本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種仿人行走的幼兒助教用機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，機(jī)器人得到了日益廣泛的應(yīng)用。雖然目前我國還處于機(jī)器人應(yīng)用的初始階段，但機(jī)器人的應(yīng)用已經(jīng)能為各行各業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)利益。

在幼兒教育中，機(jī)器人還是一個新鮮事物。一些幼兒園應(yīng)用了機(jī)器人模型，吸引了幼兒的注意力。由于機(jī)器人模型只是外形擬人，并不具備行動能力，因此幼兒很快就會失去對機(jī)器人模型的注意。市場上出現(xiàn)的一些能夠前進(jìn)的機(jī)器人，或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴，或者不具備仿人行走的能力。

二胎政策放開后，每年新生嬰兒可達(dá)到2000萬以上，許多父母也越來越愿意為孩子的成長和教育花錢，但是目前市場上還缺少一種能夠仿人行走的幼教用機(jī)器人。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低并能夠仿人行走的幼教用機(jī)器人，其大腿結(jié)構(gòu)與小腿結(jié)構(gòu)之間既能相對轉(zhuǎn)動，又連接得穩(wěn)定可靠。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種幼兒助教用雙腿行走仿人教育機(jī)器人包括上身結(jié)構(gòu)、腰板和下身結(jié)構(gòu)；

上身結(jié)構(gòu)為框架式結(jié)構(gòu)，包括外形模擬人體上半身形狀的主框架，主框架包括頭部、肩部和胸腹部，肩部左側(cè)連接有左后臂桿，肩部右側(cè)連接有右后臂桿，左后臂桿的底端連接有左前臂桿，右后臂桿的底端連接有右前臂桿，左、右前臂桿向前伸出且二者之間連接有主托板；

所述腰板水平設(shè)置，上身結(jié)構(gòu)中的胸腹部的底端連接所述腰板；所述下身結(jié)構(gòu)左右對稱設(shè)置，包括大腿結(jié)構(gòu)、小腿結(jié)構(gòu)和腳部結(jié)構(gòu)；

大腿結(jié)構(gòu)包括左大腿結(jié)構(gòu)和右大腿結(jié)構(gòu)，小腿結(jié)構(gòu)包括左小腿結(jié)構(gòu)和右小腿結(jié)構(gòu)，腳部結(jié)構(gòu)包括左腳部結(jié)構(gòu)和右腳部結(jié)構(gòu)；左大腿結(jié)構(gòu)與右大腿結(jié)構(gòu)左右對稱設(shè)置，左小腿結(jié)構(gòu)和右小腿結(jié)構(gòu)左右對稱設(shè)置，左腳部結(jié)構(gòu)和右腳部結(jié)構(gòu)左右對稱設(shè)置；左大腿結(jié)構(gòu)、右大腿結(jié)構(gòu)、左小腿結(jié)構(gòu)和右小腿結(jié)構(gòu)均為框架式結(jié)構(gòu)；

左大腿結(jié)構(gòu)的頂部與所述腰板的左端部相連接，右大腿結(jié)構(gòu)的頂部與所述腰板的右端部相連接；

所述左大腿結(jié)構(gòu)的底部通過左銷軸與左小腿結(jié)構(gòu)的頂部轉(zhuǎn)動連接，右大腿結(jié)構(gòu)的底部通過右銷軸與右小腿結(jié)構(gòu)的頂部轉(zhuǎn)動連接；所述左銷軸與左小腿結(jié)構(gòu)固定連接且左銷軸與左大腿結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動連接，所述右銷軸與右小腿結(jié)構(gòu)固定連接且右銷軸與右大腿結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動連接；

所述左大腿結(jié)構(gòu)上設(shè)有左膝蓋電機(jī)，左膝蓋電機(jī)連接所述左銷軸；所述右大腿結(jié)構(gòu)上設(shè)有右膝蓋電機(jī)，右膝蓋電機(jī)連接所述右銷軸；

