本實(shí)用新型屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通過性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)靈活、應(yīng)用范圍廣的高通過性變形人形機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著科技的日趨進(jìn)步，越來越多的高科技產(chǎn)品進(jìn)入人們的生活取代人們的體力勞動(dòng)。為了順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展與跟上時(shí)代的創(chuàng)新步伐，也越來越重視創(chuàng)新發(fā)展，創(chuàng)新發(fā)展既是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力上升的標(biāo)志，更是解放人類勞動(dòng)的重要內(nèi)容。其中機(jī)器人技術(shù)更能彰顯科技水平的強(qiáng)勁。

現(xiàn)今機(jī)器人技術(shù)逐漸走向成熟，但是都只是有了人的形狀卻沒有人的靈活特質(zhì)，最大的特點(diǎn)：機(jī)器人，它除了是一個(gè)像人一樣的機(jī)器外，最大的特點(diǎn)是機(jī)器，即除了人形態(tài)，它還應(yīng)該具有能擁有人所不能達(dá)到的形態(tài)結(jié)構(gòu)，列如能變形。通過自身結(jié)構(gòu)改變成為另外一種形態(tài)結(jié)構(gòu)從而繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

但是，現(xiàn)存的人形機(jī)器人只是簡(jiǎn)單的仿人行走與各方面性能屬性，而由于機(jī)器人自身行走機(jī)構(gòu)的限制，在面對(duì)復(fù)雜環(huán)境或是上下斜坡時(shí)，因重心控制較為困難，一般較為簡(jiǎn)單的機(jī)器人沒有逾越較大障礙物的功能，而具有逾越較大障礙物的功能的人形機(jī)器人又較為復(fù)雜；另外，對(duì)于平路、緩坡等路面情況較好路面，行走速度較慢。當(dāng)然，也有采用四肢乃至多肢行走的爬行機(jī)器人，雖然其重心控制較為簡(jiǎn)單、逾越障礙物能力較強(qiáng)，但其不僅難以完成人形機(jī)器人特有功能，而且在平坦路面時(shí)也存在速度慢，行動(dòng)效率低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通過性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)靈活、應(yīng)用范圍廣的高通過性變形人形機(jī)器人。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括頭部、軀干、手臂、行走機(jī)構(gòu)，其特征在于

所述頭部設(shè)置有雙目視覺攝像頭，所述頭部通過頸部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與軀干連接；

所述軀干內(nèi)設(shè)置有控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)，所述軀干的背部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪；

所述手臂通過肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別與軀干兩側(cè)的肩部對(duì)稱連接，所述手臂的大臂與小臂通過肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述手臂的小臂與手爪通過腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述手臂的小臂前部設(shè)置有前支撐輪；

所述行走機(jī)構(gòu)分別通過髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與軀干下部連接，所述行走機(jī)構(gòu)的大腿與小腿通過膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述行走機(jī)構(gòu)的小腿與腳掌通過踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述行走機(jī)構(gòu)的小腿后部設(shè)置有后支撐輪；

所述雙目視覺攝像頭、頸部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)輪、肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別通過控制系統(tǒng)與電源系統(tǒng)電連接。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

1）、通過采用雙目視覺攝像頭與軀干內(nèi)置的控制系統(tǒng)配合，能夠?qū)崿F(xiàn)雙目立體視覺，從而提高了本實(shí)用新型在變形前運(yùn)動(dòng)時(shí)規(guī)避障礙物的能力，能夠方便上下臺(tái)階及通過不平坦或較窄的路面，移動(dòng)盲區(qū)小，使得其通過能力較強(qiáng)；

2）、通過雙目立體視覺與控制系統(tǒng)的控制，使本實(shí)用新型能感知前方是什么環(huán)境，經(jīng)軀干設(shè)置的動(dòng)力輪和在小臂、小腿設(shè)置的支撐輪，以及手臂和行走機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在軀干內(nèi)置控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)下，能夠根據(jù)需要從人形變形為小車，使本實(shí)用新型在增加運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的同時(shí)還能更好的提高移動(dòng)速度；

