本發(fā)明涉及一種仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種服務(wù)機(jī)器人頭頸結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

“人形服務(wù)機(jī)器人”可以被定義為具有人類的外觀和功能(例如頭部、軀干、手臂、腿部)的某些屬性，使用語音交互以及肢體動(dòng)作來與人類進(jìn)行溝通的一種服務(wù)機(jī)器人。傳統(tǒng)的人形機(jī)器人大多具有搖頭/轉(zhuǎn)頭功能，能夠形象地模仿人類頭部的動(dòng)作，保證其更好地與人類進(jìn)行交流與溝通。

智能機(jī)器人頭顱(cn201620875529.2)，其包括：一上殼，其上設(shè)置智能家居模塊、固定座、攝像頭，固定座上設(shè)置有電路板、led燈座，led燈座中傾斜放置有l(wèi)ed，攝像頭位于上殼的前部，一下殼，扣合于上殼，下殼上設(shè)置有一個(gè)嘴巴、兩個(gè)眼睛、獨(dú)立音腔喇叭，眼睛位于嘴巴上方，眼睛位于嘴巴上設(shè)置有發(fā)光led，且眼睛的發(fā)光led和嘴巴的發(fā)光led之間通過引線串聯(lián)的方式電性連接，上殼的側(cè)邊和下殼的側(cè)邊連接處設(shè)置有收容孔，收容孔中裝設(shè)有獨(dú)立音腔喇叭，下殼的底部還設(shè)置有大空腔、扣位；一側(cè)殼，罩設(shè)于獨(dú)立音腔喇叭，且側(cè)殼扣合于上殼的側(cè)邊和下殼的側(cè)邊，上述構(gòu)造，設(shè)計(jì)合理，功能豐富，外表美觀，并實(shí)現(xiàn)了智能化的設(shè)計(jì)。

機(jī)器人點(diǎn)頭轉(zhuǎn)頭動(dòng)作機(jī)構(gòu)(cn200720189946.2)，一種機(jī)器人點(diǎn)頭轉(zhuǎn)頭動(dòng)作機(jī)構(gòu)，包括機(jī)身架、電機(jī)、曲軸、連桿、固定盤及轉(zhuǎn)頭盤，固定盤通過固定架與機(jī)身架連接，點(diǎn)頭盤通過銷軸掛置在固定盤上，點(diǎn)頭盤的側(cè)端與連桿相連，連桿的另一端與機(jī)身架上的曲軸連接，曲軸和點(diǎn)頭電機(jī)相連，轉(zhuǎn)頭電機(jī)安裝在點(diǎn)頭盤的中部下端，點(diǎn)頭盤上固接有套筒和限位桿，轉(zhuǎn)頭盤放置在套筒上，轉(zhuǎn)頭電機(jī)的輸出軸插入在套筒中與活動(dòng)軸相連，活動(dòng)軸上套置有壓簧及摩擦片，點(diǎn)頭盤上摩擦片與活動(dòng)軸上的摩擦片接觸，在轉(zhuǎn)頭電機(jī)的作用下帶動(dòng)轉(zhuǎn)頭盤轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)頭盤上開有限位槽，點(diǎn)頭盤上的限位桿插入在限位槽中。本發(fā)明的機(jī)器人點(diǎn)頭轉(zhuǎn)頭動(dòng)作機(jī)構(gòu)可準(zhǔn)確、方便地完成點(diǎn)頭、轉(zhuǎn)頭動(dòng)作，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。

