[发明专利]一种机器人颈部机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人颈部机构。

背景技术

随着机器人技术的进步，家庭服务机器人越来越多，逐步追求提高机器人的拟人度，尤其是头部运动。由于人的头部运动是在颈部控制下的一个三自由度旋转运动，要使机器人的头部实现三自由度自由旋转，必须要求颈部机构，能够实现三自由度自由旋转。现有的机器人颈部机构通常通过由一个电机实现一个自由度上的转动；三个电机安装在串联的上、中、下三个颈部机架上，三个电机共同作用实现三个自由度的转动。这种结构，上、中、下三个颈部机架及三个电机相互串联叠合导致其结构复杂、体积大，尤其是竖直方向占据空间多，容易导致颈部长度超长，从外形上降低与人的相似度。并且串联的三个电机及其机架结构的相互干扰大，颈部运动的稳定性差；下部电机需要同时承受中上部电机及其中上部机架的重量，对其功率要求大，也增加了制造难度和体积，并降低了使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种机器人颈部机构，该种机器人颈部机构体积小、结构紧凑，与人的相似度好，运动的稳定性和灵活性好，制造容易，使用寿命长。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：一种机器人颈部机构，包括与肩部相连的颈部下机架，与头部相连的颈部上机架，其特征在于：

所述的颈部上机架上安装有头部旋转电机，头部旋转电机的轴与头部相连，颈部上机架的后部通过一个万向节与颈部下机架的上板相连，颈部上机架的前部左、右侧分别通过球关节连杆机构与颈部下机架上的左、右侧的步进电机的转轴相连；其中，球关节连杆机构的具体组成为：

上球关节的上端固定在颈部上机架上，上球关节的下端与斜连杆的上端固定，斜连杆的下端与下球关节的上端固定，横连杆的外端与下球关节的下端固定，横连杆的内端与下机架上的步进电机转轴固定。

本发明的工作过程和原理是：

颈部上机架上的头部旋转电机直接控制头部旋转运动。颈部上机架后部通过一个万向节、前部左右侧通过两个球关节连杆机构与颈部下机架左右的步进电机转轴相连；颈部下机架左右侧的步进电机对转(反向旋转)时，两个球关节连杆机构的横杆同时上升或下降，进而通过斜杆带动颈部上机架的前部上升或下降实现前后点头的头部运动。点头的幅度由电机对转的角度决定，当两个电机转动的角度不相等时，则实现前后点头运动的同时叠加了左右偏头运动。同理，颈部下机架左右侧的步进电机顺转(同向旋转)时，一个球关节连杆机构的横杆同时上升，另一个球关节连杆机构的横杆下降，进而通过斜杆带动颈部上机架的前部一侧上升，另一侧下降实现头部左右偏头的运动。偏头的幅度由电机顺转的角度决定，当两个电机转动的角度不相等(包括一个不转，另一个转动的情况)时，则实现左右偏头运动的同时叠加了前后点头运动。

总之，通过头部旋转电机与左右侧的两个步进电机单独旋转或组合旋转，可以完全模拟实现人头部的三个自由度的旋转运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过两个颈部下机架电机的并联，再与颈部上机架的一个电机串联实现对人头部运动的模拟，较之三个电机及上、中、下三个机架的串联，本发明的结构更简单紧凑，体积小，尤其是竖直方向占据空间少，与人颈部的相似度高。电机及传动只有两级串联关系，相互之间干扰小，颈部运动的稳定性和灵活性好。由下部两个电机来承受上部一个电机及机架的重量，下部电机的理论承重量仅为三级串联结构下部电机的1/4，其功率要求大幅降低，也降低了制造难度和体积，并提高了电机的使用寿命。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图。

具体实施方式

实施例

图1示出，本发明的一种具体实现方式是，一种机器人颈部机构，包括与肩部11相连的颈部下机架1，与头部9相连的颈部上机架8，其特征在于：

所述的颈部上机架8上安装有头部旋转电机7，头部旋转电机7的轴与头部9相连，颈部上机架8的后部通过一个万向节10与颈部下机架1的上板相连，颈部上机架8的前部左、右侧分别通过球关节连杆机构与颈部下机架1上的左、右侧的步进电机2的转轴相连；其中，球关节连杆机构的具体组成为：

上球关节6的上端固定在颈部上机架8上，上球关节6的下端与斜连杆5的上端固定，斜连杆5的下端与下球关节4的上端固定，横连杆3的外端与下球关节4的下端固定，横连杆3的内端与下机架1上的步进电机2转轴固定。