本實(shí)用新型涉及一種娛樂(lè)用設(shè)備，尤其是涉及一種模仿帝機(jī)器人。

背景技術(shù)：

機(jī)器人是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程的產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非 產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。發(fā)展機(jī)器人技術(shù)可以解放大量地勞動(dòng)力，節(jié)省了人力及物力，對(duì)國(guó)民發(fā)展起到不 可估量的因素。

目前，仿人體行動(dòng)的機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域涉及很多方面，例如機(jī)器人會(huì)執(zhí)行任務(wù)，如開(kāi)車、在不平坦的地面行走、清理殘骸、打穿一面墻、關(guān)閉閥門、連接消防水管。更有甚者，這些仿人體行動(dòng)的機(jī)器人將應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)：美國(guó)國(guó)會(huì)曾通過(guò)法案規(guī)定：到2015年前，1/3的地面戰(zhàn)斗將使用機(jī)器人士兵。為此投入美國(guó)歷史上最大的單筆軍備研究費(fèi)1270億美元，以完成未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上士兵必須完成的一切戰(zhàn)斗任務(wù)，包括進(jìn)攻、防護(hù)、尋找目標(biāo)。據(jù)悉，美軍未來(lái)一個(gè)旅級(jí)作戰(zhàn)單元，將至少包括151個(gè)機(jī)器人戰(zhàn)士。

這意味著仿人體行動(dòng)的機(jī)器人有著巨大的發(fā)展前景，但是我國(guó)這類機(jī)器人的相關(guān)活動(dòng)數(shù)據(jù)較少，發(fā)展較為緩慢，然而近年來(lái)，不少娛樂(lè)活動(dòng)都有模仿秀這類節(jié)目，通過(guò)給予嘉賓一個(gè)動(dòng)作命令的指示，模仿得最像的得以勝出，其觀賞性和有趣性都吸引了眾多觀眾的觀看與參與，而這種節(jié)目正是活動(dòng)數(shù)據(jù)采集非常好的來(lái)源，通過(guò)機(jī)器人來(lái)模仿人類活動(dòng)，不但增加了這類節(jié)目的觀賞性，還能夠采集大量人體活動(dòng)的數(shù)據(jù)，可用于醫(yī)療、軍事等其他科研方面的研究。

然而我國(guó)在這方面的技術(shù)仍然處于相對(duì)空白，而國(guó)外的kinect技術(shù)雖然比較便利，但是在應(yīng)用上比較單一，一般只能用于游戲娛樂(lè)領(lǐng)域，因此錯(cuò)過(guò)了采集大量良好活動(dòng)數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)，故需要新技術(shù)來(lái)改變這一局面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，改善技術(shù)缺陷造成的不便之處，本實(shí)用新型提出一種實(shí)用的、使用效果好的新方案，具體內(nèi)容如下：

一種模仿帝機(jī)器人，包括機(jī)器人、感應(yīng)器、攝像頭和電腦，其特征在于，所述的機(jī)器人由頭部、軀干、四肢以及支架組成，所述的支架安裝在軀干后部，延伸出腳架支撐在底面，所述的感應(yīng)器為5個(gè)穿戴式感應(yīng)器，所述的攝像頭與電腦連接。

所述的機(jī)器人的頭部設(shè)置有高清攝像傳感裝置、無(wú)線電收發(fā)端口以及中央處理器，其頭部底端設(shè)置有一個(gè)具有前后擺動(dòng)、左右擺動(dòng)和水平旋轉(zhuǎn)3個(gè)自由度的頸部關(guān)節(jié)，所述的軀干在腰部位置設(shè)置有4段腰關(guān)節(jié)，每一段腰關(guān)節(jié)規(guī)格相同，所述的腰關(guān)節(jié)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可進(jìn)行前后擺動(dòng)、左右擺動(dòng)和水平旋轉(zhuǎn)3個(gè)自由度的活動(dòng)，上述任意一個(gè)腰關(guān)節(jié)以及高清攝像傳感裝置都與中央處理器連接。

