一种17自由度仿人机器人的制作方法

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种17自由度仿人机器人。

背景技术：

随着科学技术的发展，机器人应用领域也在不断拓宽，逐渐由制造业向非制造业和服务行业发展，具有人类外形特征、可以模仿人类行为能力的仿人机器人备受人们关注，该领域集成了人工智能、人机工程学、电子技术及计算机等多学科知识及多项高新技术，其中，高自由度（16个以上）的仿人机器人因其更大的灵活性和拟人运动特征，更适合在人类生活、工作环境中与人类协同工作或者代替人类工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种17自由度仿人机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种17自由度仿人机器人，包括机器人头部、机器人手臂、机器人胸腹部和机器人大腿，所述机器人头部通过自由活动转轴与机器人胸腹部转动连接，所述机器人头部的前方和两侧均设有红外传感器，所述机器人头部的眼睛处设有摄像头，所述机器人头部顶端设有声敏传感器，所述红外传感器的输出端、摄像头的输出端和声敏传感器的输出端与控制系统的输入端电性连接，所述机器人胸腹部两侧通过连接转轴与机器人手臂转动连接，所述机器人手臂终端设有机器人手指，所述控制系统设置在机器人胸腹部的两侧，所述机器人胸腹部的正前方设有电源系统，所述电源系统的两个输出端分别电性连接控制系统的输入端和微型伺服电机的输入端，所述微型伺服电机设置在机器人胸腹部的下端，所述微型伺服电机通过联轴器与机器人大腿转动连接，所述机器人大腿与机器人小腿转动连接，所述机器人小腿通过连接法兰活动连接有机器人脚趾，所述微型伺服电机内设有GPS定位追踪器，所述GPS定位追踪器的输出端与控制系统的输入端电性连接，所述控制系统的输出端与无线通讯模块的输入端电性连接，所述无线通讯模块的输出端与远程监控终端的输入端信号连接。

优选的，所述微型伺服电机包括小型直流马达、变速齿轮、反馈可调电位器和电子控制板。

优选的，所述控制系统为Arduino Mega控制器。

优选的，所述远程监控终端为计算机或者平板电脑或者手机。

本实用新型的技术效果和优点：该17自由度仿人机器人，具有复杂运动系统，在外形和行为设计上模仿人类，具有手部、足部、头部和躯干等，是一种容易获得人类好感、亲近感并能满足情感认同的一种机器人。相较于其他移动机器人，该实用新型具有更大的适应性和灵活性，更适合在人类生活、工作的环境中与人类协同作业，或代替人类工作。它不仅可以在有辐射、粉尘和有毒环境中代替人类作业，而且还将被广泛应用于多个领域，比如医疗、护理、家庭服务、娱乐、教育、生物技术、救灾等。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的控制电路框图示意图。

图中：1机器人头部、2机器人手臂、3机器人胸腹部、4机器人大腿、5红外传感器、6摄像头、7声敏传感器、8自由活动转轴、9连接转轴、10机器人手指、11电源系统、12控制系统、13微型伺服电机、14联轴器、15机器人小腿、16连接法兰、17机器人脚趾、18无线通讯模块、19远程控制终端、20 GPS定位追踪器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了如图1和图2 所示的一种17自由度仿人机器人，包括机器人头部1、机器人手臂2、机器人胸腹部3和机器人大腿4，所述机器人头部1通过自由活动转轴8与机器人胸腹部3转动连接，所述机器人头部1的前方和两侧均设有红外传感器5，所述机器人头部1的眼睛处设有摄像头6，所述机器人头部1顶端设有声敏传感器7，所述红外传感器5的输出端、摄像头6的输出端和声敏传感器7的输出端与控制系统12的输入端电性连接，所述机器人胸腹部3两侧通过连接转轴9与机器人手臂2转动连接，所述机器人手臂2终端设有机器人手指10，所述控制系统12设置在机器人胸腹部3的两侧，所述机器人胸腹部3的正前方设有电源系统11，所述电源系统11的两个输出端分别电性连接控制系统12的输入端和微型伺服电机13的输入端，所述微型伺服电机13设置在机器人胸腹部3的下端，所述微型伺服电机13通过联轴器14与机器人大腿4转动连接，所述机器人大腿4与机器人小腿15转动连接，所述机器人小腿15通过连接法兰16活动连接有机器人脚趾17，所述微型伺服电机13内设有GPS定位追踪器20，所述GPS定位追踪器20的输出端控制系统12的输入端电性连接，所述控制系统12的输出端与无线通讯模块18的输入端电性连接，所述无线通讯模块18的输出端与远程监控终端19的输入端信号连接。

进一步地，所述微型伺服电机13包括小型直流马达、变速齿轮、反馈可调电位器和电子控制板。

进一步地，所述控制系统12为Arduino Mega控制器。

进一步地，所述远程监控终端19为计算机或者平板电脑或者手机。

该17自由度仿人机器人的机构总体设计共有17个自由度，分别为：头部1个自由度，双手6个自由度，双脚10个自由度。头部的前方和左右两侧都装有红外传感器5以检测障碍物，头顶搭载声敏传感器7以检测声音。为满足机载电气部分完全机载化要求，利用机器人头部和四肢分散空间实现分布式电气模块就近机载，利用机器人胸腹部承载电源子系统和控制子系统的机载化安装空间，充分满足质量分布平衡与整体稳定性要求。

驱动元件的设计与编程机构共有17个自由度，微型伺服电机13内部包括一个小型直流马达、一组变速齿轮、一个反馈可调电位器及一块电子控制板，是一种可定位的直流电机，当接收到一个位置指令时，就会运动到指定位置。该微型伺服电机13具有高力矩、高性能、控制简单、装配灵活、价格低等优点，本项目混搭辉盛数字舵机与Power HD数字舵机作为驱动元件，搭配32路舵机控制板，实现运动驱动。17个舵机通过32路舵机控制板控制，舵机控制板通过串口通信与主控制器通信。

控制系统12采用Arduino Mega控制，其核心是ATmega2560，具有54路数字输入/输出口（其中16路可作为PWM输出）、16路模拟输入、4路UART接口、一个16MHz晶体振荡器、一个USB口、一个电源插座、一个ICSP header和一个复位按钮。主控器通过串口将指令传输到舵机控制板。舵机控制板将指令转换成相应电压信号输出到舵机，实现运动控制。

机器人复杂运动设计

根据人体仿生学理论，研发高度拟人化的仿人机器人的动作，实现舞蹈、武术、体操等复杂动作。在动态过程中体现较强的整体稳定性、鲁棒性以及在非线性环境下的高度适应性。实现自主避障，以动态稳定双足行走为基础，搭配多类型传感器采集环境信息，实现多传感器信息融合共机器人决策，实现机器人自主行走与避障。

仿人机器人集机械、电子、计算机、材料、传感器和控制技术等多门科学于一身，代表着一个国家的高科技发展水平。仿人机器人属于服务机器人范畴，是外形类人的机器人，在外形和行为设计上模仿人类，具有手部、足部、头部和躯干等，是一种容易获得人类好感、亲近感并能满足情感认同的一种机器人。相较于其他移动机器人，该实用新型具有更大的适应性和灵活性，更适合在人类生活、工作的环境中与人类协同作业，或代替人类工作。它不仅可以在有辐射、粉尘和有毒环境中代替人类作业，而且还将被广泛应用于多个领域，比如医疗、护理、家庭服务、娱乐、教育、生物技术、救灾等。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。