專利名稱：十三自由度仿人機器人頭部機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿人機器人頭部機構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前的仿人機器人頭部機構(gòu)結(jié)構(gòu)復雜、運動靈活性差、運動精度低，特別是眼睛的 運動機構(gòu)不夠靈活，即眼睛的左右或上下轉(zhuǎn)動是同步的；整體外觀乃至局部的尺寸、以及每 個器官所能運動的幅度都與人類的頭部相差較大，整體機構(gòu)的動作協(xié)調(diào)性不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種十三自由度仿人機器人頭部機構(gòu)，以解決目前仿人機器 人頭部機構(gòu)結(jié)構(gòu)復雜、靈活性差、運動精度低、整體機構(gòu)的動作協(xié)調(diào)性不高的問題。本發(fā)明 包括雙眼獨立偏轉(zhuǎn)和仰俯運動、眼瞼及嘴巴開合運動，眼眉的緊皺與舒緩、嘴角的移動共計 十三個自由度。 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的十三自由度仿人機器人 頭部機構(gòu)由兩個眼眉機構(gòu)、兩個眼睛運動機構(gòu)、嘴機構(gòu)和底板組成；每個眼眉機構(gòu)由眼眉舵 機支架、兩個眼眉伺服舵機、兩個眼眉滑銷、兩個眼眉擺桿、兩根眼眉軸、兩個眼眉軸套和兩 個眼眉支撐桿組成；每個眼睛運動機構(gòu)由眼睛支架、兩個眼球伺服舵機、眼瞼伺服舵機、眼 球舵機支架、眼眶、四根眼眶軸、兩個眼球滑銷、外滑環(huán)、外滑環(huán)擺桿、兩個外滑環(huán)軸套、內(nèi)滑 環(huán)、內(nèi)滑環(huán)擺桿、兩個內(nèi)滑環(huán)軸套、眼球擺桿、眼球、眼球套、眼瞼支撐架、兩個眼瞼軸套、眼 瞼滑銷和眼瞼擺桿組成；嘴機構(gòu)由嘴架、兩個嘴角舵機支架、兩個嘴角伺服舵機、兩個嘴角 滑銷、兩個嘴角擺桿、兩個嘴角軸套、兩根嘴角軸、上嘴唇、嘴巴舵機支架、嘴巴伺服舵機、嘴 巴滑銷、下嘴唇、兩根嘴巴軸和兩個嘴巴軸套組成； 眼眉舵機支架和眼睛支架一一對應(yīng)設(shè)置，眼睛支架和眼眉舵機支架由前至后固定 在底板的上端面上，兩個眼眉伺服舵機均固裝在眼眉舵機支架上，每個眼眉伺服舵機的輸 出端與眼眉舵機曲柄的一端固接，兩個眼眉舵機曲柄相對于眼眉舵機支架的中心對稱設(shè)置 在眼眉舵機支架外的兩側(cè)，每個眼眉舵機曲柄的另一端固裝有一個眼眉滑銷，眼睛支架外 的兩側(cè)各設(shè)置有一個眼眉擺桿，眼眉滑銷設(shè)置在眼眉擺桿一端設(shè)有的眼眉滑銷長槽內(nèi)，且 二者滑動配合，眼眉擺桿的另一端與眼眉軸的一端連接，眼眉軸的另一端與眼眉支撐桿的 后端連接，眼眉軸上套裝有眼眉軸套且二者間隙配合，眼眉軸套裝在眼睛支架側(cè)壁上的眼 眉軸套孔內(nèi)且二者過盈配合； 所述兩個眼球伺服舵機分別是眼球左右擺動伺服舵機和眼球仰俯轉(zhuǎn)動伺服舵機， 眼球左右擺動伺服舵機固裝在眼睛支架的上橫梁上，眼球仰俯轉(zhuǎn)動伺服舵機和眼瞼伺服舵 機設(shè)置在眼睛支架與眼眉舵機支架之間且均固裝在眼球舵機支架上，眼眶為圓環(huán)形，圓環(huán) 形眼眶的外圓周端面上設(shè)有與圓環(huán)形眼眶的內(nèi)環(huán)腔相通的四根眼眶軸，且圓環(huán)形眼眶的水 平中心軸線和垂直中心軸線上各設(shè)置有兩根眼眶軸，四根眼眶軸與圓環(huán)形眼眶制成一體， 