一種可以點(diǎn)頭的機(jī)器人(cn201620706242.7)本發(fā)明公開了一種可以點(diǎn)頭的機(jī)器人，包括頭部，頭部下端安裝有搖動(dòng)手臂，機(jī)器人的前端安裝有顯示器和控制按鍵，機(jī)器人的底部安裝有控制箱，控制箱的底部轉(zhuǎn)動(dòng)輪和萬向輪，頭部的底部安裝有頸部版，頸部板的后面安裝有固定板，固定板上安裝有點(diǎn)頭擺桿，點(diǎn)頭擺桿后面安裝有點(diǎn)頭舵機(jī)，點(diǎn)頭舵機(jī)的下方安裝有搖頭舵機(jī)，搖頭舵機(jī)上安裝有濾波電容盒，在搖頭舵機(jī)的下方安裝有底板，在底板上安裝有固定桿，該裝置采用搖動(dòng)加上點(diǎn)頭一起的模式，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的搖頭和點(diǎn)頭，具有一定人的功能，更加的貼近正常人，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，適用性好，有著很好的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有的機(jī)器人頭部動(dòng)作機(jī)構(gòu)大多具有1或者2個(gè)自由度，點(diǎn)頭與搖頭動(dòng)作不能夠同時(shí)進(jìn)行。另外，所采用的零部件較多，成本較高，機(jī)構(gòu)的空間利用率較低，導(dǎo)致機(jī)器人頸部的體積較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種服務(wù)機(jī)器人頭頸結(jié)構(gòu)，融合觸控顯示器、人工智能語音、電子表情、肢體語言的多維交互技術(shù)，且能夠同時(shí)進(jìn)行點(diǎn)頭與搖頭動(dòng)作，從而提高與用戶溝通的準(zhǔn)確性與有效性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種服務(wù)機(jī)器人頭頸結(jié)構(gòu)，其特征在于：它包括頭部和頸部，其中所述頭部包括前外殼、后外殼和頭部支撐架組件，所述頭部支撐架組件與前外殼固定，所述前外殼與后外殼對(duì)合連接，形成機(jī)器人仿生頭部的外殼腔；所述前外殼的外表面設(shè)置觸控顯示屏、眉毛顯示塊、臉頰顯示塊和攝像頭組件；所述頭部支撐架組件包括支撐柱和矩形框架，所述支撐柱連接矩形框架的底邊；

所述頸部包括外部組件、俯仰機(jī)構(gòu)、左右旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其中所述外部組件包括依次連接的頸部支撐架、頸部上支架、頸部下支架、頸套；所述頸部支撐架的中部設(shè)置中央通孔；所述頸部上支架的下部與頸部下支架的上部通過聯(lián)軸器連接；所述俯仰機(jī)構(gòu)包括俯仰電機(jī)、聯(lián)軸器、俯仰主動(dòng)齒輪、俯仰被動(dòng)齒輪、蝸輪、蝸桿；所述蝸輪設(shè)置在所述聯(lián)軸器的銷軸的中部，所述俯仰電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出端連接俯仰主動(dòng)齒輪，與所述俯仰主動(dòng)齒輪嚙合的俯仰被動(dòng)齒輪連接蝸桿的下端，蝸桿的上端與蝸輪嚙合；左右旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括左右旋轉(zhuǎn)電機(jī)、左右旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪、左右旋轉(zhuǎn)被動(dòng)齒輪；所述左右旋轉(zhuǎn)電機(jī)安裝在所述頸部支撐架上，轉(zhuǎn)矩輸出端連接左右旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪；所述左右旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪與左右旋轉(zhuǎn)被動(dòng)齒輪嚙合，所述左右旋轉(zhuǎn)被動(dòng)齒輪套接在所述頸套的外側(cè)。

所述矩形框架的第一側(cè)邊與前外殼內(nèi)表面連接，所述控制電路板設(shè)置在第一側(cè)邊與前外殼之間；電子眉毛顯示組件、電子臉頰顯示組件、攝像頭組件分別設(shè)置在所述控制電路板上；所述后外殼內(nèi)的上部設(shè)置感應(yīng)組件；所述矩形框架內(nèi)設(shè)置通風(fēng)組件，矩形框架的第二側(cè)邊上設(shè)置射頻天線，矩形框架的底邊上設(shè)置麥克風(fēng)組件。

所述攝像頭組件的視頻信號(hào)輸出端、麥克風(fēng)組件的語音命令信號(hào)輸出端、感應(yīng)組件的手勢(shì)命令信號(hào)輸出端、紅外傳感器的紅外檢測(cè)信號(hào)輸出端分別連接控制電路板的信號(hào)輸入端。