所述腳部結(jié)構(gòu)包括左右對稱設(shè)置的左腳部結(jié)構(gòu)和右腳部結(jié)構(gòu)；左腳部結(jié)構(gòu)包括左腳框架，左腳框架內(nèi)設(shè)有左固定板，左固定板前方和后方的左腳框架分別安裝有左行走輪，各左行走輪的輪軸上分別安裝有左從動皮帶輪；左固定板上安裝有左行走電機(jī)，左行走電機(jī)的輸出軸上安裝有左主動皮帶輪；左主動皮帶輪與左從動皮帶輪之間通過左傳動皮帶傳動連接；左行走輪的底端向下伸出左腳框架并支撐在地面上；

右腳部結(jié)構(gòu)包括右腳框架，右腳框架內(nèi)設(shè)有右固定板，右固定板前方和后方的右腳框架分別安裝有右行走輪，各右行走輪的輪軸上分別安裝有右從動皮帶輪；右固定板上安裝有右行走電機(jī)，右行走電機(jī)的輸出軸上安裝有右主動皮帶輪；右主動皮帶輪與右從動皮帶輪之間通過右傳動皮帶傳動連接；右行走輪的底端向下伸出右腳框架并支撐在地面上；

所述腰板的左端部向下連接有左連接塊，腰板的右端部向下連接有右連接塊；大腿結(jié)構(gòu)與小腿結(jié)構(gòu)之間設(shè)有用于穩(wěn)定大腿結(jié)構(gòu)和小腿結(jié)構(gòu)的兩套連桿機(jī)構(gòu)；兩套連桿機(jī)構(gòu)為左連桿機(jī)構(gòu)和右連桿機(jī)構(gòu)，左連桿機(jī)構(gòu)和右連桿機(jī)構(gòu)對稱設(shè)置；

左連桿機(jī)構(gòu)包括左上連桿和左下連桿，左上連桿的頂部與左連接塊的后端部相鉸接，左上連桿的底部與左下連桿相鉸接；左小腿結(jié)構(gòu)的頂部向后連接有凸出左小腿結(jié)構(gòu)的左連接座，左下連桿的底部與左連接座相鉸接；

右連桿機(jī)構(gòu)包括右上連桿和右下連桿，右上連桿的頂部與右連接塊的后端部相鉸接，右上連桿的底部與右下連桿相鉸接；右小腿結(jié)構(gòu)的頂部向后連接有凸出右小腿結(jié)構(gòu)的右連接座，右下連桿的底部與右連接座相鉸接。

所述主托板的頂面前高后低設(shè)有坡度，且所述坡度小于等于3度；所述主容器的水平截面呈圓形，所述主容器中心處的豎向截面呈劣弧弓形。

所述左大腿結(jié)構(gòu)的頂部與所述腰板的左端部固定連接。

所述左小腿結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝有用于監(jiān)測左大腿結(jié)構(gòu)與左小腿結(jié)構(gòu)之間的相對角度的左角位移傳感器，所述左大腿結(jié)構(gòu)的底部向下鉸接有第一左鉸接桿，第一左鉸接桿的底端鉸接有第二左鉸接桿，第二左鉸接桿的底端連接所述左角位移傳感器；

所述右小腿結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝有用于監(jiān)測右大腿結(jié)構(gòu)與右小腿結(jié)構(gòu)之間的相對角度的右角位移傳感器，所述右大腿結(jié)構(gòu)的底部向下鉸接有第一右鉸接桿，第一右鉸接桿的底端鉸接有第二右鉸接桿，第二右鉸接桿的底端連接所述右角位移傳感器。

本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)仿人行走，在行走的過程中模擬人膝蓋彎曲（抬腿）的動作，并且進(jìn)一步能夠模擬膝蓋彎曲一側(cè)的腿向前行走、另一側(cè)的腿暫時不向前行走的動作，實(shí)現(xiàn)兩條腿交替向前移動，仿人程度較以往得到了質(zhì)的提高，能夠更強(qiáng)烈、更持久地吸引幼兒的注意力，更便于向幼兒進(jìn)行相關(guān)的講解，提高幼兒對于科技的興趣，增強(qiáng)幼兒的科學(xué)素養(yǎng)。

上連桿、下連桿、左大腿結(jié)構(gòu)和左小腿結(jié)構(gòu)組成了一個平行四邊行拉桿機(jī)構(gòu)，從而使大腿結(jié)構(gòu)與小腿結(jié)構(gòu)之間的連接更為穩(wěn)定可靠。

