專利名稱：一種仿真人迎客機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及模擬真人藝術機器人領域。
有關機器人的設想和制作在中國已有一千多年的歷史，最初人們用樹的枝條和稻草制成假人俗稱“茅人”，用來驅趕野禽和野獸，在一定程度上保護農作物勉受侵害。后來這一構想被三國時期的諸藹亮采納。制成了數(shù)量可觀的“茅人”用于戰(zhàn)爭，起迷惑作用。直到二十世紀補期這一啟蒙性的方法才流傳到西方國家，人們遇到了有毒的、危險的和勞動強度大的工作，當時利用自動控制原理制成了最簡單的工業(yè)機器人，以取代人的體力勞動。
近二十年間，隨著計算機技術的普及，人們已著手研制各式各樣的智能機器人，以取代人們的腦力勞動。
當人類剛剛踏進二十一世紀，盡管世界擁有研制各種智能機器人的相關條件，由于歷史和傳統(tǒng)原因和思維慣性問題，人們始終把機器人規(guī)范為純機械人的范疇。
迫于設想設計界面的超越、迫于人們對于環(huán)境的追求、迫于人們對文化的追求，因此本實用新型較從前的機器人以一種界面突破，使機器人具有真人的相貌和外表，具有最基本的模擬真人的情感活動，使“她”涉及人們的精神文化生活，和更加容恰地靠近人類為人類服務。
本實用新型的目的在于在現(xiàn)有智能機器人框架前題下，對功能和結構作一種大范圍的改進和化減；使機器人生產成本降到原生產成本的10％以下，同時，增加仿真人面部或仿真人外表、增加笑功能驅動器，將原有的光電傳感探頭改進為熱釋紅外線和光電管交替工作探頭，以大幅降低待機電能消耗，采用較為簡單的復合智能傳感器取代較為復雜的光電掃描和計算機識別系統(tǒng)，使復合智能傳感器、笑功能驅動器和仿真人面部相互作用完成笑容迎送客人。本實用新型的實現(xiàn)首先利用現(xiàn)有市面出售的服裝模特兒，其一，拆掉右手，換成仿真人運動的機械手；其二，鋸掉頭部換成仿真人頭部如圖1所示。然后將復合智能傳感器、語言播放器從頸部斷面處置于模特兒腹腔內，并在背后鉆孔，用幾個自攻螺釘固定，再將面向跟蹤驅動器和伺服電機一并安裝在下頸部斷面的頸腔內，使電機軸垂直于斷面向上凸出，便于頭殼體上頸部聯(lián)接固定；安裝好腹腔內通訊電纜插座從下頸部斷面伸出，最后將笑功能驅動器置于預先制成的蜂蜜狀多孔塑料頭殼體內，固定好三只探頭、粘貼仿真人面部材料，使頭殼體內通訊電纜插頭從上頸部斷面伸出，將插頭插入插座，用螺絲刀固定頸部與伺服電機軸的螺釘，啟動體內12伏直流電源開關，等待30秒鐘后，機器進入正常運行階段，第一部安裝完畢。
接著在模特兒右肩部斷面沿腔內裝上舉手驅動器，并用自攻螺釘固定，然后安裝塑料仿真人機械手，并鎖定經絡線，再給機械手帶上特制的長至齊肩部的仿真人膚色手套第二步安裝完畢。
使用試驗，將仿真人迎客機器人放在門道或某一場合，在相距5米以內，當你從她面向前方行走時，機器人立刻面向你的行走方向旋轉跟蹤，如果你是進門，她會發(fā)出“顧客您好，歡迎光臨”！如果你是出門，“她會發(fā)出，謝謝，再見，歡迎下次再來！”等歡送語言。隨后自動舉手再見！當你向她舉手再見時，“她會再次舉手以示回敬。”如果在設有搖控自動門的場所，你正想出門和進門時，“她”會用附加搖控器將自動門打開。同時當她發(fā)現(xiàn)你時，她面帶笑容。栩栩如生，“她”的舉動會使許多觀看者意外地覺得“她”是一位真人。但“她”只是一位仿真人迎客機器人。
仿真人迎客機器人與現(xiàn)有技術中的機器人相比，整體結構非常簡單，實施生產容易，單個生產成本低廉。“她”省去了光電掃描系統(tǒng)，省去了非常復雜的電腦儲存和識別系統(tǒng)，因此長期使用故障率極低。“她”在待機監(jiān)視狀態(tài)電力消耗小于30毫安、小于0.3瓦，基本可損去電源啟動開關。目前采用現(xiàn)有技術生產的初級智能活動“迎賓機器人”其單個成本竟達15～50萬元，而本實用新型所實現(xiàn)的初級智能活動的“迎客機器人”其單個生產成本僅為0.15～1.2萬元，如果在縮小體積的情況下，其降低成本還有很大的潛力?，F(xiàn)有技術中實現(xiàn)機器人的機械手方面，需要三只步進電機，而本實用新型中的舉手動作驅動器只有一只普通電機。本實用新型中的機械手的制作方法和原理、智能傳感器的特殊性能可拓展到其它機器人領域，而達到降低生產機器人成本的目的。現(xiàn)有技術中實現(xiàn)的“迎賓機器人”只考慮智能活動、而忽略了迎賓中最關鍵的一項仿真人性和藝術效果。由于仿真人迎客機器人大幅度地降低了生產成本、且具初級智能活動和情感活動，獨創(chuàng)性地將科學和藝術容作于一體，“她”的普及將極大的改善了我們的公共環(huán)境和豐富了我們的公共精神文化生活。


