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

【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型一種仿人形舞蹈機器人的腰部結構示意圖；
[0010]圖2是本實用新型一種仿人形舞蹈機器人的頸部結構示意圖；
[0011]圖3是本實用新型一種仿人形舞蹈機器人的胯部結構示意圖。
[0012]圖中，1.頭部連接器，2.軀體，3.胯部關節(jié)模塊，4.頭部舵機，5.頸部舵機，6.腰部軸承，7.腰部舵機，8.左胯部舵機，9.右胯部舵機，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，15.右腿部舵機。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0014]本實用新型如圖1所示包括頭部，頭部與軀體2連接，軀體2通過肩部關節(jié)模塊連接臂部，軀體2通過胯部關節(jié)模塊3連接腿部，軀體2與胯部關節(jié)模塊3之間還連接有可以活動的腰部關節(jié)，頭部與軀體2之間還連接有可以活動的頸部關節(jié)。腰部關節(jié)由腰部軸承6和腰部舵機7組成，軀體2通過腰部軸承6與腰部舵機7活動相連，腰部舵機7固定安裝在所述胯部關節(jié)模塊3內；如圖2所示，頭部由頭部舵機4構成，頸部關節(jié)由頸部舵機5構成，頭部舵機4通過頭部連接器I與頸部舵機5活動相連。如圖3所示，胯部關節(jié)模塊3包括安裝在一個水平面上的左胯部舵機8和右胯部舵機9，腿部包括安裝在一個水平面上的左腿部舵機14和右腿部舵機15，左胯部舵機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14 ;右胯部舵機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15。
[0015]本實用新型中的機器人，在傳統(tǒng)的16個自由度的機器人身上加設了頸部關節(jié)的兩個自由度，即頭部舵機4和頸部舵機5，還有腰部關節(jié)的一個自由度，即腰部舵機7，使得機器人具有19個自由度。在仿人形機器人中腰部關節(jié)是連接上體即臂部與腿部連接的關鍵性的紐帶，因此它是使機器人在左右旋轉時，臂部、上體與腿部動作保持連貫性的很重要的技術，為此，我們采用了無縫連接軸承結構，在設計腰關節(jié)結構時，產生的主要問題是增加腰關節(jié)使機器人上半身的重量和體積都提升而導致急劇下降穩(wěn)定性，本項目對這個問題，通過機器人運動規(guī)劃算法和機器人ZMP零點調整算法來解決的。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，我們對這個腰關節(jié)的舵機采用了大力矩的舵機，另外將控制胯部的兩個舵機和控制腰部的舵機并排放置在胯部關節(jié)模塊3里，最大限度地使重心朝下，保證機器人的穩(wěn)定性?？紤]到人類的頸部可以完成頭部的旋轉和點頭兩個動作，而普通的16自由度機器人沒有頸部動作，所以很難表現出機器人的情感動作。而我們研發(fā)的機器人，可以完美地同時完成轉頭和點頭兩個動作，使機器人的頭部動作更像人類一樣表現出各種情感。因此將頭部本身做成小舵機，然后這個小舵機通過頭部連接器I和頸部舵機5連接，巧妙的實現了頸部雙自由度的難題。全向連接是指在機器人中具有兩個自由度關節(jié)如跨關節(jié)與肩關節(jié)的兩個電機通過雙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8和右胯部舵機9能夠繞X軸旋轉，左腿部舵機14和右腿部舵機14能夠繞Y軸同時旋轉。并且通過U型連接器，縮短了胯部舵機和腿部舵機之間的距離，增加了身體的靈活性，保證了機器人的穩(wěn)定性。
[0016]本實用新型的有益效果是增加了腰部關節(jié)，能使機器人完成腰關節(jié)左右旋轉動作，從而使機器人完成復雜精彩的舞蹈動作。增加了頸關節(jié)，能使機器人完成頭部的左右旋轉和前后點頭動作，從而使機器人完成情感動作?？璨慷鏅C和腿部舵機使用U型連接器，縮短了兩個舵機之間的距離，保證了機器人的穩(wěn)定性和靈活性。并且全部可以采用國產零部件，使機器人的價格下降10倍左右。
【權利要求】
1.一種仿人形舞蹈機器人，包括頭部，頭部與軀體(2)連接，軀體(2)通過肩部關節(jié)模塊連接臂部，軀體(2)通過胯部關節(jié)模塊(3)連接腿部，其特征在于:所述軀體(2)與所述胯部關節(jié)模塊(3)之間還連接有可以活動的腰部關節(jié)，所述頭部與軀體(2)之間還連接有可以活動的頸部關節(jié)。
2.按照權利要求1所述一種仿人形舞蹈機器人，其特征在于:所述腰部關節(jié)由腰部軸承(6)和腰部舵機(7)組成，所述軀體(2)通過腰部軸承(6)與腰部舵機(7)活動相連，腰部舵機(7)固定安裝在所述胯部關節(jié)模塊(3)內；所述頭部由頭部舵機(4)構成，所述頸部關節(jié)由頸部舵機(5)構成，頭部舵機(4)通過頭部連接器(I)與頸部舵機(5)活動相連。
3.按照權利要求1所述一種仿人形舞蹈機器人，其特征在于:所述胯部關節(jié)模塊(3)包括安裝在一個水平面上的左胯部舵機(8)和右胯部舵機(9)，所述腿部包括安裝在一個水平面上的左腿部舵機(14)和右腿部舵機(15)，左胯部舵機(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(14);右胯部舵機(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(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