通過角位移傳感器及其相關(guān)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明能夠精確地對大腿結(jié)構(gòu)與小腿結(jié)構(gòu)之間的相對旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行監(jiān)測與控制。

主容器中心處的豎向截面呈劣弧弓形，相較于呈優(yōu)弧弓形時具有更好的穩(wěn)定度。主托板的頂面前高后低設(shè)有坡度，從而能夠防止在向前行走時主托板上承載的物品向前滑落，保證運(yùn)送安全。當(dāng)主托板上承載的物品向后滑動時，遇到擋檐后會被阻擋住，進(jìn)一步保證了運(yùn)送安全。另外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)較為簡單，便于制造，成本較低，適于推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的右視圖；

圖3是圖1中Ｂ處的放大圖；

圖4是圖1中Ｃ處的放大圖；

圖5是圖2中Ｄ處的放大圖；

圖6是右腳部結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖6所示，本發(fā)明的一種幼兒助教用雙腿行走仿人教育機(jī)器人包括上身結(jié)構(gòu)、腰板1和下身結(jié)構(gòu)；

上身結(jié)構(gòu)為框架式結(jié)構(gòu)，包括外形模擬人體上半身形狀的主框架，主框架包括頭部2、肩部3和胸腹部4，肩部3左側(cè)連接有左后臂桿5，肩部3右側(cè)連接有右后臂桿6，左后臂桿5的底端連接有左前臂桿7，右后臂桿6的底端連接有右前臂桿8，左、右前臂桿7、8向前伸出且二者之間連接有主托板9；

所述腰板1水平設(shè)置，上身結(jié)構(gòu)中的胸腹部4的底端連接所述腰板1；所述下身結(jié)構(gòu)左右對稱設(shè)置，包括大腿結(jié)構(gòu)、小腿結(jié)構(gòu)和腳部結(jié)構(gòu)；

大腿結(jié)構(gòu)包括左大腿結(jié)構(gòu)23和右大腿結(jié)構(gòu)24，小腿結(jié)構(gòu)包括左小腿結(jié)構(gòu)25和右小腿結(jié)構(gòu)26，腳部結(jié)構(gòu)包括左腳部結(jié)構(gòu)和右腳部結(jié)構(gòu)；左大腿結(jié)構(gòu)23與右大腿結(jié)構(gòu)24左右對稱設(shè)置，左小腿結(jié)構(gòu)25和右小腿結(jié)構(gòu)26左右對稱設(shè)置，左腳部結(jié)構(gòu)和右腳部結(jié)構(gòu)左右對稱設(shè)置；左大腿結(jié)構(gòu)23、右大腿結(jié)構(gòu)24、左小腿結(jié)構(gòu)25和右小腿結(jié)構(gòu)26均為框架式結(jié)構(gòu)；

左大腿結(jié)構(gòu)23的頂部與所述腰板1的左端部相連接，右大腿結(jié)構(gòu)24的頂部與所述腰板1的右端部相連接；

所述左大腿結(jié)構(gòu)23的底部通過左銷軸27與左小腿結(jié)構(gòu)25的頂部轉(zhuǎn)動連接，右大腿結(jié)構(gòu)24的底部通過右銷軸28與右小腿結(jié)構(gòu)26的頂部轉(zhuǎn)動連接；所述左銷軸27與左小腿結(jié)構(gòu)25固定連接且左銷軸27與左大腿結(jié)構(gòu)23轉(zhuǎn)動連接，所述右銷軸28與右小腿結(jié)構(gòu)26固定連接且右銷軸28與右大腿結(jié)構(gòu)24轉(zhuǎn)動連接；

所述左大腿結(jié)構(gòu)23上設(shè)有左膝蓋電機(jī)，左膝蓋電機(jī)連接所述左銷軸27；所述右大腿結(jié)構(gòu)24上設(shè)有右膝蓋電機(jī)，右膝蓋電機(jī)連接所述右銷軸28；

