本實(shí)用新型涉及智能設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種機(jī)器人。
背景技術(shù)：
機(jī)器人，如家用智能機(jī)器人、掃地機(jī)器人等智能裝置，一般包括頭、手臂和其他身體部件等可運(yùn)動(dòng)部件。上述可運(yùn)動(dòng)部件一般經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與馬達(dá)相連，通過馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)后以驅(qū)動(dòng)這些運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人、掃地機(jī)器人等裝置的各種動(dòng)作。其中，頭部常見的動(dòng)作為點(diǎn)頭及搖頭。
現(xiàn)有技術(shù)中常見的機(jī)器人其驅(qū)動(dòng)點(diǎn)頭動(dòng)作的馬達(dá)安裝于頭部繞身體轉(zhuǎn)動(dòng)的軸部，馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)軸直接驅(qū)動(dòng)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)，因而在驅(qū)動(dòng)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，需要很大的控制力才能控制頭部的動(dòng)作。另一方面，與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)配合的傳動(dòng)軸在頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受力較大，當(dāng)外力推動(dòng)頭部時(shí)，即使外力較小也會(huì)使得傳動(dòng)軸受力較大，易造成傳動(dòng)軸的損壞。
綜上所述，如何有效地解決機(jī)器人頭部動(dòng)作時(shí)需較大的控制力等問題，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種機(jī)器人，該機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效地解決機(jī)器人頭部動(dòng)作時(shí)需較大控制力的問題。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：
一種機(jī)器人，包括頭部和支撐身體，所述頭部的底端與所述支撐身體轉(zhuǎn)動(dòng)連接；還包括驅(qū)動(dòng)裝置和一端與所述頭部固定連接的延長連接件，所述延長連接件另一端向遠(yuǎn)離所述頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向延伸，所述驅(qū)動(dòng)裝置作用于所述延長連接件的另一端以帶動(dòng)所述延長連接件轉(zhuǎn)動(dòng)。
優(yōu)選地，上述機(jī)器人中，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括與所述延長連接件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的齒輪、與所述齒輪嚙合的導(dǎo)向件和用于驅(qū)動(dòng)所述齒輪沿所述導(dǎo)向件滾動(dòng)的電機(jī)。
優(yōu)選地，上述機(jī)器人中，所述導(dǎo)向件為圓弧形齒條，所述圓弧形齒條的圓心位于所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，所述圓弧形齒條的曲率半徑為所述齒輪的中心至所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的距離與所述齒輪的半徑之和或二者之差。
優(yōu)選地，上述機(jī)器人中，所述導(dǎo)向件為鏈條，還包括用于支撐所述鏈條的圓弧形支撐架，所述圓弧形支撐架的圓心位于所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，所述圓弧形支撐架的曲率半徑為所述齒輪的中心至所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的距離與所述齒輪的半徑之和或二者之差。
優(yōu)選地，上述機(jī)器人中，所述延長連接件的長度方向與所述頭部的長度方向共線或平行。
優(yōu)選地，上述機(jī)器人中，所述延長連接件的長度是所述頭部長度的0.5-1.5倍。
優(yōu)選地，上述機(jī)器人中，所述頭部與所述延長連接件可拆卸的固定連接。
優(yōu)選地，上述機(jī)器人中，所述延長連接件為多節(jié)連桿連接而成的桿件。
優(yōu)選地，上述機(jī)器人中，還包括與所述頭部同步轉(zhuǎn)動(dòng)、用于檢測所述頭部轉(zhuǎn)動(dòng)速度的碼盤。
優(yōu)選地，上述機(jī)器人中，所述碼盤為光電碼盤。
本實(shí)用新型提供的機(jī)器人包括頭部、支撐身體、延長連接件和驅(qū)動(dòng)裝置。其中頭部的底端與支撐身體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，進(jìn)而頭部能夠相對(duì)支撐身體繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，延長連接件的一端與頭部固定連接，另一端向遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向延伸，驅(qū)動(dòng)裝置作用于延長連接件的另一端，帶動(dòng)延長連接件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)頭部繞轉(zhuǎn)動(dòng)。