所述的四肢分別為兩條手臂以及兩條腿，所述的手臂分別設(shè)置在軀干上部?jī)蓚?cè)，設(shè)置有肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)以及腕關(guān)節(jié)3個(gè)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)，每一個(gè)關(guān)節(jié)都具有左右擺動(dòng)、前后擺動(dòng)以及水平旋轉(zhuǎn)3個(gè)自由度，所述的腿設(shè)置在軀干底面兩側(cè)，設(shè)置有髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)以及踝關(guān)節(jié)3個(gè)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)，每一個(gè)關(guān)節(jié)都具有左右擺動(dòng)、前后擺動(dòng)以及水平旋轉(zhuǎn)3個(gè)自由度，上述任意一個(gè)關(guān)節(jié)都與中央處理器連接。

所述的支架連接在軀干的后胸處，設(shè)置于腰部的4段關(guān)節(jié)的上方，并且向外延伸35cm，延伸的末端設(shè)置有可進(jìn)行垂直擺動(dòng)、左右擺動(dòng)以及左右旋轉(zhuǎn)的機(jī)械關(guān)節(jié)，所述的機(jī)械關(guān)節(jié)往軀干兩側(cè)各延伸出兩根腳架支撐在底面上，所述的腳架可進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)整，通過(guò)彈簧卡筍定位，每側(cè)的兩根腳架依據(jù)如下特征支撐：兩根腳架貼邊于機(jī)器人軀干側(cè)方，分別向前和向后延伸，向前延伸的腳架其與軀干豎直方向上的夾角為38°，向后延伸的腳架其與軀干豎直方向上的夾角為52°。

所述的攝像頭為kinect部件，用于采集使用者行動(dòng)的圖像數(shù)據(jù)。

所述的電腦通過(guò)藍(lán)牙方式與感應(yīng)器連接，通過(guò)無(wú)線電方式與機(jī)器人連接，將kinect采集的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為參考系數(shù)據(jù)，并與感應(yīng)器采集的參考系數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，將比對(duì)結(jié)果轉(zhuǎn)化為各個(gè)關(guān)節(jié)擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)角度的命令信號(hào)，并將該命令信號(hào)通過(guò)無(wú)線電方式發(fā)送至機(jī)器人的中央處理器，中央處理器將該命令信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，并轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的每一個(gè)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)活動(dòng)的指令，由伺服電機(jī)完成指令的執(zhí)行。

本實(shí)用新型具有如下優(yōu)勢(shì)：

1、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，制造成本不高，便于推廣；

2、對(duì)使用者肢體活動(dòng)的識(shí)別精度增加，便于更好地模仿使用者的活動(dòng)方式；

3、趣味性強(qiáng)，可以最大限度模仿使用者的動(dòng)作，有比較好的視覺(jué)效果；

4、能將活動(dòng)數(shù)據(jù)參數(shù)化，便于對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和后續(xù)研究。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實(shí)用新型伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)活動(dòng)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

請(qǐng)參照附圖1所示，一種模仿帝機(jī)器人，包括機(jī)器人、感應(yīng)器、攝像頭和電腦，其特征在于，所述的機(jī)器人由頭部1、軀干2、四肢3以及支架4組成，所述的支架4安裝在軀干2后部，延伸出腳架402支撐在底面，所述的感應(yīng)器為5個(gè)穿戴式感應(yīng)器，所述的攝像頭與電腦連接。

所述的機(jī)器人的頭部1設(shè)置有高清攝像傳感裝置101、無(wú)線電收發(fā)端口以及中央處理器，其頭部1底端設(shè)置有一個(gè)具有前后擺動(dòng)、左右擺動(dòng)和水平旋轉(zhuǎn)3個(gè)自由度的頸部關(guān)節(jié)102，所述的軀干2在腰部位置設(shè)置有4段腰關(guān)節(jié)103，每一段腰關(guān)節(jié)103規(guī)格相同，所述的腰關(guān)節(jié)103由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可進(jìn)行前后擺動(dòng)、左右擺動(dòng)和水平旋轉(zhuǎn)3個(gè)自由度的活動(dòng)，上述任意一個(gè)腰關(guān)節(jié)103以及高清攝像傳感裝置101都與中央處理器連接。