所述腳部結(jié)構(gòu)包括左右對稱設(shè)置的左腳部結(jié)構(gòu)和右腳部結(jié)構(gòu)；左腳部結(jié)構(gòu)包括左腳框架29，左腳框架29內(nèi)設(shè)有左固定板30，左固定板30前方和后方的左腳框架29分別安裝有左行走輪31，各左行走輪31的輪軸上分別安裝有左從動皮帶輪32；左固定板30上安裝有左行走電機(jī)，左行走電機(jī)的輸出軸上安裝有左主動皮帶輪34；左主動皮帶輪34與左從動皮帶輪32之間通過左傳動皮帶33傳動連接。左行走輪31的底端向下伸出左腳框架29并支撐在地面上，左腳框架29內(nèi)設(shè)有與左行走電機(jī)相連接的左蓄電池；

右腳部結(jié)構(gòu)包括右腳框架35，右腳框架35內(nèi)設(shè)有右固定板36，右固定板36前方和后方的右腳框架35分別安裝有右行走輪37，各右行走輪37的輪軸上分別安裝有右從動皮帶輪38；右固定板36上安裝有右行走電機(jī)，右行走電機(jī)的輸出軸上安裝有右主動皮帶輪39；右主動皮帶輪39與右從動皮帶輪38之間通過右傳動皮帶40傳動連接；右行走輪37的底端向下伸出右腳框架35并支撐在地面上，右腳框架35內(nèi)設(shè)有與右行走電機(jī)相連接的右蓄電池，左、右蓄電池為左、右行走電機(jī)提供電能。電機(jī)與蓄電池均為常規(guī)部件，圖未示所述左、右膝蓋電機(jī)，左、右行走電機(jī)以及左、右蓄電池。

所述主托板9的頂面前高后低設(shè)有坡度，且所述坡度小于等于3度，所述主托板9的后端向上凸起設(shè)有擋檐41。

所述主容器13的水平截面呈圓形，所述主容器13中心處的豎向截面呈劣弧弓形。經(jīng)試驗(yàn)，主容器13中心處的豎向截面呈劣弧弓形，相較于呈優(yōu)弧弓形時具有更好的穩(wěn)定度。

主托板9的頂面前高后低設(shè)有坡度，從而能夠防止在向前行走時主托板9上承載的物品向前滑落，保證運(yùn)送安全。當(dāng)主托板9上承載的物品向后滑動時，遇到擋檐41后會被阻擋住，進(jìn)一步保證了運(yùn)送安全。

所述左大腿結(jié)構(gòu)23的頂部與所述腰板1的左端部固定連接。

所述左小腿結(jié)構(gòu)25內(nèi)安裝有用于監(jiān)測左大腿結(jié)構(gòu)23與左小腿結(jié)構(gòu)25之間的相對角度的左角位移傳感器42，所述左大腿結(jié)構(gòu)23的底部向下鉸接有第一左鉸接桿43，第一左鉸接桿43的底端鉸接有第二左鉸接桿44，第二左鉸接桿44的底端連接所述左角位移傳感器42；

所述右小腿結(jié)構(gòu)26內(nèi)安裝有用于監(jiān)測右大腿結(jié)構(gòu)24與右小腿結(jié)構(gòu)26之間的相對角度的右角位移傳感器47，所述右大腿結(jié)構(gòu)24的底部向下鉸接有第一右鉸接桿45，第一右鉸接桿45的底端鉸接有第二右鉸接桿46，第二右鉸接桿46的底端連接所述右角位移傳感器47。角位移傳感器為常規(guī)裝置，具體結(jié)構(gòu)不再詳述。

所述腰板1的左端部向下連接有左連接塊48，腰板1的右端部向下連接有右連接塊49；大腿結(jié)構(gòu)與小腿結(jié)構(gòu)之間設(shè)有用于穩(wěn)定大腿結(jié)構(gòu)和小腿結(jié)構(gòu)的兩套連桿機(jī)構(gòu)；兩套連桿機(jī)構(gòu)為左連桿機(jī)構(gòu)和右連桿機(jī)構(gòu)，左連桿機(jī)構(gòu)和右連桿機(jī)構(gòu)對稱設(shè)置；

