一种高通过性变形人形机器人的制作方法

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种具有结构简单、通过性强、运动灵活、应用范围广的高通过性变形人形机器人。

背景技术：

随着科技的日趋进步，越来越多的高科技产品进入人们的生活取代人们的体力劳动。为了顺应时代的发展与跟上时代的创新步伐，也越来越重视创新发展，创新发展既是一个国家综合国力上升的标志，更是解放人类劳动的重要内容。其中机器人技术更能彰显科技水平的强劲。

现今机器人技术逐渐走向成熟，但是都只是有了人的形状却没有人的灵活特质，最大的特点：机器人，它除了是一个像人一样的机器外，最大的特点是机器，即除了人形态，它还应该具有能拥有人所不能达到的形态结构，列如能变形。通过自身结构改变成为另外一种形态结构从而继续运动。

但是，现存的人形机器人只是简单的仿人行走与各方面性能属性，而由于机器人自身行走机构的限制，在面对复杂环境或是上下斜坡时，因重心控制较为困难，一般较为简单的机器人没有逾越较大障碍物的功能，而具有逾越较大障碍物的功能的人形机器人又较为复杂；另外，对于平路、缓坡等路面情况较好路面，行走速度较慢。当然，也有采用四肢乃至多肢行走的爬行机器人，虽然其重心控制较为简单、逾越障碍物能力较强，但其不仅难以完成人形机器人特有功能，而且在平坦路面时也存在速度慢，行动效率低的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有结构简单、通过性强、运动灵活、应用范围广的高通过性变形人形机器人。

本实用新型的目的是这样实现的：包括头部、躯干、手臂、行走机构，其特征在于

所述头部设置有双目视觉摄像头，所述头部通过颈部驱动机构与躯干连接；

所述躯干内设置有控制系统和电源系统，所述躯干的背部设置有驱动轮；

所述手臂通过肩关节驱动机构分别与躯干两侧的肩部对称连接，所述手臂的大臂与小臂通过肘关节驱动机构连接，所述手臂的小臂与手爪通过腕关节驱动机构连接，所述手臂的小臂前部设置有前支撑轮；

所述行走机构分别通过髋关节驱动机构与躯干下部连接，所述行走机构的大腿与小腿通过膝关节驱动机构连接，所述行走机构的小腿与脚掌通过踝关节驱动机构连接，所述行走机构的小腿后部设置有后支撑轮；

所述双目视觉摄像头、颈部驱动机构、驱动轮、肩关节驱动机构、肘关节驱动机构、腕关节驱动机构、髋关节驱动机构、膝关节驱动机构、踝关节驱动机构分别通过控制系统与电源系统电连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1）、通过采用双目视觉摄像头与躯干内置的控制系统配合，能够实现双目立体视觉，从而提高了本实用新型在变形前运动时规避障碍物的能力，能够方便上下台阶及通过不平坦或较窄的路面，移动盲区小，使得其通过能力较强；

2）、通过双目立体视觉与控制系统的控制，使本实用新型能感知前方是什么环境，经躯干设置的动力轮和在小臂、小腿设置的支撑轮，以及手臂和行走机构各关节驱动机构在躯干内置控制系统调节下，能够根据需要从人形变形为小车，使本实用新型在增加运动稳定性的同时还能更好的提高移动速度；

3）、通过控制本实用新型肩关节驱动机构的运动，能够便捷的控制变形后小车的运动方向，转向结构简单、可靠；

因此，本实用新型具有结构简单、通过性强、运动灵活、应用范围广的特点。

附图说明

图1为人形机器人双足步态交替流程图；

图2为本实用新型变形控制流程图；

图3为本实用新型站立状态正视图；

图4为图3之左视图；

图5为图3之右侧手臂正视图；

图6为图5之右视图；

图7为图3之右侧行走机构正视图；

图8为图7之左视图；

图中：1-头部，11-双目视觉摄像头，2-躯干，21-驱动轮，31-肩关节驱动机构，32-肘关节驱动机构，33-腕关节驱动机构，34-前支撑轮，35-大臂，36-小臂，37-手爪，41-髋关节驱动机构，42-膝关节驱动机构，43-踝关节驱动机构，44-后支撑轮，45-大腿，46-小腿，47-脚掌，5-颈部驱动机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型包括头部1、躯干2、手臂3、行走机构4，其特征在于

所述头部1设置有双目视觉摄像头11，所述头部1通过颈部驱动机构5与躯干2连接；

所述躯干2内设置有控制系统和电源系统，所述躯干2的背部设置有驱动轮21；

所述手臂3通过肩关节驱动机构31分别与躯干2两侧的肩部对称连接，所述手臂3的大臂与小臂通过肘关节驱动机构32连接，所述手臂3的小臂与手爪通过腕关节驱动机构33连接，所述手臂3的小臂前部设置有前支撑轮34；

所述行走机构4分别通过髋关节驱动机构41与躯干2下部连接，所述行走机构4的大腿与小腿通过膝关节驱动机构42连接，所述行走机构4的小腿与脚掌通过踝关节驱动机构43连接，所述行走机构4的小腿后部设置有后支撑轮44；