圓環(huán)形眼眶固定在眼睛支架的兩側(cè)和底板的上端面上，眼球仰俯轉(zhuǎn)動伺服舵機的輸出端與眼球仰俯舵機曲柄的一端固接，兩個眼球滑銷分別是眼球仰俯滑銷和眼球擺動滑銷，眼球 仰俯舵機曲柄的另一端與眼球仰俯滑銷固接，外滑環(huán)的一外側(cè)壁與外滑環(huán)擺桿固接，外滑 環(huán)擺桿上設(shè)有外滑環(huán)長槽，眼球仰俯滑銷與外滑環(huán)擺桿上的外滑環(huán)長槽滑動配合，外滑環(huán) 的兩端各設(shè)有一個外滑環(huán)軸套孔，外滑環(huán)上的每個外滑環(huán)軸套孔內(nèi)固裝有一個外滑環(huán)軸 套，每個外滑環(huán)軸套套裝在位于圓環(huán)形眼眶水平中心軸線上的眼眶軸上且二者間隙配合；
眼球左右擺動伺服舵機的輸出端與眼球左右擺動舵機曲柄的一端固接，眼球左右 擺動舵機曲柄的另一端與眼球左右擺動滑銷固接，內(nèi)滑環(huán)的一外側(cè)壁與內(nèi)滑環(huán)擺桿固接， 內(nèi)滑環(huán)擺桿上設(shè)有內(nèi)滑環(huán)長槽，眼球左右擺動滑銷與內(nèi)滑環(huán)擺桿上的內(nèi)滑環(huán)長槽滑動配 合，內(nèi)滑環(huán)的兩端各設(shè)有一個內(nèi)滑環(huán)軸套孔，內(nèi)滑環(huán)的每個內(nèi)滑環(huán)軸套孔內(nèi)固裝有一個內(nèi) 滑環(huán)軸套，每個內(nèi)滑環(huán)軸套套裝在位于圓環(huán)形眼眶垂直中心軸線上的眼眶軸上且二者間隙 配合，眼球擺桿的一端與眼球的中心位置連接，外滑環(huán)上設(shè)有外滑環(huán)滑道，內(nèi)滑環(huán)上設(shè)有內(nèi) 滑環(huán)滑道，眼球擺桿的另一端穿過內(nèi)滑環(huán)的內(nèi)滑環(huán)滑道和外滑環(huán)的外滑環(huán)滑道設(shè)置在外滑 環(huán)的外面，眼球套設(shè)置在眼球與圓環(huán)形眼眶之間，眼球套與圓環(huán)形眼眶過盈配合，眼球與眼 球套間隙配合； 眼瞼支撐架的兩端各設(shè)有一個眼瞼軸套孔，眼瞼支撐架的每個眼瞼軸套孔內(nèi)固裝
有一個眼瞼軸套，眼瞼軸套套裝在位于圓環(huán)形眼眶水平中心軸線上的眼眶軸上且二者間隙
配合，眼瞼伺服舵機的輸出端與眼瞼開合曲柄的一端固接，眼瞼開合曲柄的另一端與眼瞼
滑銷固接，眼瞼擺桿與眼瞼支撐架固接，眼瞼滑銷與眼瞼擺桿上的眼瞼長槽滑動配合； 嘴架的上端與底板的下端面固接，兩個嘴角舵機支架均固定在嘴架上的后側(cè)，每
個嘴角舵機支架上固裝有一個嘴角伺服舵機，每個嘴角伺服舵機的輸出端與嘴角舵機曲柄
的一端固接，嘴架的兩側(cè)各設(shè)置有一個嘴角舵機曲柄，每個嘴角舵機曲柄的另一端與嘴角
滑銷固接，每個嘴角滑銷與相應(yīng)的嘴角擺桿后端上的嘴角滑槽滑動配合，嘴角擺桿的前端
為嘴角支撐點，嘴角擺桿的中部設(shè)有嘴角軸套孔，嘴角軸套固裝在嘴角擺桿上的嘴角軸套
孔內(nèi)，每個嘴角軸套內(nèi)裝有與其間隙配合的嘴角軸，兩根嘴角軸同軸設(shè)置，上嘴唇與嘴架的
兩側(cè)固接，嘴巴舵機支架固定在嘴架上且位于嘴角伺服舵機的前側(cè)，嘴巴伺服舵機的輸出
端與嘴巴舵機曲柄的一端固接，嘴巴舵機曲柄的另一端與嘴巴滑銷固接，嘴巴滑銷與下嘴
唇側(cè)壁上的下嘴唇滑槽滑動配合，嘴架的兩側(cè)各固裝有一根嘴巴軸，兩根嘴巴軸同軸設(shè)置，
下嘴唇的兩端各設(shè)有一個嘴巴軸套孔，下嘴唇上的每個嘴巴軸套孔內(nèi)固裝有一個嘴巴軸
