一种仿人工程机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种仿生工程机器人，特别是涉及一种可跟随人肢体动作的仿人工程机器人。
【背景技术】
[0002]随着现代化工业生产的发展和进步，工业机器人早已经被广泛地用来代替工人完成一些简单和重复性的劳动。然而，由于人们越来越关注机器人在复杂、危险、恶劣环境中的应用，而现有工业机器人又不能很好的应对多变的环境，因而如何使机器人能够灵活、智能的为人类服务，已成为现在机器人研究领域的焦点问题。
[0003]机器人有两个发展方向:一、全自主方式工作的机器人。二、遥控操作的机器人。全自主方式工作的机器人一直是科研工作者所追求的目标。然而上世纪八十年代以来对智能机器人的研究表明全自主式智能机器人的应用在今后可以预见的时间内是难以实现的，这是因为几项支撑技术——控制、传感和人工智能等目前还不能满足发展全自主式智能机器人的需要。但是，随着原子能技术、空间技术和海洋技术的迅速发展，迫切需要大量能在危险环境下工作的机器人，因而工作在交互方式下遥控操作的机器人是一种现实可行的选择。工作在交互方式下的遥控机器人是完成远程作业任务的有力手段，所谓交互技术包括人与机器人的交互以及机器人与环境的交互。前者的意义在于由人去完成机器人在空间未知环境或任务中难以做到的规划和决策，后者的意义在于由机器人去完成人所不宜到达或不能到达的空间环境中的作业任务。例如，在原子能利用、空间探测、海洋开发、排险、医疗、军事等领域的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有机器人不能及时、高效、可靠的表达人对机器人的控制意识；不能满足人对机器人各关节灵活性的要求。提出了一种可跟随人肢体动作的仿人工程机器人。
[0005]该工程机器人主要包括:全液压驱动的机器人执行装置、姿态传感单元、人体动作捕捉装置、PLC控制单元、控制阀组、辅助人机交互单元及动力单元。机器人的执行装置由回转底座、回转支承、回转平台、脊骨、上臂、前臂、摆动油缸、液压马达、传感器、紧固件及连接件组成。该执行装置回转底座和回转平台之间通过回转支承联接，回转平台相对于回转底座的转动运动由摆动油缸或液压马达驱动；脊骨在垂直于回转平台回转面的平面里的摆动由摆动油缸或直线油缸驱动；上臂和脊骨之间的肩关节、上臂和前臂之间的肘关节及腕关节由摆动油缸驱动，带动上臂、前臂动作，配有姿态传感单元(传感器)，实时将姿态信息传递给PLC控制单元。PLC控制单元将获取的执行装置的姿态信息和人体动作捕捉装置传到PLC控制单元的姿态信息进行对比分析，如果两者姿态信息不一致，PLC控制单元发出控制信号，控制阀组根据控制信号进行动作，控制来自于动力单元的液压油驱动油缸，调整执行装置的姿态，从而实现机器人跟随人肢体动作。辅助人机交互单元主要用于控制动力单元的开关、回转平台的旋转、脊骨的动作、照明、远程监控等。
【附图说明】
[0006]图1是本发明执行装置示意图。
[0007]图2是本发明工作原理示意框图。
【具体实施方式】
[0008]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步描述。
[0009]本发明的主要零部件及关节名称:
1.回转底座2.回转支承3.回转平台4.脊骨5.肩关节6.上臂7.肘关节
8.前臂9.腕关节B.摆动油缸。
