一種應用斜齒輪舵機的組裝式人形機器人的製作方法

2023-05-03 15:14:06

本發明涉及機器人技術領域，具體而言，涉及一種應用斜齒輪舵機的組裝式人形機器人。

背景技術：

機器人技術日益發展，機器人也逐漸走進人們的生活之中，消費者對機器人的需求也日益增加，機器人的模型也日益多樣化。目前模仿人體動作的人形機器人普遍存在以下問題：舵機的選型極普遍同質化、並多採用橫向舵機布局，使得各關節部位的運動結構難有創新，且關節的運動動作逼真度較低，而且機器人的行走一般都是通過機器人腳底的行走輪實現機器人的移動，不能夠完全的仿人形走路，最終造成機器人整體設計相似度高，各種機器人模型的外觀差異較小，仿人形逼真度低，群眾對其辨識度較低，使得相關產品的受眾群體偏小，且機器人產品缺乏差異化的競爭。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提供了一種應用斜齒輪舵機的組裝式人形機器人，以達到提高機器人的仿人形逼真度、改變機器人關節的運動模式的目的，解決了現有的機器人關節運動逼真度較低、機器人同質化嚴重的問題。

為了實現上述技術效果，本發明所提供的技術方案是：一種應用斜齒輪舵機的組裝式人形機器人，其特徵在於，包括胸部、裝配於胸部上方的頸部、活動連接於胸部下方的腰部、臂部、腿部以及控制線路板，所述胸部的兩側和腰部的兩側分別設有舵機模塊x，舵機模塊x均連接有關節舵機盒且可驅動關節舵機盒沿前後方向轉動；所述關節舵機盒內部配設有驅動臂部和腿部沿左右方向轉動的舵機模塊y；所述臂部和腿部的中部關節均設有驅動其彎曲的斜齒輪舵機；所述臂部的下端設有可轉動的手腕，手腕配設有驅動電機，腿部的下端設有可沿前後方向轉動的腳部，腳部配設有可驅動其轉動的斜齒輪舵機；所述控制線路板分別與舵機模塊x、驅動電機、舵機模塊y以及斜齒輪舵機電連接。

進一步地，所述驅動電機設為直流減速電機，直流減速電機位於臂部的下端部；所述手腕設有連接頭，連接頭與直流減速電機的轉軸相匹配。

進一步地，所述舵機模塊x包括位於胸部兩側的舵機x1和舵機x2、位於腰部內的舵機x3和舵機x4，所述關節舵機盒包括肩部舵機盒和髖關節舵機盒，所述肩部舵機盒設有胸部連接柱，胸部連接柱分別與舵機x1和舵機x2的輸出軸連接；所述髖關節舵機盒分別與舵機x3和舵機x4之間設有傳動機構。

進一步地，所述傳動機構包括位於腰部同一直線上的直齒輪a和設置在髖關節舵機盒上的十字沉槽，所述舵機x3和舵機x4分別位於直齒輪a所在軸線的兩側，且配設有與直齒輪a相嚙合的直齒輪b；所述直齒輪a的軸線上設有十字轉軸，十字轉軸與十字沉槽固定連接。

進一步地，所述臂部的端部均裝配有u型搖臂，腿部的端部均裝配有l型搖臂；所述舵機模塊y包括位於關節舵機盒內的舵機y1、舵機y2、舵機y3以及舵機y4，所述舵機y1和舵機y2分別用於驅動對應的u型搖臂沿左右方向轉動，舵機y3和舵機y4分別用於驅動對應的l型搖臂沿左右方向轉動。

進一步地，所述u型搖臂和l型搖臂的端部均設有t型柱，臂部的端部和腿部的端部開設有與t型柱相匹配的t型槽。

進一步地，所述斜齒輪舵機包括舵機主體，所述舵機主體的輸出軸設為斜齒輪a，斜齒輪a配設有與其相嚙合的斜齒輪b，斜齒輪b開設有d型通孔。

進一步地，所述臂部包括上臂和下臂，所述下臂設有與斜齒輪b相匹配的d型柱，d型柱轉動設置於上臂且上臂裝配有所述舵機主體；所述腿部包括大腿、小腿，所述小腿設有與斜齒輪b相匹配的d型柱，d型柱轉動設置於大腿上且大腿裝配有所述舵機主體；所述腳部包括腳底板、裝配在腳底板兩側的腳板，所述兩側的腳板之間設有與斜齒輪b相匹配的d型柱，d型柱的端部轉動設置於小腿上且小腿的對應位置上裝配有所述舵機主體。