套，嘴巴軸套套裝在嘴巴軸上且二者間隙配合。 本發(fā)明的有益效果是一、本發(fā)明的頭部機構(gòu)自由度多達十三個，并采用擺桿和滑 銷作為驅(qū)動機構(gòu)，使其運動靈活性提高，尤其是眼睛運動機構(gòu)采用擺桿與眼球(球鉸機構(gòu)) 的結(jié)合可以使眼球左右偏轉(zhuǎn)在+40° _40°范圍內(nèi)和仰俯轉(zhuǎn)動在+20° _20°范圍內(nèi)。 二、本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)乃至每個器官所能運動的幅度都與人類的頭部相近。三、本發(fā)明的整 體機構(gòu)的動作協(xié)調(diào)性好，通過頭部控制機構(gòu)，以準確、諧調(diào)和迅速地實現(xiàn)多種表情頭部器官 所達到的位置，來表達機器人的多種表情狀態(tài)，最終使機器人能通過豐富生動的表情與人 進行自然流暢的情感交流。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是圖1的俯視圖，圖3是圖2的A-A剖視圖，圖4是圖1的左視圖，圖5是圖4的B-B剖視圖，圖6是圖1的C部放大圖，圖7是圖1的 D部放大圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一 結(jié)合圖1 圖7說明本實施方式，本實施方式的十三自由度仿 人機器人頭部機構(gòu)由兩個眼眉機構(gòu)、兩個眼睛運動機構(gòu)、嘴機構(gòu)和底板8組成；每個眼眉機
構(gòu)由眼眉舵機支架32、兩個眼眉伺服舵機1、兩個眼眉滑銷12、兩個眼眉擺桿30、兩根眼眉 軸19、兩個眼眉軸套18和兩個眼眉支撐桿29組成；每個眼睛運動機構(gòu)由眼睛支架4、兩個 眼球伺服舵機、眼瞼伺服舵機42、眼球舵機支架43、眼眶3、四根眼眶軸44、兩個眼球滑銷、 外滑環(huán)15、外滑環(huán)擺桿47、兩個外滑環(huán)軸套21、內(nèi)滑環(huán)13、內(nèi)滑環(huán)擺桿48、兩全內(nèi)滑環(huán)軸套 49、眼球擺桿14、眼球5、眼球套6、眼瞼支撐架16、兩個眼瞼軸套20、眼瞼滑銷50和眼瞼擺 桿51組成；嘴機構(gòu)由嘴架9、兩個嘴角舵機支架33、兩個嘴角伺服舵機52、兩個嘴角滑銷 53、兩個嘴角擺桿26、兩個嘴角軸套25、兩根嘴角軸24、上嘴唇28、嘴巴舵機支架34、嘴巴伺 服舵機54、嘴巴滑銷55、下嘴唇27、兩根嘴巴軸23和兩個嘴巴軸套22組成；
眼眉舵機支架32和眼睛支架4 一一對應(yīng)設(shè)置，眼睛支架4和眼眉舵機支架32由 前至后固定在底板8的上端面上，兩個眼眉伺服舵機1均固裝在眼眉舵機支架32上，每個 眼眉伺服舵機1的輸出端與眼眉舵機曲柄1-1的一端固接，兩個眼眉舵機曲柄1-1相對于 眼眉舵機支架32的中心對稱設(shè)置在眼眉舵機支架32外的兩側(cè)，每個眼眉舵機曲柄1-1的 另一端固裝有一個眼眉滑銷12，眼睛支架4外的兩側(cè)各設(shè)置有一個眼眉擺桿30，眼眉滑銷 12設(shè)置在眼眉擺桿30 —端設(shè)有的眼眉滑銷長槽內(nèi)，且二者滑動配合，眼眉擺桿30的另一端 與眼眉軸19的一端連接，眼眉軸19的另一端與眼眉支撐桿29的后端連接，眼眉軸19上套 裝有眼眉軸套18且二者間隙配合，眼眉軸套18裝在眼睛支架4側(cè)壁上的眼眉軸套孔內(nèi)且 二者過盈配合； 所述兩個眼球伺服舵機分別是眼球左右擺動伺服舵機40和眼球仰俯轉(zhuǎn)動伺服舵 機41，眼球左右擺動伺服舵機40固裝在眼睛支架4的上橫梁上，眼球仰俯轉(zhuǎn)動伺服舵機41 