一種十六自由度衣服模特機(jī)器人的制作方法
【專利說(shuō)明】
(—)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于衣服模特的多自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人，屬于關(guān)節(jié)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]在全球經(jīng)濟(jì)延續(xù)弱復(fù)蘇趨勢(shì)下2014年服裝行業(yè)全球的需求有所恢復(fù)。服裝業(yè)作為全球化程度最高的產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)發(fā)展為集各種高精尖技術(shù)為一體，同時(shí)包含科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)、創(chuàng)新的綜合性體系。在服裝的展示方式上，衣服模特主要形式有職業(yè)模特和假體模特。職業(yè)模特由真人穿戴，通過(guò)擺出各種姿勢(shì)展示服裝，一般應(yīng)用于高檔品牌的走秀和雜志拍攝，成本較高，且展示的時(shí)間不會(huì)持續(xù)太久。假體模特由仿人體的模型穿戴，以固定的姿勢(shì)展示服裝，廣泛應(yīng)用于店鋪的櫥窗和展臺(tái)，成本較低，可以長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)展示服裝，但由于不能移動(dòng)，不足以模擬出人在各種姿態(tài)下的穿戴效果。衣服模特機(jī)器人是將職業(yè)模特和假體模特兩者優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的一種新型機(jī)器人，可以模擬職業(yè)模特的各種姿勢(shì)，并長(zhǎng)時(shí)間、動(dòng)態(tài)地展示服裝，既能使穿戴效果更加真實(shí)，又節(jié)省了人力勞動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)的相關(guān)專利為數(shù)不多，且這些專利模擬的運(yùn)動(dòng)自由度較少，運(yùn)動(dòng)模式比較單一，或機(jī)械結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不易裝配和維修，都具有很多局限性。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明主要應(yīng)用于服裝行業(yè)，基于多自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)，結(jié)合機(jī)器人學(xué)、人體運(yùn)動(dòng)學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等理論，設(shè)計(jì)出一種具有十六個(gè)自由度的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)方向、應(yīng)用于衣服模特的關(guān)節(jié)機(jī)器人，使其能形成并保持特定的姿態(tài)，并以一定軌跡運(yùn)動(dòng)在各種姿態(tài)中任意切換。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出方案如下:
[0005]本發(fā)明十六自由度衣服模特機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括:
[0006]I)模特外部殼體模型:包括頭部殼體、頸部殼體、軀干殼體、肩部殼體、上臂殼體、肘部殼體、前臂殼體、手部及腕部殼體和支架。
[0007]2)電動(dòng)舵機(jī):十六自由度衣服模特機(jī)器人殼體內(nèi)部共有16個(gè)電動(dòng)舵機(jī)，包括頭部舵機(jī)(3個(gè))、肩臂舵機(jī)(左右各6個(gè))，腰部舵機(jī)(I個(gè))。將每條肩臂上的舵機(jī)細(xì)分為:肩部舵機(jī)(2個(gè))、上臂舵機(jī)(I個(gè))、肘部舵機(jī)(I個(gè))、前臂舵機(jī)(I個(gè))、腕部舵機(jī)(I個(gè))。
[0008]3)舵機(jī)固定板及各類連接零件若干。
[0009]各部分結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)的效果有:
[0010]模特外部殼體模型的外形模擬人體外形，來(lái)承載上身衣物，并通過(guò)各種造型展示衣物在模特不同姿態(tài)下的穿戴效果，同時(shí)起到連接和保護(hù)內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)的作用。通過(guò)控制電動(dòng)舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)控制機(jī)器人的各部分關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使衣服模特機(jī)器人形成并保持一定的姿態(tài)，或從某種姿態(tài)以一定的路徑向另一種姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)承載靜止和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的扭矩。舵機(jī)固定板及各類連接零件將模特機(jī)器人中的各種殼體及舵機(jī)以一定位置關(guān)系固定連接，并保證各關(guān)節(jié)能以其所需自由度順暢轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0011]本發(fā)明中各殼體通過(guò)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)的運(yùn)動(dòng)參照?qǐng)D1的原理圖所示，詳細(xì)情況如下:
[0012]十六自由度衣服模特機(jī)器人的頭部具有3個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，腰部具有I個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其兩條手臂各自有6個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。每條手臂的肩部有2個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，上臂有I個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，肘部有I個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，前臂有I個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，腕部有I個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
