CN103111076A - 娱乐机器人腿部机构 - Google Patents
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Abstract
一种娱乐机器人腿部机构，包括：骨架本体，所述骨架本体包括多个骨架单元，相邻的两个骨架单元可转动地连接；驱动单元，通过万向轴承可转动地安装于相邻的两个骨架单元之间，驱动所述骨架单元转动；控制***，与所述驱动单元连接，控制各个驱动单元以驱使所述骨架单元完成预定动作；工作时，所述控制***控制所述驱动单元的运动，所述驱动单元与两相邻骨架单元可转动地连接，驱动所述骨架单元运动，完成预定的动作。因为所述娱乐机器人腿部机构包括多个骨架单元，且每相邻的两个骨架单元之间设有驱动单元，所以可形成一个多驱动多自由度机构，使得娱乐机器人腿部机构能够实现多种姿态动作，运动更灵活。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种娱乐机器人腿部机构。
背景技术
当今流行的***主题公园中采用了大量的娱乐机器人来营造各种气氛，尤其是高仿真机器人，可带给游客新奇、刺激、难忘的游乐体验，提高主题公园的品质和知名度，以吸引更多的游客去参观游乐。
然而这些仿真机器人大多数是以上半身动作为主，腿部没有动作或是很简单的动作，腿部动作不够灵活。随着***主题公园的发展，对高仿真机器人要求越来越高，仅有上半身动作已难以满足日益增长的需求。
发明内容
基于此，有必要针对腿部机构运动不够灵活问题，提供一种娱乐机器人腿部机构。
一种娱乐机器人腿部机构，包括：
骨架本体，所述骨架本体包括多个骨架单元，相邻的两个骨架单元可转动地连接；
驱动单元，通过万向轴承可转动地安装于相邻的两个骨架单元之间，驱动所述骨架单元转动；
控制***，与所述驱动单元连接，控制各个驱动单元以驱使所述骨架单元完成预定动作。
在其中一个实施例中，所述骨架单元包括腿部基座骨架单元、左腿骨架单元、右腿骨架单元和胯部骨架单元，所述左腿骨架单元和所述右腿骨架单元可转动地安装于所述腿部基座骨架单元，所述左腿骨架单元和所述右腿骨架单元分别通过转动轴承可转动地连接于所述胯部骨架单元。
在其中一个实施例中，所述左腿骨架单元和所述右腿骨架单元均包括旋转骨架、小腿骨架、大腿骨架和髋关节，所述腿部基座骨架单元包括轴承座；所述旋转骨架的一端通过轴承座安装于所述腿部基座骨架单元，所述旋转骨架和所述腿部基座骨架单元之间设有所述驱动单元；所述旋转骨架的另一端与所述小腿骨架的一端通过十字轴轴承连接，且之间设有所述驱动单元；所述小腿骨架的另一端与所述大腿骨架的一端通过铰链铰接，且之间设有所述驱动单元；所述大腿骨架的另一端与所述髋关节通过铰链铰接，且之间设有所述驱动单元；所述髋关节通过十字轴轴承连接于所述胯部骨架单元。
在其中一个实施例中，所述驱动单元均通过球关节轴承或者十字轴轴承连接于相邻的两个骨架单元之间。
在其中一个实施例中，包括位置传感器，设置于所述驱动单元，且与所述控制***连接，反馈娱乐机器人腿部机构的位置信号给所述控制***。
在其中一个实施例中，所述驱动单元为液压驱动装置。
在其中一个实施例中，所述控制***通过预先输入的动作指令控制各驱动单元的驱动量，以实现机器人的不同姿态动作。
在其中一个实施例中，所述控制***包括存储模块，存储有不同姿态动作的动作指令；输入模块，接收操作者所需姿态动作的输入信息；控制模块，根据不同输入信息，读取不同姿态动作的动作指令；输出模块，根据所述输入信息输出对应的动作指令，驱动各驱动单元运动。
上述娱乐机器人腿部机构工作时，所述控制***控制所述驱动单元的运动，所述驱动单元与两相邻骨架单元可转动地连接，驱动所述骨架单元运动，完成预定的动作。因为所述娱乐机器人腿部机构包括多个骨架单元，且每相邻的两个骨架单元之间设有驱动单元，所以可形成一个多驱动多自由度机构，使得娱乐机器人腿部机构能够实现多种姿态动作，运动灵活。
附图说明
图1为娱乐机器人腿部机构的结构示意图；
图2为娱乐机器人腿部机构处于内叉腿状态的结构示意图；
图3为娱乐机器人腿部机构处于外叉腿状态的结构示意图；
图4为娱乐机器人腿部机构处于双曲腿状态的结构示意图；
图5为娱乐机器人腿部机构处于单曲腿状态的结构示意图；