當(dāng)正常運(yùn)作的時(shí)候，該頭部的高清攝像傳感裝置101相當(dāng)于使用者的“眼睛”，如果使用者不佩戴視覺(jué)設(shè)備，那么這些采集到的視頻信息將只會(huì)被傳輸?shù)诫娔X處，而頭部1的活動(dòng)，則會(huì)根據(jù)使用者的頭部活動(dòng)情況進(jìn)行動(dòng)作。

所述的四肢3分別為兩條手臂301以及兩條腿302，所述的手臂301分別設(shè)置在軀干2上部?jī)蓚?cè)，設(shè)置有肩關(guān)節(jié)303、肘關(guān)節(jié)304以及腕關(guān)節(jié)305等3個(gè)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)，每一個(gè)關(guān)節(jié)都具有左右擺動(dòng)、前后擺動(dòng)以及水平旋轉(zhuǎn)3個(gè)自由度，所述的腿302設(shè)置在軀干2底面兩側(cè)，設(shè)置有髖關(guān)節(jié)306、膝關(guān)節(jié)307以及踝關(guān)節(jié)308等3個(gè)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)，每一個(gè)關(guān)節(jié)都具有左右擺動(dòng)、前后擺動(dòng)以及水平旋轉(zhuǎn)3個(gè)自由度，上述任意一個(gè)關(guān)節(jié)都與中央處理器連接。

這樣設(shè)計(jì)，能夠在最少關(guān)節(jié)數(shù)的前提下，最大限度模仿被模仿者的四肢活動(dòng)情況，如抬起大腿、屈膝、曲踝、抬手等動(dòng)作，活動(dòng)性比較高，并且采用了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能夠最精確地令關(guān)節(jié)活動(dòng)在每一度都與被模仿者同步。

請(qǐng)結(jié)合附圖1所示，所述的支架4連接在軀干2的后胸處，設(shè)置于腰部的4段腰關(guān)節(jié)103的上方，并且向外延伸35cm，延伸的末端設(shè)置有可進(jìn)行垂直擺動(dòng)、左右擺動(dòng)以及左右旋轉(zhuǎn)的機(jī)械關(guān)節(jié)401，此關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)與萬(wàn)向節(jié)一致，不同之處在于在其中一個(gè)關(guān)節(jié)上，追加了可以繞定軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述的機(jī)械關(guān)節(jié)401往軀干2兩側(cè)各延伸出兩根腳架402支撐在底面上，所述的腳架402可進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)整，通過(guò)彈簧卡筍定位，每側(cè)的兩根腳架402依據(jù)如下特征支撐：兩根腳架402貼邊于機(jī)器人軀干2側(cè)方，分別向前和向后延伸，向前延伸的腳架402其與軀干2豎直方向上的夾角為38°，向后延伸的腳架402其與軀干2豎直方向上的夾角為52°。

因?yàn)橐７氯说闹w動(dòng)作，那么機(jī)體最大部分機(jī)能用在了活動(dòng)關(guān)節(jié)上，實(shí)際上在保持平衡這方面就會(huì)十分困難，如果在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到機(jī)器人站立的平衡問(wèn)題，那么需要加大機(jī)器人本身配件數(shù)量以及程序設(shè)計(jì)的工作量，無(wú)疑增加了該機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造成本。

從設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型的目的在于采集人體肢體活動(dòng)的數(shù)據(jù)，而不是在于完全仿真的程度，并且如果要達(dá)到模仿效果，某些高難度動(dòng)作一般機(jī)器人甚至高級(jí)機(jī)器人都無(wú)法正確模仿，故此處采用了支架4作為輔助站立手段，且支架4因?yàn)樵谘垦由斐鋈ィ植辉谘筷P(guān)節(jié)處有阻擋，使得活動(dòng)上不會(huì)有阻礙。并且，該支架4由于可以進(jìn)行微調(diào)，所以在機(jī)器人進(jìn)行低姿態(tài)姿勢(shì)，如下蹲的時(shí)候，支架可以順著往下沉，使得機(jī)器人不會(huì)被架空而是依舊不離地，模仿效果更佳真實(shí)。