和眼瞼伺服舵機42設(shè)置在眼睛支架4與眼眉舵機支架32之間且均固裝在眼球舵機支架43 上，眼眶3為圓環(huán)形，圓環(huán)形眼眶3的外圓周端面上設(shè)有與圓環(huán)形眼眶3的內(nèi)環(huán)腔相通的四 根眼眶軸44，且圓環(huán)形眼眶3的水平中心軸線和垂直中心軸線上各設(shè)置有兩根眼眶軸44， 四根眼眶軸44與圓環(huán)形眼眶3制成一體，圓環(huán)形眼眶3固定在眼睛支架4的兩側(cè)和底板8 的上端面上，眼球仰俯轉(zhuǎn)動伺服舵機41的輸出端與眼球仰俯舵機曲柄41-1的一端固接，兩 個眼球滑銷分別是眼球仰俯滑銷45和眼球擺動滑銷46，眼球仰俯舵機曲柄41-1的另一端 與眼球仰俯滑銷45固接，外滑環(huán)15的一外側(cè)壁與外滑環(huán)擺桿47固接，外滑環(huán)擺桿47上設(shè) 有外滑環(huán)長槽，眼球仰俯滑銷45與外滑環(huán)擺桿47上的外滑環(huán)長槽滑動配合，外滑環(huán)15的 兩端各設(shè)有一個外滑環(huán)軸套孔，外滑環(huán)15上的每個外滑環(huán)軸套孔內(nèi)固裝有一個外滑環(huán)軸 套21，每個外滑環(huán)軸套21套裝在位于圓環(huán)形眼眶3水平中心軸線上的眼眶軸44上且二者 間隙配合； 眼球左右擺動伺服舵機40的輸出端與眼球左右擺動舵機曲柄40-1的一端固接， 眼球左右擺動舵機曲柄40-1的另一端與眼球左右擺動滑銷46固接，內(nèi)滑環(huán)13的一外側(cè)壁 與內(nèi)滑環(huán)擺桿48固接，內(nèi)滑環(huán)擺桿48上設(shè)有內(nèi)滑環(huán)長槽，眼球左右擺動滑銷46與內(nèi)滑環(huán)
6擺桿48上的內(nèi)滑環(huán)長槽滑動配合，內(nèi)滑環(huán)13的兩端各設(shè)有一個內(nèi)滑環(huán)軸套孔，內(nèi)滑環(huán)13 的每個內(nèi)滑環(huán)軸套孔內(nèi)固裝有一個內(nèi)滑環(huán)軸套49，每個內(nèi)滑環(huán)軸套49套裝在位于圓環(huán)形 眼眶3垂直中心軸線上的眼眶軸44上且二者間隙配合，眼球擺桿14的一端與眼球5的中 心位置連接，外滑環(huán)15上設(shè)有外滑環(huán)滑道15-1，內(nèi)滑環(huán)13上設(shè)有內(nèi)滑環(huán)滑道13-1，眼球擺 桿14的另一端穿過內(nèi)滑環(huán)13的內(nèi)滑環(huán)滑道13-1和外滑環(huán)15的外滑環(huán)滑道15-1設(shè)置在 外滑環(huán)15的外面，眼球套6設(shè)置在眼球5與圓環(huán)形眼眶3之間，眼球套6與圓環(huán)形眼眶3 過盈配合，眼球5與眼球套6間隙配合； 眼瞼支撐架16的兩端各設(shè)有一個眼瞼軸套孔，眼瞼支撐架16的每個眼瞼軸套孔 內(nèi)固裝有一個眼瞼軸套20，眼瞼軸套20套裝在位于圓環(huán)形眼眶3水平中心軸線上的眼眶 軸44上且二者間隙配合，眼瞼伺服舵機42的輸出端與眼瞼開合曲柄42-l的一端固接，眼 瞼開合曲柄42-1的另一端與眼瞼滑銷50固接，眼瞼擺桿51與眼瞼支撐架16固接，眼瞼滑 銷50與眼瞼擺桿51上的眼瞼長槽滑動配合； 嘴架9的上端與底板8的下端面固接，兩個嘴角舵機支架33均固定在嘴架9上的 后側(cè)，每個嘴角舵機支架33上固裝有一個嘴角伺服舵機52，每個嘴角伺服舵機52的輸出端 與嘴角舵機曲柄52-l的一端固接，嘴架9的兩側(cè)各設(shè)置有一個嘴角舵機曲柄52-l，每個嘴 