(四)
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的原理圖。
[0014]圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0015]圖3為本發(fā)明的實(shí)物模擬剖視圖。
(五)
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0017]參照?qǐng)D2結(jié)構(gòu)剖視圖，左上角坐標(biāo)系中，X表示垂直于紙面的方向，y表示紙面水平方向，Z表示豎直方向。在下面的說(shuō)明中，衣服模特機(jī)器人以本圖的姿態(tài)，所有零部件都以該坐標(biāo)系作為參照。
[0018]頭部殼體通過(guò)其內(nèi)部相連的三個(gè)頭部舵機(jī)能夠在x，y，z三個(gè)正交方向轉(zhuǎn)動(dòng)。臂殼體通過(guò)與肩部殼體內(nèi)部相連的兩個(gè)肩部舵機(jī)能夠使上臂末端在X，y兩個(gè)正交方向擺動(dòng)，并通過(guò)一個(gè)上臂舵機(jī)能夠使上臂沿上臂殼體中心軸線(z方向)轉(zhuǎn)動(dòng)。前臂殼體通過(guò)與肘部殼體內(nèi)部相連的一個(gè)肩部舵機(jī)能夠使前臂末端在X方向擺動(dòng)，并通過(guò)一個(gè)前臂舵機(jī)能夠使前臂沿前臂殼體中心軸線(Z方向)轉(zhuǎn)動(dòng)。手部及腕部殼體通過(guò)與其內(nèi)部相連的一個(gè)肩部舵機(jī)能夠使其在X方向擺動(dòng)。軀干殼體通過(guò)與其內(nèi)部相連的一個(gè)腰部舵機(jī)能夠使其沿軀干殼體的中心軸線(z方向)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0019]十六自由度衣服模特機(jī)器人左右兩臂結(jié)構(gòu)鏡像對(duì)稱，所有舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍可根據(jù)人體關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)極限在一定范圍進(jìn)行設(shè)定和限制。電動(dòng)舵機(jī)全部通過(guò)配套的電線連接于一塊控制板上，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程可以控制所有舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度及轉(zhuǎn)速，能夠帶動(dòng)殼體形成并保持特定的姿態(tài)，以及以一定軌跡運(yùn)動(dòng)從使其在各種姿態(tài)中任意切換。另外，可在職業(yè)模特身上通過(guò)傳感器定位各關(guān)節(jié)位置姿態(tài)，在模特?cái)[出各種動(dòng)作時(shí)采集各關(guān)節(jié)位置姿態(tài)信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理加載于十六自由度衣服模特機(jī)器人各個(gè)舵機(jī)上，可實(shí)現(xiàn)模特機(jī)器人對(duì)職業(yè)模特姿勢(shì)的模仿，使動(dòng)態(tài)效果更加逼真。
[0020]本發(fā)明最終的實(shí)物模擬剖視圖如圖3所示，左半邊為殼體的外觀，右半邊為內(nèi)部舵機(jī)以及連接零件的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]為了提高衣服模特機(jī)器人的調(diào)整速度，可將各個(gè)電動(dòng)舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度設(shè)置聯(lián)動(dòng)關(guān)系，當(dāng)其中一個(gè)舵機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其他舵機(jī)也相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)。從而提高了調(diào)整衣服模特機(jī)器人的效率。其中，對(duì)于具有電動(dòng)舵機(jī)數(shù)量最多的肩部，可使2個(gè)肩部舵機(jī)、上臂舵機(jī)、肘部舵機(jī)、前臂舵機(jī)和腕部舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的聯(lián)動(dòng)按照如下方式設(shè)定:其中一個(gè)肩部舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為a，則另一個(gè)肩部舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為kl X a，上臂舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為k2Xa，肘部舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為k3Xa，前臂舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為k4Xa，腕部舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為k5Xa，其中，kl、k2、k3、k4、k5均為正數(shù)，且滿足kl+k2+k3+k4+k5 = 3.09。則肩部呈現(xiàn)較佳的擺放姿態(tài)。
