一种仿人型舞蹈机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型一种仿人形舞蹈机器人包括头部，头部与躯体连接，躯体通过肩部关节模块连接臂部，躯体通过胯部关节模块连接腿部，躯体与胯部关节模块之间还连接有可以活动的腰部关节，头部与躯体之间还连接有可以活动的颈部关节。本实用新型有益效果是增加了腰部关节，能使机器人完成腰关节左右旋转动作，从而使机器人完成复杂精彩的舞蹈动作。增加了颈关节，能使机器人完成头部的左右旋转和前后点头动作，从而使机器人完成情感动作。胯部舵机和腿部舵机使用U型连接器，缩短了两个舵机之间的距离，保证了机器人的稳定性和灵活性。
【专利说明】一种仿人型舞蹈机器人
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机器人制造【技术领域】，涉及一种仿人型舞蹈机器人。
【背景技术】
[0002]目前仿人型机器人一般未解决运动规划算法和动力学问题以及未解决关键部位如腰部与颈部的自由度问题，不但不能稳定行走，而且还不能完成包含各种复杂运动的舞蹈动作。不但如此，为了降低价格而采用国产化零部件来设计仿人机器人，就由于零点调整和平衡问题很难实现仿人机器人的基本动作，当然更不能实现舞蹈动作。仿人机器人的最大特点是其结构如同人类由双臂、双腿、躯体、头部四大部位组成，而每部位都通过若干个关节运动来实现各种复杂运动。现有机器人大部分是在每个臂和腿上设置了 3至5个关节来实现各种运动。但由于机器人的稳定性问题至今在腰部和颈部上都不敢设置关节，从而使现有机器人像残疾人似的无法实现各种复杂动作。另外，从运动控制角度考虑，每增加一个关节就必须增加驱动关节用的电机及其配套的驱动电路，而这个电机对机器人来说不但增加体积，而且还增加重量，使机器人运动时失去平衡而倒下去，这就需要克服由于增加体积和重量所带来的不平衡问题。现在仿人型机器人存在的问题是，由于头部、腰部、胯部都连成刚性结构，不存在腰关节与颈关节，使机器人像残疾人似地不能完成腰部动作与颈部动作而无法实现各种美丽的舞蹈动作。
[0003]仿人机器人中自由度问题是很重要的关键技术之一，这是因为自由度决定机器人的动作的稳定性和动作灵活性。它涉及到机器人的运动学与动力学。自由度可以理解为人的一个关节，它决定人的各部位运动方向和坐标。人类大概有78个关节，机器人的自由度越多，机器人运动能力越接近于人类，越像一个真正的人。而我们的跳舞机器人的自由度受到机器人价格、体积及技术与具体用途等的限制，一般16个左右。
[0004]针对这些问题，本方案是通过增加腰关节与颈关节使机器人增强各种运动能力，从而实现各种跳舞动作，但随即而来的问题是由于增加了腰关节和颈部关节使机器人失去平衡、稳定性被破坏，因此如何通过运动规划算法和机器人ZMP零点调整算法，使机器人在做各种腰部转弯动作与颈部动作时仍然保持稳定性。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在提供一种仿人形舞蹈机器人。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是包括头部，头部与躯体连接，躯体通过肩部关节模块连接臂部，躯体通过胯部关节模块连接腿部，躯体与胯部关节模块之间还连接有可以活动的腰部关节，头部与躯体之间还连接有可以活动的颈部关节。
[0007]本实用新型的特点还在于腰部关节由腰部轴承和腰部舵机组成，躯体通过腰部轴承与腰部舵机活动相连，腰部舵机固定安装在胯部关节模块内；头部由头部舵机构成，颈部关节由颈部舵机构成，头部舵机通过头部连接器与颈部舵机活动相连。胯部关节模块包括安装在一个水平面上的左胯部舵机和右胯部舵机，腿部包括安装在一个水平面上的左腿部舵机和右腿部舵机，左胯部舵机活动连接左边第一 U型连接器，左边第一 U型连接器与左边第二U型连接器十字交叉型状固定连接，左边第二 U型连接器活动连接左腿部舵机；右胯部舵机活动连接右边第一 U型连接器，右边第一 U型连接器与右边第二 U型连接器十字交叉型状固定连接，右边第二 U型连接器活动连接右腿部舵机。
[0008]本实用新型的有益效果是在机器人身上增加了腰部关节与颈部关节，使机器人在稳定条件下能完成各种复杂动作。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型一种仿人形舞蹈机器人的腰部结构示意图；
[0010]图2是本实用新型一种仿人形舞蹈机器人的颈部结构示意图；
[0011]图3是本实用新型一种仿人形舞蹈机器人的胯部结构示意图。
[0012]图中，1.头部连接器，2.躯体，3.胯部关节模块，4.头部舵机，5.颈部舵机，6.腰部轴承，7.腰部舵机，8.左胯部舵机，9.右胯部舵机，10.左边第一 U型连接器，11.左边第