角舵機曲柄52-1的另一端與嘴角滑銷53固接，每個嘴角滑銷53與相應(yīng)的嘴角擺桿26后 端上的嘴角滑槽滑動配合，嘴角擺桿26的前端為嘴角支撐點，嘴角擺桿26的中部設(shè)有嘴角 軸套孔，嘴角軸套25固裝在嘴角擺桿26上的嘴角軸套孔內(nèi)，每個嘴角軸套25內(nèi)裝有與其 間隙配合的嘴角軸24，兩根嘴角軸24同軸設(shè)置，上嘴唇28與嘴架9的兩側(cè)固接，嘴巴舵機 支架34固定在嘴架9上且位于嘴角伺服舵機52的前側(cè)，嘴巴伺服舵機54的輸出端與嘴巴 舵機曲柄54-1的一端固接，嘴巴舵機曲柄54-1的另一端與嘴巴滑銷55固接，嘴巴滑銷55 與下嘴唇27側(cè)壁上的下嘴唇滑槽滑動配合，嘴架9的兩側(cè)各固裝有一根嘴巴軸23，兩根嘴 巴軸23同軸設(shè)置，下嘴唇27的兩端各設(shè)有一個嘴巴軸套孔，下嘴唇27上的每個嘴巴軸套 孔內(nèi)固裝有一個嘴巴軸套22，嘴巴軸套22套裝在嘴巴軸23上且二者間隙配合。本實施方 式中所使用的伺服舵機均外購。
具體實施方式
二 結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式以眼眉軸19的水平中心 軸線為基準，眼眉支撐桿29的前端上下擺動范圍在+5mm _5mm以內(nèi)。如此設(shè)置，可滿足 設(shè)計要求。
具體實施方式
三結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式以圓環(huán)形眼眶3的垂直中 心軸線為基準，眼球5的左右轉(zhuǎn)動范圍在+40° -40°之間。如此設(shè)置，可滿足設(shè)計要求。 其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式以圓環(huán)形眼眶3的水平中 心軸線為基準，眼球5的仰俯轉(zhuǎn)動范圍在+20° _20°之間。如此設(shè)置，可滿足設(shè)計要求。 其它與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五結(jié)合圖5說明本實施方式，本實施方式以嘴角軸24的水平中心 軸線為基準，嘴角擺桿26的前端上下擺動范圍在+10mm -lOmm之間。如此設(shè)置，可滿足 設(shè)計要求。其它與具體實施方式
一或四相同。
工作原理 眼眉機構(gòu)是通過控制一個眼眉兩端點的上下移動實現(xiàn)的。眼眉伺服舵機1通過眼
7眉擺桿30驅(qū)動眼眉軸19繞眼眉軸套18轉(zhuǎn)動，從而使眼眉支撐桿29擺動，可實現(xiàn)眼眉一端 上下移動_5mm +5mm，眼眉另一端也是如此。 眼睛運動機構(gòu)中，眼球仰俯轉(zhuǎn)動伺服舵機41通過眼球仰俯舵機曲柄41-1、眼 球仰俯滑銷45及外滑環(huán)擺桿47(即構(gòu)成擺動導桿機構(gòu))驅(qū)動外滑環(huán)15擺動，能繞圓環(huán) 形眼眶3水平中心軸線轉(zhuǎn)動從而帶動眼球擺桿14運動，實現(xiàn)眼球5的仰俯轉(zhuǎn)動范圍在 +20° -20°之間；眼球左右擺動伺服舵機40通過眼球左右擺動舵機曲柄40-l、眼球 左右擺動滑銷46及內(nèi)滑環(huán)擺桿48(即擺動導桿機構(gòu))驅(qū)動內(nèi)滑環(huán)13擺動，能繞圓環(huán)形 眼眶3的垂直中心軸線轉(zhuǎn)動從而帶動眼球擺桿14運動，實現(xiàn)眼球5的左右轉(zhuǎn)動范圍在 +40° -40°之間；眼瞼伺服舵機42通過眼瞼開合曲柄42-l、眼瞼滑銷50和眼瞼擺桿 51 (即擺動導桿機構(gòu))驅(qū)動眼瞼支撐架16擺動，能繞圓環(huán)形眼眶3的水平中心軸線轉(zhuǎn)動從 而實現(xiàn)眼瞼的開合；另一個眼睛也是如此。 