機器人的製作方法

2023-06-01 18:27:06

本實用新型涉及機器人領域，具體而言，涉及一種機器人。

背景技術：

目前，機器人技術處於大爆發的時代，側重於工業的機器人和服務性的機器人越來越為人們所採納，其發展以替代人工勞力或者服務人類為目標。雖然具有交互性功能的機器人雖然已經面世，但是其中的大部分與真正意義上的人工智慧還相距甚遠，而且其功能單一、運動遲緩、穩定性不高、仿真效果差，難以體現出生命的屬性，不能給用戶很好的交互體驗。

我國在仿人機器人方面起步較晚，取得的成就並不多，成功的仿真雙足機器人產品幾乎沒有。縱觀國內外，真正具有仿真效果的機器人也是寥寥可數，且大多動作僵硬，仿真度不高，不符合仿真需求。

針對現有技術中機器人的仿真度較低的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現要素：

本實用新型實施例提供了一種機器人，以至少解決現有技術中機器人的仿真度較低的技術問題。

根據本實用新型實施例的一個方面，提供了一種機器人，包括：機械本體；外觀支架，設置於機械本體上；仿真外觀，仿真外觀覆蓋於外觀支架之上，用於構成機器人的皮膚。

進一步地，仿真外觀由矽膠構成。

進一步地，機器人還包括：仿真肌肉，設置於外觀支架與仿真外觀之間，用於構成機器人的肌肉結構。

進一步地，仿真肌肉由海綿構成。

進一步地，機器人還包括：圖像採集裝置，設置於機器人的第一預設部位，用於採集機器人周圍的圖像信息；麥克風，設置於機器人的第二預設部位，用於採集機器人周圍的聲音信息；壓力傳感器，設置於機器人的第三預設部位，用於採集機器人接收到的觸摸信息；超聲波傳感器，設置於機器人的第四預設部位，用於檢測機器人在預設方位的障礙信息；控制器，分別與圖像採集裝置、所述麥克風、壓力傳感器和超聲波傳感器連接，用於獲取並處理圖像採集裝置、麥克風、壓力傳感器和超聲波傳感器採集的信息。

進一步地，機器人還包括：頭顱、上肢及軀體、下肢和雙足和與控制器連接的多個舵機；多個舵機包括：頭顱舵機、上肢及軀體舵機、下肢舵機和雙足舵機。

進一步地，頭顱舵機包括：第一舵機，設置於頭顱的眼球部位，用於控制眼球的運動；第二舵機，設置於頭顱的眼皮部位，用於控制眼皮的運動；第三舵機，設置於頭顱的眉毛部位，用於控制眉毛的運動；第四舵機，設置於頭顱的雙頰部位，用於控制雙頰的運動；第五舵機，設置於頭顱的嘴唇部位，用於控制嘴唇的運動。

進一步地，上肢及軀體舵機包括：第六舵機，設置於上肢的手臂部位，用於控制手臂的運動；第七舵機，設置於軀體的腰部，用於控制腰部的運動；第八舵機，設置於軀體的頸部，用於控制頸部的運動。

進一步地，下肢舵機包括：第九舵機，設置於下肢的腿部，用於控制腿部的運動。

進一步地，機器人還包括：電源開關，與控制器電連接，用於控制機器人啟停；復位開關，與控制器電連接，用於控制機器人復位。

在本實用新型實施例中，機器人主要由機械本體、外觀支架和仿真外觀構成機器人的仿真外觀，由多個舵機和控制器實現機器人的多種功能。上述方案通過在機器人的外觀支架外覆蓋與仿真對象相似的仿真外觀，從而使機器人能夠於仿真對象更加相似，進而提高機器人的仿真程度，同時還能夠提高用戶與機器人進行交互的興趣。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1是根據本實用新型實施例的一種機器人的組織結構示意圖；以及

圖2是根據本實用新型實施例的一種可選的機器人控制結構示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分的實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本實用新型保護的範圍。

