仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構的製作方法

2023-08-10 02:06:11 1

專利名稱：仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種機器人技術領域的運動機構，具體地說，是一種仿人機 器人眼球靈活轉動的運動機構。
技術背景現有涉及仿人機器人的面部表情中，美國MIT的Cog類人機器人的視覺感官 系統模擬裝置是雙眼結構，眼睛能繞著水平和豎直的軸轉動，每個眼睛由兩個攝 像機組成， 一個廣角讀的負責外圍視野，另一個具有窄角度的負責景物的中心。 日本明治大學的"Kansei"機器人，能模仿人類36種面部表情，韓國開發的EveR-1 類人機器人面部內置有15個發動機，可以作出喜怒哀樂的表情，並可在識別對方 的面部後，與對方對準視線，他們的設計都側重於面部表情的設計，眼球運動機 構的設計相對簡單。經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利公開號為CN2691802，申請號為 CN200420021728.4發明名稱為會彈鋼琴的機器人，該機器人的眼球轉動控制機 構包括電機、曲柄搖杆機構和傳動齒輪機構，電機安裝在頭部骨架內，曲柄搖杆 機構的一端與電機的主軸相連，另一端與傳動齒輪機構絞接相連，傳動齒輪機構 的另一端與頭部機構中連接眼球的小軸固定相連。該機構的不足之處在於結構只 能實現眼球的左右轉動，無法實現眼球的上下運動，不能逼真的模仿人眼的運動。發明內容本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種仿人機器人眼球靈活轉動 的運動機構。本發明結構簡潔，將眼球左右和上下兩個方向的轉動分離，通過一 套相互獨立的四連杆機構和同步帶輪機構實現眼球複雜的轉動，考慮到仿人的眼 球機構的精密性和尺寸大小，採用微型尺寸零件，可使眼球運動機構在相對狹小 的空間內實現複雜的運動。由於上下左右兩個方向的運動機構相互獨立，因此不 會產生運動幹涉的問題。而且簡潔的機構使運動便於控制，驅動電機的數量減小 到最少，使整個機構既不過分佔用空間，又可滿足仿人眼睛的要求。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括蝸輪、蝸杆、傳動軸、軸 承、大支架、小支架、第一軸承、支撐座、第二軸承、第二同步帶輪、第一短軸、 眼球、第二短軸、第一電機、導軌、滑塊、傳動架、第二電機、第一同步帶輪、 同步帶。連接關係為蝸輪安裝在豎直安放的傳動軸下端且與蝸杆相連，傳動軸 上端連接在導軌後端的孔內，滑塊套在導軌上，傳動架後端安裝在滑塊上表面上， 傳動架前端兩邊各與一個小支架後端相連，小支架安放在大支架的第一軸承上， 第一同步帶輪安裝在每個小支架的後半部分，第一同步帶輪通過同步帶與第二同 步帶輪連接，第二同步帶輪安裝一個短軸上，該短軸一端安裝在支撐座的第二軸 承內，另一端連接眼球一邊，眼球的另一邊連接另一短軸的一端，該短軸的另一 端安裝在另一個支撐座的第二軸承內。所述的第一同步帶輪的直徑小於第二同步帶輪的直徑。 所述的蝸杆連到第一電機輸出軸上，兩者之間採用緊定螺釘固定。 所述的傳動軸上端有凹槽，用來安裝在導軌的孔內，並能帶動導軌轉動。 所述的滑塊上表面有一圓柱狀突起，用來將傳動架後端孔套在上面。 所述的傳動架為T字型，後端與傳動軸相連，前端左右兩端各連一個小支架。 所述的小支架為後窄前寬，成不對稱的品字形，後半部安放第二電機和第一 同步帶輪，前半部安裝支撐座用來安放眼球和第二同步帶輪。所述的大支架安裝在機器人頭部的側壁上，左右各安裝一個第一軸承用來安 放小支架。所述的第一同步帶輪選用微型同步帶輪，第二同步帶輪的光滑圓柱體的部分 加工有螺紋孔，用來安裝緊釘螺釘使第二同步帶輪和電機輸出軸連接。所述的支撐座上窄下寬，底部有兩個螺紋孔，可用螺釘固定在小支架上，上 部放置第二軸承。所述的眼球左右各切去一部分，形成圓形平面，在圓形平面圓心各有一孔， 用來連接短軸。