CN211030073U - 两自由度机器人颈部结构及具有该颈部结构的机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种两自由度机器人颈部结构及具有该颈部结构的机器人，其中，两自由度机器人颈部结构包括：安装底板；点头操作机构，点头操作机构包括舵机、圆柱导轨、滑移套筒、传动连杆组件和头部连接件，舵机和圆柱导轨并排地固定安装在安装底板上，滑移套筒套在圆柱导轨上，舵机与滑移套筒驱动连接，滑移套筒与头部连接件之间通过传动连杆组件连接；转头操作机构，转头操作机构包括带编码器减速器和传动齿轮副，带编码器减速器固定安装在安装底板上，带编码器减速器的动力输出端与传动齿轮副连接，头部连接件与传动齿轮副之间通过转动销轴连接。应用本技术方案能够旨在解决现有技术中机器人的颈部结构所占体积较大的问题。

Description

两自由度机器人颈部结构及具有该颈部结构的机器人

技术领域

本实用新型属于机器人研发技术领域，尤其涉及一种两自由度机器人颈部结构及具有该颈部结构的机器人。

背景技术

20世纪90年代以来，随着计算机技术、微电子技术和人工智能技术的飞速发展，机器人技术也得到了迅速发展。机器人的应用已经从最初的工业控制扩展到了各行各业，从军用到民用，从天空到海洋，从工业到农业，从生产到服务，甚至到医疗保健，几乎无处不在。从机器人的发展历史可以看出，机器人的应用范围广泛，发展迅速，国际竞争激烈，前景广阔，科研任务紧迫。

目前，在人形机器人的研究中，对其仿真性要求越来越高。因此，增加了许多类人的结构部件，如颈部结构等。传统的机器人颈部虽然在功能上能够满足要求，但是随着机器人结构与功能的不断复杂化，目前机器人的颈部结构所占体积依然较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种两自由度机器人颈部结构及具有该颈部结构的机器人，旨在解决现有技术中机器人的颈部结构所占体积较大的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的，一种两自由度机器人颈部结构，包括：安装底板；点头操作机构，点头操作机构包括舵机、圆柱导轨、滑移套筒、传动连杆组件和头部连接件，舵机和圆柱导轨并排地固定安装在安装底板上，滑移套筒套在圆柱导轨上，舵机与滑移套筒驱动连接，滑移套筒与头部连接件之间通过传动连杆组件连接；转头操作机构，转头操作机构包括带编码器减速器和传动齿轮副，带编码器减速器固定安装在安装底板上，圆柱导轨中空，且带编码器减速器位于圆柱导轨的中空通孔内，带编码器减速器的动力输出端与传动齿轮副连接，头部连接件与传动齿轮副之间通过转动销轴连接。

进一步地，安装底板上设有多个第一装配凸起，滑移套筒上设有一一对应于多个第一装配凸起的多个第二装配凸起，每个第一装配凸起与相应的第二装配凸起之间装配有螺旋弹簧。

进一步地，滑移套筒上设有导向滑块，圆柱导轨上设有导向槽，导向滑块***导向槽中。

进一步地，安装底板上设有限位凸起，限位凸起对应于导向滑块设置，且当导向滑块与限位凸起相抵接时螺旋弹簧处于弹性压缩状态。

进一步地，转头操作机构还包括减速器套筒，减速器套筒固定连接于安装底板，且减速器套筒位于圆柱导轨的中空通孔内，带编码器减速器固定连接于减速器套筒内，且带编码器减速器的动力输出端穿出减速器套筒后与传动齿轮副连接。

进一步地，传动齿轮副包括主动齿轮和从动齿套，主动齿轮与带编码器减速器的动力输出端连接，从动齿套套在主动齿轮上且两者之间相互啮合，从动齿套的端部设有第一滚珠槽，减速器套筒的顶部设有与第一滚珠槽配合的第二滚珠槽，第一滚珠槽与第二滚珠槽之间嵌入有滚珠而形成滚珠副，头部连接件与从动齿套之间通过转动销轴连接，转动销轴的中心轴线与从动齿套的中心轴线相垂直。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种机器人。该机器人包括控制器以及如前所述的两自由度机器人颈部结构，其中，两自由度机器人颈部结构的舵机与带编码器减速器均与控制器电连接。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：

将本实用新型提供的两自由度机器人颈部结构装配在机器人上应用，分别通过执行点头操作机构和转头操作机构，从而实现对机器人头部的点头控制与转头控制两个自由度的控制行为，并且，该两自由度机器人颈部结构的构成简单，体积小巧，稳定性与安全性好，可广泛用于人形机器人领域。