需要說明的是，本實用新型的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本實用新型的實施例能夠以除了在這裡圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列單元的系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些產品或設備固有的其它單元。

實施例1

根據本實用新型實施例，提供了一種機器人的實施例，圖1是根據本實用新型實施例的一種機器人的組織結構示意圖，如圖1所示，該機器人包括：機械本體10；外觀支架20，設置於機械本體上，用於構成機器人的外觀；仿真外觀(圖中未示出)，仿真外觀覆蓋於外觀支架之上，用於構成機器人的皮膚。

具體的，上述機械本體與機器人具體的仿真對象相似，機器人的仿真對象可以根據需求來設計，主要用於做家教輔導的機器人可以採用教師形象作為仿真對象，用於做兒童玩伴的機器人可以採用兒童形象作為方針對象。

圖2是根據本實用新型實施例的一種可選的機器人控制結構示意圖，在一種可選的實施例中，機器人為2歲兒童的仿真機器人，則該機器人的機械本體與2歲兒童的身高、體型均相似。上述外觀支架用於塑造機器人外觀特徵，固定於機械本體上，可以採用價錢實惠、質量可靠的3D列印技術生產製造，列印材料可使用光敏樹脂材料，該材料性能優越，類似於傳統的工程塑料(包括ABS和PBT等)。上述仿真外觀可如圖2中兒童的皮膚所示，可以與機器人的仿真對象相對應，具有相似的皮膚顏色、質感等。

此處需要說明的是，在仿真外觀外還可以覆蓋有衣物，可以將與仿真對象相符的衣服附著與機器人的仿真外觀外，從而使仿真機器人更加形象。

由上可知，本申請上述實施例中，機器人主要由機械本體、外觀支架和仿真外觀構成機器人的仿真外觀，由多個舵機和控制器實現機器人的多種功能。上述方案通過在機器人的外觀支架外覆蓋與仿真對象相似的仿真外觀，從而使機器人能夠於仿真對象更加相似，進而提高機器人的仿真程度，同時還能夠提高用戶與機器人進行交互的興趣。

可選的，根據本申請上述實施例，仿真外觀由矽膠構成。由矽膠構成的仿真外觀使機器人的皮膚具有柔韌性和延展性，與真實的皮膚更加相似，同時由於矽膠的柔然性和延展性，進而使得機器人的面部能夠實現多種表情，提供給用戶更好的交互體驗。

可選的，根據本申請上述實施例，機器人還包括：仿真肌肉，設置於外觀支架與仿真外觀之間，用於構成機器人的肌肉結構。上述仿真肌肉不僅可以使機器人更接近其仿真對象，還可以在機器人跌倒或碰撞時的緩衝作用。可選的，上述仿真肌肉可以由海綿構成，具體的，上述海綿可以是高密度海綿，高密度海綿的具體密度可以根據仿真機器人的各部位肌肉的軟硬程度進行對應的選擇。上述仿真肉還可以由棉質層構成。

可選的，根據本申請上述實施例，機器人還包括：圖像採集裝置，設置於機器人的第一預設部位，用於採集機器人周圍的圖像信息；麥克風，設置於機器人的第二預設部位，用於採集機器人周圍的聲音信息；壓力傳感器，設置於機器人的第三預設部位，用於採集機器人接收到的觸摸信息；超聲波傳感器，設置於機器人的第四預設部位，用於檢測機器人在預設方位的障礙信息；控制器，分別與圖像採集裝置、麥克風、壓力傳感器和超聲波傳感器連接，用於獲取並處理圖像採集裝置、麥克風、壓力傳感器和超聲波傳感器採集的信息。

具體的，上述圖像採集裝置可以為針孔攝像頭，第一預設部位可以為機器人的眼睛部位，使用針孔攝像頭作為機器人的眼球至於眼睛部位，並可用其他裝飾物配合遮掩以達到仿真效果，通過該攝像頭，機器人可識別交互者的面部表情和手勢動作等交互指令。為了使機器人更全面的此案件周圍的圖像，除了機器人的眼睛部位之外，還可以在其他部位防止攝像頭，例如放置於機器人的頭部並採用頭髮進行隱藏，再例如，放置於機器人的胸口並採用衣服進行隱藏。