本發明中，電機控制蝸杆轉動，蝸杆帶動蝸輪轉動，蝸輪帶動傳動軸一起轉 動，傳動軸將轉動傳遞給導軌，導軌帶動滑塊滑動，滑塊帶動傳動架和小支架組 成的四連杆機構轉動，從而實現小支架的原地轉動，也就是實現了眼球的左右轉 動。在每一個小支架上，放在後部的電機帶動第一同步帶輪轉動，第一同步帶輪帶動傳動帶轉動，進而帶動第二同步帶輪轉動，然後帶動短軸，眼球轉動，實現 眼球的上下轉動。兩個眼球上下轉動的同步性通過各自電機的編碼器來實現。與現有技術相比，本發明將眼球左右和上下兩個方向的轉動分離。所述的傳 動軸、導軌劃塊、傳動架、小支架構成了四連杆機構及其驅動裝置，可實現眼球 的左右同步轉動，機構簡潔，傳動效率高。所述的大小傳動輪，支撐座，短軸可 實現眼球在左右轉動同時的上下轉動，而且兩個運動彼此獨立，不會互相干涉。


圖1為本發明的結構主視示意圖 圖2為本發明的結構俯視示意圖具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護 範圍不限於下述的實施例。如圖l、圖2所示，本實施例包括蝸輪l、蝸杆2、傳動軸3、第一軸承4、大支架5、小支架6、支撐座7、第二軸承8、第二同步帶輪9、第一短軸IO、眼 球ll、第二短軸12、第一電機13、導軌14、滑塊15、傳動架16、第二電機17、 第一同步帶輪18、同步帶19 。以上零部件之間的連接關係為蝸杆2與第一電機13輸出軸相連，蝸輪l安 裝在豎直安放的傳動軸3下端與蝸杆2相連，傳動軸3上端連接在導軌14後端的 孔內，滑塊15套在導軌14上，傳動架16後端安裝在滑塊15上表面的圓柱狀突 起上，傳動架16前端兩邊各與一個小支架6後端相連，小支架6安放在大支架5 的第一軸承4上，第一同步帶輪18安裝在每個小支架6的後半部分，第一同步帶 輪18通過同步帶19與第二同步帶輪9連接，第一同步帶輪18安裝在第一短軸10 上，第一短軸10 —端安裝在支撐座7的第二軸承8內，另一端連接眼球11 一邊， 眼球11的另一邊連接另一第二短軸12的一端，該第二短軸12的另一端安裝在另 一個支撐座7的第二軸承8內。所述的蝸杆2 —端連到第一電機13上，用來傳遞第一電機13輸出的扭矩。 所述的傳動軸3上端有凹槽，用來安裝並固定在導軌14的孔內，並能帶動導 軌14轉動。所述的滑塊15上表面有一圓柱狀突起，用來將傳動架16後端孔套在上面， 使傳動架16能繞該圓柱狀突起自由轉動。所述的傳動架16為T字型，後端與滑塊15相連，前端左右兩端各連一個小 支架6。所述的小支架6為後窄前寬，成不對稱的品字形，後半部安放第二電機17和 第二同步帶輪18，前半部安裝支撐座7用來固定眼球11和第一同步帶輪9。所述的大支架5安裝在機器人頭部的側壁上，左右各安裝一個第一軸承4用 來定位支撐小支架6。所述的第二同步帶輪18選用微型同步帶輪，小輪的光滑圓柱體的部分打有螺 紋孔，用來安裝緊釘螺釘使第二同步帶輪18和第二電機17連接。所述的支撐座7上窄下寬，底部打有兩個螺紋孔，可用螺釘固定在小支架6 上，上部放置第二軸承8。所述的眼球ll左右各切去一部分，形成圓形平面，在圓形平面圓心處各有一 孔，用來連接第一短軸10、第二短軸12。本實施例中，第一電機13、蝸杆l、蝸輪2、傳動軸3、導軌14、滑塊15、 傳動架16、小支架6、第一軸承4、大支架5構成了眼球的左右轉動機構，其中蝸 杆l，蝸輪2，傳動軸3用來傳遞第一電機13輸出的轉矩和運動，導軌14，劃塊 15，傳動架16，小支架6構成四連杆機構控制眼球的左右轉動，第一軸承4，大 支架5起到支撐和定位小支架的作用，從而使眼球能原地轉動。支撐座7、第二軸 承8、第一同步帶輪9、第一短軸IO、第二短軸12、第二電機17、第二同步帶輪 18、同步帶19構成了眼球的上下轉動機構，支撐座7、第二軸承8、第一短軸IO、 第二短軸12主要用來固定眼球，使其能像真人的眼球的一樣在原地實現各種運動。 第一同步帶輪9、第一同步帶輪18、同步帶19用來傳遞第二電機17的轉動，控 制眼球上下轉動，兩個眼球轉動的同步性通過電機的編碼器實現。該套機構最大 的特點是將眼球的上下和左右轉動分離，從而在實現靈活轉動的同時也解決了運 動幹涉的問題。
權利要求