图6为娱乐机器人腿部机构的控制***一实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
请参阅图1，一种娱乐机器人腿部机构100，包括：骨架本体110，所述骨架本体110包括多个骨架单元，相邻的两个骨架单元可转动地连接；驱动单元120，通过万向轴承可转动地安装于相邻的两个骨架单元之间，驱动所述骨架单元转动；控制***，与所述驱动单元120连接，控制各个驱动单元120以驱使所述骨架单元完成预定动作。
上述娱乐机器人腿部机构工作时，所述控制***控制所述驱动单元120的运动，而所述驱动单元120与两相邻骨架单元可转动地连接，且两相邻骨架单元也可转动地连接，故而当驱动单元120驱动所述骨架单元运动时，两相邻骨架单元可相对转动，形成预定转动，完成预定的动作。因为所述娱乐机器人腿部机构包括多个骨架单元，且每两个相邻骨架单元之间设有驱动单元120，所以可形成一个多驱动多自由度机构，从而娱乐机器人腿部机构能够实现多种姿态变化，动作灵活。
具体到本实施例中，所述控制***通过预先输入的动作指令控制各驱动单元的驱动量，以实现机器人的不同姿态动作。例如，可以通过计算出娱乐机器人腿部机构各个关节的运动关系表达式，并将所述运动关系表达式写入Maya软件进行动画设计，设计各种姿态动作所需要的动画，然后输出动画脚本值，所述脚本值即本实施例中所述的各种姿态动作所需的动作指令。
请参阅图6，具体到本实施例中，所述控制***200可以包括存储模块220，存储有不同姿态动作的动作指令，预先将实现不同姿态动作所需的动作指令存入存储模块220。输入模块210，接收操作者所需姿态动作的输入信息，如需要实现单曲腿时，即可输入对应信息即可。控制模块230，根据操作者输入的不同输入信息，读取存在存储模块中的动作指令。输出模块240，根据所述输入信息输出对应的动作指令，驱动各驱动单元120动作，从而驱动各个骨架单元对应运动，完成一次姿态动作。
还请参阅图1，具体到本实施例中，所述骨架单元包括腿部基座骨架单元112、左腿骨架单元114、右腿骨架单元116和胯部骨架单元118，所述左腿骨架单元114和所述右腿骨架单元116可转动地安装于所述腿部基座骨架单元112，所述左腿骨架单元114和所述右腿骨架单元116分别通过转动轴承可转动地连接于所述胯部骨架单元118。腿部基座骨架单元112相当于人的脚部，左腿骨架单元114相对于人的左腿，右腿骨架单元116相当于人的右腿，胯部骨架单元118相当于人的胯部，这样设置的结构能够更逼真的仿造人的腿部，同时当所述控制***控制驱动单元120驱动多个骨架单元运动时，能够实现类似于人的腿部的运动，实现多姿态变化，运动更灵活。
还请参阅图1，具体到本实施例中，所述左腿骨架单元114包括左旋转骨架1141、左小腿骨架1142、左大腿骨架1143和左髋关节1144，所述右腿骨架单元116包括右旋转骨架1161、右小腿骨架1162、右大腿骨架1163和右髋关节1164，所述腿部基座骨架单元112包括轴承座1122。
以左腿骨架单元114为例，说明各个关节的连接与运动关系。所述左旋转骨架1141一端通过轴承座1122安装于所述腿部基座骨架单元112，所述左旋转骨架1141和所述腿部基座骨架单元112之间设有所述驱动单元120。所述左旋转骨架1141另一端与所述左小腿骨架1142的一端通过十字轴轴承连接，且之间设有所述驱动单元120；所述左小腿骨架1142的另一端与所述左大腿骨架1143的一端通过铰链铰接，且之间设有所述驱动单元120；所述左大腿骨架1143的另一端与所述左髋关节1144通过铰链铰接，且之间设有所述驱动单元120；所述左髋关节1144通过十字轴轴承连接于所述胯部骨架单元118。左旋转骨架1141通过轴承座1122安装于腿部基座骨架单元112，且驱动单元120的一端固定于腿部基座骨架单元112，另一端通过连杆连接左旋转骨架1141的一端，通过控制***控制驱动单元120，驱使左旋转骨架1141沿垂直于腿部基座骨架单元112转动，实现左旋转骨架1141的转动。左旋转骨架1141的另一端与左小腿骨架1142的一端通过十字轴轴承连接，驱动单元120通过球关节轴承或者十字轴轴承连接于左旋转骨架1141和左小腿骨架1142之间，驱动单元120通过控制***控制，可驱动左小腿骨架1142与左旋转骨架1141绕十字轴轴承转动。