具體的，上述麥克風用於通過採集周圍的聲音信息來實現機器人的聽覺功能，同樣的，第二預設部位可以是機器人的耳朵部位，也可以是其他部位，在一種可選的實施例中，可以在機器人的雙耳和胸口安裝5個麥克風，通過這5個麥克風，不僅可以準確識別外界的語音指令，而且還可以追蹤聲音源，達到聽聲變位的效果，使機器人趨於真實人的聽覺功能，可以識別聲音產生的方向。例如，機器人可以通過其中4個麥克風接收相同頻率聲音的時間差，再依據4個麥克風的相對關係，計算出聲音發出的方位。

具體的，上述壓力傳感器可以為壓力薄膜傳感器，用於實現機器人的觸覺功能，可以安裝於頭頂及雙肩處，也可安裝與手部仿真皮膚內。可以通過控制器來實現由觸摸信號生成的指令，或簡單的對觸摸信號做出的反應。以機器人的仿真對象為2歲的兒童為例，在用戶撫摸機器人的頭部時，置於機器人頭部的壓力傳感器感知到用戶的觸摸信息，將觸摸信息傳輸至控制器，控制器根據觸摸信息控制機器人發出笑聲，做出躲閃的動作與用於進行互動。觸摸信息可以包括：觸摸位置和觸摸力度。通過感知觸摸位置和觸摸力度，能夠更精確的與用戶進行交互。

具體的，上述超聲波傳感器用於實現機器人的蔽障功能，在一種可選的實施例中，機器人本體共採用3個超聲波傳感器，分別安裝於雙足及胸腔，雙足上的傳感器水平斜向上安裝、胸腔上的傳感器水平安裝，3個傳感器協調工作，以擴大障礙物檢測範圍和精度。

可選的，根據本申請上述實施例，機器人還包括：頭顱、上肢及軀體、下肢及雙足和與控制器連接的多個舵機；多個舵機包括：頭顱舵機、上肢及軀體舵機、下肢舵機和雙足舵機。

上述實施例中的機器人從裡到外包括機械本體、外觀支架和仿真外觀3層；從上而下則可以分別有仿真頭顱、上肢及軀體、下肢和雙足5部分。

可選的，頭顱舵機包括：第一舵機，設置於頭顱的眼球部位，用於控制眼球的運動；第二舵機，設置於頭顱的眼皮部位，用於控制眼皮的運動；第三舵機，設置於頭顱的眉毛部位，用於控制眉毛的運動；第四舵機，設置於頭顱的雙頰部位，用於控制雙頰的運動；第五舵機，設置於頭顱的嘴唇部位，用於控制嘴唇的運動。

在一種可選的實施例中，結合圖2所示，機器人可以包括十個頭顱舵機1，雙眼球同步圓周運動由兩個第一舵機控制，雙眼皮獨立異步眨動由兩個第二舵機控制，雙眉異步跳動由兩個第三舵機控制，雙頰異步拉動由兩個第四舵機控制，嘴唇兩自由度開合由兩個第五舵機控制。其中，兩個第二舵機可以組成連杆形式，使雙眼球可在圓周平面內以正前向為中心任意位置運動。

由此，上述機器人能夠實現雙眼球同步圓周運動、雙眼皮獨立異步眨動、雙眉異步跳動、雙頰異步拉動、嘴唇開合等共十個驅動完成的仿真面部表情，該面部表情部分除了在完成喜、怒、哀、樂四個基本表情之外，還可配合機器人說話的語氣形成更多複雜的表情，以達到更好的交互體驗。

