[发明专利]一种实现机器人的头颈部无缝隙活动的装置及其方法

摘要

本发明申请提供一种实现机器人的头颈部无缝隙活动的装置及其方法，包括机械结构设计模块、固定结构设计模块和控制算法模块，机械结构设计模块是由数个在不同水平面上的旋转结构串联组成，每一个旋转平面的角度设计决定了可以实现抬头、低头的角度，串联机构实现了运动的叠加；配合传动结构的固定结构设计模块的主要目的是区分头与身体，通过在头部分成同圆两个切面，使得头颈部无缝隙；控制算法模块用来控制各个电机的协同转动，从而实现想要的动作，该算法通过建模来模拟各个方向的运动，然后根据要达到的目标点反向求解各个电机的转动角度。

主权项

一种实现机器人的头颈部无缝隙活动的方法，其特征在于：实现机器人的头颈部无缝隙活动的装置，包括数节连接在一起的活动单元，每节活动单元的远端为与下一节活动单元连接的旋转端，每节活动单元的近端为固定端，相邻的两节活动单元之间通过首尾互相连接，下一节活动单元的旋转可带动上一节活动单元，且每节活动单元的旋转平面均不与其它活动单元的旋转平面平行或重叠，次末节活动单元的远端与机器人的颈部连接带动颈部一起转动，最末节活动单元的近端与机器人的颈部连接，远端与机器人的头部连接带动头部一起转动；次末节活动单元带动颈部转动的轴线与最末节活动单元带动头部转动的轴线在头部相交；并且头部转动的轴线垂直于颈部与头部相互对合的切面，实现头颈部的无缝隙活动；所述活动单元包括位于固定端的电机与电机支架，位于旋转端的轴承、主轴与主轴支架，主轴通过同步轮由电机转子带动旋转，在主轴支架上还设有与主轴一起旋转的支撑架，除最末节活动单元外，上一节活动单元的主轴支架和电机支架固定在下一节活动单元的支撑架上，且倾斜一定的角度，从而使得相邻两节活动单元的旋转平面不相互平行；上述的装置包括四节相互串联在一起的活动单元，由低至高的前三节活动单元按照上一节活动单元的主轴支架和电机支架固定在下一节活动单元的支撑架上且倾斜一定角度的方式连接，第三节活动单元的支撑架与机器人的颈部连接，第四节活动单元的电机支架和主轴支架固定在机器人的颈部，第四节活动单元的支撑架与机器人的头部连接；所述方法包括使用机械结构设计模块、固定结构设计模块和控制算法模块，上述的装置的机械结构设计模块是由四个在不同水平面上的活动单元串联组成，每一个旋转平面的角度设计决定了可以实现抬头、低头的角度，串联机构实现了运动的叠加；配合上述的装置内的传动结构的固定结构设计模块，该模块的目的是区分头部与身体，通过将头部分成同圆的相互对合的两个切面，使得头颈部无缝隙；控制算法模块，用来控制上述的装置内的各个电机的协同转动，从而实现想要的动作，该算法通过建模来模拟各个方向的运动，然后根据要达到的目标点反向求解各个电机的转动角度。