應(yīng)用本實(shí)用新型提供的機(jī)器人時(shí)，結(jié)合機(jī)器人頸部細(xì)長、支撐身體相對(duì)寬大的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)裝置作用于延長連接件的端部來帶動(dòng)延長連接件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)杠桿定理，頭部轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度所需的力矩為F1L1，驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力為F，作用點(diǎn)至轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的距離為L2，則有F1L1＝FL2，通過驅(qū)動(dòng)裝置作用于延長連接件的端部，也就是通過延長連接件的設(shè)置，延長了力臂，驅(qū)動(dòng)裝置僅需較小的作用力即可帶動(dòng)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)，因而便于對(duì)頭部動(dòng)作的控制。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)裝置包括與所述延長連接件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的齒輪、與所述齒輪嚙合的導(dǎo)向件和用于驅(qū)動(dòng)所述齒輪沿所述導(dǎo)向件滾動(dòng)的電機(jī)。通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪沿導(dǎo)向件滾動(dòng)，帶動(dòng)延長連接件繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，便于控制頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。同時(shí)，由于從延長連接件的端部驅(qū)動(dòng)，所需的驅(qū)動(dòng)力較小，齒輪著力點(diǎn)受力小，進(jìn)而齒輪不易損壞。且當(dāng)外力推動(dòng)頭部時(shí)，齒輪著力點(diǎn)受力較小，不易造成齒輪損壞。
附圖說明
為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本實(shí)用新型提供的機(jī)器人一種具體實(shí)施方式的局部爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中標(biāo)記如下：
頭部1，齒輪2，導(dǎo)向件3，電機(jī)4。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型實(shí)施例公開了一種機(jī)器人，以減小機(jī)器人頭部動(dòng)作時(shí)所需的控制力。
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
請(qǐng)參閱圖1，圖1為本實(shí)用新型提供的機(jī)器人一種具體實(shí)施方式的局部爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。
在一種具體實(shí)施方式中，本實(shí)用新型提供的機(jī)器人包括頭部1、支撐身體、延長連接件和驅(qū)動(dòng)裝置。
其中，頭部1及支撐身體的結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。頭部1的底端與支撐身體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，進(jìn)而頭部1能夠相對(duì)支撐身體轉(zhuǎn)動(dòng)，如點(diǎn)頭或搖頭動(dòng)作。具體頭部1底端與支撐身體的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線可以為橫軸或縱軸，頭部1繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，表現(xiàn)為機(jī)器人點(diǎn)頭；頭部1繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，表現(xiàn)為搖頭。
延長連接件的一端與頭部1固定連接，即固定端，另一端為驅(qū)動(dòng)裝置的作用端且向遠(yuǎn)離頭部1繞支撐身體轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向延伸，即向頭部1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線以外延伸，驅(qū)動(dòng)裝置作用于延長連接件的端部，進(jìn)而帶動(dòng)頭部1繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。需要說明的是，延長連接件的另一端向頭部1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線以外延伸，即延長連接件兩端的連線不與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，進(jìn)而頭部1重心、延長連接件的外端形成繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的杠桿結(jié)構(gòu)。根據(jù)需要，可以設(shè)置延長連接件的長度，即設(shè)置杠桿的驅(qū)動(dòng)力端力臂的長度，對(duì)其具體數(shù)值可以不做具體限定。在空間允許的情況下力臂越長，則頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)相同角度所需的驅(qū)動(dòng)力越小。
