置工作时，剪叉装置30在驱动装置20的作用下实现伸缩，进而实现伸脖子的功能。

本实施例中的机器人伸脖子装置还包括曲柄滑块装置40，该曲柄滑块装置40连接在驱动装置20和剪叉装置30之间，工作时，曲柄滑块装置40在驱动装置20的带动下驱动剪叉装置30伸缩脖子。

具体来说，本实施例中的驱动装置20包括舵机21和舵盘22。其中，舵机21通过电机安装座60支撑在底座10上，并位于底座10的端部，便于给剪叉装置30的安装提供必要的空间基础，舵盘22与舵机21连接，且位于在舵机21的侧壁上，连接过程中，舵盘22并与曲柄滑块装置40连接。舵机21具有体积小和输出力矩大，易于控制等特性，能够安装在体积较小的双足智能机器人上，并且能够慢速和快速的实现伸脖子。舵盘22固定安装在舵机21的输出轴上，并固定连接了曲柄滑块装置40工作。本实施例中的电机安装座60是一个架体结构件，在电机安装座60上固定有驱动装置20，并且电机安装座60又固定在底座10上，这样便将驱动装置20固定在了整个脖子结构的前侧，使得整体结构更加紧凑。

为了安装剪叉装置30，本实施例中的底座10设置有相对分布的两个滑槽11，机器人伸脖子装置还包括两个固定铰接座31和两个滑动铰接座32，两个固定铰接座31一一对应固定在两个滑槽11的靠近或远离驱动装置20的一端，并通过螺栓于底座10上的螺纹孔固定连接在一起，两个滑动铰接座32一一对应地安装在两个滑槽11内。

而剪叉装置30包括升降剪叉机构33，升降剪叉机构33铰接在固定铰接座31和滑动铰接座32上，滑动铰接座32通过曲柄滑块装置40与驱动装置20连接。

结合图1至图4所示，本实施例中的曲柄滑块装置40包括滑块座41、曲柄42以及连杆43。其中，滑块座41安装在滑槽11内，滑动铰接座32安装在滑块座41上；曲柄42与驱动装置20连接；连杆43与曲柄42和滑块座41铰接连接。

当舵机21工作时，舵盘22在舵机21的侧壁上转动，带动曲柄42运动，曲柄42运动带动连杆43伸缩，进而带动滑块座41在滑槽11内滑动，进而带动滑动铰接座32在滑槽11内滑动以驱动剪叉装置30运动实现伸脖子功能。

优选地，本实施例的滑槽11内安装有滚动轴承(图中未示出)，该滚动轴承与滑块座41和滑动铰接座32通过销轴固定连接，当曲柄42在驱动装置20的带动下运动时，可以带动滚动轴承沿滑槽11的长度方向滚动以带动剪叉装置30伸缩，摩擦小，便于实现伸脖子功能。当然，在本发明的其他实施例中，还可以不设置滚动轴承，而直接将滑块座41和滑动铰接座32固定连接在一起即可。而滑块座41的滑动产生过程，是首先由曲柄42的转动运动，驱动从动连杆43的运动，再推动滑块座41滑动。

本实施例中的升降剪叉机构33包括对应设置的第一剪叉架和第二剪叉架，安装时，第一剪叉架和第二剪叉架均通过滑动铰接座32和固定铰接座31分别安装在两个滑槽11的上方，具体来说，本实施例中的第一剪叉架和第二剪叉架均包括第一铰接杆331和第二铰接杆332，第一铰接杆331和第二铰接杆332的中心相互铰接，第一铰接杆331的第一端铰接在固定铰接座31上，第二铰接杆332的第一端铰接在滑动铰接座32上，当滑动铰接座32在滑槽11内滑动的时候，第二铰接杆332随之运动并推动第一铰接杆331转动，在这个过程中第一剪叉架和第二剪叉架的上端同步上升且相互靠拢，实现了脖子伸长的功能。

本实施例中的剪叉装置30还包括曲线轨迹剪叉机构34，该曲线轨迹剪叉机构34与升降剪叉机构33铰接连接，在升降剪叉机构33升降时带动曲线轨迹剪叉机构34实现曲线伸缩。

为了实现曲线轨迹剪叉机构34的曲线伸缩，本实施例中的曲线轨迹剪叉机构34包括多个剪叉单元341，多个剪叉单元341依次铰接连接，具体来说，本实施例中的每个剪叉单元341均包括两块连接板3411和一个连杆架3412，且连接板3411和连杆架3412的长度相等。优选地，本实施例中的剪叉单元341为3个，在本发明的其他实施例中，还可以将剪叉单元341为4个、5个等，具体可以根据脖子的弯曲需求来设置。