所述双目视觉摄像头11、颈部驱动机构5、驱动轮21、肩关节驱动机构31、肘关节驱动机构32、腕关节驱动机构33、髋关节驱动机构41、膝关节驱动机构42、踝关节驱动机构43分别通过控制系统与电源系统电连接。

所述控制系统通过内置的双目立体视觉控制模块判断双目视觉摄像头11传送的运动方向图像是平地、坡地或有障碍物，然后将判断结构传送给控制系统内置的变形驱动模块以驱动肩关节驱动机构31、肘关节驱动机构32、腕关节驱动机构33、髋关节驱动机构41、膝关节驱动机构42和踝关节驱动机构43变形以适应路面或维持现状。

所述颈部驱动机构5包括旋转驱动机构、仰俯驱动机构，所述旋转驱动机构驱动头部1沿颈部左右转头，所述仰俯驱动机构驱动头部1上下点头。

所述旋转驱动机构驱动头部1沿颈部转头最大180～360°，所述仰俯驱动机构驱动头部沿水平方向上下点头最大±45～±80°。

所述手臂3的小臂相对躯干2错位设置于大臂外侧。

所述肩关节驱动机构31驱动手臂3绕肩关节驱动机构31顺时针或逆时针旋转最大270～360°，所述肘关节驱动机构32驱动小臂及手爪绕肘关节驱动机构32顺时针或逆时针旋转最大270～360°，所述腕关节驱动机构33驱动手爪旋转最大360°。

所述髋关节驱动机构41驱动行走机构4绕髋关节驱动机构41以躯干2为中线分别先前和向后旋转最大40～60°，所述膝关节驱动机构42驱动小腿及脚掌绕膝关节驱动机构42分别先前和向后旋转最大130～160°，所述踝关节驱动机构43驱动脚掌绕踝关节驱动机构43分别先前和向后旋转最大60～90°。

本实用新型工作原理和工作过程：

本实用新型通过其头部的双目视觉摄像头，头部经转头与点头，可全方位视察摄取前进或后退方向上的场景，经控制系统的控制，使本实用新型能感知前方环境状态，经控制系统控制各关节驱动机构正转反转与对重心的把握，在应对复杂环境时或平缓路面时能变形为小车状态移动，利用设置于躯干的驱动轮提供前进驱动力，将手臂与行走机构上的支撑轮作为支撑点撑起整个小车结构，通过调整两手臂的肩关节控制小车的转向，以提高整体的稳定性和增加移动速度；而对平坦路面或面对较难逾越障碍时维持人形状态走动，从而在简化机械结构和控制系统的情况下，能适应各种地面，具有较高的逾越障碍的能力，能够方便上下台阶及通过不平摧、不规则或较窄的路面。由于行走机构占地面积小，而活动范围大，所以为其配备的机械手提供了更大的活动空间，同时也可使机械手臂设计的较为短小紧凑。本实用新型可在探测、搜索、搜救的环节中代替人进行一些只有人才能工作的任务，从而减轻人们的劳动和危险情况。因此，本实用新型具有结构简单、通过性强、运动灵活、应用范围广的特点。

如图1，本实用新型行走过程如下：

（1）通过膝关节驱动机构处的电机控制小腿往后抬起；

（2）通过髋关节驱动机构处的电机控制整条腿往前抬起；

（3）在通过膝关节驱动机构处的电机与第（1）步中控制方向相反使膝关节恢复至原样；

（4）重心往前移动在重力的影响下会使机器人往前倒下，此时控制踝关节驱动机构的电机恰当的角度，在机器人倒下时在前几步的基础上使得已经处于悬空的脚下移支撑起要倒下的身体；至此，机器人的第一步已经迈出。

（5）重心继续往前移动，处于后面的一条腿通过上述同样的步骤完成后腿的前进，当完成一步的行走时，重心刚好处于双腿中间并保持平衡。

由此，已经完成了对人形机器人往前运动的控制，后退时只需要将控制的电机与前进时的电机运动控制方向相反即可 。

如图2所示，本实用新型从人形变化为小车过程如下：

（1）通过髋关节驱动机构、膝关节驱动机构和踝关节驱动机构的运动使整个机械结构蹲下从而使得重心降低。

（2）肩关节驱动机构出的电机开始驱动手臂运转 90°，使整个手臂水平。

（3）肘关节驱动机构的电机驱动手臂的小臂部分往上旋转 90°，此时人形机器人的手臂上的支撑轮已经和躯干上的驱动轮处于同一平面上；

（4）通过髋关节驱动机构电机驱动促使整个身体重心往前移，在重力的作用下整个机械结构会向前倒下，由于有手臂在前面的支撑，在倒下后支撑轮着地，即形成了小车的一部分运作；

（5） 髋关节驱动机构继续运动，使腿部结构的大腿部分往下运动 50°，膝关节保持水平，到此时整个机械结构已经处于卧式状态，支撑的结构仅靠驱动轮和前支撑轮、后支撑轮，由此完成从人形机器人变形为小车的变形控制。

本实用新型小车状态转向过程如下：

通过调整肩关节的运动 ①当左右肩关节对称使得手臂水平时，小车往前径直运动；

②当左手臂肩关节往前摆，右手臂肩关节往后摆时，小车往右运动；

③与②相反，当右手臂肩关节往前摆而左右臂肩关节往后摆时，小车往左运动。