所述控制電路板的控制信號(hào)輸出端分別連接運(yùn)動(dòng)姿態(tài)組件、觸控顯示屏、眉毛顯示塊和臉頰顯示塊的控制信號(hào)輸入端。

所述控制電路板還可設(shè)置在后外殼內(nèi)的感應(yīng)組件下方。

所述頸部支撐架還包含支撐平面、支撐立面，其中支撐立面和中央通孔垂直于支撐平面設(shè)置；所述頸套下部設(shè)置在中央通孔內(nèi)，并可相對(duì)于所述中央通孔轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述支撐平面通過固定于機(jī)器人胸腔殼體的內(nèi)部；所述頸部下支架下端安裝有一軸承擋板，所述軸承擋板上設(shè)置臺(tái)階面，將第三滾珠軸承限制在中央通孔內(nèi)。

所述頸部上支架和頸部下支架之間的連接位置設(shè)置第一滾珠軸承；所述左右旋轉(zhuǎn)被動(dòng)齒輪下方設(shè)置第二滾珠軸承。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：

本發(fā)明的一種服務(wù)機(jī)器人頭頸結(jié)構(gòu)包括頭部和頸部，其中頭部包括前外殼、后外殼和頭部支撐架組件，主要采用槽型輕質(zhì)塑料件進(jìn)行組裝而成，具有重量輕、造價(jià)低、外形流暢的特點(diǎn)。前外殼的外表面設(shè)置觸控顯示屏、眉毛顯示塊、臉頰顯示塊和攝像頭組件，在向用戶反饋視頻信息的同時(shí)，還可完成各種擬人化的組合表情，豐富了機(jī)器人針對(duì)用戶的情感表達(dá)。

本發(fā)明的紅外傳感器、聲源定位組件、感應(yīng)組件、麥克風(fēng)組件、攝像頭組件共同構(gòu)成機(jī)器人的外部感知單元，用戶可通過多種輸入方式向機(jī)器人發(fā)出指令，例如手勢(shì)、聲音、點(diǎn)擊選項(xiàng)等，方便用戶向機(jī)器人提出需求。

本發(fā)明的頸部包括外部組件、俯仰機(jī)構(gòu)、左右旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，較一般的機(jī)器人頭部動(dòng)作機(jī)構(gòu)而言，具有重量輕，主要采用槽型輕質(zhì)塑料件組裝而成，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，成本低廉，能夠由兩個(gè)電機(jī)分別帶動(dòng)，進(jìn)行點(diǎn)頭與搖頭動(dòng)作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的頭頸結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明的頭部前外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖3、圖4為本發(fā)明的頭部支撐架組件結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為本發(fā)明的頭部前外殼外部結(jié)構(gòu)示意圖

圖6為本發(fā)明的頭部后外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖7為本發(fā)明的頸部外部結(jié)構(gòu)示意圖

圖8為本發(fā)明的頸部零件拆解示意圖

圖9為本發(fā)明的頸部?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)剖視示意圖

圖10為本發(fā)明的左右旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明的服務(wù)機(jī)器人頭頸結(jié)構(gòu)包括頭部a和頸部b，頭部a用于進(jìn)行表情顯示和用戶指令感知，頸部b通過點(diǎn)頭、搖頭的動(dòng)作對(duì)機(jī)器人的情感表達(dá)進(jìn)行強(qiáng)化，優(yōu)化交互效果。其中頭部a包括前外殼1、后外殼2、頭部支撐架組件3，頭部支撐架組件3與前外殼1固定，對(duì)機(jī)器人仿生頭部形成支撐；前外殼1與后外殼2對(duì)合連接，形成機(jī)器人仿生頭部的外殼。前外殼1外表面設(shè)置觸控顯示屏4，不僅能夠顯示表情變化圖像，還能夠顯示如視頻、圖像等相關(guān)信息，用戶還可以通過觸控屏對(duì)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)置以及修改一些顯示的內(nèi)容。

