專利名稱：娛樂機器人腿部機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機器人技術領域，特別是涉及一種娛樂機器人腿部機構。
背景技術：
當今流行的第四代主題公園中采用了大量的娛樂機器人來營造各種氣氛，尤其是高仿真機器人，可帶給游客新奇、刺激、難忘的游樂體驗，提高主題公園的品質(zhì)和知名度，以吸引更多的游客去參觀游樂。然而這些仿真機器人大多數(shù)是以上半身動作為主，腿部沒有動作或是很簡單的動作，腿部動作不夠靈活。隨著第四代主題公園的發(fā)展，對高仿真機器人要求越來越高，僅有上半身動作已難以滿足日益增長的需求。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要針對腿部機構運動不夠靈活問題，提供一種娛樂機器人腿部機構。一種娛樂機器人 腿部機構，包括:骨架本體，所述骨架本體包括多個骨架單元，相鄰的兩個骨架單元可轉動地連接；驅(qū)動單元，通過萬向軸承可轉動地安裝于相鄰的兩個骨架單元之間，驅(qū)動所述骨架單元轉動；控制系統(tǒng)，與所述驅(qū)動單元連接，控制各個驅(qū)動單元以驅(qū)使所述骨架單元完成預定動作。在其中一個實施例中，所述骨架單元包括腿部基座骨架單元、左腿骨架單元、右腿骨架單元和胯部骨架單元，所述左腿骨架單元和所述右腿骨架單元可轉動地安裝于所述腿部基座骨架單元，所述左腿骨架單元和所述右腿骨架單元分別通過轉動軸承可轉動地連接于所述胯部骨架單元。在其中一個實施例中，所述左腿骨架單元和所述右腿骨架單元均包括旋轉骨架、小腿骨架、大腿骨架和髖關節(jié)，所述腿部基座骨架單元包括軸承座；所述旋轉骨架的一端通過軸承座安裝于所述腿部基座骨架單元，所述旋轉骨架和所述腿部基座骨架單元之間設有所述驅(qū)動單元；所述旋轉骨架的另一端與所述小腿骨架的一端通過十字軸軸承連接，且之間設有所述驅(qū)動單元；所述小腿骨架的另一端與所述大腿骨架的一端通過鉸鏈鉸接，且之間設有所述驅(qū)動單元；所述大腿骨架的另一端與所述髖關節(jié)通過鉸鏈鉸接，且之間設有所述驅(qū)動單元；所述髖關節(jié)通過十字軸軸承連接于所述胯部骨架單元。在其中一個實施例中，所述驅(qū)動單元均通過球關節(jié)軸承或者十字軸軸承連接于相鄰的兩個骨架單元之間。在其中一個實施例中，包括位置傳感器，設置于所述驅(qū)動單元，且與所述控制系統(tǒng)連接，反饋娛樂機器人腿部機構的位置信號給所述控制系統(tǒng)。在其中一個實施例中，所述驅(qū)動單元為液壓驅(qū)動裝置。
在其中一個實施例中，所述控制系統(tǒng)通過預先輸入的動作指令控制各驅(qū)動單元的驅(qū)動量，以實現(xiàn)機器人的不同姿態(tài)動作。在其中一個實施例中，所述控制系統(tǒng)包括存儲模塊，存儲有不同姿態(tài)動作的動作指令；輸入模塊，接收操作者所需姿態(tài)動作的輸入信息；控制模塊，根據(jù)不同輸入信息，讀取不同姿態(tài)動作的動作指令；輸出模塊，根據(jù)所述輸入信息輸出對應的動作指令，驅(qū)動各驅(qū)動單元運動。上述娛樂機器人腿部機構工作時，所述控制系統(tǒng)控制所述驅(qū)動單元的運動，所述驅(qū)動單元與兩相鄰骨架單元可轉動地連接，驅(qū)動所述骨架單元運動，完成預定的動作。因為所述娛樂機器人腿部機構包括多個骨架單元，且每相鄰的兩個骨架單元之間設有驅(qū)動單元，所以可形成一個多驅(qū)動多自由度機構，使得娛樂機器人腿部機構能夠?qū)崿F(xiàn)多種姿態(tài)動作，運動靈活。


