一种智能娱乐机器人的机械结构

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一种智能娱乐机器人的机械结构\n技术领域\n[0001] 本发明涉及机器人技术领域，更具体的说是涉及一种智能娱乐机器人的机械结构。\n背景技术\n[0002] 机器人作为人类20世纪最伟大的发明之一，在短短的几十年内发生了日新月异的变化，近几年机器人已成为高技术领域内具有代表性的战略目标，机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性变化，而且将对人类社会产生深远的影响，随着社会生产技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩展，从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在，目前机器已经走进人们的生活与工作，机器人已经在很多的领域代替着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，人们已经越来越离不开机器人帮助。机器人是人类的得力助手，能友好相处的可靠朋友，将来我们会看到人和机器人会存在一个空间里边，成为一个互相的助手和朋友，随着现代科技的发展，机器人技术已广泛应用于人类社会生活的各个领域，特别是舞蹈机器人具有人类外观特征、可爱的外貌、又兼有技术含量，极受青少年的喜爱。现有技术中舞蹈机器人存在诸多问题，比如行走式舞蹈机器人不能原地转动，行走速度慢，控制复杂，移动困难，操纵性差，机械复杂，电机性能要求严格，价格昂贵；履带式舞蹈机器人加工制作比较麻烦，履带的摩擦力很大、能量损耗大；在弯腰工程中，由于前后启动惯性不一样，导致机器人的不平衡，且加工比较困难，不利于固定，造价也很高。\n发明内容\n[0003] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种智能娱乐机器人的机械结构，结构紧凑、运动准确，使得机器人表演时动作协调、灵活。\n[0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种智能娱乐机器人的机械结构，包括转头机构、上体、手臂机构、底盘机构、转身机构和弯腰机构；所述转头机构包括头部、颈部和转动电机，所述转动电机设置在颈部中，所述头部和颈部可转动连接，所述转动电机的输出端和头部相连，所述转头机构和上体上端相连；所述手臂机构设置在上体的两侧，所述手臂机构包括两个大臂、分别与大臂连接的两个小臂，所述上体上端的两侧分别设置有驱动大臂电机，所述驱动大臂电机的输出端和大臂相连，所述大臂和小臂之间通过连接件相连，所述连接件上设置有驱动小臂电机，所述驱动小臂电机的输出端和小臂相连；所述底盘机构包括支撑架、两个驱动轮和两个万向轮，所述驱动轮和万向轮设置在支撑架的底部；\n所述弯腰机构和上体下端通过转身机构相连，所述转身机构包括滚动轴承、传动件和驱动转身电机，所述驱动转身电机设置在上体下端，所述驱动转身电机输出端通过传动件和滚动轴承连接，所述滚动轴承和弯腰机构相连；所述弯腰机构包括驱动弯腰电机、安装架和连杆装置，所述驱动弯腰电机设置在支撑架上，所述安装架和支撑架通过连接轴铰接，所述连杆装置一端和驱动弯腰电机的输出端相连，另一端和安装架可活动连接。\n[0005] 作为本发明的进一步改进，所述支撑架包括正方形底架、对称设置在底架两侧的侧架，所述侧架包括支撑杆和两根对称设置在支撑杆两侧的稳定杆，所述支撑杆垂直连接在底架一侧边上，所述稳定杆一端和支撑杆相连，另一端和底架相连。\n[0006] 作为本发明的进一步改进，所述安装架位于两侧的侧架之间，所述安装架和支撑杆通过连接轴铰接，所述安装架一侧边上沿纵向设置有长方形槽，所述驱动弯腰电机设置在支撑杆上，所述连杆装置包括传动杆和推动杆，所述驱动弯腰电机的转轴、传动杆和推动杆依次呈阶梯状相连，所述推动杆另一端位于长方形槽中，当驱动弯腰电机转动，通过传动杆带动推动杆转动，所述推动杆在安装架的长方形槽中上下活动，带动弯腰机构做前后弯腰动作。\n[0007] 作为本发明的进一步改进，所述上体底端和支撑杆顶端分别设置有上固定环和下固定环，所述上固定环和下固定环之间通过橡胶带连接，当弯腰机构做前后弯腰动作，所述橡胶带发生形变从而拉住上体。