专利名称：机器猴头部活动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种机器猴头部活动装置，用于服务机器人技术领域。
背景技术：
机器猴灵灵头部运动装置包括点头机构及摇头机构，通过对电机的控制使机器猴的脑头部活运动。通常的礼仪及玩具机器人虽有类似功能，但结构相对较复杂、运动精确度差。
经文献检索分析，发现中国专利申请号86206598，名为一种多功能模特儿，可实现机器模特点头及摇头等功能。它采用万向轴将头颅与颈中柱连接，采用三角凸轮实现点头运动；采用马达带动偏心轴旋转，使转动臂带动颈中柱，实现60度转头转动。其不足之处为机器模特的头部与身体之间是靠万向轴连接，这种方式只适用于体积较小、头部重量较轻的机器人并且对头部的重心位置要求严格，如果机器人头部较重则万向轴难以承受，而如果机器人头部重心位置稍有偏差则头部就会发生倾斜，运动也不准确。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机器猴头部活动装置，使其可以实现摇头和点头的动作，并且该动作不受机器人体积及头部重量限制，不仅使头部稳固地架在身体上而且能够确保运动位置精确。本发明完全可以用于仿人型机器人的设计上，使机器人脑壳的运动更灵活更精确，机构更简单。
本发明专利是通过以下技术方案实现的，包括步进电机I、II，步进电机支架，连杆I、II、III，半球体，半球壳，中轴，齿轮I、II，脑壳及支架，其连接方式为步进电机I通过电机支架固定在半球壳上，其输出轴与连杆I绞接，连杆I、II、III组成四连杆机构，连杆III下端固定在半球体球心处，半球体与脑壳固接，半球体的凸球面与半球壳的凹球面相咬合，并且半球体凸球面上的凸缘插入半球壳凹球面上的凹槽内，半球壳下端与中轴相固接，中轴支撑在支架上，中轴下端固接齿轮II，齿轮II与齿轮I啮合，步进电机II的输出轴与齿轮I的齿轮轴相连接，齿轮I的齿轮轴支持在支架上，同时步进电机II也固定在支架上。
本发明工作时可实现两个动作。第一，进电机I绕Y轴转动，其输出轴带动四连杆机构中的连杆I摆动，连杆I带动连杆II、III摆动，连杆III带动与其固接的半球体在半球壳内滑动，继而带动与半球体固连的脑壳上下摆动，从而实现点头动作。步进电机II绕Z轴转动，其输出轴带动齿轮I同轴转动，并通过一对齿轮副I、II变速后，使齿轮II的输出轴即中轴带动半球壳绕Z轴转动，半球壳带动半球体及与半球体固连的脑壳一同绕Z轴转动，从而实现转头动作。
本发明中的步进电机I、II均由计算机控制，并按照事先编好的程序完成点头及转头动作。如有特殊需要，也可采用手动控制方式实现点头及转头动作。在本发明中，半球体与半球壳上的凸缘与凹槽连接起着至关重要的作用。
本发明有在技术上具有显著的进步，其主要优点为采用四连杆机构，使机器猴在点头运动中不至于因脑壳过重而抬不起来，或虽能抬头但无法恢复到初始位置；采用半球体及半球壳的连接方式，并利用凸缘及凹槽连接，使机器猴脑壳运动更准确更灵活，机构更简单。
图1机器猴点头与摇头运动装置原理2半球体结构示意3半球壳结构示意图具体实施方式
如图1、图2、图3所示，本发明包括由连杆1、2、3组成的四连杆机构，步进电机4、12，步进电机支架5，半球体6，半球壳7，中轴8，齿轮10、14，支架11及脑壳13，其连接方式为步进电机4通过电机支架5固定在半球壳7上，其输出轴与连杆1绞接，连杆1、2、3组成四连杆机构，连杆3下端固定在半球体6的球心处，半球体6与脑壳13固接，半球体6的凸球面与半球壳7的凹球面相咬合，并且半球体6凸球面上的凸缘插入半球壳7凹球面上的凹槽内，半球壳7下端与中轴8相固接，中轴8支撑在支架11上，中轴8下端固接齿轮14，齿轮14与齿轮10啮合，步进电机12的输出轴与齿轮10的齿轮轴9相连接。齿轮10的齿轮轴9支持在支架11上，同时步进电机12也固定在支架11上。
半球体6的凸球面上的凸缘在xz平面上的投影为一半圆环并位于凸球面中间，而半球壳7凹球面上的凹槽，该凹槽形状与上述凸缘相对应，半球体6与半球壳7之间靠凸缘凹槽结构相连接，形成移动副。
权利要求
1.一种机器猴头部活动装置，包括步进电机(4、12)，步进电机支架(5)，连杆(1、2、3)，半球体(6)，半球壳(7)，中轴(8)，齿轮(10、14)，支架(11)及脑壳(13)，其特征在于，步进电机(4)通过电机支架(5)固定在半球壳(7)上，其输出轴与连杆(1)相绞接，连杆(3)下端固定在半球体(6)的球心处，半球体(6)与脑壳(13)固接，半球体(14)的凸球面与半球壳(6)的凹球面相咬合，而半球体(6)的凸球面上有一凸缘插入半球壳(7)凹球面上的凹槽内，半球壳(7)下端与中轴(8)相固接，中轴(8)支撑在支架(11)上，中轴(8)下端固接齿轮(14)，齿轮(14)与齿轮(10)啮合，步进电机(12)的输出轴与齿轮(10)的齿轮轴(9)相连接。齿轮轴(9)支持在支架(11)上，同时步进电机(10)也固定在支架(11)上。
2.根据权利要求1所述的机器猴头部活动装置，其特征还在于，半球体(6)的凸球面上的凸缘在xz平面上的投影为一半圆环并位于凸球面中间，而半球壳(7)凹球面上的凹槽，该凹槽形状与上述凸缘相对应，半球体(6)与半球壳(7)之间靠凸缘凹槽结构相连接，形成移动副。
全文摘要
一种类人机器猴头部活动装置，属于机械工程领域。本发明步进电机I通过电机支架固定在半球壳上，其输出轴与连杆I铰接，连杆I、II、III组成四连杆机构，连杆III下端固定在半球体球心处，半球体与脑壳固接，半球体的凸球面与半球壳的凹球面相咬合，并且半球体凸球面上的凸缘插入半球壳凹球面上的凹槽内，半球壳下端与中轴相固接，中轴支撑在支架上，中轴下端固接齿轮II，齿轮II与齿轮I啮合，步进电机II的输出轴与齿轮I的齿轮轴相连接，齿轮I的齿轮轴支持在支架上，同时步进电机II也固定在支架上。采用四连杆机构带动头部运动，从而实现点头动作。利用齿轮副减速并带动头部左右摇动，从而实现摇头动作。本发明实现了机器猴头部的灵活运动。
文档编号A63H29/00GK1562430SQ20041001786
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月22日 优先权日2004年4月22日
发明者王嵩, 曹志奎, 高雪官, 付庄 申请人:上海交通大学