附图说明

图1是本实用新型实施例的两自由度机器人颈部结构的装配结构图；

图2是本实用新型实施例的两自由度机器人颈部结构的内部连接结构图。

在附图中，各附图标记表示：

10、安装底板；11、第一装配凸起；12、限位凸起；13、舵机安装槽；21、舵机；22、圆柱导轨；221、导向槽；23、滑移套筒；231、第二装配凸起；232、导向滑块；24、传动连杆组件；241、第一连杆；242、第二连杆；25、头部连接件；251、连接耳；26、驱动连杆组件；261、第一驱动连杆；262、第二驱动连杆；31、带编码器减速器；32、传动齿轮副；321、主动齿轮；322、从动齿套；33、转动销轴；34、减速器套筒；35、滚珠；40、螺旋弹簧；51、连接螺钉。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种两自由度机器人颈部结构。该两自由度机器人颈部结构包括安装底板10、点头操作机构和转头操作机构。其中，点头操作机构包括舵机21、圆柱导轨22、滑移套筒23、传动连杆组件24和头部连接件25，转头操作机构包括带编码器减速器31和传动齿轮副32，舵机21和圆柱导轨22并排地固定安装在安装底板10上(安装底板10上开设有舵机安装槽13，将舵机21放置在舵机安装槽13内，然后通过螺钉将舵机21固定在安装底板10上)，滑移套筒23套在圆柱导轨22上，舵机21与滑移套筒23通过驱动连杆组件26驱动连接，滑移套筒23与头部连接件25之间通过传动连杆组件24连接，带编码器减速器31固定安装在安装底板10上，圆柱导轨22中空，且带编码器减速器31位于圆柱导轨22的中空通孔内，带编码器减速器31的动力输出端与传动齿轮副32连接，头部连接件25与传动齿轮副32之间通过转动销轴33连接。

将本实用新型提供的两自由度机器人颈部结构装配在机器人上应用，分别通过执行点头操作机构和转头操作机构，从而实现对机器人头部的点头控制与转头控制两个自由度的控制行为。在执行点头操作过程中，舵机21输出动力，通过驱动连杆组件26带动滑移套筒23沿着圆柱导轨22上下滑移，滑移套筒23通过传动连杆组件24带动头部连接件25绕转动销轴33转动，从而带动机器人的头部执行点头动作；在执行转头操作过程中，带编码器减速器31输出转动扭矩带动传动齿轮副32动作，传动齿轮副32将转动扭矩传递至头部连接件25，从而带动机器人的头部执行转动动作。

如图1所示，驱动连杆组件26由第一驱动连杆261和第二驱动连杆262组成，第一驱动连杆261的第一端与舵机21的动力输出端固定连接，第一驱动连杆261的第二端与第二驱动连杆262的第一端铰接，第二驱动连杆262的第二端与滑移套筒23之间可转动地连接。如此，舵机21的动力输出端输出转动扭矩之后，便能够通过第一驱动连杆261和第二驱动连杆262的传动以带动滑移套筒23实现沿圆柱导轨22上下滑移。头部连接件25的两侧分别设置了连接耳251，通过这些连接耳251使得头部连接件25能够与不同类型的机器人的头部进行连接。如图2所示，传动连杆组件24由第一连杆241和第二连杆242组成，第一连杆241的第一端与滑移套筒23固定连接，第一连杆241的第二端与第二连杆242的第一端铰接，第二连杆242的第二端与头部连接件25铰接。

在本实施例中，安装底板10上设有多个第一装配凸起11，多个第一装配凸起11绕圆柱导轨22呈圆周分布，并且多个第一装配凸起11均匀分布。滑移套筒23上设有一一对应于多个第一装配凸起11的多个第二装配凸起231，第一装配凸起11的端部与第二装配凸起231的端部之间间隔设置。每个第一装配凸起11与相应的第二装配凸起231之间装配有螺旋弹簧40。

如图2所示，滑移套筒23上设有导向滑块232，圆柱导轨22上设有导向槽221，导向滑块232***导向槽221中而形成滑动副。在滑移套筒23沿圆柱导轨22上下滑移的过程中，由于导向滑块232与导向槽221之间的配合，使得滑移套筒23的上下移动更加问题而不会在滑移过程中产生转动偏移，上下滑移运动更加精确。安装底板10上设有限位凸起12，限位凸起12对应于导向滑块232设置，且当导向滑块232与限位凸起12相抵接时螺旋弹簧40处于弹性压缩状态，此时，第一装配凸起11的端部与第二装配凸起231的端部之间仍然具有间隙。在本实施例中，限位凸起12用于限制滑移套筒23的滑动的最低位置，限位凸起12的设计是为预防螺旋弹簧40出现问题导致机器人的头部下压时，防止机器人的头部向下倾斜过度造成损坏。

当滑移套筒23向下滑移而压缩螺旋弹簧40之后，此时螺旋弹簧40具有弹性回复弹力，当滑移套筒23向上滑移以回复至原位的过程中，螺旋弹簧40的弹性回复弹力能够辅助配合舵机21输出的动力，从而减轻舵机21的负载。并且，螺旋弹簧40能够支撑机器人的头部的整体重量，在执行点头操作过程中，能够有效防止舵机21过载。