\n[0008] 作为本发明的进一步改进，所述滚动轴承包括内部圆、外部圆和滚珠，所述内部圆和外部圆同心设置，所述滚珠设置在内部圆和外部圆之间间隙中，所述内部圆与安装架固定连接，所述外部圆上设置有若干安装槽和固定件，所述安装槽均布在外部圆上，所述固定件呈“7”字状，所述固定件一端铰接在安装槽的槽底，并可翻转至安装槽外，所述传动件下端设置有若干连接柱，所述连接柱上设置有卡槽，所述连接柱插入安装槽中，所述固定件另一端卡入卡槽中；在驱动转身电机转动的过程中，驱动转身电机旋转带动外部圆的旋转，机器人上身绕着滚动轴承中心作转身运动。\n[0009] 作为本发明的进一步改进，所述外部圆外套设有弹性套环，所述弹性套环可相对外部圆上下移动，移动至固定件外时，阻止固定件向安装槽外翻转。\n[0010] 作为本发明的进一步改进，所述连接件包括第一连接板和两个相对设置且垂直于第一连接板的第二连接板，所述大臂下端设置有安装孔，所述第一连接板穿过安装孔，所述第二连接板通过螺栓和大臂相连，所述小臂上端位于两个第二连接板之间，所述小臂和一侧第二连接板之间铰接，所述驱动小臂电机安装在另一侧第二连接板外侧，所述小臂上设置有对接孔，所述对接孔截面呈十字状，所述驱动小臂电机的转轴末端的形状和对接孔的形状相配合，所述驱动小臂电机转动带动小臂前后摆动。\n[0011] 作为本发明的进一步改进，所述上体、大臂、小臂、支撑架和安装架采用空心矩形截面机构，由铝材加工而成。\n[0012] 本发明设计的机器人的机械结构，移动方式选用四轮移动，其移动速度快，且其能量耗损相对较少；弯腰机构选用连杆机构，协调性好，使机器人具有简单人体功能，可模拟舞蹈动作，完成简单人体舞蹈的基本动作，可以前进后退，左右侧行，左右转弯和前后摆动手臂，举手投足、转圈，动作灵活、协调，运动准确可靠。\n附图说明\n[0013] 图1为本发明的结构示意图；\n[0014] 图2为本发明支撑架的结构示意图；\n[0015] 图3为本发明滚动轴承的结构示意图；\n[0016] 图4为本发明传动件和滚动轴承的结构示意图；\n[0017] 图5为本发明连接件的结构示意图。\n具体实施方式\n[0018] 下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。\n[0019] 参照图1-5所示，本实施例的一种智能娱乐机器人的机械结构，其特征在于：包括转头机构1、上体2、手臂机构3、底盘机构4、转身机构5和弯腰机构6；转头机构1包括头部11、颈部12和转动电机13，转动电机13设置在颈部12中，头部11和颈部12可转动连接，转动电机\n13的输出端和头部11相连，转头机构1和上体2上端相连；手臂机构3设置在上体的两侧，手臂机构3包括两个大臂31、分别与大臂31连接的两个小臂32，上体2上端的两侧分别设置有驱动大臂电机33，驱动大臂电机33的输出端和大臂31相连，大臂31和小臂32之间通过连接件35相连，连接件35上设置有驱动小臂电机34，驱动小臂电机34的输出端和小臂32相连；底盘机构4包括支撑架41、两个驱动轮42和两个万向轮43，驱动轮42和万向轮43设置在支撑架\n41的底部，能在原地旋转以获得不同的方向，万向轮43用于平衡；弯腰机构6和上体2下端通过转身机构5相连，转身机构5包括滚动轴承51、传动件52和驱动转身电机53，驱动转身电机\n53设置在上体2下端，驱动转身电机53输出端通过传动件52和滚动轴承51连接，滚动轴承51和弯腰机构6相连；弯腰机构6包括驱动弯腰电机61、安装架62和连杆装置63，驱动弯腰电机\n61设置在支撑架41上，安装架62和支撑架41通过连接轴7铰接，连杆装置63一端和驱动弯腰电机61的输出端相连，另一端和安装架62可活动连接，作为人形机器人的腰部，弯腰机构6主要是承接了上部的重量，通过转身机构5使弯腰机构6和上体2相连，使弯腰机构6能做到水平的转动，保证了整个机器人的平衡。\n[0020] 作为改进的一种具体实施方式，支撑架41包括正方形底架411、对称设置在底架\n411两侧的侧架412，侧架412包括支撑杆413和两根对称设置在支撑杆413两侧的稳定杆\n414，支撑杆413垂直连接在底架411一侧边上，稳定杆414一端和支撑杆413相连，另一端和底架411相连，此结构的支撑架41结构简单，在保证底盘机构4起到很好地支撑作用的前提下，在运动时又能保证整体的平衡和稳定性。