本實用新型涉及一種娛樂用設(shè)備，尤其是涉及一種模仿帝機器人。

背景技術(shù)：

機器人是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程的產(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，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。發(fā)展機器人技術(shù)可以解放大量地勞動力，節(jié)省了人力及物力，對國民發(fā)展起到不 可估量的因素。

目前，仿人體行動的機器人應(yīng)用領(lǐng)域涉及很多方面，例如機器人會執(zhí)行任務(wù)，如開車、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，這些仿人體行動的機器人將應(yīng)用于戰(zhàn)場：美國國會曾通過法案規(guī)定：到2015年前，1/3的地面戰(zhàn)斗將使用機器人士兵。為此投入美國歷史上最大的單筆軍備研究費1270億美元，以完成未來戰(zhàn)場上士兵必須完成的一切戰(zhàn)斗任務(wù)，包括進攻、防護、尋找目標(biāo)。據(jù)悉，美軍未來一個旅級作戰(zhàn)單元，將至少包括151個機器人戰(zhàn)士。

這意味著仿人體行動的機器人有著巨大的發(fā)展前景，但是我國這類機器人的相關(guān)活動數(shù)據(jù)較少，發(fā)展較為緩慢，然而近年來，不少娛樂活動都有模仿秀這類節(jié)目，通過給予嘉賓一個動作命令的指示，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)目正是活動數(shù)據(jù)采集非常好的來源，通過機器人來模仿人類活動，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。

然而我國在這方面的技術(shù)仍然處于相對空白，而國外的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領(lǐng)域，因此錯過了采集大量良好活動數(shù)據(jù)的機會，故需要新技術(shù)來改變這一局面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

一種模仿帝機器人，包括機器人、感應(yīng)器、攝像頭和電腦，其特征在于，所述的機器人由頭部、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個穿戴式感應(yīng)器，所述的攝像頭與電腦連接。

所述的機器人的頭部設(shè)置有高清攝像傳感裝置、無線電收發(fā)端口以及中央處理器，其頭部底端設(shè)置有一個具有前后擺動、左右擺動和水平旋轉(zhuǎn)3個自由度的頸部關(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)由伺服電機驅(qū)動，可進行前后擺動、左右擺動和水平旋轉(zhuǎn)3個自由度的活動，上述任意一個腰關(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)置在軀干上部兩側(cè)，設(shè)置有肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)以及腕關(guān)節(jié)3個由伺服電機驅(qū)動的關(guān)節(jié)，每一個關(guān)節(jié)都具有左右擺動、前后擺動以及水平旋轉(zhuǎn)3個自由度，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個由伺服電機驅(qū)動的關(guān)節(jié)，每一個關(guān)節(jié)都具有左右擺動、前后擺動以及水平旋轉(zhuǎn)3個自由度，上述任意一個關(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)置有可進行垂直擺動、左右擺動以及左右旋轉(zhuǎn)的機械關(guān)節(jié)，所述的機械關(guān)節(jié)往軀干兩側(cè)各延伸出兩根腳架支撐在底面上，所述的腳架可進行長度調(diào)整，通過彈簧卡筍定位，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的圖像數(shù)據(jù)。

所述的電腦通過藍牙方式與感應(yīng)器連接，通過無線電方式與機器人連接，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)進行比對，將比對結(jié)果轉(zhuǎn)化為各個關(guān)節(jié)擺動、旋轉(zhuǎn)角度的命令信號，并將該命令信號通過無線電方式發(fā)送至機器人的中央處理器，中央處理器將該命令信號進行識別，并轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的每一個關(guān)節(jié)伺服電機活動的指令，由伺服電機完成指令的執(zhí)行。

本實用新型具有如下優(yōu)勢：

1、結(jié)構(gòu)相對簡單，制造成本不高，便于推廣；

2、對使用者肢體活動的識別精度增加，便于更好地模仿使用者的活動方式；

3、趣味性強，可以最大限度模仿使用者的動作，有比較好的視覺效果；

4、能將活動數(shù)據(jù)參數(shù)化，便于對這些數(shù)據(jù)進行采集和后續(xù)研究。

附圖說明

圖1為本實用新型的機器人結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實用新型伺服電機驅(qū)動的關(guān)節(jié)活動示意圖。

圖3為本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施例對本實用新型的實施方式進行說明。

請參照附圖1所示，一種模仿帝機器人，包括機器人、感應(yīng)器、攝像頭和電腦，其特征在于，所述的機器人由頭部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個穿戴式感應(yīng)器，所述的攝像頭與電腦連接。

