十自由度机器人的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及人形机器人技术领域，更具体地，涉及一种十自由度机器人的制造方法。
【背景技术】
[0002]机器人是一种自动执行工作的机器装置，它可以接受人类指挥，或者可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术指定的原则行动，通常执行协助或取代人类工作的工作，例如生产作业、建筑业或者危险的工作。
[0003]机器人，特别是人形机器人一直是玩具开发领域的热门产品，其天然地成为儿童、青少年喜爱的玩具。另一方面，在青少年教育领域，机器人可以作为一种教学用具，通过实物演示的方式传授有关机械、电子方面的科学知识，还可以以机器人为基础开设手工实习类的实操课程，教授机器人的工作原理和制作过程，通过该课程一方面可以普及科学知识，一方面能够锻炼学员的实际动手能力，实践证明这样的课程具有较好的社会接受度。本发明的设计人具有机械自动化研发的经验，并且从事教育事业多年，越来越意识到机器人是一种很好的寓教于乐的载体，应当充分发挥其教育、娱乐作用，本发明正是基于这样的背景展开的。
[0004]现有的人形机器人一般通过模制后再连接获得，在完成人形机器人的设计后，根据人形机器人的零部件构造制作专用模具，通过模具加工得到具体的零部件，然后将各个零部件进行组装，该组装一般是通过铆接、螺纹连接、胶接等方式实现的。然而，人形机器人的零部件结构异常复杂，零部件数量多，这造成为此设计的专用模具数量庞大、结构复杂，由此导致模具成本高昂，投入成本少则十万多则上百万；而且，模具加工的制作过程复杂、加工周期较长。因而这种人形机器人的制作方法并不是一种灵活而易于实现的制作方法，对于依托机器人为主体的教育行业，所需的机器人数量为几十、几百或几千，这样数量级的需求不足以支撑高昂的开发制作成本，因而需要一种较为简单易于实现的人形机器人的制造方法。
[0005]经过在机器人领域的长期研究，申请人发现现有的人形机器人在稳定性和灵活性方面缺少优化，导致其或者在稳定性方面、或者在灵活性方面存在缺陷。例如，市面上出售有十八自由度的机器人，其具有较高的灵活性，可以实现复杂的动作，然而为实现十八自由度，这种机器人无论在机械结构上还是电子电路上都有着非常复杂的设计，这导致成本较高，并不适宜作为教学用人形机器人使用。此外，也存在有结构简单的人形机器人，但是其无法实现动作编写，灵活性较差。
[0006]人形机器人的稳定性(例如行走稳定性)是实现复杂动作的基础，然而保证足够的力学稳定性却是人形机器人设计较难的课题，例如在国际机器人大赛这样高水平的比赛中，也经常见到机器人自行滑倒的场景，由此可见，高稳定性的机器人结构一直是人们所追求的目标。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对上述问题提供一种人形机器人的总体制造方法，其能够以简单且易于实现的方式获得人形机器人。
[0008]本发明的另一目的是提供一种有效实现成本控制的人形机器人的制造方法。
[0009]本发明的再一目的是提供一种适于在教学中应用的十自由度机器人的制造方法。
[0010]本发明的又一目的是提供一种十自由度机器人的制造方法，通过该方法能够获得灵活性和稳定性都得到改善和优化的十自由度机器人。
[0011]为实现上述目的，本发明提供了一种十自由度机器人的制造方法，其中所述十自由度机器人包括:
[0012]头部；
[0013]左立臂和右立臂；
[0014]左手臂和右手臂；
[0015]左脚臂和右脚臂；以及
[0016]多个关节，所述多个关节为左手臂、右手臂、左脚臂和右脚臂提供活动自由度，
[0017]所述制造方法包括:
[0018]设计十自由度机器人的部件；
[0019]制作十自由度机器人的部件；以及
[0020]组装十自由度机器人的部件。