\n[0021] 作为改进的一种具体实施方式，安装架62位于两侧的侧架412之间，安装架62和支撑杆413通过连接轴7铰接，安装架62一侧边上沿纵向设置有长方形槽621，驱动弯腰电机61设置在支撑杆413上，连杆装置63包括传动杆631和推动杆632，驱动弯腰电机61的转轴、传动杆631和推动杆632依次呈阶梯状相连，推动杆632另一端位于长方形槽621中，当驱动弯腰电机61转动，通过传动杆631带动推动杆632转动，推动杆632在安装架62的长方形槽621中上下活动，带动弯腰机构6做前后弯腰动作。本发明连杆装置63结构简单，容易实现，更重要的是它的运动规律正好符合人体运动的原理，运动灵活，平衡性好。\n[0022] 作为改进的一种具体实施方式，上体2底端和支撑杆413顶端分别设置有上固定环\n8和下固定环9，上固定环8和下固定环9之间通过橡胶带10连接，当弯腰机构6做前后弯腰动作，橡胶带10发生形变从而拉住上体2。橡胶带10一方面可以保证上体2的平衡，一方面可以使得机器人进行弯腰动作时，承受上体2一部分的重量，避免上体2的过多重量落在驱动弯腰电机61的转轴上，从而保护驱动弯腰电机61，延长其使用寿命。\n[0023] 作为改进的一种具体实施方式，滚动轴承51包括内部圆511、外部圆512和滚珠\n513，内部圆511和外部圆512同心设置，滚珠513设置在内部圆511和外部圆512之间间隙中，内部圆511与安装架62固定连接，外部圆512上设置有若干安装槽514和固定件515，安装槽\n514均布在外部圆512上，固定件515呈“7”字状，固定件515一端铰接在安装槽514的槽底，并可翻转至安装槽514外，传动件52下端设置有若干连接柱516，连接柱516上设置有卡槽517，连接柱516插入安装槽514中，固定件515另一端卡入卡槽517中；在驱动转身电机53转动的过程中，驱动转身电机53旋转带动外部圆512的旋转，机器人上身绕着滚动轴承51中心作转身运动。本发明滚动轴承51结构紧凑，通过传动件52能够和上体2稳定连接，又能够保证上体2灵活转动。\n[0024] 作为改进的一种具体实施方式，外部圆512外套设有弹性套环518，弹性套环518可相对外部圆512上下移动，移动至固定件515外时，阻止固定件515向安装槽514外翻转。弹性套环518的设置可进一步使滚动轴承51和上体2之间的连接更稳定。\n[0025] 作为改进的一种具体实施方式，连接件35包括第一连接板351和两个相对设置且垂直于第一连接板351的第二连接板352，大臂31下端设置有安装孔36，第一连接板351穿过安装孔36，第二连接板352通过螺栓和大臂31相连，小臂31上端位于两个第二连接板352之间，小臂32和一侧第二连接板352之间铰接，驱动小臂电机34安装在另一侧第二连接板352外侧，小臂32上设置有对接孔37，对接孔37截面呈十字状，驱动小臂电机34的转轴末端的形状和对接孔37的形状相配合，驱动小臂电机34转动带动小臂32前后摆动。手臂机构3是机器人整体比较重要的环节，机器人的很多动作都通过手臂机构3体现出来，大臂31和小臂32所具有的自由度越多，动作时活动的空间就越大，所做的动作就越精细，完成的任务就越复杂，本发明的大臂31可做前后360度的旋转，大臂31和小臂32之间铰接，小臂32可相对大臂\n31摆动。连接件35既能保证机器人行动起来灵活自如，动作顺滑平稳，又具有一定的承受负载能力。\n[0026] 作为改进的一种具体实施方式，上体2、大臂31、小臂32、支撑架41和安装架62采用空心矩形截面机构，由铝材加工而成。\n[0027] 伴舞机器人的多个部位都是要运动的，本发明的上体2、大臂31、小臂32、支撑架41和安装架62均由铝材加工而成。材料截面对构件质量和刚度施加重要的影响，因此通过合理选择构件的截面可以较好地满足机器人的使用要求，现有技术中常用的有空心圆截面，空心矩形截面，工字截面等。由铝材加工而成。若空心矩形截面是边长为a，壁厚为t的正方形，空心圆截面的外圆直径也为a，壁厚也为t，且令t＝0.2a，通过计算可以得出，在相同壁厚的条件下，正方形空心截面比空心圆截面的惯性矩高69％～84％，而质量仅增加27％。壁厚越薄，则效果越明显。若比较条件改为空心矩形截面和空心圆截面型材的截面相等，且D0＝a，设空心圆截面壁厚tD＝0.2a，可以计算出正方形空心截面的壁厚为tF＝0.147a。此时，正方形空心截面比空心圆截面的刚度提高了40％～60％。因此无论从何角度来衡量，空心矩形截面都比空心圆截面的刚性优越。从设计，装配的角度来看，矩形截面也有一定方便之处。\n[0028] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。