左小腿骨架1142的另一端与左大腿骨架1143的一端通过铰链铰接，驱动单元120通过球关节轴承或者十字轴轴承连接于左小腿骨架1142与左大腿骨架1143之间，驱动左小腿骨架1142和左大腿骨架1143相对转动。左大腿骨架1143的另一端与左髋关节1144通过铰链铰接，驱动单元120通过球关节轴承或者十字轴轴承连接于左大腿骨架1143和左髋关节1144之间，驱动左大腿骨架1143和左髋关节1144相对转动。左髋关节1144通过十字轴轴承连接于胯部骨架单元118，可实现绕胯部骨架单元118转动。同样地，右腿骨架单元116与左腿骨架单元114的结构相同，这里不再赘述。当控制***通过运行预先编入的程序控制驱动单元120，驱使各个骨架单元运动时，可实现内叉腿、外叉腿、双曲腿和单曲腿等等姿态动作的变化。
请参阅图2，表示的是娱乐机器人腿部机构位于内叉腿时的姿态动作。娱乐机器人腿部机构工作时，所述控制***运行预先编入的内叉腿的姿态动作的程序，实现内叉腿动作。实现内叉腿运动时，控制***控制驱动单元120，驱动单元120驱动右旋转骨架1161和左旋转骨架1141自身沿平行于腿部基座骨架单元112转动，且沿相对的方向转动。右小腿骨架1162通过十字轴轴承绕靠近右旋转骨架1161方向转动、右大腿骨架1163与右小腿骨架1162相对转动、右髋关节1164与右大腿骨架1163相对转动、右髋关节1164绕胯部骨架单元118转动，左腿骨架单元114的左小腿骨架1142、左大腿骨架1143、左髋关节1144与右腿骨架单元116的运动相同，不再赘述。由于左旋转骨架114和右旋转骨架116相对转动，而左右腿部骨架单元的小腿骨架、大腿骨架、髋关节运动相同，故而可实现内叉腿的姿态动作。
请参阅图3，表示的是娱乐机器人腿部机构位于外叉腿时的姿态动作。娱乐机器人腿部机构工作时，所述控制***运行预先编入的外叉腿的姿态动作的程序，实现外叉腿动作。实现外叉腿运动时，控制***控制驱动单元120，驱动单元120驱动右旋转骨架116和左旋转骨架116自身沿平行于腿部基座骨架单元112转动，且沿相反的方向转动。右小腿骨架1162通过十字轴轴承绕靠近右旋转骨架1161方向转动、右大腿骨架1163与右小腿骨架1162相对转动、右髋关节1164与右大腿骨架1163相对转动、右髋关节1164绕胯部骨架单元118转动，左腿骨架单元114的左小腿骨架1142、左大腿骨架1143、左髋关节1144与右腿骨架单元116的运动相同，不再赘述。由于左旋转骨架114和右旋转骨架116往相反的方向转动，而左右腿部单元的小腿骨架、大腿骨架、髋关节运动相同，故而可实现外叉腿的姿态动作。
请参阅图4，表示的是娱乐机器人腿部机构位于双曲腿时的姿态动作。娱乐机器人腿部机构工作时，所述控制***运行预先编入的双曲腿的姿态动作的程序，实现双曲腿动作。所述控制***控制驱动单元120，此时左右旋转骨架不旋转，驱动单元120同时驱动左小腿骨架1142通过十字轴轴承绕靠近左旋转骨架1141方向转动、左大腿骨架1143与左小腿骨架1142相对转动、左髋关节1144与左大腿骨架1143相对转动、左髋关节1144绕胯部骨架单元118转动，同时右腿骨架单元116的运动与左腿骨架单元114相同，故而可实现双曲腿的姿态动作。
请参阅图5，表示的是娱乐机器人腿部机构位于单曲腿时的姿态动作。娱乐机器人腿部机构工作时，所述控制***运行预先编入的单曲腿的姿态动作的程序，实现单曲腿动作。所述控制***控制驱动单元120，此时左腿骨架114的左小腿骨架1142通过十字轴轴承绕靠近左旋转骨架1141方向转动、左大腿骨架1143与左小腿骨架1142相对转动、左髋关节1144与左大腿骨架1143相对转动、左髋关节1144绕胯部骨架单元118转动，右腿骨架单元116不运动，实现单曲腿的姿态动作。
当然，在其他的实施例中，机器人还可以通过控制***控制驱动单元驱使骨架单元运动，实现不同姿态动作。例如，可以实现单腿跪地或者双腿跪地时的姿态动作，还可以实现一边内叉腿，一边外叉腿的姿态动作。
具体到本实施例中，包括位置传感器，设置于所述驱动单元120，且与所述控制***连接，反馈娱乐机器人腿部机构的位置信号给控制***。位置传感器是用来测量机器人自身位置的传感器，并且将娱乐机器人腿部机构的位置信息转化为输出信号，传递给控制***，控制***通过控制驱动单元对娱乐机器人腿部机构各个骨架单元的位置进行调节，避免娱乐机器人腿部机构运动位置出现偏差。