所述的機器人的頭部1設(shè)置有高清攝像傳感裝置101、無線電收發(fā)端口以及中央處理器，其頭部1底端設(shè)置有一個具有前后擺動、左右擺動和水平旋轉(zhuǎn)3個自由度的頸部關(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由伺服電機驅(qū)動，可進行前后擺動、左右擺動和水平旋轉(zhuǎn)3個自由度的活動，上述任意一個腰關(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)正常運作的時候，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設(shè)備，那么這些采集到的視頻信息將只會被傳輸?shù)诫娔X處，而頭部1的活動，則會根據(jù)使用者的頭部活動情況進行動作。

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上部兩側(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個由伺服電機驅(qū)動的關(guān)節(jié)，每一個關(guān)節(jié)都具有左右擺動、前后擺動以及水平旋轉(zhuǎn)3個自由度，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個由伺服電機驅(qū)動的關(guān)節(jié)，每一個關(guān)節(jié)都具有左右擺動、前后擺動以及水平旋轉(zhuǎn)3個自由度，上述任意一個關(guān)節(jié)都與中央處理器連接。

這樣設(shè)計，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情況，如抬起大腿、屈膝、曲踝、抬手等動作，活動性比較高，并且采用了伺服電機驅(qū)動，能夠最精確地令關(guān)節(jié)活動在每一度都與被模仿者同步。

請結(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)置有可進行垂直擺動、左右擺動以及左右旋轉(zhuǎn)的機械關(guān)節(jié)401，此關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)與萬向節(jié)一致，不同之處在于在其中一個關(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可進行長度調(diào)整，通過彈簧卡筍定位，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°。

因為要模仿人的肢體動作，那么機體最大部分機能用在了活動關(guān)節(jié)上，實際上在保持平衡這方面就會十分困難，如果在設(shè)計時考慮到機器人站立的平衡問題，那么需要加大機器人本身配件數(shù)量以及程序設(shè)計的工作量，無疑增加了該機器人的設(shè)計制造成本。

從設(shè)計角度來說，本實用新型的目的在于采集人體肢體活動的數(shù)據(jù)，而不是在于完全仿真的程度，并且如果要達到模仿效果，某些高難度動作一般機器人甚至高級機器人都無法正確模仿，故此處采用了支架4作為輔助站立手段，且支架4因為在腰部延伸出去，又不在腰部關(guān)節(jié)處有阻擋，使得活動上不會有阻礙。并且，該支架4由于可以進行微調(diào)，所以在機器人進行低姿態(tài)姿勢，如下蹲的時候，支架可以順著往下沉，使得機器人不會被架空而是依舊不離地，模仿效果更佳真實。

所述的感應(yīng)器為可穿戴式的頭環(huán)、腕環(huán)以及踝環(huán)，穿戴用的帶子長度可調(diào)，上述的任意一項都在中部都設(shè)置有位置傳感器、藍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，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，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，通過探測與頭環(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，微處理器將計算好的坐標(biāo)信息通過藍牙模塊傳送出去。

電腦采集人體活動數(shù)據(jù)，以坐標(biāo)數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)來反饋給機器人的各個伺服電機，令其作出對應(yīng)的動作，此處舉例說明感應(yīng)器工作原理：

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

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

由于視覺采集組件可以直接應(yīng)用Kinect作為捕捉被模仿者肢體動作的方式，成本較低，且獲得方式方便，能夠在任何情況下在不經(jīng)過調(diào)試之后，依然能夠馬上應(yīng)用到該實用新型上，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)對比的一個重要依據(jù)。

請參照附圖3所示，所述的電腦通過藍牙方式與感應(yīng)器連接，通過無線電方式與機器人連接，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)進行比對，將比對結(jié)果轉(zhuǎn)化為各個關(guān)節(jié)擺動、旋轉(zhuǎn)角度的命令信號，并將該命令信號通過無線電方式發(fā)送至機器人的中央處理器，中央處理器將該命令信號進行識別，并轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的每一個關(guān)節(jié)伺服電機活動的指令，由伺服電機完成指令的執(zhí)行。

因為，在實際工作時，純依照感應(yīng)器的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，會因為一些不可預(yù)料的突發(fā)狀況導(dǎo)致實際數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確，例如佩戴方式不合理，會造成參考系可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)混亂的情況，所以，通過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)進行比照，可以使得誤差消除到最小的情況，令模仿的效果達到比較好的水平。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本實用新型所作的進一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實用新型的保護范圍。