一種仿人型舞蹈機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型一種仿人形舞蹈機(jī)器人包括頭部，頭部與軀體連接，軀體通過肩部關(guān)節(jié)模塊連接臂部，軀體通過胯部關(guān)節(jié)模塊連接腿部，軀體與胯部關(guān)節(jié)模塊之間還連接有可以活動的腰部關(guān)節(jié)，頭部與軀體之間還連接有可以活動的頸部關(guān)節(jié)。本實(shí)用新型有益效果是增加了腰部關(guān)節(jié)，能使機(jī)器人完成腰關(guān)節(jié)左右旋轉(zhuǎn)動作，從而使機(jī)器人完成復(fù)雜精彩的舞蹈動作。增加了頸關(guān)節(jié)，能使機(jī)器人完成頭部的左右旋轉(zhuǎn)和前后點(diǎn)頭動作，從而使機(jī)器人完成情感動作?？璨慷鏅C(jī)和腿部舵機(jī)使用U型連接器，縮短了兩個(gè)舵機(jī)之間的距離，保證了機(jī)器人的穩(wěn)定性和靈活性。
【專利說明】一種仿人型舞蹈機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)器人制造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種仿人型舞蹈機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前仿人型機(jī)器人一般未解決運(yùn)動規(guī)劃算法和動力學(xué)問題以及未解決關(guān)鍵部位如腰部與頸部的自由度問題，不但不能穩(wěn)定行走，而且還不能完成包含各種復(fù)雜運(yùn)動的舞蹈動作。不但如此，為了降低價(jià)格而采用國產(chǎn)化零部件來設(shè)計(jì)仿人機(jī)器人，就由于零點(diǎn)調(diào)整和平衡問題很難實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人的基本動作，當(dāng)然更不能實(shí)現(xiàn)舞蹈動作。仿人機(jī)器人的最大特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)如同人類由雙臂、雙腿、軀體、頭部四大部位組成，而每部位都通過若干個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜運(yùn)動?，F(xiàn)有機(jī)器人大部分是在每個(gè)臂和腿上設(shè)置了 3至5個(gè)關(guān)節(jié)來實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動。但由于機(jī)器人的穩(wěn)定性問題至今在腰部和頸部上都不敢設(shè)置關(guān)節(jié)，從而使現(xiàn)有機(jī)器人像殘疾人似的無法實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜動作。另外，從運(yùn)動控制角度考慮，每增加一個(gè)關(guān)節(jié)就必須增加驅(qū)動關(guān)節(jié)用的電機(jī)及其配套的驅(qū)動電路，而這個(gè)電機(jī)對機(jī)器人來說不但增加體積，而且還增加重量，使機(jī)器人運(yùn)動時(shí)失去平衡而倒下去，這就需要克服由于增加體積和重量所帶來的不平衡問題?，F(xiàn)在仿人型機(jī)器人存在的問題是，由于頭部、腰部、胯部都連成剛性結(jié)構(gòu)，不存在腰關(guān)節(jié)與頸關(guān)節(jié)，使機(jī)器人像殘疾人似地不能完成腰部動作與頸部動作而無法實(shí)現(xiàn)各種美麗的舞蹈動作。
[0003]仿人機(jī)器人中自由度問題是很重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，這是因?yàn)樽杂啥葲Q定機(jī)器人的動作的穩(wěn)定性和動作靈活性。它涉及到機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)。自由度可以理解為人的一個(gè)關(guān)節(jié)，它決定人的各部位運(yùn)動方向和坐標(biāo)。人類大概有78個(gè)關(guān)節(jié)，機(jī)器人的自由度越多，機(jī)器人運(yùn)動能力越接近于人類，越像一個(gè)真正的人。而我們的跳舞機(jī)器人的自由度受到機(jī)器人價(jià)格、體積及技術(shù)與具體用途等的限制，一般16個(gè)左右。
[0004]針對這些問題，本方案是通過增加腰關(guān)節(jié)與頸關(guān)節(jié)使機(jī)器人增強(qiáng)各種運(yùn)動能力，從而實(shí)現(xiàn)各種跳舞動作，但隨即而來的問題是由于增加了腰關(guān)節(jié)和頸部關(guān)節(jié)使機(jī)器人失去平衡、穩(wěn)定性被破壞，因此如何通過運(yùn)動規(guī)劃算法和機(jī)器人ZMP零點(diǎn)調(diào)整算法，使機(jī)器人在做各種腰部轉(zhuǎn)彎動作與頸部動作時(shí)仍然保持穩(wěn)定性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在提供一種仿人形舞蹈機(jī)器人。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是包括頭部，頭部與軀體連接，軀體通過肩部關(guān)節(jié)模塊連接臂部，軀體通過胯部關(guān)節(jié)模塊連接腿部，軀體與胯部關(guān)節(jié)模塊之間還連接有可以活動的腰部關(guān)節(jié)，頭部與軀體之間還連接有可以活動的頸部關(guān)節(jié)。
