一種基于骨骼架構的機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于骨骼架構的機器人，包括內骨骼、外骨架、支撐緊固件、外骨架擴展件、控制電路以及運動底盤；支撐緊固件包括內骨骼壓板；內骨骼所包含的頭部內骨骼與其所包含的身體內骨骼通過舵機和內骨骼壓板連接；頭部內骨骼通過內骨骼壓板與外骨架所包含的頭部外骨架連接；身體內骨骼分別與外骨架所包含的軀干外骨架、臂部外骨架通過內骨骼壓板連接；臂部外骨架與手部外骨架嵌合連接；外骨架擴展件附著在外骨架上；控制電路與運動底盤電連接；運動底盤通過預留安裝孔與內骨骼連接。本實用新型，機械連接簡單，提高了可擴展性。
【專利說明】
一種基于骨骼架構的機器人
技術領域
[0001] 本實用新型涉及智能機器人技術領域，尤其涉及一種基于骨骼架構的機器人。
【背景技術】
[0002] 機器人技術作為一門新興的綜合性交叉科學，以其穩(wěn)定可靠、重復精度高等特點， 廣泛應用于工業(yè)領域。近年來，在各項技術發(fā)展的推動下，機器人技術從傳統(tǒng)的工業(yè)制造領 域向教育娛樂、醫(yī)療服務、勘探勘測等領域擴展。
[0003] 在新的應用場合下，要求機器人有新的技術改進，來滿足人們的個性化需求。
[0004] 例如，在家庭娛樂的場景下，用戶體驗是機器人一個重要的評價指標，常常包括以 下幾方面：（1)易用性。機器人的安裝或操作過程應簡單明了、易于理解，方便用戶使用。過 于繁瑣復雜的設計將大大降低體驗感。（2)魯棒性。機器人應能夠抵抗一定范圍下不同環(huán)境 參數(shù)的影響，具備抗摔等功能（3)可更新性。用戶對家庭娛樂機器人的更新性要求，主要體 現(xiàn)在功能和設計兩方面，這兩方面的需求可能是不同步的，這要求機器人功能型部件和設 計型部件應當是相對獨立并且可替換的，由用戶自主選擇功能和外觀的保留或升級。
[0005] 在教育培訓的場景下，機器人的用戶體驗集中反映在這些方面：（1)可擴展性。教 育機器人產(chǎn)品的定位，決定了其需要盡可能地為用戶提供二次開發(fā)上的便利。因此，預留一 定數(shù)量的電子擴展接口和執(zhí)行機構擴展接口是必要的。（2)可調試性。一般機器人為了保護 電路系統(tǒng)，常采用一體式的封閉外殼。但教育培訓十分強調觀察和試驗的過程，這就要求對 機器人的外殼結構進行合理設計，在滿足可靠性的同時，方便對核心部件進行觀察和調試。
[0006] 綜上所述，在空間結構和功能上對部件進行合理設計和劃分，可有效提升機器人 的性能和使用體驗。但是，目前市場上的大部分機器人，一部分采用一體式的封閉外殼，結 構簡單，但可擴展性差、趣味性低;一部分采用可拆卸套件，易于擴展和維護，但往往組裝過 程繁瑣、對使用者的技術要求較高：因此，需要一種能有效綜合上述優(yōu)點和功能的模塊化機 器人。 【實用新型內容】
[0007] 本實用新型提供一種基于骨骼架構的機器人，以使機械連接簡單化、標準化，滿足 易于安裝和調試的目標，且通過充足的預留接口，提高了可擴展性。
[0008] 為了達到上述目的，本實用新型提供所提供的基于骨骼架構的機器人中應用有舵 機，該機器人包括：內骨骼、外骨架、支撐緊固件、外骨架擴展件、控制電路以及運動底盤；
[0009] 所述內骨骼包括頭部內骨骼和身體內骨骼;所述外骨架包括頭部外骨架、軀干外 骨架、臂部外骨架、手部外骨架;所述支撐緊固件包括內骨骼壓板；
[0010] 所述頭部內骨骼與所述身體內骨骼通過所述舵機和所述內骨骼壓板連接;所述頭 部內骨骼通過所述內骨骼壓板與所述頭部外骨架連接;所述身體內骨骼分別與所述軀干外 骨架、臂部外骨架通過所述內骨骼壓板連接;所述臂部外骨架與所述手部外骨架嵌合連接； 所述外骨架擴展件附著在所述外骨架上;所述控制電路與所述運動底盤電連接;所述運動 底盤通過預留安裝孔與所述內骨骼連接。