左連桿機(jī)構(gòu)包括左上連桿50和左下連桿51，左上連桿50的頂部與左連接塊48的后端底部相鉸接，左上連桿50的底部左下連桿51相鉸接；左小腿結(jié)構(gòu)25的頂部向后連接有凸出左小腿結(jié)構(gòu)25的左連接座52，左下連桿51的底部與左連接座52相鉸接。

這樣，左上連桿50、左下連桿51、左大腿結(jié)構(gòu)23和左小腿結(jié)構(gòu)25就組成了一個平行四邊行拉桿機(jī)構(gòu)，從而使大腿結(jié)構(gòu)與小腿結(jié)構(gòu)之間既能相對轉(zhuǎn)動，又能穩(wěn)定可靠地連接在一起。

右連桿機(jī)構(gòu)包括右上連桿53和右下連桿54，右上連桿53的頂部與右連接塊49的后端底部相鉸接，右上連桿53的底部與右下連桿54相鉸接；右小腿結(jié)構(gòu)26的頂部向后連接有凸出右小腿結(jié)構(gòu)26的右連接座，右下連桿54的底部與右連接座相鉸接。圖1和圖2中，右連接座均被遮擋，圖未示。

使用時，可以讓機(jī)器人僅前后行走而不運(yùn)送物品，也可以在主托板9放入演示用輸送物品，然后交替啟動左、右行走電機(jī)，并交替啟動左、右膝蓋電機(jī)。

左、右膝蓋電機(jī)交替驅(qū)動左、右小腿結(jié)構(gòu)25、26相對大腿結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，從而模擬人抬腿行走的動作。左、右行走電機(jī)通過皮帶傳動結(jié)構(gòu)驅(qū)動左、右從動皮帶輪32、38旋轉(zhuǎn)，從而帶動左、右行走輪31、37旋轉(zhuǎn)，左、右行走輪31、37帶動本發(fā)明的一種幼兒助教用雙腿行走仿人教育機(jī)器人向前行走，將演示用輸送物品送至指定的位置。

左、右膝蓋電機(jī)轉(zhuǎn)動時，左、右大腿結(jié)構(gòu)23、24和左、右小腿結(jié)構(gòu)25、26之間發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)，第一鉸接桿和第二鉸接桿將相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為對角位移傳感器的壓力，從而使角位移傳感器監(jiān)測到大腿結(jié)構(gòu)與小腿結(jié)構(gòu)之間的相對旋轉(zhuǎn)角度。

具體地，當(dāng)左大腿結(jié)構(gòu)23與左小腿結(jié)構(gòu)25之間相對旋轉(zhuǎn)（膝蓋彎曲）時，左行走電機(jī)驅(qū)動左行走輪31向前移動一段距離；當(dāng)左大腿結(jié)構(gòu)23與左小腿結(jié)構(gòu)25之間相對旋轉(zhuǎn)（膝蓋彎曲）至設(shè)定角度時，左膝蓋電機(jī)和左行走電機(jī)停止動作，啟動右膝蓋電機(jī)和右行走電機(jī)。

當(dāng)右大腿結(jié)構(gòu)24與右小腿結(jié)構(gòu)26之間相對旋轉(zhuǎn)（膝蓋彎曲）時，右行走電機(jī)驅(qū)動右行走輪37向前移動一段距離；當(dāng)右大腿結(jié)構(gòu)24與右小腿結(jié)構(gòu)26之間相對旋轉(zhuǎn)（膝蓋彎曲）至設(shè)定角度時，右膝蓋電機(jī)和右行走電機(jī)停止動作，在此期間左大腿結(jié)構(gòu)23與左小腿結(jié)構(gòu)25恢復(fù)直立的狀態(tài)。

在左、右膝蓋電機(jī)動作的同時，左、右行走電機(jī)配合動作，在大腿結(jié)構(gòu)與小腿結(jié)構(gòu)之間發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)（即膝蓋彎曲）的同時，左、右行走輪31、37也跟著移動，從而模擬人邁步行走的動作。當(dāng)然，本發(fā)明的動作與人行走的動作還是有不同之處，主要是邁步行走時，左、右行走輪31、37均不離開地面。即便如此，本發(fā)明的動作與以往相比，更為接近人的行走動作，仿人程度更高。

以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。