如图2所示，转头操作机构还包括减速器套筒34，减速器套筒34通过连接螺钉51固定连接于安装底板10，具体地，本实施例中减速器套筒34通过6个连接螺钉51固定在安装底板10上，且减速器套筒34位于圆柱导轨22的中空通孔内。在减速器套筒34的顶部的中心位置开有中心通孔，围绕该中心通孔而开设了多个连接通孔，带编码器减速器31则通过这些连接通孔通过螺钉固定连接于减速器套筒34内，且带编码器减速器31的动力输出端穿出减速器套筒34的中心通孔后与传动齿轮副32连接。减速器套筒34用于将带编码器减速器31进行准确装配之外，也能够作为带编码器减速器31的保护外罩对带编码器减速器31实现保护，避免意外碰撞而造成带编码器减速器31的损坏。

具体地，传动齿轮副32包括主动齿轮321和从动齿套322，主动齿轮321与带编码器减速器31的动力输出端连接，从动齿套322套在主动齿轮321上且两者之间相互啮合，从动齿套322的端部设有第一滚珠槽(未图示)，减速器套筒34的顶部设有与第一滚珠槽配合的第二滚珠槽(未图示)，第一滚珠槽与第二滚珠槽之间嵌入有滚珠35而形成滚珠副，通过滚珠副，使得从动齿套322能够被滚珠35支撑而转动，同时也减小了从动齿套322在转动过程中受到的摩擦阻力，头部连接件25与从动齿套322之间通过转动销轴33连接，转动销轴33的中心轴线与从动齿套322的中心轴线相垂直。

该两自由度机器人颈部结构的构成简单，最高与最宽均为80mm，体积小巧，稳定性与安全性好，可广泛用于人形机器人领域。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种机器人。该机器人包括控制器(未图示)以及前述的两自由度机器人颈部结构，其中，两自由度机器人颈部结构的舵机21与带编码器减速器31均与控制器电连接。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种两自由度机器人颈部结构，其特征在于，包括：

安装底板(10)；

点头操作机构，所述点头操作机构包括舵机(21)、圆柱导轨(22)、滑移套筒(23)、传动连杆组件(24)和头部连接件(25)，所述舵机(21)和所述圆柱导轨(22)并排地固定安装在所述安装底板(10)上，所述滑移套筒(23)套在所述圆柱导轨(22)上，所述舵机(21)与所述滑移套筒(23)驱动连接，所述滑移套筒(23)与所述头部连接件(25)之间通过所述传动连杆组件(24)连接；

转头操作机构，所述转头操作机构包括带编码器减速器(31)和传动齿轮副(32)，所述带编码器减速器(31)固定安装在所述安装底板(10)上，所述圆柱导轨(22)中空，且所述带编码器减速器(31)位于所述圆柱导轨(22)的中空通孔内，所述带编码器减速器(31)的动力输出端与所述传动齿轮副(32)连接，所述头部连接件(25)与所述传动齿轮副(32)之间通过转动销轴(33)连接。

2.如权利要求1所述的两自由度机器人颈部结构，其特征在于，所述安装底板(10)上设有多个第一装配凸起(11)，所述滑移套筒(23)上设有一一对应于多个所述第一装配凸起(11)的多个第二装配凸起(231)，每个所述第一装配凸起(11)与相应的所述第二装配凸起(231)之间装配有螺旋弹簧(40)。

3.如权利要求2所述的两自由度机器人颈部结构，其特征在于，所述滑移套筒(23)上设有导向滑块(232)，所述圆柱导轨(22)上设有导向槽(221)，所述导向滑块(232)***所述导向槽(221)中。

4.如权利要求3所述的两自由度机器人颈部结构，其特征在于，所述安装底板(10)上设有限位凸起(12)，所述限位凸起(12)对应于所述导向滑块(232)设置，且当所述导向滑块(232)与所述限位凸起(12)相抵接时所述螺旋弹簧(40)处于弹性压缩状态。

5.如权利要求1至4中任一项所述的两自由度机器人颈部结构，其特征在于，所述转头操作机构还包括减速器套筒(34)，所述减速器套筒(34)固定连接于所述安装底板(10)，且所述减速器套筒(34)位于所述圆柱导轨(22)的中空通孔内，所述带编码器减速器(31)固定连接于所述减速器套筒(34)内，且所述带编码器减速器(31)的动力输出端穿出所述减速器套筒(34)后与所述传动齿轮副(32)连接。

6.如权利要求5所述的两自由度机器人颈部结构，其特征在于，所述传动齿轮副(32)包括主动齿轮(321)和从动齿套(322)，所述主动齿轮(321)与所述带编码器减速器(31)的动力输出端连接，所述从动齿套(322)套在所述主动齿轮(321)上且两者之间相互啮合，所述从动齿套(322)的端部设有第一滚珠槽，所述减速器套筒(34)的顶部设有与所述第一滚珠槽配合的第二滚珠槽，所述第一滚珠槽与所述第二滚珠槽之间嵌入有滚珠(35)而形成滚珠副，所述头部连接件(25)与所述从动齿套(322)之间通过所述转动销轴(33)连接，所述转动销轴(33)的中心轴线与所述从动齿套(322)的中心轴线相垂直。

7.一种机器人，其特征在于，包括控制器以及如权利要求1至6中任一项所述的两自由度机器人颈部结构，其中，所述两自由度机器人颈部结构的舵机(21)与带编码器减速器(31)均与所述控制器电连接。

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