[0011] 進一步地，所述支撐緊固件還包括支撐桿，所述頭部外骨架包括面部骨架板、頭上 骨架板、頭后骨架板、頭下骨架板以及兩塊頭側骨架板;所述面部骨架板、頭上骨架板、頭后 骨架板、頭下骨架板以及兩塊頭側骨架板組成一個封閉的六面體頭部外骨架；
[0012] 所述兩塊頭側骨架板通過支撐桿連接，嵌合在所述頭部內骨骼左右兩側；
[0013] 所述面部骨架板嵌合在由所述兩塊頭側骨架板通過所述支撐桿連接構成的空間 前方，所述頭后骨架板嵌合在由所述兩塊頭側骨架板通過所述支撐桿連接構成的空間后 方；
[0014] 所述頭下骨架板安裝在由所述兩塊頭側骨架板通過所述支撐桿連接構成的空間 下方；
[0015] 所述頭上骨架板嵌合在由所述兩塊頭側骨架板通過所述支撐桿連接構成的空間 上方。
[0016] 進一步地，
[0017] 所述兩塊頭側骨架板外側分別預留有揚聲器音腔；
[0018] 所述面部骨架板上預留有眉毛通孔和眼睛通孔，以安裝LED燈光源；
[0019] 所述頭下骨架板中心預留有中心通孔，以使頭部內骨骼與身體內骨骼貫通。
[0020] 進一步地，所述軀干外骨架包括軀干前骨架和軀干后骨架，
[0021 ]所述軀干前骨架與所述軀干后骨架通過螺絲插接嵌合；
[0022]所述軀干前骨架和軀干后骨架通過內部預留的安裝孔安裝所述控制電路；
[0023]所述軀干前骨架上預留有胸燈透光孔、傳感器安裝孔。
[0024] 進一步地，所述外骨架擴展件包括眉毛壓板、眉毛鏡片、眼睛壓板、眼睛鏡片、胸燈 鏡片、測距固定板以及測距鏡片；
[0025] 所述面部骨架板通過預留眉毛通孔上安裝的所述眉毛壓板固定所述眉毛鏡片；
[0026] 所述面部骨架板通過預留眼睛通孔上安裝的所述眼睛壓板固定所述眼睛鏡片；
[0027] 所述軀干前骨架上通過預留胸燈透光孔安裝所述胸燈鏡片；
[0028] 所述軀干前骨架上通過預留傳感器安裝孔上安裝的所述測距固定板固定所述測 距鏡片。
[0029] 進一步地，所述臂部外骨架包括右臂前骨架、左臂前骨架、右臂后骨架、左臂后骨 架;所述手部外骨架包括左手部外骨架和右手部外骨架；
[0030] 所述右臂前骨架與所述右臂后骨架嵌合形成右臂外骨架;所述右手部外骨架與所 述右臂外骨架嵌合連接；
[0031] 所述左臂前骨架與所述左臂后骨架嵌合形成左臂外骨架;所述左手部外骨架與所 述左臂外骨架嵌合連接；
[0032] 所述右臂外骨架和所述左臂外骨架均預留有舵機輸出軸接口。
[0033]進一步地，所述機器人還包括外殼，
[0034] 所述外殼與所述外骨架貼附或套接連接；
[0035] 所述外殼的材質為貼紙或搪膠或塑料。
[0036] 進一步地，所述支撐緊固件還包括綁帶，
[0037] 所述身體內骨骼上預留有電池安裝空間，所述身體內骨骼通過所述綁帶在所述電 池安裝空間上與電池固定連接。
[0038] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型至少具有以下優(yōu)點：
[0039] 通過主體結構主體內骨骼和外骨架的獨立劃分，以及在外骨架上加裝外殼，使得 機械連接簡單化、標準化，滿足易于安裝和調試的目標，且通過充足的預留接口，提高了可 擴展性。
【附圖說明】
[0040] 圖1是本實用新型提供的基于骨骼架構的機器人的模型圖；
[0041 ]圖2是本實用新型提供的基于骨骼架構的機器人的結構圖。
【具體實施方式】
[0042] 下面結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施 例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，并不是要對本實用新型進行窮盡性的說 明，也不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
