一种机器人头部驱动机构及机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机器人领域，尤指一种机器人头部驱动机构及机器人。


背景技术：

2.机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受用户的指令进行工作，又可以根据预先编排的程序进行工作，也可以人工智能技术制定的原则纲领行动。机器人的任务是协助或取代人类的工作，其为释放人类工作负担，提高生产效率带来了较大的收益，因而被广泛应用于生产和生活的各个领域。
3.为了实现机器人的拟人化，机器人头部需要相对于机身可水平转动，以使机器人头部可以完成向左转动和向右转动的动作。但是，现有的实现机器人头部转动的机构多是采用链条、电机-皮带传动。其中，链条传动占用空间大；电机-皮带传动时，皮带容易打滑，传动效率不高。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种机器人头部驱动机构及机器人，不仅占用空间小，而且传动效率高。
5.本实用新型提供的技术方案如下：
6.一方面，提供一种机器人头部驱动机构，包括：
7.齿轮箱，包括箱体、主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮和所述从动齿轮分别设置在所述箱体内，且所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合；
8.驱动件，设置于所述箱体，所述驱动件的动力输出轴与所述主动齿轮连接并驱动所述主动齿轮转动；
9.回转轴承，包括固定座和转轴，所述固定座设置在所述箱体外且与所述箱体连接，所述转轴可转动地设置在所述固定座内，所述转轴的一端伸入所述箱体内与所述从动齿轮固定连接；
10.转动输出轴，一端与所述转轴远离所述从动齿轮的一端连接，另一端用于与机器人头部连接。
11.在一些实施方式中，还包括行程控制组件，所述行程控制组件设置在所述箱体内，用于根据所述从动齿轮的转动角度控制所述驱动件的工作状态，所述工作状态包括正转、反转或停止。
12.在一些实施方式中，所述行程控制组件包括行程触发挡块和行程开关，所述行程触发挡块设置在所述从动齿轮上，所述行程开关设置在所述行程触发挡块的一侧且与所述驱动件电连接，所述从动齿轮带动所述行程触发挡块转动到预设角度时，所述行程触发挡块触发所述行程开关，使所述行程开关发送触发信号至所述驱动件，以控制所述驱动件的工作状态。
13.在一些实施方式中，所述行程触发挡块包括底面、第一侧面和第二侧面，所述第一
侧面和所述第二侧面分别设置在所述底面的两侧，所述第一侧面和所述第二侧面分别为内凹的弧形面，所述行程触发挡块转动到所述第一侧面和所述第二侧面与所述行程开关对应时不触发所述行程开关，所述底面与所述行程开关对应时触发所述行程开关。
14.在一些实施方式中，所述行程控制组件还包括安装件，所述行程触发挡块通过所述安装件固定在所述从动齿轮上。
15.在一些实施方式中，所述从动齿轮远离所述转动输出轴的一面设有安装槽，所述安装件设置在所述安装槽内。
16.在一些实施方式中，所述行程控制组件包括绝对编码器，所述绝对编码器固定在所述箱体内且与所述驱动件电连接，所述绝对编码器的转动轴与所述从动齿轮连接，用于检测所述从动齿轮的转动角度。
17.在一些实施方式中，所述行程控制组件还包括连接件，所述连接件固定在所述从动齿轮上，所述连接件上设有定位槽，所述绝对编码器的转动轴上设有与所述定位槽相配合的定位凸起，所述连接件与所述绝对编码器的转动轴通过所述定位凸起和所述定位槽定位连接。
18.另一方面，还提供一种机器人，包括机器人头部和上述任一实施方式所述的机器人头部驱动机构，所述机器人头部与所述转动输出轴连接。
19.在一些实施方式中，还包括线束插接件，所述线束插接件设置在所述转动输出轴与所述机器人头部连接的一端，
20.所述机器人头部包括机器人头部本体和机器人头部线束，所述机器人头部线束与所述线束插接件插接连接，所述机器人头部本体与所述转动输出轴固定连接。
21.本实用新型的技术效果在于：
22.(1)通过驱动件、齿轮组件、回转轴承和转动输出轴来实现机器人头部转动，不仅结构简单、体积小，而且相比于皮带传动，不容易打滑，传动效率高。
23.(2)通过设置行程触发挡块和行程开关，可实现精确控制机器人头部的转动角度。
24.(3)通过设置绝对编码器，可准确获取从动齿轮的转动角度，并根据从动齿轮的转动角度控制驱动件的工作状态，以实现精确控制机器人头部的转动角度。
附图说明
25.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
26.图1是本技术具体实施例提供的一种机器人头部驱动机构在一种视角下的结构示意图；
27.图2是本技术具体实施例提供的一种机器人头部驱动机构在另一种视角下的结构示意图；
28.图3是本技术具体实施例提供的行程控制组件的一种实施方式的结构示意图；
29.图4是本技术具体实施例提供的行程触发挡块与行程开关的配合结构示意图；
