本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種機(jī)器人頭部及球形機(jī)器人。

背景技術(shù)：

球形機(jī)器人是指利用球體的滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動(dòng)，與地面是單點(diǎn)接觸，摩擦阻力小，能量利用效率高，并且具有不倒翁特性，可以避免常規(guī)的機(jī)器人容易出現(xiàn)的傾倒失穩(wěn)現(xiàn)象。機(jī)器人的重要部件均包容在球體內(nèi)部，受到球體外殼良好的保護(hù)，不容易因破壞而失效。采取合適的密封措施，可以使球形機(jī)器人的外殼具備防水能力，進(jìn)而在較為惡劣的天氣條件下使用，具有全天候的適應(yīng)能力。進(jìn)一步的，球形機(jī)器人一般還包括設(shè)于球體外部的頭部，頭部搭載功能器件實(shí)現(xiàn)攝像頭等功能器件以實(shí)現(xiàn)智能化的人機(jī)交流功能，同時(shí)提高了球形機(jī)器人給用戶的親和感，使其可以作為家庭機(jī)器人使用。

現(xiàn)有技術(shù)中，在球形機(jī)器人的靜止?fàn)顟B(tài)下，球體內(nèi)的頭部驅(qū)動(dòng)組件控制球形機(jī)器人的頭部在球體表面相對(duì)球體旋轉(zhuǎn)，從而使頭部?jī)?nèi)置的功能器件改變工作狀態(tài)，例如攝像頭通過(guò)頭部旋轉(zhuǎn)改變拍攝角度等，由于頭部?jī)?nèi)還設(shè)有磁性裝置、萬(wàn)向滾輪等器件，頭部整體重量較大，頭部整體轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)頭部驅(qū)動(dòng)組件的負(fù)載較大，電量消耗大，減小了球形機(jī)器人的續(xù)航能力，并且頭部整體旋轉(zhuǎn)存在較大的轉(zhuǎn)動(dòng)延遲，轉(zhuǎn)動(dòng)效率低，球形機(jī)器人智能化較低，影響用戶體驗(yàn)，無(wú)法滿足家庭機(jī)器人的使用要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種機(jī)器人頭部及球形機(jī)器人，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中頭部整體轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)頭部驅(qū)動(dòng)組件的負(fù)載較大，電量消耗大，減小了球形機(jī)器人的續(xù)航能力，并且頭部整體旋轉(zhuǎn)存在較大的轉(zhuǎn)動(dòng)延遲，轉(zhuǎn)動(dòng)效率低的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種機(jī)器人頭部，一種機(jī)器人頭部，磁性連接球形機(jī)器人的球體，其特征在于，所述機(jī)器人頭部包括基座、托盤(pán)支架、功能器件及傳動(dòng)齒輪組，所述基座磁性連接所述球體，所述傳動(dòng)齒輪組安裝于所述基座上，所述托盤(pán)支架位于所述基座上并通過(guò)所述傳動(dòng)齒輪組與所述基座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述功能器件固定于所述托盤(pán)支架上，所述功能器件用于識(shí)別工作環(huán)境，所述傳動(dòng)齒輪組驅(qū)動(dòng)所述托盤(pán)支架及所述功能器件相對(duì)所述基座轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步，所述機(jī)器人頭部還包括與所述基座轉(zhuǎn)動(dòng)連接的上蓋，所述上蓋固定連接所述托盤(pán)支架，所述上蓋與所述基座形成封閉的殼體并容納所述托盤(pán)支架、所述功能器件及所述傳動(dòng)齒輪組。

進(jìn)一步，所述托盤(pán)支架設(shè)有定位凹槽，所述上蓋對(duì)應(yīng)所述定位凹槽設(shè)有定位凸起，并且所述定位凸起與所述定位凹槽過(guò)盈配合。

進(jìn)一步，所述定位凹槽的截面為矩形。

進(jìn)一步，所述上蓋與所述基座通過(guò)止口連接，并且在凸止口與凹止口之間設(shè)有聚四氟乙烯層，用于減小所述上蓋與所述基座之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力。

進(jìn)一步，所述機(jī)器人頭部還包括供電器件和導(dǎo)電滑環(huán)，所述供電器件固定于所述基座內(nèi)，所述導(dǎo)電滑環(huán)位于所述從動(dòng)齒輪的中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，并電連接所述供電器件與所述功能器件，以防止連接所述供電器件與連接所述功能器件的導(dǎo)線纏繞打結(jié)。

進(jìn)一步，所述上蓋為聚氨酯發(fā)泡材料，用于減小所述上蓋的重量。

進(jìn)一步，所述基座采用聚氨酯發(fā)泡材料和塑料的組合，用于降低所述基座重量的同時(shí)增強(qiáng)所述機(jī)器人頭部?jī)?nèi)部器件的連接牢固性。