嘴機構(gòu)中，嘴角擺桿26的中部能繞固定在嘴架9上的嘴角軸24轉(zhuǎn)動，嘴角伺服舵 機52通過嘴角舵機曲柄52-1、嘴角滑銷53及嘴角擺桿26(即擺動導桿機構(gòu))驅(qū)動嘴角擺 桿26的前端實現(xiàn)嘴角一端上下-10mm +10mm的運動；另一嘴角也是如此。嘴巴伺服舵機 54通過嘴巴舵機曲柄54-1及嘴巴滑銷55驅(qū)動下嘴唇27擺動，從而實現(xiàn)嘴巴的開合運動。
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權(quán)利要求
一種十三自由度仿人機器人頭部機構(gòu)，所述頭部機構(gòu)由兩個眼眉機構(gòu)、兩個眼睛運動機構(gòu)、嘴機構(gòu)和底板(8)組成；其特征在于每個眼眉機構(gòu)由眼眉舵機支架(32)、兩個眼眉伺服舵機(1)、兩個眼眉滑銷(12)、兩個眼眉擺桿(30)、兩根眼眉軸(19)、兩個眼眉軸套(18)和兩個眼眉支撐桿(29)組成；每個眼睛運動機構(gòu)由眼睛支架(4)、兩個眼球伺服舵機、眼瞼伺服舵機(42)、眼球舵機支架(43)、眼眶(3)、四根眼眶軸(44)、兩個眼球滑銷、外滑環(huán)(15)、外滑環(huán)擺桿(47)、兩個外滑環(huán)軸套(21)、內(nèi)滑環(huán)(13)、內(nèi)滑環(huán)擺桿(48)、兩個內(nèi)滑環(huán)軸套(49)、眼球擺桿(14)、眼球(5)、眼球套(6)、眼瞼支撐架(16)、兩個眼瞼軸套(20)、眼瞼滑銷(50)和眼瞼擺桿(51)組成；嘴機構(gòu)由嘴架(9)、兩個嘴角舵機支架(33)、兩個嘴角伺服舵機(52)、兩個嘴角滑銷(53)、兩個嘴角擺桿(26)、兩個嘴角軸套(25)、兩根嘴角軸(24)、上嘴唇(28)、嘴巴舵機支架(34)、嘴巴伺服舵機(54)、嘴巴滑銷(55)、下嘴唇(27)、兩根嘴巴軸(23)和兩個嘴巴軸套(22)組成；眼眉舵機支架(32)和眼睛支架(4)一一對應(yīng)設(shè)置，眼睛支架(4)和眼眉舵機支架(32)由前至后固定在底板(8)的上端面上，兩個眼眉伺服舵機(1)均固裝在眼眉舵機支架(32)上，每個眼眉伺服舵機(1)的輸出端與眼眉舵機曲柄(1-1)的一端固接，兩個眼眉舵機曲柄(1-1)相對于眼眉舵機支架(32)的中心對稱設(shè)置在眼眉舵機支架(32)外的兩側(cè)，每個眼眉舵機曲柄(1-1)的另一端固裝有一個眼眉滑銷(12)，眼睛支架(4)外的兩側(cè)各設(shè)置有一個眼眉擺桿(30)，眼眉滑銷(12)設(shè)置在眼眉擺桿(30)一端設(shè)有的眼眉滑銷長槽內(nèi)，且二者滑動配合，眼眉擺桿(30)的另一端與眼眉軸(19)的一端連接，眼眉軸(19)的另一端與眼眉支撐桿(29)的后端連接，眼眉軸(19)上套裝有眼眉軸套(18)且二者間隙配合，眼眉軸套(18)裝在眼睛支架(4)側(cè)壁上的眼眉軸套孔內(nèi)且二者過盈配合；所述兩個眼球伺服舵機分別是眼球左右擺動伺服舵機(40)和眼球仰俯轉(zhuǎn)動伺服舵機(41)，眼球左右擺動伺服舵機(40)固裝在眼睛支架(4)的上橫梁上，眼球仰俯轉(zhuǎn)動伺服舵機(41)和眼瞼伺服舵機(42)設(shè)置在眼睛支架(4)與眼眉舵機支架(32)之間且均固裝在眼球舵機支架(43)上，眼眶(3)為圓環(huán)形，圓環(huán)形眼眶(3)的外圓周端面上設(shè)有與圓環(huán)形眼眶(3)的內(nèi)環(huán)腔相通的四根眼眶軸(44