進一步地，還包括位於胸部內的電池、與胸部後背相裝配的u型柱，所述u型柱固定連接有線路板盒，線路板盒內放置有所述控制線路板，控制線路板與電池通過導線連接。

進一步地，所述胸部、腰部、臂部、腿部以及腳部的外部均設有多個用於安裝零件的沉孔、圓柱以及卡榫沉槽。

相比於現有技術，本發明的有益效果是：

1、人形機器人的臂部和腿部可在軀體的前後方向和左右方向轉動，手腕可做360°的旋轉，實現人形機器人的動作多樣化，而且臂部和腿部的中部關節處裝配的斜齒輪舵機，且斜齒輪舵機的傳輸角度調節靈活，便可減少斜齒輪舵機的安裝位置限制，保證人形機器人的臂部和腿部的整體美觀度，整體結構現對於現有機器人差異化較大；

2、人形機器人的腿部端部設有可轉動的腳部，通過控制線路板的信號輸出控制腿部彎曲和腳部轉動進行配合，從而實現人形機器人進行仿人形行走，相對於現有的人形機器人靠底部的行走輪，本申請的人形機器人具有更好行走動作；

3、構成人形機器人的頸部、胸部、腰部、腿部、臂部、手腕以及腳部的外部設有多個沉槽、圓柱以及沉孔，用於安裝pg紅色異端敢達對應位置的外觀零部件，從而實現增加人形機器人的外觀整體美觀度。

附圖說明

圖1是本發明的提供的應用斜齒輪舵機的組裝式人形機器人的整體結構示意圖；

圖2是本發明的提供的應用斜齒輪舵機的組裝式人形機器人的胸部正面剖視圖；

圖3是本發明的提供的應用斜齒輪舵機的組裝式人形機器人的腰部結構示意圖；

圖4是本發明的提供的應用斜齒輪舵機的組裝式人形機器人的臂部結構示意圖；

圖5是本發明的提供的應用斜齒輪舵機的組裝式人形機器人的大腿結構示意圖；

圖6是本發明的提供的應用斜齒輪舵機的組裝式人形機器人的小腿和腳部裝配示意圖；

圖7是本發明的提供的應用斜齒輪舵機的組裝式人形機器人的胸部側面剖視圖；

附圖中標記對應的部件名稱如下：1為胸部，2為頸部，3為腰部，4為腳部，5為圓柱，6為配合孔，7為直流減速電機，8為直流減速電機的轉軸，9為舵機x1，10為舵機x2，11為舵機x3，12為舵機x4，13為肩部舵機盒，14為髖關節舵機盒，15為直齒輪a，16為十字沉槽，17為十字轉軸，18為u型搖臂，19為l型搖臂，20為舵機y3，21為舵機y1，22為t型柱，23為肘關節舵機，24為膝關節舵機，25為踝關節舵機，26為斜齒輪b，27為斜齒輪a，28為u型柱，29為線路板盒，30為電池，31為上蓋板，32為電池導線接頭，33為沉孔，34為圓柱，35為卡榫沉槽，36為v型叉，37為大腿通孔。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細介紹，以下文字的目的在於說明本發明，而非限制本發明的保護範圍。