[0007]本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于腰部關(guān)節(jié)由腰部軸承和腰部舵機(jī)組成，軀體通過腰部軸承與腰部舵機(jī)活動相連，腰部舵機(jī)固定安裝在胯部關(guān)節(jié)模塊內(nèi)；頭部由頭部舵機(jī)構(gòu)成，頸部關(guān)節(jié)由頸部舵機(jī)構(gòu)成，頭部舵機(jī)通過頭部連接器與頸部舵機(jī)活動相連。胯部關(guān)節(jié)模塊包括安裝在一個(gè)水平面上的左胯部舵機(jī)和右胯部舵機(jī)，腿部包括安裝在一個(gè)水平面上的左腿部舵機(jī)和右腿部舵機(jī)，左胯部舵機(jī)活動連接左邊第一 U型連接器，左邊第一 U型連接器與左邊第二U型連接器十字交叉型狀固定連接，左邊第二 U型連接器活動連接左腿部舵機(jī)；右胯部舵機(jī)活動連接右邊第一 U型連接器，右邊第一 U型連接器與右邊第二 U型連接器十字交叉型狀固定連接，右邊第二 U型連接器活動連接右腿部舵機(jī)。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是在機(jī)器人身上增加了腰部關(guān)節(jié)與頸部關(guān)節(jié)，使機(jī)器人在穩(wěn)定條件下能完成各種復(fù)雜動作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型一種仿人形舞蹈機(jī)器人的腰部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是本實(shí)用新型一種仿人形舞蹈機(jī)器人的頸部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖3是本實(shí)用新型一種仿人形舞蹈機(jī)器人的胯部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中，1.頭部連接器，2.軀體，3.胯部關(guān)節(jié)模塊，4.頭部舵機(jī)，5.頸部舵機(jī)，6.腰部軸承，7.腰部舵機(jī)，8.左胯部舵機(jī)，9.右胯部舵機(jī)，10.左邊第一 U型連接器，11.左邊第
二U型連接器，12.右邊第一 U型連接器，13.右邊第二 U型連接器，14.左腿部舵機(jī)，15.右腿部舵機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0014]本實(shí)用新型如圖1所示包括頭部，頭部與軀體2連接，軀體2通過肩部關(guān)節(jié)模塊連接臂部，軀體2通過胯部關(guān)節(jié)模塊3連接腿部，軀體2與胯部關(guān)節(jié)模塊3之間還連接有可以活動的腰部關(guān)節(jié)，頭部與軀體2之間還連接有可以活動的頸部關(guān)節(jié)。腰部關(guān)節(jié)由腰部軸承6和腰部舵機(jī)7組成，軀體2通過腰部軸承6與腰部舵機(jī)7活動相連，腰部舵機(jī)7固定安裝在所述胯部關(guān)節(jié)模塊3內(nèi)；如圖2所示，頭部由頭部舵機(jī)4構(gòu)成，頸部關(guān)節(jié)由頸部舵機(jī)5構(gòu)成，頭部舵機(jī)4通過頭部連接器I與頸部舵機(jī)5活動相連。如圖3所示，胯部關(guān)節(jié)模塊3包括安裝在一個(gè)水平面上的左胯部舵機(jī)8和右胯部舵機(jī)9，腿部包括安裝在一個(gè)水平面上的左腿部舵機(jī)14和右腿部舵機(jī)15，左胯部舵機(jī)8活動連接左邊第一 U型連接器10，左邊第一U型連接器10與左邊第二 U型連接器11十字交叉型狀固定連接，左邊第二 U型連接器11活動連接左腿部舵機(jī)14 ;右胯部舵機(jī)9活動連接右邊第一 U型連接器12，右邊第一 U型連接器12與右邊第二 U型連接器13十字交叉型狀固定連接，右邊第二 U型連接器13活動連接右腿部舵機(jī)15。