安装曲线轨迹剪叉机构34时，使得靠近升降剪叉机构33的剪叉单元341的两块连接板3411的第一端一一对应地铰接在两块第二铰接杆332的第二端，连杆架3412的第一端铰接在两块第一铰接杆331的第二端之间；两块连接板3411和连杆架3412铰接形成剪叉结构，且连接板3411与连杆架3412的铰接位置位于连接板3411的中心和连接板3411的第一端之间，连杆架3412与连接板3411的铰接位置位于连杆架3412的中心和连杆架3412的第二端之间，多个剪叉单元341依次连接形成之后，便于在剪叉装置30伸缩的过程中实现曲线轨迹伸缩。

需要说明的是，本实施例中的第一铰接杆331、第二铰接杆332、连接板3411、连杆架3412安装板52以及安装架51的第一端和第二端是指第一铰接杆331、第二铰接杆332、连接板3411、连杆架3412、安装板52以及安装架51的位于长度方向上的两个端部，如果其中的一端为第一端，另一端则为第二端。

具体介绍本实施例中的曲线轨迹剪叉机构34实现曲线的过程如下：

如图1所示，以靠近升降剪叉机构33的剪叉单元341为例，包括两块连接板3411和一个连杆架3412，其长度相同，但两块连接板3411和一个连杆架3412的铰接点位置向前侧移动，连杆架3412底部与连接板3411顶部旋转连接，当底部的升降剪叉机构33伸长时，会驱动剪叉单元341的连接板3411顶部杆端向连杆架3412顶部杆端靠拢并同步上升，这也驱动了中间的剪叉单元341同步上升，由于其铰接点位置向前移动，此时连接板3411的顶部杆端会高于连杆架3412的顶部杆端并向其靠拢，这就产生了曲线轨迹剪叉机构34顶部的弯曲运动，即此时曲线轨迹剪叉机构34弯曲前伸的动作。同理，在三层相同的剪叉单元341串联下，整个曲线轨迹剪叉机构34便有了明显的弯曲并伸长的动作。

优选地，本实施例中的连杆架3412为长方形框架，该长方形框架中的两个长边之间连接有加强连杆3413，结构稳定可靠。

再次结合图1至图4所示，本实施例中的机器人伸脖子装置还包括安装组件50，该安装组件50铰接在曲线轨迹剪叉机构34的顶端以用于安装机器人的头部。具体来说，本实施例中的安装组件50包括安装架51和两块安装板52，安装时，两块安装板52的第一端与安装架51的第一端铰接，两块安装板52的第二端与连杆架3412的第二端铰接，安装架51的第二端与两块连接板3411的第二端铰接；安装架51上设置有用于安装机器人的头部的定位孔511。

可见，本实施例提供的机器人伸脖子装置通过曲柄滑块装置40将驱动装置20的旋转运动传递到剪叉装置30的运动，在剪叉装置30的设计中串联了一层的升降剪叉机构33和三层的剪叉单元341实现曲线轨迹运动，将机器人伸脖子装置伸长运动和弯曲运动串联在一起，因此，也就使机器人脖子有了伸长和弯曲的功能。具有同时伸脖子和弯曲脖子功能的机器人更为生动活泼，增加了双足智能机器人的娱乐性和仿生性。

根据本发明的另一方面，该机器人包括伸脖子装置，伸脖子装置为上述的机器人伸脖子装置。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (13)

1.一种机器人伸脖子装置，其特征在于，包括：

底座(10)；

驱动装置(20)，所述驱动装置(20)安装在所述底座(10)上；

剪叉装置(30)，所述剪叉装置(30)与所述驱动装置(20)驱动连接在所述驱动装置(20)的驱动下实现伸缩机器人脖子的功能。

2.根据权利要求1所述的机器人伸脖子装置，其特征在于，所述机器人伸脖子装置还包括曲柄滑块装置(40)，所述曲柄滑块装置(40)连接在所述驱动装置(20)和所述剪叉装置(30)之间，所述曲柄滑块装置(40)在所述驱动装置(20)的带动下驱动所述剪叉装置(30)伸缩运动。