本發(fā)明在服務(wù)機(jī)器人的頸部下方設(shè)置本體和底盤機(jī)構(gòu)，其中底盤機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定向移動(dòng)，必要時(shí)底盤機(jī)構(gòu)還可用于搭載物品。底盤機(jī)構(gòu)上設(shè)置驅(qū)動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、底盤紅外傳感器，驅(qū)動(dòng)裝置接收運(yùn)動(dòng)控制命令，向驅(qū)動(dòng)輪輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩；運(yùn)動(dòng)控制命令通過控制導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)過的角度，對(duì)整個(gè)服務(wù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行控制。

如圖2、圖3、圖4所示，頭部支撐架組件3包括支撐柱6和垂直于前外殼1面板的矩形框架14，支撐柱6連接矩形框架14，對(duì)整個(gè)頭部起到支撐作用，矩形框架14的第一側(cè)邊5與前外殼1內(nèi)表面連接。矩形框架14包圍的空間內(nèi)設(shè)置通風(fēng)組件11，矩形框14的第二側(cè)邊20上設(shè)置射頻天線12，麥克風(fēng)組件19安裝在矩形框架14的底邊上。

矩形框架14的第一側(cè)邊5與前外殼1之間固定有與前外殼1面板平行的第一控制電路板13。一對(duì)電子眉毛顯示組件15分別安裝在第一控制電路板13上部的兩側(cè)，一對(duì)電子臉頰顯示組件16分別安裝在第一控制電路板13下部的兩側(cè)，一對(duì)攝像頭組件17分別安裝在第一控制電路板13中部的兩側(cè)。攝像頭組件17通過攝像頭支架18安裝在第一控制電路板13上。

如圖5所示，電子眉毛顯示組件15包括設(shè)置在前外殼1外表面、觸控顯示屏4上部的眉毛顯示塊21，電子臉頰顯示組件16包括設(shè)置在前外殼1外表面、觸控顯示屏4下部的臉頰顯示塊22，眉毛顯示塊21和臉頰顯示塊22用于模擬人類的動(dòng)態(tài)表情。攝像頭組件17包括設(shè)置在前外殼1外表面、觸控顯示屏4兩側(cè)和上方的攝像頭23，可用于觀測(cè)機(jī)器人周圍的環(huán)境狀況以及具有拍照功能。紅外傳感器24設(shè)置在觸控顯示屏4上方的攝像頭23旁邊。

如圖6所示，后外殼2內(nèi)設(shè)置音響組件7、第二控制電路板8、發(fā)光組件9、感應(yīng)組件10。兩音響組件7分別固定安裝在后外殼2的空腔內(nèi)兩側(cè)，感應(yīng)組件10固定安裝在后外殼2的空腔內(nèi)上側(cè)，發(fā)光組件9固定安裝后外殼2的空腔內(nèi)中部。其中，第二控制電路板8安裝在感應(yīng)組件10下方。音響組件7通過排線25與第二控制電路板8連接。

紅外傳感器24、聲源定位組件、感應(yīng)組件10、麥克風(fēng)組件19、攝像頭組件17共同構(gòu)成機(jī)器人的外部感知單元。其中，紅外傳感器24能夠感知機(jī)器人前方的障礙物情況，進(jìn)行分析與判斷，第一控制電路板13或者第二控制電路板8中進(jìn)行分析處理，向底盤機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)控制命令，控制驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速和導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)角，控制運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向，令服務(wù)機(jī)器人做出避讓動(dòng)作。

聲源定位組件通過麥克風(fēng)組件19獲取用戶的語音命令信號(hào)，并將其輸入第一控制電路板13或者第二控制電路板8中進(jìn)行分析處理。感應(yīng)組件10能夠準(zhǔn)確感知用戶的肢體觸摸動(dòng)作，并將手勢(shì)命令信號(hào)傳輸?shù)降谝豢刂齐娐钒?3或者第二控制電路板8中進(jìn)行分析處理。

第一控制電路板13或者第二控制電路板8根據(jù)語音命令信號(hào)和手勢(shì)命令信號(hào)得出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入位于前外殼1外側(cè)面的觸控顯示屏4、眉毛顯示塊21、臉頰顯示塊22，用以展現(xiàn)相應(yīng)的情感表達(dá)模式；或者輸入相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)組件中，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人頭顱的點(diǎn)頭、搖頭等姿態(tài)動(dòng)作；或者輸入音響組件7，用于播放一些交互性語音；或者輸入發(fā)光組件9，用于發(fā)出不同顏色的光提示用戶。