圖1為娛樂機器人腿部機構的結構示意圖；圖2為娛樂機器人腿部機構處于內(nèi)叉腿狀態(tài)的結構示意圖；圖3為娛樂機器人腿部機構處于外叉腿狀態(tài)的結構示意圖；圖4為娛樂機器人腿部機構處于雙曲腿狀態(tài)的結構示意圖；圖5為娛樂機器人腿部機構處于單曲腿狀態(tài)的結構示意圖；圖6為娛樂機器人腿部機構的控制系統(tǒng)一實施例的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。請參閱圖1，一種娛樂機器人腿部機構100，包括:骨架本體110，所述骨架本體110包括多個骨架單元，相鄰的兩個骨架單元可轉動地連接；驅(qū)動單元120，通過萬向軸承可轉動地安裝于相鄰的兩個骨架單元之間，驅(qū)動所述骨架單元轉動；控制系統(tǒng)，與所述驅(qū)動單元120連接，控制各個驅(qū)動單元120以驅(qū)使所述骨架單元完成預定動作。上述娛樂機器人腿部機構工作時，所述控制系統(tǒng)控制所述驅(qū)動單元120的運動，而所述驅(qū)動單元120與兩相鄰骨架單元可轉動地連接，且兩相鄰骨架單元也可轉動地連接，故而當驅(qū)動單元120驅(qū)動所述骨架單元運動時，兩相鄰骨架單元可相對轉動，形成預定轉動，完成預定的動作。因為所述娛樂機器人腿部機構包括多個骨架單元，且每兩個相鄰骨架單元之間設有驅(qū)動單元120，所以可形成一個多驅(qū)動多自由度機構，從而娛樂機器人腿部機構能夠?qū)崿F(xiàn)多種姿態(tài)變化，動作靈活。具體到本實施例中，所述控制系統(tǒng)通過預先輸入的動作指令控制各驅(qū)動單元的驅(qū)動量，以實現(xiàn)機器人的不同姿態(tài)動作。例如，可以通過計算出娛樂機器人腿部機構各個關節(jié)的運動關系表達式，并將所述運動關系表達式寫入Maya軟件進行動畫設計，設計各種姿態(tài)動作所需要的動畫，然后輸出動畫腳本值，所述腳本值即本實施例中所述的各種姿態(tài)動作所需的動作指令。請參閱圖6，具體到本實施例中，所述控制系統(tǒng)200可以包括存儲模塊220，存儲有不同姿態(tài)動作的動作指令，預先將實現(xiàn)不同姿態(tài)動作所需的動作指令存入存儲模塊220。輸入模塊210，接收操作者所需姿態(tài)動作的輸入信息，如需要實現(xiàn)單曲腿時，即可輸入對應信息即可?？刂颇K230，根據(jù)操作者輸入的不同輸入信息，讀取存在存儲模塊中的動作指令。輸出模塊240，根據(jù)所述輸入信息輸出對應的動作指令，驅(qū)動各驅(qū)動單元120動作，從而驅(qū)動各個骨架單元對應運動，完成一次姿態(tài)動作。還請參閱圖1，具體到本實施例中，所述骨架單元包括腿部基座骨架單元112、左腿骨架單元114、右腿骨架單元116和胯部骨架單元118，所述左腿骨架單元114和所述右腿骨架單元116可轉動地安裝于所述腿部基座骨架單元112，所述左腿骨架單元114和所述右腿骨架單元116分別通過轉動軸承可轉動地連接于所述胯部骨架單元118。腿部基座骨架單元112相當于人的腳部，左腿骨架單元114相對于人的左腿，右腿骨架單元116相當于人的右腿，胯部骨架單元118相當于人的胯部，這樣設置的結構能夠更逼真的仿造人的腿部，同時當所述控制系統(tǒng)控制驅(qū)動單元120驅(qū)動多個骨架單元運動時，能夠?qū)崿F(xiàn)類似于人的腿部的運動，實現(xiàn)多姿態(tài)變化，運動更靈活。還請參閱圖1，具體到本實施例中，所述左腿骨架單元114包括左旋轉骨架1141、左小腿骨架1142、左大腿骨架1143和左髖關節(jié)1144，所述右腿骨架單元116包括右旋轉骨架1161、右小腿骨架1162、右大腿骨架1163和右髖關節(jié)1164，所述腿部基座骨架單元112包括軸承座1122。以左腿骨架單元114為例，說明各個關節(jié)的連接與運動關系。所述左旋轉骨架1141 一端通過軸承座1122安裝于所述腿部基座骨架單元112，所述左旋轉骨架1141和所述腿部基座骨架單元112之間設有所述驅(qū)動單元120。