3.根据权利要求2所述的机器人伸脖子装置，其特征在于，所述驱动装置(20)包括：

舵机(21)，所述舵机(21)安装在所述底座(10)上；

舵盘(22)，所述舵盘(22)与所述舵机(21)连接，并与所述曲柄滑块装置(40)连接。

4.根据权利要求2所述的机器人伸脖子装置，其特征在于，所述底座(10)上设置有相对分布的两个水平延伸的滑槽(11)，所述机器人伸脖子装置还包括两个固定铰接座(31)和两个滑动铰接座(32)，所述两个固定铰接座(31)一一对应固定在两个滑槽(11)的靠近或远离所述驱动装置(20)的一端，所述两个滑动铰接座(32)一一对应地滑动安装在所述两个滑槽(11)内；

所述剪叉装置(30)包括升降剪叉机构(33)，所述升降剪叉机构(33)铰接在所述固定铰接座(31)和所述滑动铰接座(32)上，所述滑动铰接座(32)通过所述曲柄滑块装置(40)与所述驱动装置(20)连接。

5.根据权利要求4所述的机器人伸脖子装置，其特征在于，所述曲柄滑块装置(40)包括：

滑块座(41)，所述滑块座(41)安装在所述滑槽(11)内，所述滑动铰接座(32)安装在所述滑块座(41)上；

曲柄(42)，所述曲柄(42)与所述驱动装置(20)连接；

连杆(43)，所述连杆(43)与所述曲柄(42)和所述滑块座(41)铰接连接。

6.根据权利要求5所述的机器人伸脖子装置，其特征在于，所述滑槽(11)内安装有滚动轴承，所述滚动轴承与所述滑块座(41)和所述滑动铰接座(32)连接。

7.根据权利要求4所述的机器人伸脖子装置，其特征在于，所述升降剪叉机构(33)包括对应设置的第一剪叉架和第二剪叉架，所述第一剪叉架和所述第二剪叉架均包括：

第一铰接杆(331)和第二铰接杆(332)，所述第一铰接杆(331)和所述第二铰接杆(332)相互铰接，所述第一铰接杆(331)的第一端铰接在所述固定铰接座(31)上，所述第二铰接杆(332)的第一端铰接在所述滑动铰接座(32)上。

8.根据权利要求7所述的机器人伸脖子装置，其特征在于，所述剪叉装置(30)还包括曲线轨迹剪叉机构(34)，所述曲线轨迹剪叉机构(34)与所述升降剪叉机构(33)铰接连接；所述曲线轨迹剪叉机构(34)包括多个剪叉单元(341)，所述多个剪叉单元(341)依次铰接连接。

9.根据权利要求8所述的机器人伸脖子装置，其特征在于，所述剪叉单元(341)包括：

两块连接板(3411)和一个连杆架(3412)，所述连接板(3411)和所述连杆架(3412)的长度相等；

靠近所述升降剪叉机构(33)的剪叉单元(341)的两块所述连接板(3411)的第一端一一对应地铰接在两块所述第二铰接杆(332)的第二端，所述连杆架(3412)的第一端铰接在两块所述第一铰接杆(331)的第二端之间；

所述连接板(3411)与所述连杆架(3412)的铰接位置位于所述连接板(3411)的中心和所述连接板(3411)的第一端之间，且所述连杆架(3412)与所述连接板(3411)的铰接位置位于所述连杆架(3412)的中心和所述连杆架(3412)的第二端之间。

10.根据权利要求9所述的机器人伸脖子装置，其特征在于，所述连杆架(3412)为长方形框架，所述长方形框架中两个长边之间连接有加强连杆(3413)。

11.根据权利要求9所述的机器人伸脖子装置，其特征在于，所述机器人伸脖子装置还包括安装组件(50)，所述安装组件(50)铰接在所述曲线轨迹剪叉机构(34)的顶端以用于安装机器人的头部。

12.根据权利要求11所述的机器人伸脖子装置，其特征在于，所述安装组件(50)包括安装架(51)和两块安装板(52)，两块所述安装板(52)的第一端与所述安装架(51)的第一端铰接，两块所述安装板(52)的第二端与所述连杆架(3412)的第二端铰接，所述安装架(51)的第二端与两块所述连接板(3411)的第二端铰接；

所述安装架(51)上设置有用于安装所述机器人的头部的定位孔(511)。

13.一种机器人，包括伸脖子装置，其特征在于，所述伸脖子装置为权利要求1至12中任一项所述的机器人伸脖子装置。