進(jìn)一步，所述功能器件包括攝像頭和激光雷達(dá)。

本發(fā)明還提供一種球形機(jī)器人，所述球形機(jī)器人包括球體及以上任意一項(xiàng)所述機(jī)器人頭部，所述機(jī)器人頭部與所述球體磁性連接。

本發(fā)明的有益效果如下：基座與托盤(pán)支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，功能器件固定于托盤(pán)支架上并通過(guò)頭部?jī)?nèi)置的傳動(dòng)齒輪組驅(qū)動(dòng)托盤(pán)支架相對(duì)基座旋轉(zhuǎn)，磁性裝置、萬(wàn)向滾輪等器件連接基座且相對(duì)球體靜止，即僅使需要相對(duì)球體轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能的功能器件旋轉(zhuǎn)，其他器件不旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人頭部轉(zhuǎn)動(dòng)的負(fù)載小，電量消耗小，增強(qiáng)了球形機(jī)器人的續(xù)航能力，并且降低了頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)延遲，轉(zhuǎn)動(dòng)效率較高，球形機(jī)器人智能化較高，用戶體驗(yàn)好，滿足家庭機(jī)器人的使用要求。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(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(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)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明顯變形方式。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人頭部整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2和圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人頭部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人頭部的截面示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人頭部的托盤(pán)支架與上蓋的連接處截面圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人頭部的上蓋與基座的止口連接處截面示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的球形機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(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)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)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，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1和圖7，本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人頭部2應(yīng)用于球形機(jī)器人，進(jìn)一步的，球形機(jī)器人包括頭部2和球體1，頭部2與球體1磁性連接，球體1內(nèi)承載行走驅(qū)動(dòng)組件、頭部驅(qū)動(dòng)組件、電源等，行走驅(qū)動(dòng)組件用于驅(qū)動(dòng)球體1旋轉(zhuǎn)，依靠球體1外表面與地面的摩擦力驅(qū)使球形機(jī)器人行走，頭部驅(qū)動(dòng)組件磁性連接頭部2，用于控制頭部2吸附在球體1外表面運(yùn)動(dòng)。在球體1處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，球體1內(nèi)部的頭部驅(qū)動(dòng)組件控制頭部2移動(dòng)到球體1表面的任意位置，即頭部2可以以球體1表面為軌跡在xyz方向移動(dòng)，同時(shí)，機(jī)器人頭部2內(nèi)的功能器件204以頭部2的中心軸為軸線自主旋轉(zhuǎn)，從而改變頭部2內(nèi)置的功能器件204的工作狀態(tài)，例如通過(guò)改變頭部2的位置改變頭部2內(nèi)置的攝像頭的拍攝角度等，提高了球形機(jī)器人的智能化。

請(qǐng)一并參閱圖2、圖3及圖4，機(jī)器人頭部2包括基座200、托盤(pán)支架202、功能器件204及傳動(dòng)齒輪組206?；?00磁性連接球體1，具體的，基座200上設(shè)有多個(gè)磁性裝置2002，磁性裝置2002均勻分布，并且基座200上的磁性裝置2002與頭部驅(qū)動(dòng)組件的盾上的磁性裝置2002一一對(duì)應(yīng)，以使基座200與盾均勻吸附，避免頭部2脫離球體1。一種較佳的實(shí)施方式中，磁性裝置2002使用永磁體或電磁體。進(jìn)一步的，基座200接觸球體1的一側(cè)還設(shè)置有多個(gè)均勻分布的萬(wàn)向滾輪2004，萬(wàn)向滾輪2004與球體1滾動(dòng)接觸，以降低頭部驅(qū)動(dòng)組件在驅(qū)動(dòng)頭部2在球體1表面運(yùn)動(dòng)時(shí)頭部2與球體1表面的摩擦力，降低能量損耗。