[0043] 本實用新型公開了一種基于骨骼架構的機器人，應用有舵機，如圖1所示，所述機 器人包括內骨骼、外骨架、外殼、支撐緊固件、外骨架擴展件、控制電路和運動底盤。其中，內 骨骼包括頭部內骨骼和身體內骨骼;外骨架包括頭部外骨架、軀干外骨架、臂部外骨架、手 部外骨架，通過支撐緊固件附著在內骨骼上;外殼套接或附著在外骨架上，起二次保護和裝 飾等作用；支撐緊固件包括起連接內骨骼作用的內骨骼壓板、支撐外骨架的支撐桿和固定 零件的綁帶;外骨架擴展件包括壓板、透光鏡等，可附著在外骨架上，起連接和裝飾等作用； 控制電路包括主控制板、擴展電路板等，可通過安裝孔安裝在外骨架上;運動底盤包括移動 底座、電路板、傳感器等，通過安裝孔安裝在內骨骼上，由主控制板控制，可執(zhí)行運動、測速、 避障等功能。對于機器人所包含的各主要部件的歸屬關系，參見下述表1。
[0044] 表1機器人所包含各主要部件的歸屬關系
[0047]進一步地，頭部內骨骼與身體內骨骼通過舵機和內骨骼壓板相連接;頭部內骨骼 上留有外骨架連接孔，身體內骨骼上留有舵機和電池的安裝空間、外骨架連接孔。
[0048]進一步地，頭部外骨架包括面部骨架板、頭上骨架板、頭后骨架板、頭下骨架板、兩 塊頭側骨架板。其中，兩塊頭側骨架板嵌合在頭部內骨骼左右兩側，通過支撐桿相連，并在 外側預留有揚聲器音腔。面部骨架板和頭后骨架板分別嵌合在兩塊頭側骨架板和支撐桿連 接構成的空間前后，面部骨架板上預留有眉毛和眼睛通孔，供安裝LED燈透光。頭下骨架板 安裝在由兩塊頭側骨架板通過支撐桿連接構成的空間下方，中心留有通孔供頭部內骨骼與 身體內骨骼貫通。頭上骨架板嵌合在由兩塊頭側骨架板通過支撐桿連接構成的空間上方， 與上述幾部分組成一個相對封閉的六面體頭部外骨架。
[0049] 進一步地，軀干外骨架包括軀干前骨架和軀干后骨架，兩者通過螺絲插接嵌合，支 撐起機器人外部輪廓，并為電路板的安裝提供相對封閉的空間。
[0050] 進一步地，軀干前骨架上預留有胸燈透光孔、傳感器安裝孔，可供擴展使用。
[0051 ]進一步地，軀干后骨架上預留有若干個通孔，可安裝外骨架擴展件。
[0052]進一步地，軀干前骨架和軀干后骨架內部預留有電路板安裝孔。
[0053]進一步地，臂部外骨架包括右臂前骨架、左臂前骨架、右臂后骨架、左臂后骨架;右 臂前骨架與右臂后骨架嵌合形成右臂外骨架，右手部外骨架與右臂外骨架嵌合連接;左臂 前骨架與左臂后骨架嵌合形成左臂外骨架，左手部外骨架與左臂外骨架嵌合連接，并且預 留有舵機輸出軸接口，可擴展舵機驅動。
[0054] 其中，外骨架的結構和形狀不限于上述方案，可根據(jù)需要進行調整，以適應內骨骼 到外殼的連接。
[0055] 進一步地，外殼可選用貼紙、搪膠、塑料等多種材料，以達到裝飾效果，或者在外骨 架的保護之外對核心電路板和內骨骼進行二次保護。
[0056] 進一步地，綁帶可附在身體內骨骼上起固定電池的作用。
[0057] 進一步地，外骨架擴展件可包含眉毛壓板、眉毛鏡片、眼睛壓板、眼睛鏡片、胸燈鏡 片、測距固定板、測距鏡片等選擇，這部分擴展件可直接通過預留接口安裝在外骨架上。眉 毛壓板可安裝在面部骨架板上的眉毛預留孔，起固定眉毛鏡片的作用；眼睛壓板可安裝在 面部骨架板上的眼睛預留孔，起固定眼睛鏡片的作用；眉毛鏡片和眼睛鏡片可透過安裝在 頭部外骨架內部的LED燈的光線;胸燈鏡片安裝在軀干前骨架的胸燈透光孔;測距固定板安 裝在軀干前骨架的傳感器安裝孔，測距鏡片可安裝在固定板上，可透過紅外傳感器發(fā)出的 紅外光線。
[0058]下面以一具體實施例做具體闡述。
[0059] 本實例主要包括內骨骼、外骨架、外殼、支撐緊固件、外骨架擴展件、控制電路和運 動底盤。