[0015]本實(shí)用新型中的機(jī)器人，在傳統(tǒng)的16個(gè)自由度的機(jī)器人身上加設(shè)了頸部關(guān)節(jié)的兩個(gè)自由度，即頭部舵機(jī)4和頸部舵機(jī)5，還有腰部關(guān)節(jié)的一個(gè)自由度，即腰部舵機(jī)7，使得機(jī)器人具有19個(gè)自由度。在仿人形機(jī)器人中腰部關(guān)節(jié)是連接上體即臂部與腿部連接的關(guān)鍵性的紐帶，因此它是使機(jī)器人在左右旋轉(zhuǎn)時(shí)，臂部、上體與腿部動作保持連貫性的很重要的技術(shù)，為此，我們采用了無縫連接軸承結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)腰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)時(shí)，產(chǎn)生的主要問題是增加腰關(guān)節(jié)使機(jī)器人上半身的重量和體積都提升而導(dǎo)致急劇下降穩(wěn)定性，本項(xiàng)目對這個(gè)問題，通過機(jī)器人運(yùn)動規(guī)劃算法和機(jī)器人ZMP零點(diǎn)調(diào)整算法來解決的。另外，在人的身體中腰部是受力最大的部位，所以要使腰部關(guān)節(jié)正常工作，必須保證承受足夠大的力矩和各方向的沖擊力，為了保證承受最大的力矩和各方向的沖擊力，我們對這個(gè)腰關(guān)節(jié)的舵機(jī)采用了大力矩的舵機(jī)，另外將控制胯部的兩個(gè)舵機(jī)和控制腰部的舵機(jī)并排放置在胯部關(guān)節(jié)模塊3里，最大限度地使重心朝下，保證機(jī)器人的穩(wěn)定性。考慮到人類的頸部可以完成頭部的旋轉(zhuǎn)和點(diǎn)頭兩個(gè)動作，而普通的16自由度機(jī)器人沒有頸部動作，所以很難表現(xiàn)出機(jī)器人的情感動作。而我們研發(fā)的機(jī)器人，可以完美地同時(shí)完成轉(zhuǎn)頭和點(diǎn)頭兩個(gè)動作，使機(jī)器人的頭部動作更像人類一樣表現(xiàn)出各種情感。因此將頭部本身做成小舵機(jī)，然后這個(gè)小舵機(jī)通過頭部連接器I和頸部舵機(jī)5連接，巧妙的實(shí)現(xiàn)了頸部雙自由度的難題。全向連接是指在機(jī)器人中具有兩個(gè)自由度關(guān)節(jié)如跨關(guān)節(jié)與肩關(guān)節(jié)的兩個(gè)電機(jī)通過雙U型連接器巧妙地連接，使連接在U型連接器上的左胯部舵機(jī)8和右胯部舵機(jī)9能夠繞X軸旋轉(zhuǎn)，左腿部舵機(jī)14和右腿部舵機(jī)14能夠繞Y軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)。并且通過U型連接器，縮短了胯部舵機(jī)和腿部舵機(jī)之間的距離，增加了身體的靈活性，保證了機(jī)器人的穩(wěn)定性。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果是增加了腰部關(guān)節(jié)，能使機(jī)器人完成腰關(guān)節(jié)左右旋轉(zhuǎn)動作，從而使機(jī)器人完成復(fù)雜精彩的舞蹈動作。增加了頸關(guān)節(jié)，能使機(jī)器人完成頭部的左右旋轉(zhuǎn)和前后點(diǎn)頭動作，從而使機(jī)器人完成情感動作?？璨慷鏅C(jī)和腿部舵機(jī)使用U型連接器，縮短了兩個(gè)舵機(jī)之間的距離，保證了機(jī)器人的穩(wěn)定性和靈活性。并且全部可以采用國產(chǎn)零部件，使機(jī)器人的價(jià)格下降10倍左右。
【權(quán)利要求】
1.一種仿人形舞蹈機(jī)器人，包括頭部，頭部與軀體(2)連接，軀體(2)通過肩部關(guān)節(jié)模塊連接臂部，軀體(2)通過胯部關(guān)節(jié)模塊(3)連接腿部，其特征在于:所述軀體(2)與所述胯部關(guān)節(jié)模塊(3)之間還連接有可以活動的腰部關(guān)節(jié)，所述頭部與軀體(2)之間還連接有可以活動的頸部關(guān)節(jié)。
2.按照權(quán)利要求1所述一種仿人形舞蹈機(jī)器人，其特征在于:所述腰部關(guān)節(jié)由腰部軸承(6)和腰部舵機(jī)(7)組成，所述軀體(2)通過腰部軸承(6)與腰部舵機(jī)(7)活動相連，腰部舵機(jī)(7)固定安裝在所述胯部關(guān)節(jié)模塊(3)內(nèi)；所述頭部由頭部舵機(jī)(4)構(gòu)成，所述頸部關(guān)節(jié)由頸部舵機(jī)(5)構(gòu)成，頭部舵機(jī)(4)通過頭部連接器(I)與頸部舵機(jī)(5)活動相連。
3.按照權(quán)利要求1所述一種仿人形舞蹈機(jī)器人，其特征在于:所述胯部關(guān)節(jié)模塊(3)包括安裝在一個(gè)水平面上的左胯部舵機(jī)(8)和右胯部舵機(jī)(9)，所述腿部包括安裝在一個(gè)水平面上的左腿部舵機(jī)(14)和右腿部舵機(jī)(15)，左胯部舵機(jī)(8)活動連接左邊第一 U型連接器(10)，左邊第一 U型連接器(10)與左邊第二 U型連接器(11)十字交叉型狀固定連接，左邊第二 U型連接器(11)活動連接左腿部舵機(jī)(14);右胯部舵機(jī)(9)活動連接右邊第一U型連接器(12)，右邊第一 U型連接器(12)與右邊第二 U型連接器(13)十字交叉型狀固定連接，右邊第二 U型連接器(13)活動連接右腿部舵機(jī)(15)。
【文檔編號】B25J11/00GK203612098SQ201320732418
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】洪炳镕, 彭若愚, 詹東陽, 仇奇文 申請人:洪炳镕