)，且圓環(huán)形眼眶(3)的水平中心軸線和垂直中心軸線上各設(shè)置有兩根眼眶軸(44)，四根眼眶軸(44)與圓環(huán)形眼眶(3)制成一體，圓環(huán)形眼眶(3)固定在眼睛支架(4)的兩側(cè)和底板(8)的上端面上，眼球仰俯轉(zhuǎn)動伺服舵機(41)的輸出端與眼球仰俯舵機曲柄(41-1)的一端固接，兩個眼球滑銷分別是眼球仰俯滑銷(45)和眼球擺動滑銷(46)，眼球仰俯舵機曲柄(41-1)的另一端與眼球仰俯滑銷(45)固接，外滑環(huán)(15)的一外側(cè)壁與外滑環(huán)擺桿(47)固接，外滑環(huán)擺桿(47)上設(shè)有外滑環(huán)長槽，眼球仰俯滑銷(45)與外滑環(huán)擺桿(47)上的外滑環(huán)長槽滑動配合，外滑環(huán)(15)的兩端各設(shè)有一個外滑環(huán)軸套孔，外滑環(huán)(15)上的每個外滑環(huán)軸套孔內(nèi)固裝有一個外滑環(huán)軸套(21)，每個外滑環(huán)軸套(21)套裝在位于圓環(huán)形眼眶(3)水平中心軸線上的眼眶軸(44)上且二者間隙配合；眼球左右擺動伺服舵機(40)的輸出端與眼球左右擺動舵機曲柄(40-1)的一端固接，眼球左右擺動舵機曲柄(40-1)的另一端與眼球左右擺動滑銷(46)固接，內(nèi)滑環(huán)(13)的一外側(cè)壁與內(nèi)滑環(huán)擺桿(48)固接，內(nèi)滑環(huán)擺桿(48)上設(shè)有內(nèi)滑環(huán)長槽，眼球左右擺動滑銷(46)與內(nèi)滑環(huán)擺桿(48)上的內(nèi)滑環(huán)長槽滑動配合，內(nèi)滑環(huán)(13)的兩端各設(shè)有一個內(nèi)滑環(huán)軸套孔，內(nèi)滑環(huán)(13)的每個內(nèi)滑環(huán)軸套孔內(nèi)固裝有一個內(nèi)滑環(huán)軸套(49)，每個內(nèi)滑環(huán)軸套(49)套裝在位于圓環(huán)形眼眶(3)垂直中心軸線上的眼眶軸(44)上且二者間隙配合，眼球擺桿(14)的一端與眼球(5)的中心位置連接，外滑環(huán)(15)上設(shè)有外滑環(huán)滑道(15-1)，內(nèi)滑環(huán)(13)上設(shè)有內(nèi)滑環(huán)滑道(13-1)，眼球擺桿(14)的另一端穿過內(nèi)滑環(huán)(13)的內(nèi)滑環(huán)滑道(13-1)和外滑環(huán)(15)的外滑環(huán)滑道(15-1)設(shè)置在外滑環(huán)(15)的外面，眼球套(6)設(shè)置在眼球(5)與圓環(huán)形眼眶(3)之間，眼球套(6)與圓環(huán)形眼眶(3)過盈配合，眼球(5)與眼球套(6)間隙配合；眼瞼支撐架(16)的兩端各設(shè)有一個眼瞼軸套孔，眼瞼支撐架(16)的每個眼瞼軸套孔內(nèi)固裝有一個眼瞼軸套(20)，眼瞼軸套(20)套裝在位于圓環(huán)形眼眶(3)水平中心軸線上的眼眶軸(44)上且二者間隙配合，眼瞼伺服舵機(42)的輸出端與眼瞼開合曲柄(42-1)的一端固接，眼瞼開合曲柄(42-1)的另一端與眼瞼滑銷(50)固接，眼瞼擺桿(51)與眼瞼支撐架(16)固接，眼瞼滑銷(50)與眼瞼擺桿(51)上的眼瞼長槽滑動配合；嘴架(9)的上端與底板(8)的下端面固接，兩個嘴角舵機支架(33)均固定在嘴架(9)上的后側(cè)，每個嘴角舵機支架(33)上固裝有一個嘴角伺服舵機(52)，每個嘴角伺服舵機(52)的輸出端與嘴角舵機曲柄(52-1)的一端固接，嘴架(9)的兩側(cè)各設(shè)置有一個嘴角舵機曲