[0060] 頭部內骨骼為一 Y型部件，底端通孔可與安裝在身體內骨骼上舵機的輸出軸相連， 并通過內骨骼壓板固定?？刂浦靼蹇刂贫鏅C輸出軸的旋轉角度，即可控制機器人的上半身 左右方向轉動。頭部內骨骼上端兩個側面分別安裝頭側骨架板，兩個頭側骨架板之間用四 個支撐桿固定保持平行。頭部內骨骼中間凹槽可安裝舵機，舵機輸出軸舵盤與頭側骨架板 相連?？刂浦靼蹇刂贫鏅C輸出軸的旋轉角度，即可控制機器人的頭部俯仰。在頭側骨架板和 支撐桿圍成空間的其余四面分別安裝面部骨架板、頭上骨架板、頭后骨架板和頭下骨架板， 形成機器人相對封閉的頭部外骨架。兩個頭側骨架板上預留有圓形通孔，可作為機器人的 音腔，同時預留有螺紋孔柱，可安裝燈圈。面部骨架板上則預留有眉毛和眼睛通孔，可安裝 眉毛壓板、眼睛壓板固定透光鏡片。透光鏡片可透過安裝在頭部外骨架內部的LED燈燈光。 控制主板控制LED燈光的亮度和頻率，可在機器人面部呈現(xiàn)不同的表情組合，從而指示相應 的狀態(tài)和功能。
[0061] 身體內骨骼上端安裝有舵機，舵機輸出軸與頭部內骨骼相連，并通過內骨骼壓板 固定。身體內骨骼兩側留有圓形通孔，臂部的前后骨架嵌合在該通孔上。根據(jù)需要，此處也 可加裝舵機，由控制主板控制舵機輸出軸角度，進而控制手臂的前后擺動。臂部外骨架的末 端圓孔嵌入手部外骨架。身體內骨骼正面中部留有4個圓形孔柱，供控制主板安裝使用，另 留有若干圓形孔柱以安裝軀干后骨架。身體內骨骼背面中部為電池安裝空間，兩端留有凸 柱，供固定電池的綁帶使用。身體內骨骼下端與運動底盤通過可插拔的形式連接?？刂浦靼?可作為上位機通過串行總線發(fā)送指令給運動底盤，控制其完成精確測速、感知避讓障礙物、 感知桌面邊緣防跌落、跟隨移動物體、按照既定軌跡行走等功能。軀干前骨架和軀干后骨架 相嵌合，并通過預留的安裝柱固定在身體內骨骼上，形成機器人相對封閉的身體外骨架。軀 干前骨架上預留有胸燈透光孔，可安裝胸燈鏡片。胸燈鏡片可透過安裝在軀干前骨架內部 的LED燈的燈光。控制主板控制LED燈光的亮度和頻率，可起狀態(tài)指示的功能。軀干前骨架上 還預留有傳感器安裝孔，可安裝測距固定板固定測距鏡片。測距鏡片可透過安裝在底盤上 起測距作用的紅外傳感器發(fā)出的紅外光。
[0062] 在內骨骼上安裝的外骨架支撐起了機器人的主要外部輪廓，并為控制電路板等零 件提供了合適的安裝空間。根據(jù)需要，進一步選擇合適的材料作為外殼，套接或貼附在外骨 架上。
[0063] 上述為本機器人在機械結構上的模塊化，采用功能型部件和設計型部件分離的獨 立設計。
[0064] 所述基于骨骼架構的機器人在滿足機械結構上的模塊化時，還滿足電氣控制簡單 化的目標。本實用新型將機器人系統(tǒng)分解為主控制層和執(zhí)行模塊兩層結構，以主控制板作 為主控制層，以運動底盤作為執(zhí)行模塊，兩者之間采用串行總線進行通訊，結構層次明晰， 易于控制。主控制板通過串行總線向運動底盤發(fā)送指令，由運動底盤執(zhí)行，接線簡單，節(jié)省 了兩者之間的線路連接。
[0065] 在本實用新型中，通過主體結構主體內骨骼和外骨架的獨立劃分，以及在外骨架 上加裝外殼，使得機械連接簡單化、標準化，滿足易于安裝和調試的目標，且通過充足的預 留接口，提高了可擴展性。
[0066] 其中，本發(fā)明裝置的各個模塊可以集成于一體，也可以分離部署。上述模塊可以合 并為一個模塊，也可以進一步拆分成多個子模塊。
[0067] 本領域技術人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，附圖中的模塊或流 程并不一定是實施本發(fā)明所必須的。
[0068] 本領域技術人員可以理解實施例中的裝置中的模塊可以按照實施例描述進行分 布于實施例的裝置中，也可以進行相應變化位于不同于本實施例的一個或多個裝置中。上 述實施例的模塊可以合并為一個模塊，也可以進一步拆分成多個子模塊。
