一種用于舞臺表演的輕質大型海龜機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機器人研究領域中的一種海龜機器人,特別是一種用于舞臺表演的輕質大型海龜機器人。
【背景技術】
[0002]黨的十八大指出指出,促進文化和科技融合,發展新型文化業態,高文化產業規模化、集約化、專業化水平。科技創新是文化發展的重要動力,文化與科技融化是增強文化產業核心競爭力的重要途徑。文化與科技的融合,推動著人類的文明與進步,科技是文化的重要內容,科技創新與文化傳播承載著人類文明發展的重大成果。
[0003]機器人話劇將科技與藝術進行完美融合,機器人戲劇是文化與科技高度融合的典范,是新的藝術表現形式。機器人技術涉及到計算機、自動控制、傳感和無線通訊、精密機械以及仿生材料等眾多學科領域,其研究水平能反映出一個國家信息與自動化技術的綜合實力。
[0004]機器人技術日新月異,各種新型仿人機器人,仿生機器人不斷的被研制出來,其中足式機器人不同于傳統輪式和履帶式機器人的運動特點,因其獨特的運動特性依然是機器人研究領域的熱點。從穩定性和控制難易程度及制造成本等方面綜合考慮,四足機是最佳的足式機器人形式,四足機器人的研究深具社會意義和實用價值。
[0005]最具有代表性的四足機器人是美國卡耐基美隆大學的Boston dynamics實驗室研制的Big Dog和Little Dog。最具有代表性的表演機器人是日本大阪大學石黑浩教授研制的類人機器人系列中最新女性仿真機器人Geminoid F。
[0006]目前在現有文獻中,尚未查閱到針對舞臺表演的海龜機器人。
[0007]專利申請方面,申請號為201510273138.3的專利提出了一種電驅動小型仿生四足機器人,這是小型哺乳類仿生四足機器人,專利中對爬行類仿生四足機器人的申請較少。申請號為201010569579.5的專利提出了一種蜥蜴式四足機器人,此專利是對仿蜥蜴的四足機器人。申請號為201520150663.1的專利提出了一種用于彈琴表演的機器人。
[0008]目前現有技術沒有針對舞臺表演的四足爬行機器人,更沒有用于舞臺表演的仿生海龜機器人。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于提供一種用于舞臺表演的輕質大型海龜機器人。
[0010]本發明解決其技術問題的解決方案是:一種用于舞臺表演的輕質大型海龜機器人,其包括主體軀干,所述主體軀干設有控制系統、四個實現行走和轉彎的腿部機構和一個實現脖子上下左右擺動的脖子機構,主體軀干的上端面設置有龜殼開合裝置,所述腿部機構、脖子機構和龜殼開合裝置的動作均由控制系統控制,所述龜殼開合裝置包括位于主體軀干上方的龜殼,所述龜殼包括多片殼片,所述殼片中位于龜殼邊緣的一端通過支撐機構鉸接,每片所述殼片均配置一個實現殼片開合的連桿機構,所述主體軀干上安裝有龜殼舵機,所述龜殼舵機的輸出端上直接或者間接安裝有絲桿,所述絲桿的外表面套有絲桿螺母,所述連桿機構的一端和絲桿螺母鉸接,連桿機構的另一端鉸接在殼片上。
[0011]作為上述技術方案的進一步改進,所述絲桿螺母上安裝有推桿座,所述連桿機構包括推桿、第一推桿鉸接座和第二推桿鉸接座,所述第一推桿鉸接座均勻分布在推桿座上,所述第二推桿鉸接座直接或者間接固定在殼片上;所述支撐機構包括兩根支撐桿,所述支撐桿的末端設置有支撐桿鉸接座,兩根所述支撐桿之間橫架有水平撐桿,所述水平撐桿的兩端分別鉸接在兩個支撐桿鉸接座上,位于水平支撐桿中靠近支撐桿鉸接座的位置設置有殼片連接座,所述第二推桿鉸接座通過連桿和水平撐桿的中部連接后構成偏置曲柄滑塊機構。
[0012]作為上述技術方案的進一步改進,所述絲桿中靠近龜殼的一端安裝有木盒,所述木盒內安裝有多個珍珠,所述殼片合攏形成龜殼時,所述珍珠位于龜殼內部;所述殼片的數量為3片,殼片打開時形成一朵綻放的簕杜鵑,所述龜殼下方設置有煙霧噴射器。
[0013]作為上述技術方案的進一步改進,所述腿部機構包括安裝在主體軀干上的上安裝架和下安裝架,所述上安裝架上安裝有實現腿部機構前邁的腿部第一舵機,所述腿部第一舵機的輸出端安裝有中安裝架,所述中安裝架上安裝有第二腿,所述第二腿上鉸接有第三腿,第二腿的兩側分別安裝有腿部第二舵機和腿部第三舵機,所述腿部第二舵機通過帶輪和傳送帶與第三腿連接后驅使第三腿俯仰運動,所述腿部第三舵機的輸出端與第二腿連接后驅使第二腿將第三腿抬起。
[0014]作為上述技術方案的進一步改進,所述第二腿和第三腿均為中空的鋁板,第二腿和第三腿通過鋁柱連接。
[0015]作為上述技術方案的進一步改進,所述脖子機構包括安裝在主體軀干上的兩個支撐座、橫架在支撐座之間的彈簧固定座以及攝像頭安裝座,每個所述支撐座上安裝兩個N20直流電機以及與N20直流電機匹配的減速裝置,所述減速裝置通過齒輪與彈簧固定座連接,所述彈簧固定座和攝像頭安裝座之間設置有多道彈簧,所述攝像頭安裝座上安裝有攝像頭。