所述的感應(yīng)器為可穿戴式的頭環(huán)、腕環(huán)以及踝環(huán)，穿戴用的帶子長(zhǎng)度可調(diào)，上述的任意一項(xiàng)都在中部都設(shè)置有位置傳感器、藍(lán)牙模塊以及微處理器，所述的位置傳感器的位置感應(yīng)原理為：

頭環(huán)建立參考系，并以此基準(zhǔn)原點(diǎn)，所述頭環(huán)的位置傳感器具有高度感應(yīng)器，能感應(yīng)到距離地面的高度，以此定位Z軸，并且該感應(yīng)器在穿戴時(shí)，位置傳感器處于額頭正中位置，面向的方向設(shè)定為X軸，則左右兩向設(shè)置為Y軸；

腕環(huán)以及踝環(huán)的佩戴方式不限，通過(guò)探測(cè)與頭環(huán)參考系之間的位置關(guān)系，定位踝關(guān)節(jié)以及腕關(guān)節(jié)的位置，微處理器將計(jì)算好的坐標(biāo)信息通過(guò)藍(lán)牙模塊傳送出去。

電腦采集人體活動(dòng)數(shù)據(jù)，以坐標(biāo)數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)來(lái)反饋給機(jī)器人的各個(gè)伺服電機(jī)，令其作出對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，此處舉例說(shuō)明感應(yīng)器工作原理：

比如使用者處于低頭狀態(tài)，那么實(shí)際上額頭處頭環(huán)的感應(yīng)器是面朝底面，那么除了本身作為參考原點(diǎn)的位置不變之外，還會(huì)給參考系追加一個(gè)頭的俯傾角度，使得四肢的傳感器的參考建立在使用者真實(shí)活動(dòng)狀態(tài)之上，令四肢的傳感器的數(shù)據(jù)在參照時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)“手腳分離”等不符合實(shí)際情況的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而使得機(jī)器人模仿更加精確。

所述的攝像頭為kinect部件，用于采集使用者行動(dòng)的圖像數(shù)據(jù)。

由于視覺(jué)采集組件可以直接應(yīng)用Kinect作為捕捉被模仿者肢體動(dòng)作的方式，成本較低，且獲得方式方便，能夠在任何情況下在不經(jīng)過(guò)調(diào)試之后，依然能夠馬上應(yīng)用到該實(shí)用新型上，并且捕捉的圖像命令數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度較高，可以作為與精確坐標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比的一個(gè)重要依據(jù)。

請(qǐng)參照附圖3所示，所述的電腦通過(guò)藍(lán)牙方式與感應(yīng)器連接，通過(guò)無(wú)線電方式與機(jī)器人連接，將kinect采集的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為參考系數(shù)據(jù)，并與感應(yīng)器采集的參考系數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，將比對(duì)結(jié)果轉(zhuǎn)化為各個(gè)關(guān)節(jié)擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)角度的命令信號(hào)，并將該命令信號(hào)通過(guò)無(wú)線電方式發(fā)送至機(jī)器人的中央處理器，中央處理器將該命令信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，并轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的每一個(gè)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)活動(dòng)的指令，由伺服電機(jī)完成指令的執(zhí)行。

因?yàn)?，在?shí)際工作時(shí)，純依照感應(yīng)器的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，會(huì)因?yàn)橐恍┎豢深A(yù)料的突發(fā)狀況導(dǎo)致實(shí)際數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確，例如佩戴方式不合理，會(huì)造成參考系可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)混亂的情況，所以，通過(guò)kinect采集的圖像數(shù)據(jù)與感應(yīng)器采集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比照，可以使得誤差消除到最小的情況，令模仿的效果達(dá)到比較好的水平。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(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)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。