[发明专利]机器人及其颈部机构

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种机器人及其颈部机构。

背景技术

对于人形机器人，其颈部需要具备三自由度的运动，并且机器人颈部空间有限，使得其结构必须尽量紧凑，特别是径向尺寸需尽量细小。

申请号为201310198652.6的专利文件公开了一种机器人的颈部机构，其电机采用方形电机，布局在旋转中心万向节旁边，整个结构显得比较臃肿，如果要把这样一个布局的机构完全放入机器人颈部，会使得机器人颈部比较粗大，使得机器人人体比例失调，影响美观。

如果把机构等比缩小后再放入颈部，又会导致机构力臂相对头部尺寸太短，引起一系列问题。首先，在作用力方面，需要更大的作用力才能驱动负载，因此需要增加电机功率密度；其次，在刚度方面，电机所需的保持力也将被放大，各组件的弹性形变也被放大，最终表现为刚度较低；另外，在间隙方面，同样被较小的力臂所放大，需要较高的加工和装配精度才能满足要求。最终导致成本增加。

总之，由于机器人颈部空间较狭窄，现有的机器人颈部机构，要么让机器人颈部设计得较粗，牺牲人体比例的协调性和机器人的美观性来降低成本；要么通过增加运动机构的功率密度和加工精度来保持机器人人体比例的协调。二者不可兼得。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种机器人及其颈部机构，旨在保持机器人颈部比例协调的同时降低成本。

为达以上目的，本发明提出一种机器人的颈部机构，包括一上板、一下板、一万向节和位于所述万向节两侧的两连杆机构，所述万向节两端分别连接上板和下板，所述连杆机构包括一伸缩装置，所述伸缩装置用于驱动所述连杆机构上下伸缩，所述伸缩装置上端往远离所述万向节方向斜向上延伸形成一上推杆，下端往远离所述万向节方向斜向下延伸形成一下推杆，所述上推杆与所述上板连接，所述下推杆与所述下板连接。

优选地，所述上推杆和下推杆分别通过球关节与所述上板和下板活动连接。

优选地，所述上推杆和下推杆均朝向同一侧，所述伸缩装置为直线电机，所述连杆机构呈弓形。

优选地，所述颈部机构还包括一连接于所述上板的舵机。

优选地，所述连杆机构通过一弹性件连接所述万向节。

优选地，所述连杆机构通过一弹性件连接所述舵机。

优选地，所述连杆机构与所述上板的连接点和所述万向节与所述上板的连接点之间的连线，与机器人人体中心剖切面之间的夹角为θ，且tanθ=F2/F1,其中F1为机器人头部前后摆动时连杆机构的最大受力，F2为机器人头部左右摆动时连杆机构的最大受力。

优选地，所述伸缩装置外部包覆有缓冲件。

优选地，所述缓冲件由橡胶、泡沫、海绵或棉花制作而成。

优选地，所述两连杆机构对称分布于所述万向节两侧。

优选地，所述万向节两端分别连接所述上板和下板的中部。

本发明同时提出一种机器人，包括一颈部机构，所述颈部机构包括一上板、一下板、一万向节和位于所述万向节两侧的两连杆机构，所述万向节两端分别连接上板和下板，所述连杆机构包括一伸缩装置，所述伸缩装置用于驱动所述连杆机构上下伸缩，所述伸缩装置上端往远离所述万向节方向斜向上延伸形成一上推杆，下端往远离所述万向节方向斜向下延伸形成一下推杆，所述上推杆与所述上板连接，所述下推杆与所述下板连接。

本发明所提供的一种通过采用一种中部径向尺寸小两端径向尺寸大的连杆机构，设计出了一种细长的颈部机构。一方面减小了机器人颈部的径向尺寸，满足了人体颈部比例的协调性，保证了机器人人体的美观性；另一方面，由于颈部机构两端还伸入头部和身体，所以可利用一部分头部和身体的空间，来使得连杆机构两端能尽可能的径向延伸来增大力臂，从而减少了整体的功率密度要求及机构的实际间隙，因此不需要选用成本高昂的大功率电机和高精度零件，极大的降低了成本。

而连杆机构活动连接于上下板且采用弹性件对其进行柔性约束，既能动态减少连杆机构占据的横向空间，又保证了运动的灵活性；同时连杆机构采用并联布局，通过优化计算确定连杆机构连接上下板的位置，均匀出力，进一步增加了运动机构的灵活性。

附图说明

图1是本发明的颈部机构一实施例的立体结构示意图；

图2是本发明的颈部机构置于机器人中的示意图；

图3是图1中颈部机构的连杆机构无柔性约束时的自由转动示意图；

图4是图1中的颈部机构的后视图；

图5是图1中的颈部机构的俯视图；