[0069] 上述本發(fā)明序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0070] 以上公開的僅為本發(fā)明的幾個具體實施例，但是，本發(fā)明并非局限于此，任何本領 域的技術人員能思之的變化都應落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于骨骼架構的機器人，應用有舵機，其特征在于，所述機器人包括內骨骼、外 骨架、支撐緊固件、外骨架擴展件、控制電路以及運動底盤； 所述內骨骼包括頭部內骨骼和身體內骨骼;所述外骨架包括頭部外骨架、軀干外骨架、 臂部外骨架、手部外骨架;所述支撐緊固件包括內骨骼壓板； 所述頭部內骨骼與所述身體內骨骼通過所述舵機和所述內骨骼壓板連接;所述頭部內 骨骼通過所述內骨骼壓板與所述頭部外骨架連接;所述身體內骨骼分別與所述軀干外骨 架、臂部外骨架通過所述內骨骼壓板連接;所述臂部外骨架與所述手部外骨架嵌合連接;所 述外骨架擴展件附著在所述外骨架上;所述控制電路與所述運動底盤電連接;所述運動底 盤通過預留安裝孔與所述內骨骼連接。2. 如權利要求1所述的機器人，其特征在于，所述支撐緊固件還包括支撐桿，所述頭部 外骨架包括面部骨架板、頭上骨架板、頭后骨架板、頭下骨架板以及兩塊頭側骨架板;所述 面部骨架板、頭上骨架板、頭后骨架板、頭下骨架板以及兩塊頭側骨架板組成一個封閉的六 面體頭部外骨架； 所述兩塊頭側骨架板通過支撐桿連接，嵌合在所述頭部內骨骼左右兩側； 所述面部骨架板嵌合在由所述兩塊頭側骨架板通過所述支撐桿連接構成的空間前方， 所述頭后骨架板嵌合在由所述兩塊頭側骨架板通過所述支撐桿連接構成的空間后方； 所述頭下骨架板安裝在由所述兩塊頭側骨架板通過所述支撐桿連接構成的空間下方； 所述頭上骨架板嵌合在由所述兩塊頭側骨架板通過所述支撐桿連接構成的空間上方。3. 如權利要求2所述的機器人，其特征在于， 所述兩塊頭側骨架板外側分別預留有揚聲器音腔； 所述面部骨架板上預留有眉毛通孔和眼睛通孔，以安裝LED燈光源； 所述頭下骨架板中心預留有中心通孔，以使頭部內骨骼與身體內骨骼貫通。4. 如權利要求1所述的機器人，其特征在于，所述軀干外骨架包括軀干前骨架和軀干后 骨架， 所述軀干前骨架與所述軀干后骨架通過螺絲插接嵌合； 所述軀干前骨架和軀干后骨架通過內部預留的安裝孔安裝所述控制電路； 所述軀干前骨架上預留有胸燈透光孔、傳感器安裝孔。5. 如權利要求3所述的機器人，其特征在于，所述外骨架擴展件包括眉毛壓板、眉毛鏡 片、眼睛壓板、眼睛鏡片、胸燈鏡片、測距固定板以及測距鏡片； 所述面部骨架板通過預留眉毛通孔上安裝的所述眉毛壓板固定所述眉毛鏡片； 所述面部骨架板通過預留眼睛通孔上安裝的所述眼睛壓板固定所述眼睛鏡片； 所述軀干前骨架上通過預留胸燈透光孔安裝所述胸燈鏡片； 所述軀干前骨架上通過預留傳感器安裝孔上安裝的所述測距固定板固定所述測距鏡 片。6. 如權利要求1所述的機器人，其特征在于，所述臂部外骨架包括右臂前骨架、左臂前 骨架、右臂后骨架、左臂后骨架;所述手部外骨架包括左手部外骨架和右手部外骨架； 所述右臂前骨架與所述右臂后骨架嵌合形成右臂外骨架;所述右手部外骨架與所述右 臂外骨架嵌合連接； 所述左臂前骨架與所述左臂后骨架嵌合形成左臂外骨架;所述左手部外骨架與所述 左臂外骨架嵌合連接； 所述右臂外骨架和所述左臂外骨架均預留有舵機輸出軸接口。7. 如權利要求1所述的機器人，其特征在于，所述機器人還包括外殼， 所述外殼與所述外骨架貼附或套接連接； 所述外殼的材質為貼紙或搪膠或塑料。8. 如權利要求1所述的機器人，其特征在于，所述支撐緊固件還包括綁帶， 所述身體內骨骼上預留有電池安裝空間，所述身體內骨骼通過所述綁帶在所述電池安 裝空間上與電池固定連接。
【文檔編號】B25J9/00GK205466159SQ201521101112
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月25日
【發(fā)明人】王強
【申請人】上海歸墟電子科技有限公司