[0010]该工程机器人主要包括:全液压驱动的机器人执行装置、姿态传感单元、人体动作捕捉装置、PLC控制单元、控制阀组、辅助人机交互单元及动力单元。机器人的执行装置由回转底座1、回转支承2、回转平台3、脊骨4、上臂6、前臂8、摆动油缸B、液压马达、传感器、紧固件及连接件组成。该执行装置回转底座I和回转平台3之间通过回转支承2联接，回转平台3相对于回转底座I的回转运动由摆动油缸B或液压马达驱动；脊骨4在垂直于回转平台3回转面的平面里的摆动由摆动油缸B或直线油缸驱动；上臂6和脊骨4之间的肩关节5、上臂6和前臂8之间的肘关节7、腕关节9由摆动油缸B驱动，带动上臂6、前臂8动作，并配有姿态传感单元(传感器)，实时将姿态信息传递给PLC控制单元，PLC控制单元将获取的执行装置的姿态信息和人体动作捕捉装置传到PLC控制单元的肢体姿态信息进行对比分析，如果两者姿态信息不一致，PLC控制单元发出控制信号，控制阀组根据控制信号进行动作，控制来自于动力单元的液压油驱动油缸，调整执行装置的姿态，从而实现机器人跟随人肢体动作。下面参照人体关节运动表述方法对肩关节5、肘关节7、腕关节9作进一步介绍:肩关节5具有三个自由度，可以分为前后摆动、抬臂动作及上臂6绕其轴线的旋转动作，前后摆动动作由轴线垂直于脊骨4摆动平面的摆动油缸B驱动，抬臂动作由轴线平行于脊骨4摆动平面的摆动油缸B驱动，上臂6绕其轴线的旋转动作由和其轴线重合的摆动油缸B驱动；肘关节7具有两个自由度，可以分为弯曲动作和前臂8绕其轴线的旋转动作，弯曲动作由轴线垂直于前臂8摆动平面的摆动油缸B驱动，前臂8绕其轴线的旋转动作由和其轴线重合的摆动油缸B驱动；腕关节9具有两个自由度，分别由两个轴线相互垂直的摆动油缸B驱动。辅助人机交互单元主要用于控制动力单元的开关、回转平台3的旋转、脊骨4的动作、照明和远程监控等。
【主权项】
1.一种仿人工程机器人，包括:全液压驱动的机器人执行装置、姿态传感单元、人体动作捕捉装置、PLC控制单元、控制阀组、辅助人机交互单元及动力单元。2.根据权利要求1所述的一种仿人工程机器人，其特征在于:所述的全液压驱动的机器人执行装置，其肩关节(5)、肘关节(7)、腕关节(9)根据人体动作捕捉装置发出的控制信号动作。3.根据权利要求1所述的一种仿人工程机器人，其特征在于:所述的全液压驱动的机器人执行装置安装有姿态传感单元，实时将姿态信息传递给PLC控制单元。4.根据权利要求1所述的一种仿人工程机器人，其特征在于:所述的全液压驱动的机器人执行装置，其肩关节(5 )、肘关节(7 )由摆动油缸驱动。5.根据权利要求1所述的一种仿人工程机器人，其特征在于:所述的全液压驱动的机器人执行装置，其肩关节(5)前后摆动动作由轴线垂直于脊骨(4)摆动平面的摆动油缸(B)驱动，抬臂动作由轴线平行于脊骨(4)摆动平面的摆动油缸(B)驱动，上臂(6)绕其轴线的旋转动作由和其轴线重合的摆动油缸(B)驱动。6.根据权利要求1所述的一种仿人工程机器人，其特征在于:所述的全液压驱动的机器人执行装置，其回转平台(3)由摆动油缸或液压马达驱动。
【专利摘要】一种仿人工程机器人。本发明的目的是针对现有机器人不能及时、高效的表达人对机器人的控制意识；不能满足人对机器人各关节灵活性的要求。提出了一种可跟随人肢体动作的仿人工程机器人。该工程机器人主要包括：全液压驱动的机器人执行装置、姿态传感单元、人体动作捕捉装置、PLC控制单元、控制阀组、辅助人机交互单元及动力单元。由人去实现机器人在空间未知环境或任务中难以做到的规划和决策。既发挥了机器人应对恶劣环境的能力，又发挥了人的智能，实现人与机器人之间的有机交互。
【IPC分类】B25J11/00, B25J13/08
【公开号】CN105437236
【申请号】CN201410434800
【发明人】赵德朝
【申请人】赵德朝
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年8月30日