進(jìn)一步的，傳動(dòng)齒輪組206安裝于基座200上，傳動(dòng)齒輪組206包括相互嚙合的主動(dòng)齒輪2062與從動(dòng)齒輪2064，主動(dòng)齒輪2062與驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪2062轉(zhuǎn)動(dòng)的頭部驅(qū)動(dòng)電機(jī)2060通過(guò)基座200支架安裝在基座200上，從動(dòng)齒輪2064也安裝在基座200支架上，頭部驅(qū)動(dòng)電機(jī)2060驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪2062旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)從動(dòng)齒輪2064及固定在從動(dòng)齒輪2064上的裝置旋轉(zhuǎn)。一種較佳的實(shí)施方式中，從動(dòng)齒輪2064的旋轉(zhuǎn)軸為基座200的中心線。托盤(pán)支架202固定于傳動(dòng)齒輪組206的從動(dòng)齒輪2064，并通過(guò)從動(dòng)齒輪2064與基座200轉(zhuǎn)動(dòng)連接，具體的，托盤(pán)支架202設(shè)有多個(gè)固定孔用于固定安裝功能器件204，為了保證托盤(pán)支架202具有足夠的強(qiáng)度承載各功能器件204，托盤(pán)支架202采用強(qiáng)度高的金屬材料或碳素纖維材料制作，同時(shí)對(duì)托盤(pán)支架202做鏤空設(shè)計(jì)，以減小托盤(pán)支架202的重量，從而減小旋轉(zhuǎn)的負(fù)載。一種較佳的實(shí)施方式中，托盤(pán)支架202的中心軸與從動(dòng)齒輪2064的旋轉(zhuǎn)軸固定，以使托盤(pán)支架202與從動(dòng)齒輪2064的轉(zhuǎn)動(dòng)形式相同。功能器件204固定于托盤(pán)支架202上，傳動(dòng)齒輪組206的主動(dòng)齒輪2062轉(zhuǎn)動(dòng)連接基座200并驅(qū)動(dòng)托盤(pán)支架202及功能器件204相對(duì)基座200轉(zhuǎn)動(dòng)，磁性裝置2002、萬(wàn)向滾輪2004等器件連接基座200且相對(duì)球體1靜止，即僅使需要相對(duì)球體1轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能的功能器件204旋轉(zhuǎn)，其他器件不旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人頭部2轉(zhuǎn)動(dòng)的負(fù)載小，電量消耗小，增強(qiáng)了球形機(jī)器人的續(xù)航能力，并且降低了頭部2的轉(zhuǎn)動(dòng)延遲，轉(zhuǎn)動(dòng)效率較高，球形機(jī)器人智能化較高，用戶體驗(yàn)好，滿足家庭機(jī)器人的使用要求。

本實(shí)施例中，機(jī)器人頭部2還包括與基座200轉(zhuǎn)動(dòng)連接的上蓋208，上蓋208固定連接托盤(pán)支架202，上蓋208與基座200形成封閉的殼體并容納托盤(pán)支架202、功能器件204及傳動(dòng)齒輪組206，以保護(hù)頭部2內(nèi)的各機(jī)構(gòu)和器件，使球形機(jī)器人具有一定的防風(fēng)、防水、防塵能力，提高了球形機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力。進(jìn)一步的，上蓋208與托盤(pán)支架202固定連接，從而能夠與托盤(pán)支架202一起相對(duì)基座200旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，上蓋208上開(kāi)設(shè)有透明的視窗口，用于配合頭部2內(nèi)的功能器件204進(jìn)行人機(jī)交流，上蓋208與功能器件204一同相對(duì)基座200旋轉(zhuǎn)，即上蓋208與功能器件204始終保持相對(duì)靜止，上蓋208不影響功能器件204的正常工作。

請(qǐng)參閱圖5，圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的托盤(pán)支架與上蓋的連接處截面圖，如圖所示，托盤(pán)支架202設(shè)有定位凹槽2022，上蓋208對(duì)應(yīng)定位凹槽2022設(shè)有定位凸起2082，定位凹槽2022與定位凸起2082配合以固定連接托盤(pán)支架202和上蓋208。進(jìn)一步的，定位凸起2082與定位凹槽2022過(guò)盈配合，用于降低托盤(pán)支架202帶動(dòng)上蓋208轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上蓋208的轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)托盤(pán)支架202轉(zhuǎn)動(dòng)的延遲，提高上蓋208轉(zhuǎn)動(dòng)的反應(yīng)速度。

本實(shí)施例中，定位凹槽2022的截面為矩形，以降低托盤(pán)支架202帶動(dòng)上蓋208轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上蓋208的轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)托盤(pán)支架202轉(zhuǎn)動(dòng)的延遲。進(jìn)一步的，上蓋208為聚氨酯發(fā)泡材料，聚氨酯(polyurethane，pu)重量輕，有利于減小頭部2整體的重量，并且塑料材料價(jià)格低廉，以加工成型，降低了生產(chǎn)成本。一種較佳的實(shí)施方式中，托盤(pán)支架202與上蓋208在定位凸起2082與定位凹槽2022處通過(guò)螺釘連接固定，定位凸起2082內(nèi)設(shè)有連接孔，并且連接孔內(nèi)設(shè)有熱熔螺母2024，熱熔螺母2024與塑料材料的上蓋208通過(guò)加熱后牢固的連接在一起，相比將連接孔制作成螺紋孔，熱熔螺母2024不易因?yàn)槎啻尾鹧b螺釘而傷害塑料材料的上蓋208。