1.一種仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構，包括蝸輪、蝸杆、傳動軸、第一軸承、大支架、小支架、支撐座、第二軸承、第一同步帶輪、第一短軸、眼球、第二短軸、第一電機、導軌、滑塊、傳動架、第二電機、第二同步帶輪、同步帶，其特徵在於蝸輪安裝在豎直安放的傳動軸下端且與蝸杆相連，傳動軸上端連接在導軌後端的孔內，滑塊套在導軌上，傳動架後端安裝在滑塊上表面上，傳動架前端兩邊各與一個小支架後端相連，小支架安放在大支架的第一軸承上，第一同步帶輪安裝在每個小支架的後半部分，第一同步帶輪通過同步帶與第二同步帶輪連接，第二同步帶輪安裝一個短軸上，該短軸一端安裝在支撐座的第二軸承內，另一端連接眼球一邊，眼球的另一邊連接另一短軸的一端，該短軸的另一端安裝在另一個支撐座的第二軸承內。
2. 根據權利要求1所述的仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構，其特徵是 所述的傳動軸上端有凹槽。
3. 根據權利要求l所述的仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構，其特徵是 所述的滑塊上表面有一圓柱狀突起，將傳動架後端孔套在圓柱狀突起上面。
4. 根據權利要求1或3所述的仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構，其特徵 是所述的傳動架為T字型，其後端與滑塊相連，前端左右兩端各連一個小支架。
5. 根據權利要求l所述的仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構，其特徵是 所述的小支架為後窄前寬，成不對稱的品字形，後半部安放電機和第一同步帶輪， 前半部安裝支撐座用來固定眼球和第一同步帶輪。
6. 根據權利要求l所述的仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構，其特徵是 所述的大支架安裝在機器人頭部的側壁上，左右各安裝一個軸承用來定位支撐小 支架。
7. 根據權利要求l所述的仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構，其特徵是 所述的支撐座上窄下寬，底部有兩個螺紋孔，用螺釘固定在小支架上，上部放置 軸承。
8. 根據權利要求l所述的仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構，其特徵是 所述的眼球左右各切去一部分，形成平面，在圓形平面圓心各有一孔。
9. 根據權利要求l所述的仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構，其特徵是 所述的第一同步帶輪的直徑小於第二同步帶輪的直徑。
10. 根據權利要求1或9所述的仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構，其特 徵是所述的第一同步帶輪選用微型同步帶輪，第二同步帶輪的光滑圓柱體的部 分有螺紋孔。
全文摘要
一種仿人機器人眼球靈活轉動的運動機構，屬於機器人技術領域。本發明中，蝸輪安裝在豎直安放的傳動軸下端且與蝸杆相連，傳動軸上端連接在導軌後端的孔內，滑塊套在導軌上，傳動架後端安裝在滑塊上表面上，傳動架前端兩邊各與一個小支架後端相連，小支架安放在大支架的第一軸承上，第一同步帶輪安裝在每個小支架的後半部分，第一同步帶輪通過同步帶與第二同步帶輪連接，第二同步帶輪安裝一個短軸上，該短軸一端安裝在支撐座的第二軸承內，另一端連接眼球一邊，眼球的另一邊連接另一短軸的一端，該短軸的另一端安裝在另一個支撐座的第二軸承內。本發明將眼球的上下和左右轉動分離，從而在實現靈活轉動的同時也解決了運動幹涉的問題。
文檔編號A63H3/00GK101219279SQ20081003300
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月24日 優先權日2008年1月24日
發明者陳曉旻, 高雪官 申請人:上海交通大學