30.图5是本技术具体实施例提供的行程控制组件的另一种实施方式的结构示意图；
31.图6是本技术具体实施例提供的连接件与从动齿轮的配合结构示意图；
32.图7是本技术具体实施例提供的绝对编码器的结构示意图；
33.图8是本技术具体实施例提供的一种机器人头部与机器人头部驱动机构连接的结
构示意图；
34.图9是图8中拆除外壳后的结构示意图。
35.附图标号说明：
36.10、齿轮箱；11、箱体；12、主动齿轮；13、从动齿轮；20、驱动件；30、回转轴承；31、固定座；32、转轴；40、转动输出轴；50、机器人头部；61、固定支架；62、支撑板；71、行程触发挡块；711、底面；712、第一侧面；713、第二侧面；72、行程开关；73、安装件；74、绝对编码器；741、定位凸起；75、连接件；751、定位槽；81、外壳；82、定心件。
具体实施方式
37.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
39.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
40.在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.另外，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.在本技术的一个实施例中，如图1所示，一种机器人头部驱动机构，如图1和图2所示，包括齿轮箱10、驱动件20、回转轴承30和转动输出轴40，齿轮箱10包括箱体11、主动齿轮12和从动齿轮13，主动齿轮12和从动齿轮13分别设置在箱体11内，且主动齿轮12与从动齿轮13啮合；驱动件20设置于箱体11，驱动件20的动力输出轴与主动齿轮12连接并驱动主动齿轮12转动。
43.回转轴承30包括固定座31和转轴32，固定座31设置在箱体11外且与箱体11固定连接，转轴32可转动地设置在固定座31内，转轴32的一端伸入箱体11内与从动齿轮13固定连接；转动输出轴40的一端与转轴32远离从动齿轮13的一端连接，转动输出轴40的另一端用于与机器人头部50连接。
44.机器人一般包括机器人头部50和机器人机身，机器人头部50通过机器人头部驱动机构与机器人机身连接。机器人头部驱动机构的齿轮箱10可作为驱动件20、回转轴承30和转动输出轴40的支撑部件，整个机器人头部驱动机构可通过齿轮箱10固定在机器人机身上，或者如图8和图9所示齿轮箱10通过固定支架61和支撑板62等固定在机器人机身上。齿
轮箱10的箱体11上设有可拆卸的箱盖，以方便齿轮箱10内主动齿轮12、从动齿轮13的安装、拆卸和维修。
45.驱动件20可为电机等现有的动力机构，驱动件20固定设置在箱体11外，驱动件20的动力输出轴穿过箱体11且与主动齿轮12连接，以驱动主动齿轮12转动。
46.回转轴承30的固定座31固定在齿轮箱10上，回转轴承30的转轴32一端与从动齿轮13连接，另一端与转动输出轴40连接。驱动件20驱动主动齿轮12转动时，主动齿轮12与从动齿轮13啮合带动从动齿轮13转动，从动齿轮13转动带动回转轴承30的转轴32转动，转轴32转动带动转动输出轴40转动，转动输出轴40再带动机器人头部50转动。
47.本实施例中通过驱动件20、主动齿轮12、从动齿轮13、回转轴承30和转动输出轴40来实现机器人头部50转动，不仅结构简单、体积小，而且相比于皮带传动，齿轮啮合传动在传递同样大的圆周力时轴上压力更小，且不容易打滑，传动效率高。
48.在一些实施例中，还包括行程控制组件，行程控制组件设置在箱体11内，用于根据从动齿轮13的转动角度控制驱动件20的工作状态，驱动件20的工作状态包括正转、反转或停止。行程控制组件可检测从动齿轮13的转动角度，当从动齿轮13转动到预设角度后，行程控制组件可发送信号至驱动件20，以控制驱动件20的工作状态。
49.如图3所示，行程控制组件包括行程触发挡块71和行程开关72，行程触发挡块71设置在从动齿轮13上，行程开关72设置在行程触发挡块71的一侧且与驱动件20电连接，从动齿轮13带动行程触发挡块71转动到预设角度时，行程触发挡块71触发行程开关72，使行程开关72发送触发信号至驱动件20，以控制驱动件20的工作状态。
50.行程触发挡块71随从动齿轮13一起转动，行程触发挡块71转动到预设位置并与行程开关72接触时可触发行程开关72，使行程开关72发送触发信号给驱动件20，驱动件20根据接收到的触发信号进行工作。
51.如图3和图4所示，行程触发挡块71包括底面711、第一侧面712和第二侧面713，第一侧面712和第二侧面713分别设置在底面711的两侧，第一侧面712和第二侧面713分别为内凹的弧形面，行程触发挡块71转动到第一侧面712或第二侧面713与行程开关72对应时不触发行程开关72，底面711与行程开关72对应时触发行程开关72。