本實(shí)施例中，上蓋208與基座200通過(guò)止口連接，止口設(shè)計(jì)可以緊密連接上蓋208與基座200，提高上蓋208與基座200形成的頭部2殼體的封閉效果，更好的防風(fēng)、防水、防塵，利于球形機(jī)器人應(yīng)用于不同的工作環(huán)境中，同時(shí)又不影響上蓋208與基座200的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)合圖6，圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的上蓋與基座的止口連接處截面示意圖，在止口連接處，凸止口2088與凹止口2008之間設(shè)有聚四氟乙烯層2000，聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，ptfe)，一般稱作“不粘涂層”或“易清潔物料，具有抗酸抗堿、抗各種有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，幾乎不溶于所有的溶劑。同時(shí)，聚四氟乙烯具有耐高溫的特點(diǎn)，它的摩擦系數(shù)極低，可作潤(rùn)滑作用。本實(shí)施例中，聚四氟乙烯層2000用于減小止口連接處上蓋208與基座200之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力，使上蓋208與基座200能夠更靈活的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

本實(shí)施例中，機(jī)器人頭部2還包括供電器件和導(dǎo)電滑環(huán)210，供電器件固定于基座200內(nèi)，用于向頭部2內(nèi)的電機(jī)和功能器件204供電，導(dǎo)電滑環(huán)210位于從動(dòng)齒輪2064的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，并電連接供電器件與功能器件204，具體的，從動(dòng)齒輪2064的中心軸位置設(shè)有通孔，用于安裝導(dǎo)電滑環(huán)210，導(dǎo)電滑環(huán)210避免托盤(pán)支架202上的功能器件204相對(duì)基座200旋轉(zhuǎn)時(shí)，連接供電器件與連接功能器件204的導(dǎo)線纏繞打結(jié)。

本實(shí)施例中，基座200使用聚氨酯發(fā)泡材料和塑料材料的組合，一種較佳的實(shí)施方式中，塑料材料采用聚碳酸酯(polycarbonate，pc)。具體的，基座200用于連接傳動(dòng)齒輪組206等器件的部分使用聚碳酸酯材料，其他部分使用聚氨酯發(fā)泡材料，既保證了連接的牢固性，又能減輕機(jī)器人頭部1重量。

本實(shí)施例中，功能器件204包括攝像頭、激光雷達(dá)等，用于探測(cè)工作環(huán)境、拍攝照片等功能，使球形機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)更多的人機(jī)交流功能及球形機(jī)器人對(duì)環(huán)境的適應(yīng)功能。

基座200與托盤(pán)支架202轉(zhuǎn)動(dòng)連接，功能器件204固定于托盤(pán)支架202上并通過(guò)頭部2內(nèi)置的傳動(dòng)齒輪組206驅(qū)動(dòng)托盤(pán)支架202相對(duì)基座200旋轉(zhuǎn)，磁性裝置2002、萬(wàn)向滾輪2004等器件連接基座200且相對(duì)球體1靜止，即僅使需要相對(duì)球體1轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能的功能器件204旋轉(zhuǎn)，其他器件不旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人頭部2轉(zhuǎn)動(dòng)的負(fù)載小，電量消耗小，增強(qiáng)了球形機(jī)器人的續(xù)航能力，并且降低了頭部2的轉(zhuǎn)動(dòng)延遲，轉(zhuǎn)動(dòng)效率較高，球形機(jī)器人智能化較高，用戶體驗(yàn)好，滿足家庭機(jī)器人的使用要求。

請(qǐng)參閱圖7，本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種球形機(jī)器人，球形機(jī)器人包括球體1和以上所述的頭部2，頭部2與球體1磁性連接，球體1內(nèi)承載行走驅(qū)動(dòng)組件、頭部驅(qū)動(dòng)組件、電源等，行走驅(qū)動(dòng)組件用于驅(qū)動(dòng)球體1旋轉(zhuǎn)，依靠球體1外表面與地面的摩擦力驅(qū)使球形機(jī)器人行走，頭部驅(qū)動(dòng)組件磁性連接頭部2，用于控制頭部2吸附在球體1外表面運(yùn)動(dòng)。在球體1處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，球體1內(nèi)的頭部驅(qū)動(dòng)組件控制頭部2移動(dòng)到球體1表面的任意位置，即頭部2可以以球體1表面為軌跡在xyz方向移動(dòng)，同時(shí)，機(jī)器人頭部2內(nèi)的功能器件204以頭部2的中心軸為軸線自主旋轉(zhuǎn)，從而改變頭部2內(nèi)置的功能器件204的工作狀態(tài)，例如通過(guò)改變頭部2的位置改變頭部2內(nèi)置的攝像頭的拍攝角度等，提高了球形機(jī)器人的智能化。

以上所揭露的僅為本發(fā)明幾種較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分流程，并依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬于發(fā)明所涵蓋的范圍。