[0022]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種十六自由度衣服模特機(jī)器人，包括以下幾部分: 1)模特外部殼體模型:包括頭部殼體、頸部殼體、軀干殼體、肩部殼體、上臂殼體、肘部殼體、前臂殼體、手部及腕部殼體和支架，其用于模擬人體外形，作為上身衣物的承載體，和連接和保護(hù)內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)； 2)電動(dòng)舵機(jī):十六自由度衣服模特機(jī)器人殼體內(nèi)部共有16個(gè)電動(dòng)舵機(jī)，包括頭部舵機(jī)3個(gè)、左、右肩臂舵機(jī)各6個(gè)，腰部舵機(jī)I個(gè)，將每條肩臂上的舵機(jī)細(xì)分為:肩部舵機(jī)2個(gè)、上臂舵機(jī)I個(gè)、肘部舵機(jī)I個(gè)、前臂舵機(jī)I個(gè)、腕部舵機(jī)I個(gè)，其用于控制機(jī)器人的各部分關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使衣服模特機(jī)器人形成并保持一定的姿態(tài)，或從某種姿態(tài)以一定的路徑向另一種姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)承載靜止和X運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的扭矩； 3)舵機(jī)固定板及多個(gè)各類連接零件，其用于將模特機(jī)器人中的各種殼體及舵機(jī)以一定位置關(guān)系固定連接，并保證各關(guān)節(jié)能以其所需自由度順暢轉(zhuǎn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十六自由度衣服模特機(jī)器人，其特征在于:所述頭部殼體通過(guò)其內(nèi)部相連的三個(gè)頭部舵機(jī)能夠使其在一定角度范圍內(nèi)以三個(gè)正交方向轉(zhuǎn)動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十六自由度衣服模特機(jī)器人，其特征在于:所述上臂殼體通過(guò)與肩部殼體內(nèi)部相連的兩個(gè)肩部舵機(jī)能夠使上臂末端在一定角度范圍內(nèi)以兩個(gè)正交方向擺動(dòng)，并通過(guò)一個(gè)上臂舵機(jī)能夠使上臂在一定角度范圍內(nèi)沿上臂殼體中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十六自由度衣服模特機(jī)器人，其特征在于:所述前臂殼體通過(guò)與肘部殼體內(nèi)部相連的一個(gè)肩部舵機(jī)能夠使前臂末端在一定角度范圍內(nèi)以一個(gè)方向擺動(dòng)，并通過(guò)一個(gè)前臂舵機(jī)能夠使前臂在一定角度范圍內(nèi)沿前臂殼體中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十六自由度衣服模特機(jī)器人，其特征在于:所述手部及腕部殼體通過(guò)與其內(nèi)部相連的一個(gè)肩部舵機(jī)能夠使其在一定角度范圍內(nèi)以一個(gè)方向擺動(dòng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十六自由度衣服模特機(jī)器人，其特征在于:所述軀干殼體通過(guò)與其內(nèi)部相連的一個(gè)腰部舵機(jī)能夠使其在一定角度范圍內(nèi)沿軀干殼體的中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十六自由度衣服模特機(jī)器人，其特征在于:所述16個(gè)電動(dòng)舵機(jī)全部通過(guò)配套的電線連接于一塊控制板上，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程可以控制所有舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度及轉(zhuǎn)速，能夠帶動(dòng)殼體形成并保持特定的姿態(tài)，以及以一定軌跡運(yùn)動(dòng)從使其在各種姿態(tài)中任意切換。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的十六自由度衣服模特機(jī)器人，其特征在于:所述16個(gè)電動(dòng)舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度形成聯(lián)動(dòng)關(guān)系，當(dāng)其中一個(gè)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度時(shí)，其他舵機(jī)按照設(shè)定的聯(lián)動(dòng)比例轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的十六自由度衣服模特機(jī)器人，其特征在于:其中每條肩臂上的2個(gè)肩部舵機(jī)、上臂舵機(jī)、肘部舵機(jī)、前臂舵機(jī)和腕部舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的聯(lián)動(dòng)按照如下方式設(shè)定:其中一個(gè)肩部舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為a，則另一個(gè)肩部舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為klXa，上臂舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為k2 X a，肘部舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為k3 X a，前臂舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為k4 XaJfa部舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為k5Xa，其中，kl、k2、k3、k4、k5均為正數(shù)，且滿足kl+k2+k3+k4+k5 =.3.09。
【專利摘要】本發(fā)明主要應(yīng)用于服裝行業(yè)，基于多自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)，結(jié)合機(jī)器人學(xué)、人體運(yùn)動(dòng)學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等理論，設(shè)計(jì)出一種具有十六個(gè)自由度的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)方向、應(yīng)用于衣服模特的關(guān)節(jié)機(jī)器人，使其能形成并保持特定的姿態(tài)，并以一定軌跡運(yùn)動(dòng)在各種姿態(tài)中任意切換。
【IPC分類】A47F8/02
【公開號(hào)】CN105011642
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510501170
【發(fā)明人】喬徽
【申請(qǐng)人】哈爾濱工大服務(wù)機(jī)器人有限公司
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年8月14日