圖1為仿真人迎客機器人整體工況說明圖，圖2為仿真人迎客機器人電路聯(lián)接原理框圖。
圖1中的[1]為伺服電機、[2]為蜂窩狀頭殼體，[3]為光電管探頭，[4]和[5]為熱釋紅外線探頭，[6]為機械手，[8]為小手臂，[10]為大手臂，[7]、[9]、[11]為機械手活動了聯(lián)接點，[13]為機械手運動拉力經絡線，[14]為復合彈性塑料，[15]為面向跟蹤驅動器，[16]為智能傳感器，[17]為語言播放器，[18]、[19]分別為右向跟蹤和左向跟蹤，再觸發(fā)開關，[20]為仿真人面膜。
圖2為電路聯(lián)接原理框圖，它是一種閉環(huán)自動控制原理。探頭感知來客的角度方向經智能傳感器比較輸出執(zhí)行指令，將指令信號分別送入舉手驅動器和面向跟蹤驅動、舉手驅動器再傳達指令使笑容功能驅動器和語言播放器工作，面向跟蹤驅動器工作的瞬間同時改變了探頭的角度方向，探頭又將新的角度反饋到智能傳感器，因此周而復始地工作。
以下結合附圖祥細說明本實用新型的結構原理和工作狀況圖1、[20]是一種高彈性、高柔軟性、耐老化的仿真人膚色的面膜和海棉復合而成，厚度為5～7毫米，以面膜內置n個經絡線，眼部肌肉區(qū)、臉部肌肉區(qū)和唇部肌肉區(qū)分別將經絡線并接成6根以上的分支經絡線分別在不同部位，穿入蜂窩狀多也頭殼體[2]，開孔處與笑容功能驅動器聯(lián)接。
笑容傳感器在接收到動作指令時，仿真人面部立刻生產笑容。
圖1中的[3]、[4]和[5]攝取了客人行走的熱輻射信號和光電信號，經智能傳感器2～3萬倍的數(shù)字放大器放大、比較和相應的門電路，分兩路輸出，送給面向跟蹤驅動器[15]和舉手驅動器[12]，當跟蹤驅動器[15]獲得驅動信號，經驅動器放大驅動伺服電機[1]產生動力旋轉，因頭殼體[2]，固定在電機軸上，所以整個頭部跟隨同步旋轉。當語言播放器[17]獲得觸發(fā)信號，經內部功放電路發(fā)出迎客或送客語言。當舉手驅動器[12]獲得驅動信號，驅動器[12]經內部電機減速部件收緊經絡線[13]，因為機械手相對應一邊為固定長度并由活動聯(lián)接點[7]、[9]和[11]構成，再因手臂另一側的陰影部分為鋼塑復合彈性材料[14]，在經絡線的拉力作用下，彈性材料被壓縮使手臂產生舉手運動。
權利要求1.一種仿真人迎客機器人，其特征在于a、頭部和頸部活動處裝有自動跟蹤來去客人的伺服電機[1]，頭部、耳部裝有傳感探頭；b、面部由仿真人復合彈性材料構成且與頭殼體內相應的驅動器以經絡線方式聯(lián)接，完成笑容迎送客人；c、右手腕至肩部裝三個活動關節(jié)段分別為[6]、[8]、[10]，活動連接點分別為[7]、[9]、[11]，復合材料[14]、經絡線[13]；d、頭部和頸部的左、右轉向區(qū)分別安裝有迎送客人語言播放開關[18]、[19]。
2.根據權利要求書1、a所述的仿真人迎客機器人，其特征是頭部和面部分別裝有微型熱釋紅外線探頭[4]和[5]，光電管探頭[3]，其體內裝有識別人體運動方向的復合智能傳感器[16]，完成面向跟蹤客人。
3.根據權利要求書1、b所述的仿真人迎客機器人，其特征是頭、殼體[2]面部為蜂窩狀多孔塑料殼體，頭殼體內裝有n個經絡線的笑容驅動器。
4.根據權利要求書1、b和3所述的仿真人迎客人機器人，其特征是頭殼體面部為仿真膚色塑料面膜[20]構成，面膜內有n個經絡線在笑功能驅動器的作用下產生眼部、臉部和唇部肌肉變形完成笑容迎送客人。
5.根據權利要求書1、c所述的仿真人迎客機器人，其特征是機器人機械手的運動方式由一根總經絡線拉動并聯(lián)接肩部驅動器[12]，完成舉手再見。
6.根據權利要求書1、d所述的仿真人迎客機器人，其特征是當行人進入門道或某一方向，機器人發(fā)出迎客語言；當行人走出門道或另一方向，機器人發(fā)出送客語言。
專利摘要一種能夠模擬真人動作和笑表情的迎客機器人。它是在人體模型中的頭頸部和手關節(jié)部裝有伺服電機驅動器，并連接安裝在頭部相對應的傳感器，另外頭面部套上彈性仿真人面膜，且面膜與頭內的笑容驅動器實行機械連接，笑容驅動器接受頭動作和手動作雙信號控制。分別實現(xiàn)面向自動跟蹤顧客，隨顧客舉手再見，自動面向顧客微笑和語言迎送顧客。
文檔編號B25J11/00GK2551416SQ0124010
公開日2003年5月21日 申請日期2001年5月21日 優(yōu)先權日2001年5月21日
發(fā)明者孫言明 申請人:孫言明