所述左旋轉骨架1141另一端與所述左小腿骨架1142的一端通過十字軸軸承連接，且之間設有所述驅(qū)動單元120 ;所述左小腿骨架1142的另一端與所述左大腿骨架1143的一端通過鉸鏈鉸接，且之間設有所述驅(qū)動單元120 ;所述左大腿骨架1143的另一端與所述左髖關節(jié)1144通過鉸鏈鉸接，且之間設有所述驅(qū)動單元120 ;所述左髖關節(jié)1144通過十字軸軸承連接于所述胯部骨架單元118。左旋轉骨架1141通過軸承座1122安裝于腿部基座骨架單元112，且驅(qū)動單元120的一端固定于腿部基座骨架單元112，另一端通過連桿連接左旋轉骨架1141的一端，通過控制系統(tǒng)控制驅(qū)動單元120，驅(qū)使左旋轉骨架1141沿垂直于腿部基座骨架單元112轉動，實現(xiàn)左旋轉骨架1141的轉動。左旋轉骨架1141的另一端與左小腿骨架1142的一端通過十字軸軸承連接，驅(qū)動單元120通過球關節(jié)軸承或者十字軸軸承連接于左旋轉骨架1141和左小腿骨架1142之間，驅(qū)動單元120通過控制系統(tǒng)控制，可驅(qū)動左小腿骨架1142與左旋轉骨架1141繞十字軸軸承轉動。左小腿骨架1142的另一端與左大腿骨架1143的一端通過鉸鏈鉸接，驅(qū)動單元120通過球關節(jié)軸承或者十字軸軸承連接于左小腿骨架1142與左大腿骨架1143之間，驅(qū)動左小腿骨架1142和左大腿骨架1143相對轉動。左大腿骨架1143的另一端與左髖關節(jié)1144通過鉸鏈鉸接，驅(qū)動單元120通過球關節(jié)軸承或者十字軸軸承連接于左大腿骨架1143和左髖關節(jié)1144之間，驅(qū)動左大腿骨架1143和左髖關節(jié)1144相對轉動。左髖關節(jié)1144通過十字軸軸承連接于胯部骨架單元118，可實現(xiàn)繞胯部骨架單元118轉動。同樣地，右腿骨架單元116與左腿骨架單元114的結構相同，這里不再贅述。當控制系統(tǒng)通過運行預先編入的程序控制驅(qū)動單元120，驅(qū)使各個骨架單元運動時，可實現(xiàn)內(nèi)叉腿、外叉腿、雙曲腿和單曲腿等等姿態(tài)動作的變化。 請參閱圖2，表示的是娛樂機器人腿部機構位于內(nèi)叉腿時的姿態(tài)動作。娛樂機器人腿部機構工作時，所述控制系統(tǒng)運行預先編入的內(nèi)叉腿的姿態(tài)動作的程序，實現(xiàn)內(nèi)叉腿動作。實現(xiàn)內(nèi)叉腿運動時，控制系統(tǒng)控制驅(qū)動單元120，驅(qū)動單元120驅(qū)動右旋轉骨架1161和左旋轉骨架1141自身沿平行于腿部基座骨架單元112轉動，且沿相對的方向轉動。右小腿骨架1162通過十字軸軸承繞靠近右旋轉骨架1161方向轉動、右大腿骨架1163與右小腿骨架1162相對轉動、右髖關節(jié)1164與右大腿骨架1163相對轉動、右髖關節(jié)1164繞胯部骨架單元118轉動，左腿骨架單元114的左小腿骨架1142、左大腿骨架1143、左髖關節(jié)1144與右腿骨架單元116的運動相同，不再贅述。由于左旋轉骨架114和右旋轉骨架116相對轉動，而左右腿部骨架單元的小腿骨架、大腿骨架、髖關節(jié)運動相同，故而可實現(xiàn)內(nèi)叉腿的姿態(tài)動作。請參閱圖3，表示的是娛樂機器人腿部機構位于外叉腿時的姿態(tài)動作。娛樂機器人腿部機構工作時，所述控制系統(tǒng)運行預先編入的外叉腿的姿態(tài)動作的程序，實現(xiàn)外叉腿動作。實現(xiàn)外叉腿運動時，控制系統(tǒng)控制驅(qū)動單元120，驅(qū)動單元120驅(qū)動右旋轉骨架116和左旋轉骨架116自身沿平行于腿部基座骨架單元112轉動，且沿相反的方向轉動。