應(yīng)用本實(shí)用新型提供的機(jī)器人時(shí)，結(jié)合機(jī)器人頸部細(xì)長、支撐身體相對(duì)寬大的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)裝置作用于延長連接件的端部來帶動(dòng)延長連接件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線擺動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)杠桿定理，頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度所需的力矩為F1L1，驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力為F，作用點(diǎn)至轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的距離為L2，則有F1L1＝FL2，也就是通過延長連接件的設(shè)置，延長了力臂，驅(qū)動(dòng)裝置僅需較小的作用力即可帶動(dòng)頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)，因而便于對(duì)頭部1動(dòng)作的控制。
延長連接件的固定端優(yōu)選的與頭部1的底端連接，以最大程度的利用延長連接件的長度，根據(jù)具體情況，也可以與頭部1的中部連接。
以機(jī)器人點(diǎn)頭動(dòng)作為例，頭部1繞支撐身體的轉(zhuǎn)動(dòng)軸為橫軸，則延長連接件縱向設(shè)置。優(yōu)選地，延長連接件的固定端與頭部1的底端連接，頭部1與延長連接件共線或平行，因而在二者長度方向上形成杠桿結(jié)構(gòu)，以繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)然，根據(jù)需要，如機(jī)器人支撐身體內(nèi)部空間布局等限制，可以調(diào)整延長連接件的設(shè)置方向，如延長連接件的作用端及頭部1重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的角度呈120-180度等，具體只需保證延長連接件能夠有效延長驅(qū)動(dòng)力臂即可。機(jī)器人搖頭動(dòng)作與點(diǎn)頭動(dòng)作類似，此處不再贅述。
具體地，驅(qū)動(dòng)裝置包括齒輪2、導(dǎo)向件3和電機(jī)4。齒輪2與延長連接件轉(zhuǎn)動(dòng)連接，導(dǎo)向件3與齒輪2嚙合，電機(jī)4驅(qū)動(dòng)齒輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，由于齒輪2與導(dǎo)向件3嚙合，進(jìn)而齒輪2沿導(dǎo)向件3滾動(dòng)，從而帶動(dòng)延長連接件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)頭部1的轉(zhuǎn)動(dòng)。通過電機(jī)4驅(qū)動(dòng)齒輪2沿導(dǎo)向件3滾動(dòng)，一方面便于控制頭部1的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。同時(shí)，由于從延長連接件的端部驅(qū)動(dòng)，所需的驅(qū)動(dòng)力較小，齒輪2著力點(diǎn)受力小，進(jìn)而齒輪2不易損壞。且當(dāng)外力推動(dòng)頭部1時(shí)，相同作用力下齒輪2著力點(diǎn)受力較小，不易造成齒輪2損壞。且通過延長連接件的設(shè)置，驅(qū)動(dòng)力臂較長，電機(jī)4所需提供的驅(qū)動(dòng)力減小，進(jìn)而與電機(jī)4配合的傳動(dòng)軸著力點(diǎn)在頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受力小，且當(dāng)外力推動(dòng)頭部1時(shí)，傳動(dòng)軸受力也較小，因而不易損壞。優(yōu)選地，齒輪2的中心轉(zhuǎn)軸，即自轉(zhuǎn)軸線與頭部1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行。
當(dāng)然，根據(jù)需要驅(qū)動(dòng)裝置也可以采用氣缸、液壓缸等伸縮缸，通過伸縮缸活塞桿的伸縮，推動(dòng)延長連接件的作用端以帶動(dòng)延長連接件轉(zhuǎn)動(dòng)。或者驅(qū)動(dòng)裝置也可以通過設(shè)置通電線圈產(chǎn)生磁場，并在延長連接件的作用端設(shè)置導(dǎo)磁件，通過磁力吸附作用帶動(dòng)延長連接件的轉(zhuǎn)動(dòng)。但通過上述齒輪2、導(dǎo)向件3及電機(jī)4的結(jié)構(gòu)簡單可靠，頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)可控性好。
進(jìn)一步地，導(dǎo)向件3為圓弧形齒條。也就是通過齒輪2與齒條的嚙合以限定齒輪2的運(yùn)動(dòng)軌跡。為保證齒輪2與齒條的良好嚙合，齒條呈圓弧形，即齒輪2的滾動(dòng)軌跡為圓弧線。齒條可以設(shè)置于齒輪2遠(yuǎn)離頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的一側(cè)，則圓弧形齒條圓心位于頭部1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，其曲率半徑為齒輪2的中心至轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的距離與齒輪2的半徑之和。當(dāng)然，齒條也可以設(shè)置于齒輪2靠近頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的一側(cè)，則圓弧形齒條圓心位于頭部1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，其曲率半徑為齒輪2的中心至轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的距離與齒輪2的半徑之差。一般的，將齒條設(shè)置于齒輪2遠(yuǎn)離頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的一側(cè)，對(duì)齒輪2起到導(dǎo)向作用的同時(shí)，能夠?qū)ζ涮峁┮欢ǖ闹巍?/p>