[0021]根据本发明的一个优选实施例，设计十自由度机器人的部件的步骤包括:根据十自由度机器人的每一个部件的形状，将十自由度机器人的每一个部件设计成由多个片状件构成;在每一个片状件上设计拼插特征，所述拼插特征包括凸片或凹槽，其中凹槽用于接纳片状件或片状件上的凸片;将所有片状件布局在二维平面上，对每一个片状件进行优化，并优化片状件在二维平面上的布局；制作十自由度机器人的部件的步骤包括:提供平面拼插母板，根据片状件在二维平面上的布局，采用线切割的方式一次切割所有片状件，得到多个二维拼插件;组装十自由度机器人的部件的步骤包括:组装二维拼插件得到每一个部件;组装每一个部件得到十自由度机器人。
[0022]根据本发明的一个优选实施例，设计十自由度机器人的部件的步骤采用计算机辅助工具实现。
[0023]根据本发明的一个优选实施例，在设计十自由度机器人的部件的步骤中，在每一个片状件上设计拼插特征包括设计用于十自由度机器人的部件内的片状件之间的连接的拼插特征和设计用于十自由度机器人的部件之间的连接的拼插特征。
[0024]根据本发明的一个优选实施例，在设计十自由度机器人的部件的步骤中，对每一个片状件进行优化包括对片状件的形状进行微调以使片状件之间具有互补的形状，从而实现片状件在二维平面上的布局最小化。
[0025]根据本发明的一个优选实施例，在设计十自由度机器人的部件的步骤中，优化片状件在二维平面上的布局包括调整片状件之间在二维平面上的相对位置关系的步骤。
[0026]根据本发明的一个优选实施例，所述制造方法还包括组装十自由度机器人的多个关节，所述多个关节通过铆接连接到二维拼插件上。
[0027]根据本发明的一个优选实施例，所述制造方法还包括组装电源、控制电路板和导线，其中所述多个关节中的每个均包括电机，其中电源与电机之间、控制电路板与电机之间、以及电源与控制电路板之间均通过导线连接，并且其中所述控制电路板设置在所述十自由度机器人的背侧上。
[0028]根据本发明的一个优选实施例，所述平面拼插母板选用厚度为2mm、材料为ABS塑料的板材。
[0029]根据本发明的一个优选实施例，所述计算机辅助工具具体采用PRO-E软件。
[0030]本发明采用一种新的制造方法用于制造较为基础的人形机器人，有效解决人形机器人成本高、机械系统稳定性差、普适性低、制造成本高、制造过程复杂等缺点，在机器人的制造上，首先采用一定面积的平板，通过激光线切割，形成二维拼插件，再通过简单的平面拼插，形成机器人的基本结构件。最后安装上机器人控制系统，完成机器人所有组成部分。具体地，本发明具有如下优点:
[0031]1、更少的制造成本
[0032]本发明(优化的人形十自由度机器人的制造方法)设计了更为低成本的机器人制造方法，制造机器人无需首次成本(比如开模具)，可以随时修改设计而后进行重新加工。
[0033]该优势使得机器人在初期研发减少了投入和生产成本，有利于人形机器人学习及普及。
[0034]2、更短的制造周期
[0035]本发明(优化的人形十自由度机器人的制造方法)在整体的方法设计上，采用简单线切割加平面连接方式成形，成形一台机器人只需15分钟，该优势缩短了机器人在制造过程中的生产周期，有利于促进机器人的研发进度。
[0036]综合上述优点可见，本发明适于在教学应用和玩具市场中普及。
【附图说明】
[0037]图1为根据本发明的实施例的十自由度机器人的立体结构图；
[0038]图2为示出根据本发明的实施例的十自由度机器人的每个自由度的示意图；
[0039]图3为根据本发明的实施例的十自由度机器人的侧视图；
[0040]图4为根据本发明的实施例的十自由度机器人的立体结构图，其中示出了十自由度机器人的主要部件；
[0041]图5为示出根据本发明的实施例的十自由度机器人的结构布局的示意图；
[0042]图6示出根据本发明的实施例的十自由度机器人的制造方法的过程；
[0043]图7为图6中的平面拼插母板的示意图；
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