柄(52-1)，每個嘴角舵機曲柄(52-1)的另一端與嘴角滑銷(53)固接，每個嘴角滑銷(53)與相應(yīng)的嘴角擺桿(26)后端上的嘴角滑槽滑動配合，嘴角擺桿(26)的前端為嘴角支撐點，嘴角擺桿(26)的中部設(shè)有嘴角軸套孔，嘴角軸套(25)固裝在嘴角擺桿(26)上的嘴角軸套孔內(nèi)，每個嘴角軸套(25)內(nèi)裝有與其間隙配合的嘴角軸(24)，兩根嘴角軸(24)同軸設(shè)置，上嘴唇(28)與嘴架(9)的兩側(cè)固接，嘴巴舵機支架(34)固定在嘴架(9)上且位于嘴角伺服舵機(52)的前側(cè)，嘴巴伺服舵機(54)的輸出端與嘴巴舵機曲柄(54-1)的一端固接，嘴巴舵機曲柄(54-1)的另一端與嘴巴滑銷(55)固接，嘴巴滑銷(55)與下嘴唇(27)側(cè)壁上的下嘴唇滑槽滑動配合，嘴架(9)的兩側(cè)各固裝有一根嘴巴軸(23)，兩根嘴巴軸(23)同軸設(shè)置，下嘴唇(27)的兩端各設(shè)有一個嘴巴軸套孔，下嘴唇(27)上的每個嘴巴軸套孔內(nèi)固裝有一個嘴巴軸套(22)，嘴巴軸套(22)套裝在嘴巴軸(23)上且二者間隙配合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的十三自由度仿人機器人頭部機構(gòu)，其特征在于以眼眉軸 (19)的水平中心軸線為基準，眼眉支撐桿(29)的前端上下擺動范圍在+5mm -5mm以內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的十三自由度仿人機器人頭部機構(gòu)，其特征在于以圓環(huán) 形眼眶(3)的垂直中心軸線為基準，眼球(5)的左右轉(zhuǎn)動范圍在在+40° -40°之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的十三自由度仿人機器人頭部機構(gòu)，其特征在于以圓環(huán)形眼 眶(3)的水平中心軸線為基準，眼球(5)的仰俯轉(zhuǎn)動范圍在+20° -20°之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的十三自由度仿人機器人頭部機構(gòu)，其特征在于以嘴角 軸(24)的水平中心軸線為基準，嘴角擺桿(26)的前端上下擺動范圍在+10mm -10mm之 間。
全文摘要
十三自由度仿人機器人頭部機構(gòu)，它涉及一種仿人機器人頭部機構(gòu)。以解決目前仿人機器人頭部機構(gòu)結(jié)構(gòu)復雜、靈活性差、運動精度低、整體機構(gòu)協(xié)調(diào)性不高問題。眼眉伺服舵機通過眼眉擺桿驅(qū)動眼眉軸繞眼眉軸套轉(zhuǎn)動，從而使眼眉支撐桿擺動；眼球仰俯轉(zhuǎn)動伺服舵機通過眼球仰俯舵機曲柄、眼球仰俯滑銷及外滑環(huán)擺桿驅(qū)動外滑環(huán)擺動，從而帶動眼球擺桿運動；眼球左右擺動伺服舵機通過眼球左右擺動舵機曲柄、眼球左右擺動滑銷及內(nèi)滑環(huán)擺桿驅(qū)動內(nèi)滑環(huán)擺動；眼瞼伺服舵機通過眼瞼開合曲柄、眼瞼滑銷和眼瞼擺桿驅(qū)動眼瞼支撐架擺動；嘴角伺服舵機通過嘴角舵機曲柄、嘴角滑銷及嘴角擺桿驅(qū)動嘴角擺桿上下開合運動。本發(fā)明可實現(xiàn)仿人機器人頭部十三個自由度的運動。
文檔編號B25J19/00GK101786275SQ20091021746
公開日2010年7月28日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者卞子超, 孫中遠, 李瑞峰, 王珂 申請人:哈爾濱工業(yè)大學