如圖1、圖2及圖3所示，本發明可按照如下方式實施，一種應用斜齒輪舵機的組裝式人形機器人，包括胸部1、裝配於胸部1上方的頸部2、活動連接於胸部1下方的腰部3、臂部、腿部以及控制線路板，所述胸部1的下端設有圓柱5，腰部上方的對應位置設有與圓柱5相匹配的配合孔6；所述胸部1的兩側和腰部3的兩側分別設有舵機模塊x，舵機模塊x均連接有關節舵機盒且可驅動關節舵機盒沿前後方向轉動(相對於機器人胸部的前後方向轉動)；所述關節舵機盒內部配設有驅動臂部和腿部沿左右方向轉動的舵機模塊y(相對於機器人胸部的左右方向轉動)；所述臂部和腿部的中部關節均設有驅動其彎曲的斜齒輪舵機；所述臂部的下端設有可繞臂部軸線方向轉動的手腕，手腕配設有驅動電機，腿部的下端設有可沿前後方向轉動的腳部(相對於機器人正面的前後方向轉動)，腳部配設有可驅動其轉動的斜齒輪舵機；所述控制線路板分別與舵機模塊x、驅動電機、舵機模塊y以及斜齒輪舵機電連接；所述胸部1、頸部2、腰部3、臂部、腿部以及腳部的外部均設有多個用於安裝零件的沉孔33、圓柱34以及卡榫沉槽35；所述沉孔33、圓柱34以及卡榫沉槽35用於安裝pg紅色異端敢達對應位置的外觀零部件，增加本申請的人形機器人外觀美觀度。

所述驅動電機設為直流減速電機7，直流減速電機7位於臂部的下端部；所述手腕設有連接頭，連接頭的部分外露出來，且連接頭與直流減速電機7的轉軸8相匹配；所述臂部的下端設有用於固定減速直流電機7的u型槽。

所述舵機模塊x包括位於胸部1兩側的舵機x1(9)和舵機x2(10)、位於腰部內的舵機x3(11)和舵機x4(12)，所述胸部1設有上蓋板31，上蓋板31用於固定舵機x1(9)和舵機x2(10)的相對位置；所述關節舵機盒包括肩部舵機盒13和髖關節舵機盒14，所述肩部舵機盒13設有胸部連接柱14，胸部連接柱14分別與舵機x1(9)和舵機x2(10)的輸出軸連接；所述髖關節舵機盒14分別與舵機x3(11)和舵機x4(12)之間設有傳動機構，傳動機構帶動髖關節舵機盒14做前後方向的轉動。

作為優選的方式，傳動機構包括位於腰部3同一直線上的直齒輪a15和設置在髖關節舵機盒14上的十字沉槽16，所述直齒輪a15位於腰部3的左右兩側；所述舵機x3(11)和舵機x4(12)分別位於直齒輪a15所在軸線的兩側，舵機x3(11)和舵機x4(12)的輸出軸位於相對的兩個方向上且相互錯開，且舵機x3(11)和舵機x4(12)的輸出軸配設有與直齒輪a15相嚙合的直齒輪b；所述直齒輪a15的軸線上設有十字轉軸17，十字轉軸17位於直齒輪a15的端部，十字轉軸17與十字沉槽16固定連接。

如圖4、圖5以及圖6所示，所述臂部的端部均裝配有u型搖臂18，腿部的端部均裝配有l型搖臂19；所述舵機模塊y包括位於關節舵機盒內的舵機y1(21)、舵機y2、舵機y3(20)以及舵機y4，所述舵機y1(21)和舵機y2分別用於驅動對應的u型搖臂18沿左右方向轉動，即舵機y1(21)和舵機y2的輸出軸與u型搖臂18連接；舵機y3(20)和舵機y4分別用於驅動對應的l型搖臂19沿左右方向轉動，即舵機y3(20)和舵機y4的輸出軸與l型搖臂19連接。

u型搖臂18和l型搖臂19的端部均設有t型柱22，臂部的端部和腿部的端部開設有與t型柱22相匹配的t型槽，t型柱22裝配到t型槽的內部。斜齒輪舵機包括舵機主體，所述舵機主體的輸出軸設為斜齒輪a27，斜齒輪a27配設有與其相嚙合的斜齒輪b26，斜齒輪b26開設有d型通孔；所述斜齒輪a27和斜齒輪b26均採用45°斜齒輪，實現舵機主體的輸出軸與斜齒輪b26的旋轉軸相互垂直，從而完成下臂、小腿以及腳部的行走彎曲動作。