具體的，導(dǎo)向件3也可以為鏈條，為支撐鏈條設(shè)置有圓弧形支撐架。具體鏈條及圓弧形支撐架可以設(shè)置于齒輪2遠(yuǎn)離頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的一側(cè)，則圓弧形支撐架的圓心位于頭部1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，其曲率半徑為齒輪2的中心至轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的距離與齒輪2的半徑之和。當(dāng)然，鏈條及圓弧形支撐架也可以設(shè)置于齒輪2靠近頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的一側(cè)，則圓弧形支撐架的圓心位于頭部1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，其曲率半徑為齒輪2的中心至轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的距離與齒輪2的半徑之差。根據(jù)需要，導(dǎo)向件3也可以采用其他常規(guī)的能夠與齒輪2嚙合的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，但需使得通過齒輪2的滾動(dòng)帶動(dòng)延長連接件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，為保證嚙合效果，導(dǎo)向件3的導(dǎo)向面優(yōu)選為圓弧面。以上實(shí)施例中的齒輪2為常用的自轉(zhuǎn)軸線位于圓心的齒輪2，當(dāng)齒輪2為偏心齒輪時(shí)，也可以相應(yīng)的調(diào)整導(dǎo)向件3與齒輪2的嚙合面，使其能夠帶動(dòng)延長連接件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，延長連接件與頭部1可以為可拆卸的固定連接。例如延長連接件與頭部1螺紋連接或者通過螺栓或卡扣等連接，進(jìn)而便于延長連接件的更換。同時(shí)，根據(jù)需要可以選擇合適長度的延長連接件，以充分利用支撐身體的空間，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力的最小化。
具體的，延長連接件的長度可以為頭部1長度的0.5-1.5倍。根據(jù)需要確定延長連接件的長度值，一般其長度值在上述數(shù)值范圍時(shí)，一方面能夠有效延長力臂，減小驅(qū)動(dòng)力；另一方面，兼顧了支撐身體的長度及空間考慮。當(dāng)然，延長連接件的長度也并不局限于為頭部1長度的0.5-1.5倍，在允許的條件下，延長連接件的長度越長，所需的驅(qū)動(dòng)力越小。
延長連接件的設(shè)置，延長了驅(qū)動(dòng)力臂。具體的延長連接件可以為一體式桿件，如直桿件，根據(jù)需要，也可以為具有彎折結(jié)構(gòu)的桿件等。一般的，為便于延長連件的布局及安裝，可以將其設(shè)置為多節(jié)連桿連接而成的桿件。具體的各節(jié)連桿間可以為可拆卸的固定連接，如螺釘連接或螺紋連接等。進(jìn)而便于多節(jié)連桿間的拆裝，若某一節(jié)連桿發(fā)生變形時(shí)，也便于單獨(dú)更換對(duì)應(yīng)連桿。當(dāng)然，也可以通過焊接等常規(guī)的固定連接方式將各節(jié)連桿固定連接。延長連接件可以為桿件，根據(jù)需要也可以設(shè)置為多節(jié)連接的板狀結(jié)構(gòu)或支撐架結(jié)構(gòu)等，在滿足與支撐身體裝配要求的情況下對(duì)此可以不作具體限定。例如，延長連接件包括沿頭部1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線方向設(shè)置的第一連桿和與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直的第二連桿，第一連桿的一端與頭部1的底部固定連接，另一端與第二連桿的一端固定連接，第二連桿的另一端與齒輪2轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步設(shè)置與頭部1同步轉(zhuǎn)動(dòng)的碼盤，通過碼盤檢測頭部1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。具體的碼盤可以固定于頭部1相對(duì)支撐身體轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸部，進(jìn)而頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，碼盤同步轉(zhuǎn)動(dòng)。通過碼盤的檢測結(jié)果，能夠計(jì)算獲得頭部1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度及轉(zhuǎn)動(dòng)角度等，便于對(duì)頭部1轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的控制及監(jiān)測。具體碼盤的結(jié)構(gòu)及測速原理等請(qǐng)參考現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。具體的，碼盤可以為光電碼盤，根據(jù)需要也可以采用電磁碼盤等。
本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。
對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。