如圖7所示，頸部b包括頸部支撐架26、頸部上支架27、頸套28、頸部下支架32。頸部支撐架26包含支撐平面29、支撐立面30和中央通孔46，其中支撐立面30和中央通孔46垂直于支撐平面29設(shè)置。支撐平面29通過螺絲固定于機(jī)器人胸腔殼體內(nèi)部，支撐立面30分為兩部分，分別設(shè)置在中央通孔46的兩側(cè)。

如圖8所示，頸部上支架27、頸部下支架32均采用兩部分對(duì)合的方式安裝。頸部上支架27的下部與頸部下支架32的上部采用銷軸的形式連接，由聯(lián)軸器35進(jìn)行固定，第一滾珠軸承34對(duì)二者進(jìn)行軸向定位。頸部下支架32的上部設(shè)置銷孔，下部嵌入頸套28內(nèi)，使頸部上支架27、頸部下支架32、頸套28為一整體。即頸部上支架27的一部分通過聯(lián)軸器35和第一滾珠軸承34固定在頸部下支架32的一部分之外，形成一個(gè)整體之后再與另一部分的整體對(duì)合。聯(lián)軸器35的銷軸上安裝有蝸輪36，蝸輪36與一蝸桿41嚙合。

如圖9所示，俯仰電機(jī)38安裝在頸部下支架32內(nèi)部，俯仰電機(jī)38的轉(zhuǎn)矩輸出端連接有俯仰主動(dòng)齒輪39,俯仰被動(dòng)齒輪40與俯仰主動(dòng)齒輪39嚙合，并連接在蝸桿41的下端。俯仰電機(jī)38輸出的力矩依次經(jīng)由俯仰主動(dòng)齒輪39、俯仰被動(dòng)齒輪40、蝸桿41，傳輸?shù)轿佪?6上，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)頸部上支架27繞著頸部下支架32上部的聯(lián)軸器35形成的關(guān)節(jié)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的點(diǎn)頭動(dòng)作。

如圖10所示，左右旋轉(zhuǎn)電機(jī)42安裝在頸部支撐架26上，左右旋轉(zhuǎn)電機(jī)42的轉(zhuǎn)矩輸出端連接左右旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪43，左右旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪43與左右旋轉(zhuǎn)被動(dòng)齒輪37嚙合，左右旋轉(zhuǎn)被動(dòng)齒輪37套接在頸套28外側(cè)。頸套28下部與左右旋轉(zhuǎn)被動(dòng)齒輪37一同容納在齒輪保護(hù)套31內(nèi)，并可相對(duì)于齒輪保護(hù)套31轉(zhuǎn)動(dòng)。中央通孔46內(nèi)表面設(shè)置軸向臺(tái)階面，左右旋轉(zhuǎn)被動(dòng)齒輪37由臺(tái)階面支撐，從而不能夠沿著中央通孔46的豎直方向移動(dòng)。第二滾珠軸承33設(shè)置在左右旋轉(zhuǎn)被動(dòng)齒輪37下方，對(duì)其進(jìn)行軸向定位。

如圖8所示，頸部下支架32下方的中央通孔46內(nèi)側(cè)安裝有一軸承擋板44，軸承擋板44上設(shè)置臺(tái)階面，將第三滾珠軸承47限制在中央通孔46內(nèi)，使之不能沿中央通孔46的豎直方向移動(dòng)。軸承擋板44下方還安裝有左右限位板45，限位開關(guān)位于左右限位板45的一側(cè)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)左右旋轉(zhuǎn)電機(jī)42的旋轉(zhuǎn)時(shí)，左右旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪43帶動(dòng)左右旋轉(zhuǎn)被動(dòng)齒輪37轉(zhuǎn)動(dòng)，使得頸部上支架27、頸部下支架32、頸套28繞著軸線同步轉(zhuǎn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的搖頭動(dòng)作。

盡管為說明目的公開了本發(fā)明的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發(fā)明的范圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。