二U型连接器，12.右边第一 U型连接器，13.右边第二 U型连接器，14.左腿部舵机，15.右腿部舵机。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0014]本实用新型如图1所示包括头部，头部与躯体2连接，躯体2通过肩部关节模块连接臂部，躯体2通过胯部关节模块3连接腿部，躯体2与胯部关节模块3之间还连接有可以活动的腰部关节，头部与躯体2之间还连接有可以活动的颈部关节。腰部关节由腰部轴承6和腰部舵机7组成，躯体2通过腰部轴承6与腰部舵机7活动相连，腰部舵机7固定安装在所述胯部关节模块3内；如图2所示，头部由头部舵机4构成，颈部关节由颈部舵机5构成，头部舵机4通过头部连接器I与颈部舵机5活动相连。如图3所示，胯部关节模块3包括安装在一个水平面上的左胯部舵机8和右胯部舵机9，腿部包括安装在一个水平面上的左腿部舵机14和右腿部舵机15，左胯部舵机8活动连接左边第一 U型连接器10，左边第一U型连接器10与左边第二 U型连接器11十字交叉型状固定连接，左边第二 U型连接器11活动连接左腿部舵机14 ;右胯部舵机9活动连接右边第一 U型连接器12，右边第一 U型连接器12与右边第二 U型连接器13十字交叉型状固定连接，右边第二 U型连接器13活动连接右腿部舵机15。
[0015]本实用新型中的机器人，在传统的16个自由度的机器人身上加设了颈部关节的两个自由度，即头部舵机4和颈部舵机5，还有腰部关节的一个自由度，即腰部舵机7，使得机器人具有19个自由度。在仿人形机器人中腰部关节是连接上体即臂部与腿部连接的关键性的纽带，因此它是使机器人在左右旋转时，臂部、上体与腿部动作保持连贯性的很重要的技术，为此，我们采用了无缝连接轴承结构，在设计腰关节结构时，产生的主要问题是增加腰关节使机器人上半身的重量和体积都提升而导致急剧下降稳定性，本项目对这个问题，通过机器人运动规划算法和机器人ZMP零点调整算法来解决的。另外，在人的身体中腰部是受力最大的部位，所以要使腰部关节正常工作，必须保证承受足够大的力矩和各方向的冲击力，为了保证承受最大的力矩和各方向的冲击力，我们对这个腰关节的舵机采用了大力矩的舵机，另外将控制胯部的两个舵机和控制腰部的舵机并排放置在胯部关节模块3里，最大限度地使重心朝下，保证机器人的稳定性。考虑到人类的颈部可以完成头部的旋转和点头两个动作，而普通的16自由度机器人没有颈部动作，所以很难表现出机器人的情感动作。而我们研发的机器人，可以完美地同时完成转头和点头两个动作，使机器人的头部动作更像人类一样表现出各种情感。因此将头部本身做成小舵机，然后这个小舵机通过头部连接器I和颈部舵机5连接，巧妙的实现了颈部双自由度的难题。全向连接是指在机器人中具有两个自由度关节如跨关节与肩关节的两个电机通过双U型连接器巧妙地连接，使连接在U型连接器上的左胯部舵机8和右胯部舵机9能够绕X轴旋转，左腿部舵机14和右腿部舵机14能够绕Y轴同时旋转。并且通过U型连接器，缩短了胯部舵机和腿部舵机之间的距离，增加了身体的灵活性，保证了机器人的稳定性。
[0016]本实用新型的有益效果是增加了腰部关节，能使机器人完成腰关节左右旋转动作，从而使机器人完成复杂精彩的舞蹈动作。增加了颈关节，能使机器人完成头部的左右旋转和前后点头动作，从而使机器人完成情感动作。胯部舵机和腿部舵机使用U型连接器，缩短了两个舵机之间的距离，保证了机器人的稳定性和灵活性。并且全部可以采用国产零部件，使机器人的价格下降10倍左右。
【权利要求】
1.一种仿人形舞蹈机器人，包括头部，头部与躯体(2)连接，躯体(2)通过肩部关节模块连接臂部，躯体(2)通过胯部关节模块(3)连接腿部，其特征在于:所述躯体(2)与所述胯部关节模块(3)之间还连接有可以活动的腰部关节，所述头部与躯体(2)之间还连接有可以活动的颈部关节。
2.按照权利要求1所述一种仿人形舞蹈机器人，其特征在于:所述腰部关节由腰部轴承(6)和腰部舵机(7)组成，所述躯体(2)通过腰部轴承(6)与腰部舵机(7)活动相连，腰部舵机(7)固定安装在所述胯部关节模块(3)内；所述头部由头部舵机(4)构成，所述颈部关节由颈部舵机(5)构成，头部舵机(4)通过头部连接器(I)与颈部舵机(5)活动相连。
3.按照权利要求1所述一种仿人形舞蹈机器人，其特征在于:所述胯部关节模块(3)包括安装在一个水平面上的左胯部舵机(8)和右胯部舵机(9)，所述腿部包括安装在一个水平面上的左腿部舵机(14)和右腿部舵机(15)，左胯部舵机(8)活动连接左边第一 U型连接器(10)，左边第一 U型连接器(10)与左边第二 U型连接器(11)十字交叉型状固定连接，左边第二 U型连接器(11)活动连接左腿部舵机(14);右胯部舵机(9)活动连接右边第一U型连接器(12)，右边第一 U型连接器(12)与右边第二 U型连接器(13)十字交叉型状固定连接，右边第二 U型连接器(13)活动连接右腿部舵机(15)。
【文档编号】B25J11/00GK203612098SQ201320732418
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】洪炳镕, 彭若愚, 詹东阳, 仇奇文 申请人:洪炳镕