52.如图4所示，行程触发挡块71的形状近似倒梯形，行程触发挡块71的底面711为平面，底面711为触发位置平台，第一侧面712和第二侧面713分别为向内凹的曲面，第一侧面712与第二侧面713可设置为相对行程触发挡块71的中心左右对称，也可设置为不对称，行程触发挡块71随从动齿轮13逆时针旋转接近行程开关72时，行程开关72的触片滚轮首先接触并进入第二侧面713，沿第二侧面713滚到底面711(也即触发位置平台)，此时行程开关72被触发，使驱动件20停止转动或反转。行程开关72顺时针旋转接近行程开关72时，行程开关72的触片滚轮首先接触并进入第一侧面712，沿第一侧面712滚到底面711(也即触发位置平台)，此时行程开关72被触发，使驱动件20停止转动或反转，实现对机器人头部50的转动角度进行精准控制。
53.本实施例中，一个行程触发挡块71和一个行程开关72可实现一个转动角度的控制，当需要实现多种转动角度控制时，可设置多个行程触发挡块71和多个行程开关72。例如，可根据需要设置多组行程控制组件，以使机器人头部50可以实现左右各45
°
转动，左右各90
°
转动，左右各135
°
转动，左右各175
°
转动。
54.示例性的，从0
°
位置开始，机器人头部50顺时针转动175
°
时，行程触发挡块71触发行程开关72，触发信号，使驱动件20反转。机器人头部50开始反转，逆时针转动350
°
时，行程触发挡块71的另一侧触发行程开关72，完成一个周期旋转。
55.如图3和图4所示，行程控制组件还包括安装件73，行程触发挡块71通过安装件73固定在从动齿轮13上。从动齿轮13远离转动输出轴40的一面设有安装槽，安装件73设置在安装槽内。在从动齿轮13上设置安装槽，可减少行程触发挡块71凸出从动齿轮13的高度，进而缩小整个驱动机构的体积。
56.在另一实施例中，如图5所示，行程控制组件包括绝对编码器74，绝对编码器74固定在箱体11内且与驱动件20电连接，绝对编码器74的转动轴与从动齿轮13连接，用于检测从动齿轮13的转动角度。绝对编码器74可检测从动齿轮13的转动角度，当从动齿轮13转动到需要的角度时，可发送信号给驱动件20，使驱动件20停止工作。
57.本实施例通过绝对编码器74可准确获取从动齿轮13的转动角度，并根据从动齿轮13的转动角度控制驱动件20的工作状态，以实现精确控制机器人头部50的转动角度。
58.如图6所示，行程控制组件还包括连接件75，连接件75固定在从动齿轮13上，连接件75上设有定位槽751，如图7所示，绝对编码器74的转动轴上设有与定位槽751相配合的定位凸起741，连接件75与绝对编码器74的转动轴通过定位凸起741和定位槽751定位连接。
59.绝对编码器74通过定位凸起741与连接件75上的定位槽751相配合，以保证从动齿轮13的初始角度与绝对编码器74的初始角度一致。
60.现有技术中为了精确控制机器人头部50转动，采用编码器实现闭环控制时，数编码器大多安装在电机上，安装之后校正非常麻烦。本实施例通过将绝对编码器74安装在箱体11内，且通过定位凸起741与定位槽751实现唯一角度定位连接，安装完成之后，从动齿轮13与转动输出轴40相对箱体11处于0度位置，使机器人头部50屏幕正对前方，方便组装调试，不用单独校正。
61.机器人头部驱动机构的安装过程为：
62.1、将连接件75、从动齿轮13、回转轴承30、转动输出轴40和齿轮箱10通过螺栓连接起来，保证转动输出轴40上的定位孔与连接件75上的定位槽751在同一圆周上，并调整连接件75的位置；
63.2、将绝对编码器74安装在齿轮箱10上；
64.3、安装驱动件20和主动齿轮12；
65.4、调整绝对编码器74的转动轴的角度，使其与从动齿轮13上的连接件75配合，插接到一起，完成核心部件组装。
66.本实用新型还提供一种机器人的具体实施例，如图1至图7所示，包括机器人头部50、机器人机身和上述任一实施例的机器人头部驱动机构，机器人头部50通过机器人头部驱动机构与机器人机身连接。
67.机器人头部50与机器人头部驱动机构的转动输出轴40连接，如图8所示，转动输出轴40外还套设有外壳81，该外壳81形成机器人脖子，如图9所示，外壳81与转动输出轴40之间设有定心件82，定心件82的内壁与转动输出轴40的外壁配合，定心件82的外壁与外壳81的内壁配合，以使外壳81与转动输出轴40同轴设置。
68.还包括线束插接插件，线束插接件设置在转动输出轴40与机器人头部50连接的一
端，机器人头部50包括机器人头部本体和机器人头部线束，机器人头部线束与线束插接件插接连接，机器人头部本体与转动输出轴40固定连接。
69.机器人头部的安装顺序为：1、先将机器人头部线束与机器人机身的线束在转动输出轴40的位置通过线束接插件进行插接，在将整条线束通过转动输出轴40，穿过机器人头部驱动机构，到达机器人机身；2、将外壳81与转动输出轴40安装配合，两端锁螺栓固定。
70.本实施例的机器人头部可以在机器人机身基本安装完成的情况下，最后安装机器人头部50，机器人头部50可做成独立模块，方便安装及不同功能头部组合。
71.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。