具体到本实施例中，所述驱动单元120为液压驱动装置。液压驱动装置具有快速性好、单位重量输出功率大、传动平稳、抗干扰能力强等特点，故而使得娱乐机器人腿部机构运动更加灵活，实现各种姿态变化。需要指出的是，所述液压驱动装置只是能进一步提高机器人腿部的灵活性，当使用其他驱动方式如气缸驱动装置时，也并不影响娱乐机器人腿部机构实现多驱动多自由度的实现，故而液压驱动装置并不是必须的。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种娱乐机器人腿部机构，其特征在于，包括：
骨架本体，所述骨架本体包括多个骨架单元，相邻的两个骨架单元可转动地连接；
驱动单元，通过万向轴承可转动地安装于相邻的两个骨架单元之间，驱动所述骨架单元转动；
控制***，与所述驱动单元连接，控制各个驱动单元以驱使所述骨架单元完成预定动作。
2.根据权利要求1所述的娱乐机器人腿部机构，其特征在于，所述骨架单元包括腿部基座骨架单元、左腿骨架单元、右腿骨架单元和胯部骨架单元；所述左腿骨架单元和所述右腿骨架单元可转动地安装于所述腿部基座骨架单元，所述左腿骨架单元和所述右腿骨架单元分别通过转动轴承可转动地连接于所述胯部骨架单元。
3.根据权利要求2所述的娱乐机器人腿部机构，其特征在于，所述左腿骨架单元和所述右腿骨架单元均包括旋转骨架、小腿骨架、大腿骨架和髋关节，所述腿部基座骨架单元包括轴承座；所述旋转骨架的一端通过轴承座安装于所述腿部基座骨架单元，所述旋转骨架和所述腿部基座骨架单元之间设有所述驱动单元；所述旋转骨架的另一端与所述小腿骨架的一端通过十字轴轴承连接，且之间设有所述驱动单元；所述小腿骨架的另一端与所述大腿骨架的一端通过铰链铰接，且之间设有所述驱动单元；所述大腿骨架的另一端与所述髋关节通过铰链铰接，且之间设有所述驱动单元；所述髋关节通过十字轴轴承连接于所述胯部骨架单元。
4.根据权利要求3所述的娱乐机器人腿部机构，其特征在于，所述驱动单元均通过球关节轴承或者十字轴轴承连接于相邻的两个骨架单元之间。
5.根据权利要求4所述的娱乐机器人腿部机构，其特征在于，包括位置传感器，设置于所述驱动单元，且与所述控制***连接，反馈娱乐机器人腿部机构的位置信号给所述控制***。
6.根据权利要求5所述的娱乐机器人腿部机构，其特征在于，所述驱动单元为液压驱动装置。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的娱乐机器人腿部机构，其特征在于，所述控制***通过预先输入的动作指令控制各驱动单元的驱动量，以实现机器人的不同姿态动作。
8.根据权利要求7所述的娱乐机器人腿部机构，其特征在于，所述控制***包括存储模块，存储有不同姿态动作的动作指令；输入模块，接收操作者所需姿态动作的输入信息；控制模块，根据不同输入信息，读取不同姿态动作的动作指令；输出模块，根据所述输入信息输出对应的动作指令，驱动各驱动单元运动。
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| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: The development of high-tech building a road in Shenzhen City Huaqiang Nanshan District science and technology of Guangdong province 518000 13 floor Patentee after: Huaqiang infante (Shenzhen) Intelligent Technology Co. Address before: The development of high-tech building a road in Shenzhen City Huaqiang Nanshan District science and technology of Guangdong province 518000 13 floor Patentee before: Shenzhen Huaqiang Intelligent Technology Co., Ltd. |