右小腿骨架1162通過十字軸軸承繞靠近右旋轉骨架1161方向轉動、右大腿骨架1163與右小腿骨架1162相對轉動、右髖關節(jié)1164與右大腿骨架1163相對轉動、右髖關節(jié)1164繞胯部骨架單元118轉動，左腿骨架單元114的左小腿骨架1142、左大腿骨架1143、左髖關節(jié)1144與右腿骨架單元116的運動相同，不再贅述。由于左旋轉骨架114和右旋轉骨架116往相反的方向轉動，而左右腿部單元的小腿骨架、大腿骨架、髖關節(jié)運動相同，故而可實現(xiàn)外叉腿的姿態(tài)動作。請參閱圖4，表示的是娛樂機器人腿部機構位于雙曲腿時的姿態(tài)動作。娛樂機器人腿部機構工作時，所述控制系統(tǒng)運行預先編入的雙曲腿的姿態(tài)動作的程序，實現(xiàn)雙曲腿動作。所述控制系統(tǒng)控制驅(qū)動單元120，此時左右旋轉骨架不旋轉，驅(qū)動單元120同時驅(qū)動左小腿骨架1142通過十字軸軸承繞靠近左旋轉骨架1141方向轉動、左大腿骨架1143與左小腿骨架1142相對轉動、左髖關節(jié)1144與左大腿骨架1143相對轉動、左髖關節(jié)1144繞胯部骨架單元118轉動，同時右腿骨架單元116的運動與左腿骨架單元114相同，故而可實現(xiàn)雙曲腿的姿態(tài)動作。請參閱圖5，表示的是娛樂機器人腿部機構位于單曲腿時的姿態(tài)動作。娛樂機器人腿部機構工作時，所述控制系統(tǒng)運行預先編入的單曲腿的姿態(tài)動作的程序，實現(xiàn)單曲腿動作。所述控制系統(tǒng)控制驅(qū)動單元120，此時左腿骨架114的左小腿骨架1142通過十字軸軸承繞靠近左旋轉骨架1141方向轉動、左大腿骨架1143與左小腿骨架1142相對轉動、左髖關節(jié)1144與左大腿骨架1143相對轉動、左髖關節(jié)1144繞胯部骨架單元118轉動，右腿骨架單元116不運動，實現(xiàn)單曲腿的姿態(tài)動作。當然，在其他的實施例中，機器人還可以通過控制系統(tǒng)控制驅(qū)動單元驅(qū)使骨架單元運動，實現(xiàn)不同姿態(tài)動作。例如，可以實現(xiàn)單腿跪地或者雙腿跪地時的姿態(tài)動作，還可以實現(xiàn)一邊內(nèi)叉腿，一邊外叉腿的姿態(tài)動作。具體到本實施例中，包括位置傳感器，設置于所述驅(qū)動單元120，且與所述控制系統(tǒng)連接，反饋娛樂機器人腿部機構的位置信號給控制系統(tǒng)。位置傳感器是用來測量機器人自身位置的傳感器，并且將娛樂機器人腿部機構的位置信息轉化為輸出信號，傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過控制驅(qū)動單元對娛樂機器人腿部機構各個骨架單元的位置進行調(diào)節(jié)，避免娛樂機器人腿部機構運動位置出現(xiàn)偏差。具體到本實施例中，所述驅(qū)動單元120為液壓驅(qū)動裝置。液壓驅(qū)動裝置具有快速性好、單位重量輸出功率大、傳動平穩(wěn)、抗干擾能力強等特點，故而使得娛樂機器人腿部機構運動更加靈活，實現(xiàn)各種姿態(tài)變化。需要指出的是，所述液壓驅(qū)動裝置只是能進一步提高機器人腿部的靈活性，當使用其他驅(qū)動方式如氣缸驅(qū)動裝置時，也并不影響娛樂機器人腿部機構實現(xiàn)多驅(qū)動多自由度的實現(xiàn)，故而液壓驅(qū)動裝置并不是必須的。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種娛樂機器人腿部機構，其特征在于，包括: 骨架本體，所述骨架本體包括多個骨架單元，相鄰的兩個骨架單元可轉動地連接； 驅(qū)動單元，通過萬向軸承可轉動地安裝于相鄰的兩個骨架單元之間，驅(qū)動所述骨架單元轉動； 控制系統(tǒng)，與所述驅(qū)動單元連接，控制各個驅(qū)動單元以驅(qū)使所述骨架單元完成預定動作。