作為優選的方式，臂部包括上臂和下臂，所述下臂設有與斜齒輪b26相匹配的d型柱，d型柱轉動設置於上臂且上臂裝配有斜齒輪舵機的舵機主體(即為肘關節舵機23)；所述上臂由兩塊上臂板配合形成，且上臂板開設有上臂通孔，上臂通孔內裝配有d型柱，d型柱的長度大於上臂的總寬度，d型柱與斜齒輪b26相裝配，上臂內的舵機主體通過斜齒輪a27驅動斜齒輪b26轉動；所述下臂也由兩塊下臂板配合形成，且下臂板開設有與d型柱相匹配的d型通孔。

腿部包括大腿、小腿，所述小腿設有與斜齒輪b26相匹配的d型柱，大腿轉動設置於d型柱上且大腿裝配有斜齒輪舵機的舵機主體(即為膝關節舵機24)；所述大腿由兩塊大腿板配合形成，且大腿板開設有大腿通孔37，大腿通孔37內裝配有d型柱，d型柱的長度大於大腿的總寬度，d型柱與斜齒輪b26相裝配，大腿內的舵機主體通過斜齒輪a27驅動斜齒輪b26轉動；所述小腿也由兩塊小腿板配合形成，且小腿板開設有與d型柱相匹配的d型通孔；所述小腿設有沉孔，沉孔裝配有v型叉36，其叉狀結構配合安裝pg紅色異端敢達、pg藍色異端敢達的膝部外觀零件。

腳部包括腳底板、裝配在腳底板兩側的腳板，所述兩側的腳板之間設有與斜齒輪b26相匹配的d型柱；所述d型柱轉動設置於小腿端部上且小腿的對應位置上裝配有斜齒輪舵機的舵機主體(即為踝關節舵機25)；所述兩側的腳板設有與d型柱相匹配的d型通孔，小腿由兩塊小腿板構成，兩塊小腿板開設有與d型柱活動連接的通孔，小腿內部的舵機主體通過斜齒輪a27驅動d型柱上的斜齒輪b26轉動。

如圖7所示，本申請還包括位於胸部1內的電池30、與胸部1後背相裝配的u型柱28，所述u型柱28固定連接有線路板盒29，線路板盒29內放置有所述控制線路板，控制線路板與電池30通過電池導線接頭32連接；所述腰部3內設有舵機y1(21)、舵機y2、舵機y3(20)以及舵機y4的導線接頭；肩部舵機盒13內設有舵機x3(11)、舵機x4(12)、肘關節舵機23以及直流減速電機7的導線接頭；髖關節舵機盒14內設有膝關節舵機24、踝關節舵機25的導線接頭。

本發明提供的人形機器人的動作範圍為：

位於胸部的舵機x1和舵機x2可使手臂在前後方向旋轉180°；

舵機x3和舵機x4可使手臂在左右方向旋轉180°；

肘關節舵機可使下臂在前後方向旋轉90°；

減速直流電機可使手腕旋轉360°；

舵機y1和舵機y2使大腿在前後方向旋轉180°；

舵機y3和舵機y4可使大腿在左右方向旋轉90°；

膝關節舵機可使小腿旋轉90°；

踝關節舵機可使腳在前後方向旋轉90°。

本發明所提供的控制線路板的控制工作原理：

通過模仿人類運動，在控制線路板將人完成一個動作的流程分割為多行命令語句，控制軟體將不同舵機的旋轉角度、旋轉角速度、旋轉時間等命令信號，命令信號傳遞給不同的舵機或減速直流電機，從而實現運動。控制軟體每隔10us發送一行語句，如需使舵機a與舵機b先後各旋轉1秒，語句邏輯為：1.舵機a旋轉2.延時1000us3.舵機b旋轉4.延時1000us；如需使舵機a與舵機b同時旋轉1秒，語句邏輯為：1.舵機a旋轉2.舵機b旋轉3.延時1000us。

任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以權利要求所述的保護範圍為準。