[0016]作為上述技術方案的進一步改進,所述彈簧固定座和攝像頭安裝座之間設置有多個彈簧輔助板,彈簧的一端固定在彈簧固定座,彈簧的另一端依次穿過彈簧輔助板后固定在攝像頭安裝座上,每根所述彈簧內部均設置有鋼絲,所述鋼絲一端固定在彈簧固定座,鋼絲的另一端依次穿過彈簧輔助板后固定在攝像頭安裝座上。
[0017]作為上述技術方案的進一步改進,所述電機安裝座和支撐座、彈簧固定座、攝像頭安裝座均為3D打印塑料件。
[0018]作為上述技術方案的進一步改進,所述控制系統包括主芯片、電源模塊、wifi模塊、語音模塊、舵機控制端口、直流電機控制口、USART、電源輸出模塊、傳感器模塊,直流電機驅動器、程序下載模塊。
[0019]作為上述技術方案的進一步改進,所述控制系統還包括語音交流功能、避障功能和視覺監測功能。
[0020]本發明的有益效果是:本發明通過將表演機器人和四足機器人結合起來,形象生動,運動靈活。以往表演機器人大部分為人形機器人,其不能像人那樣行走,而本發明海龜機器人能實現爬行步態和轉彎步態,脖子機構可以靈活地上下左右擺動,并且增加了龜殼開合裝置,龜殼能夠自由展開成3瓣花狀,龜殼展開后可以看見內部的盛放的珍珠,然后煙霧噴射器可以噴霧增加舞臺效果。還有海龜機器人還具備語音交流功能、避障功能和視覺監測功能,能和觀眾進行交流互動,同時通過脖子上的攝像頭監測舞臺環境。控制系統采用上位機與嵌入式控制相結合的方式,使人的操作意圖能夠快速、有效地在機器人上得到響應;本發明采用wifi控制,使得操作員能夠對機器人進行實時、有效控制。本發明尺寸820mmX 590 mmX 380 mm,質量小于4 kg,此為輕質大型海龜機器人。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單說明。顯然,所描述的附圖只是本發明的一部分實施例,而不是全部實施例,本領域的技術人員在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他設計方案和附圖。
[0022]圖1是本發明的海龜機器人的主體示意圖;
圖2是本發明的海龜機器人的主體軀干的示意圖;
圖3是本發明的海龜機器人的腿部機構的示意圖;
圖4是本發明的海龜機器人的脖子機構的示意圖;
圖5是本發明的海龜機器人的龜殼開合裝置的示意圖;
圖6是本發明的海龜機器人的龜殼開合裝置中連桿機構的示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下將結合實施例和附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果進行清楚、完整地描述,以充分地理解本發明的目的、特征和效果。顯然,所描述的實施例只是本發明的一部分實施例,而不是全部實施例,基于本發明的實施例,本領域的技術人員在不付出創造性勞動的前提下所獲得的其他實施例,均屬于本發明保護的范圍。另外,文中所提到的所有聯接/連接關系,并非單指構件直接相接,而是指可根據具體實施情況,通過添加或減少聯接輔件,來組成更優的聯接結構。
[0024]參照圖1所示,本發明包括機械系統和控制系統,機械系統包括主體軀干50、腿部機構10、脖子機構20,龜殼開合裝置40,控制系統60包括上位機、下位機和通訊系統。
[0025]參照圖2所示,所述主體軀干50主要包括上支架51、下支架52、脖子支撐架57,第一肋板架53、第二肋板架54、第三肋板架56、鋁柱55。主體軀干50采用碳纖維材料,可以減少重量,上支架51和下支架52之間橫架肋板架和鋁柱55可以提高軀干的強度,提高其的負載能力。
[0026]參照圖3,可知本發明所述腿部機構10主要包括安裝在主體軀干50上的上安裝架16和下安裝架13,所述上安裝架16上安裝有實現腿部機構10前邁的腿部第一舵機I,腿部第一舵機I通過腿部第舵盤和中安裝架15連接,實現腿部往前邁的運動,所述腿部第一舵機I的輸出端安裝有中安裝架15,所述中安裝架15上安裝有第二腿5,所述第二腿5上鉸接有第三腿12,第二腿5的兩側分別安裝有腿部第二舵機2和腿部第三舵機14,腿部第二舵機2和腿部第三舵機14固定在下安裝架13上,中安裝架15和下安裝架13通過螺絲固定,下安裝架13通過支撐軸7和下支架52固定,所述腿部第二舵機2通過帶輪和傳送帶與第三腿12連接后驅使第三腿12俯仰運動。具體的工作如下:腿部第二舵機2通過腿部第二舵盤3、連舵盤軸4帶動帶輪6,帶輪6通過同步帶8帶動另一個帶輪6,第三腿12固定在帶輪6上,從而實現第三腿12的俯仰運動。所述腿部第三舵機14的輸出端通過腿部第三舵盤直接與第二腿5連接后驅使第二腿5將第三腿12抬起。所述第二腿5和第三腿12均為中空的鋁板,第二腿5和第三腿12通過鋁柱連接。連腳墊座9固定在第三腿12下端,增加硅膠防滑腳墊11,增大了摩擦力和接觸面積,有利于機器人