可選的，上肢及軀體舵機包括：第六舵機，設置於上肢的手臂部位，用於控制手臂的運動；第七舵機，設置於軀體的腰部，用於控制腰部的運動，可以為如圖1所示的腰部舵機7；第八舵機，設置於軀體的頸部，用於控制頸部的運動，可以為如圖1所示的頸部舵機2。在一種可選的實施例中，仍結合圖2所示，上述機器人的每個手臂具有四個自由度，由四個第六舵機3控制。此外，機器人的上肢及軀體還可以包括手掌4和胸腔8。

可選的，下肢舵機包括：第九舵機，設置於下肢的腿部，用於控制腿部的運動。在一種可選的實施例中，機器人的每個腿部具有六個自由度，由六個第九舵機進行控制，可以如圖2中的下肢舵機5。

可選的，根據本申請上述實施例，上述機器人還包括：無線通信接口，包括無線保證通信接口和藍牙通信接口，其中，無線保證通信接口用於與雲平臺進行通信，藍牙通信接口用於與遙控器通信。可選的，遙控器的控制優先級高於雲平臺的控制優先級。

在一種可選的實施例中，雲平臺、遙控器和機器人本體的控制系統均具有命令決策權，機器人可通過該3種控制系統進行控制，且具有相應的優先級順序。雲平臺、遙控器和機器人本體控制從優先級方面而言，遙控器為中程操控，具有高優先級；雲平臺為遠程集中控制，優先級次之；本體操控系統在復位和應急情況下使用，其具有最高優先級。

可選的，根據本申請上述實施例，機器人還包括：電源開關，與控制器電連接，用於控制機器人啟停；復位開關，與控制器電連接，用於控制機器人復位。

在一種可選的實施例中，如圖2所示，以機器人的仿真對象為2歲的兒童為例，該機器人的頭顱包括仿真頭髮、仿真面部五官、仿真骨骼支架及各運動關節驅動系統；機器人上肢，由上肢舵機3驅動，軀體包括胸腔8、電源供能模塊、主控模塊、腰部舵機7以及仿真手掌4；機器人下肢系統中，每肢共六個自由度，均由下肢舵機5驅動，分別有髖關節三個正交自由度、膝關節一個自由度、踝關節兩個自由度；機器人雙足均穿戴有真實的鞋子，其每隻鞋底分布有四個壓力傳感器6，並採用機械力傳動系統將所有足底壓力傳動到該四個傳感器上。預設於控制器內的線控制方法依據位於足底的壓力傳感器反饋的數據，將雙足機器人近似為小車-桌子模型，建立ZMP-CoM動態方程，根據參考ZMP(零力矩點)軌跡和實際ZMP軌跡之間偏差，調整CoM的運動軌跡，再利用逆向運動學求解各個關節的位置。

上述實施例中，如圖2所示，機器人通過視覺、聽覺、觸覺及障礙識別系統，使其擁有類似於2歲人類小孩生命的屬性：一般而言，人類小朋友可以把上述機器人當作很好的玩伴，機器人可以聯網查閱資料，可以作為小朋友的知識庫，成為小朋友中的偶像；成年人類可以把機器人當作自己的孩子，激發人類呵護下一代的意識；人類也可以把他當作家中的寵物，可以一起嬉戲玩耍、聊天解悶等。該屬性主要在於使機器人具有人類的性格，換一個詞，即機器人品格。其不僅在品格上與人相似，機器人在尺寸、著裝及愛好等方面均與該年齡段小孩類似，且其像人類一樣區分性別，男女不同性別的機器人分別具有不同的品格。

上述實施例中的本機器人由於高度模仿真實2歲兒童設計，並頭部及手部採用高仿真表皮，其他部位覆蓋有真實衣物，各肌肉，設置於所述外觀支架與所述仿真外觀之間，用於構成所述機器人的肌肉結構。部位運行流暢自然、無幹涉，其具有高度的外觀與動作的仿真、高靈活性、高穩定性與高靈巧性，因此其獨有生命的屬性能夠帶來特有的交互體驗。

上述本實用新型實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。

在本實用新型的上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。