2.根據(jù)權利要求1所述的娛樂機器人腿部機構，其特征在于，所述骨架單元包括腿部基座骨架單元、左腿骨架單元、右腿骨架單元和胯部骨架單元；所述左腿骨架單元和所述右腿骨架單元可轉動地安裝于所述腿部基座骨架單元，所述左腿骨架單元和所述右腿骨架單元分別通過轉動軸承可轉動地連接于所述胯部骨架單元。
3.根據(jù)權利要求2所述的娛樂機器人腿部機構，其特征在于，所述左腿骨架單元和所述右腿骨架單元均包括旋轉骨架、小腿骨架、大腿骨架和髖關節(jié)，所述腿部基座骨架單元包括軸承座；所述旋轉骨架的一端通過軸承座安裝于所述腿部基座骨架單元，所述旋轉骨架和所述腿部基座骨架單元之間設有所述驅(qū)動單元；所述旋轉骨架的另一端與所述小腿骨架的一端通過十字軸軸承連接，且之間設有所述驅(qū)動單元；所述小腿骨架的另一端與所述大腿骨架的一端通過鉸鏈鉸接，且之間設有所述驅(qū)動單元；所述大腿骨架的另一端與所述髖關節(jié)通過鉸鏈鉸接，且之間設有所述驅(qū)動單元；所述髖關節(jié)通過十字軸軸承連接于所述胯部骨架單元。
4.根據(jù)權利要求3所述的娛樂機器人腿部機構，其特征在于，所述驅(qū)動單元均通過球關節(jié)軸承或者十字軸軸承連接于相鄰的兩個骨架單元之間。
5.根據(jù)權利要求4所述的娛樂機器人腿部機構，其特征在于，包括位置傳感器，設置于所述驅(qū)動單元，且與所述控制系統(tǒng)連接，反饋娛樂機器人腿部機構的位置信號給所述控制系統(tǒng)。
6.根據(jù)權利要求5所述的娛樂機器人腿部機構，其特征在于，所述驅(qū)動單元為液壓驅(qū)動裝置。
7.根據(jù)權利要求1至6中任意一項所述的娛樂機器人腿部機構，其特征在于，所述控制系統(tǒng)通過預先輸入的動作指令控制各驅(qū)動單元的驅(qū)動量，以實現(xiàn)機器人的不同姿態(tài)動作。
8.根據(jù)權利要求7所述的娛樂機器人腿部機構，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括存儲模塊，存儲有不同姿態(tài)動作的動作指令；輸入模塊，接收操作者所需姿態(tài)動作的輸入信息；控制模塊，根據(jù)不同輸入信息，讀取不同姿態(tài)動作的動作指令；輸出模塊，根據(jù)所述輸入信息輸出對應的動作指令，驅(qū)動各驅(qū)動單元運動。
全文摘要
一種娛樂機器人腿部機構，包括骨架本體，所述骨架本體包括多個骨架單元，相鄰的兩個骨架單元可轉動地連接；驅(qū)動單元，通過萬向軸承可轉動地安裝于相鄰的兩個骨架單元之間，驅(qū)動所述骨架單元轉動；控制系統(tǒng)，與所述驅(qū)動單元連接，控制各個驅(qū)動單元以驅(qū)使所述骨架單元完成預定動作；工作時，所述控制系統(tǒng)控制所述驅(qū)動單元的運動，所述驅(qū)動單元與兩相鄰骨架單元可轉動地連接，驅(qū)動所述骨架單元運動，完成預定的動作。因為所述娛樂機器人腿部機構包括多個骨架單元，且每相鄰的兩個骨架單元之間設有驅(qū)動單元，所以可形成一個多驅(qū)動多自由度機構，使得娛樂機器人腿部機構能夠?qū)崿F(xiàn)多種姿態(tài)動作，運動更靈活。
文檔編號A63H13/02GK103111076SQ20131003889
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權日2013年1月31日
發(fā)明者李明, 戎志剛, 劉道強, 高敬義, 劉輝 申請人:深圳華強智能技術有限公司