3）、通過控制本實(shí)用新型肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，能夠便捷的控制變形后小車的運(yùn)動(dòng)方向，轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠；

因此，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通過性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)靈活、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為人形機(jī)器人雙足步態(tài)交替流程圖；

圖2為本實(shí)用新型變形控制流程圖；

圖3為本實(shí)用新型站立狀態(tài)正視圖；

圖4為圖3之左視圖；

圖5為圖3之右側(cè)手臂正視圖；

圖6為圖5之右視圖；

圖7為圖3之右側(cè)行走機(jī)構(gòu)正視圖；

圖8為圖7之左視圖；

圖中：1-頭部，11-雙目視覺攝像頭，2-軀干，21-驅(qū)動(dòng)輪，31-肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，32-肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，33-腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，34-前支撐輪，35-大臂，36-小臂，37-手爪，41-髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，42-膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，43-踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，44-后支撐輪，45-大腿，46-小腿，47-腳掌，5-頸部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明，但不以任何方式對(duì)本實(shí)用新型加以限制，基于本實(shí)用新型教導(dǎo)所作的任何變更或改進(jìn)，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本實(shí)用新型包括頭部1、軀干2、手臂3、行走機(jī)構(gòu)4，其特征在于

所述頭部1設(shè)置有雙目視覺攝像頭11，所述頭部1通過頸部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5與軀干2連接；

所述軀干2內(nèi)設(shè)置有控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)，所述軀干2的背部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪21；

所述手臂3通過肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31分別與軀干2兩側(cè)的肩部對(duì)稱連接，所述手臂3的大臂與小臂通過肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)32連接，所述手臂3的小臂與手爪通過腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)33連接，所述手臂3的小臂前部設(shè)置有前支撐輪34；

所述行走機(jī)構(gòu)4分別通過髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41與軀干2下部連接，所述行走機(jī)構(gòu)4的大腿與小腿通過膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42連接，所述行走機(jī)構(gòu)4的小腿與腳掌通過踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)43連接，所述行走機(jī)構(gòu)4的小腿后部設(shè)置有后支撐輪44；

所述雙目視覺攝像頭11、頸部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5、驅(qū)動(dòng)輪21、肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31、肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)32、腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)33、髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42、踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)43分別通過控制系統(tǒng)與電源系統(tǒng)電連接。

所述控制系統(tǒng)通過內(nèi)置的雙目立體視覺控制模塊判斷雙目視覺攝像頭11傳送的運(yùn)動(dòng)方向圖像是平地、坡地或有障礙物，然后將判斷結(jié)構(gòu)傳送給控制系統(tǒng)內(nèi)置的變形驅(qū)動(dòng)模塊以驅(qū)動(dòng)肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31、肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)32、腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)33、髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42和踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)43變形以適應(yīng)路面或維持現(xiàn)狀。

所述頸部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、仰俯驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)頭部1沿頸部左右轉(zhuǎn)頭，所述仰俯驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)頭部1上下點(diǎn)頭。

所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)頭部1沿頸部轉(zhuǎn)頭最大180～360°，所述仰俯驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)頭部沿水平方向上下點(diǎn)頭最大±45～±80°。

所述手臂3的小臂相對(duì)軀干2錯(cuò)位設(shè)置于大臂外側(cè)。

所述肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31驅(qū)動(dòng)手臂3繞肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)最大270～360°，所述肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)32驅(qū)動(dòng)小臂及手爪繞肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)32順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)最大270～360°，所述腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)33驅(qū)動(dòng)手爪旋轉(zhuǎn)最大360°。

所述髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)4繞髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41以軀干2為中線分別先前和向后旋轉(zhuǎn)最大40～60°，所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42驅(qū)動(dòng)小腿及腳掌繞膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42分別先前和向后旋轉(zhuǎn)最大130～160°，所述踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)43驅(qū)動(dòng)腳掌繞踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)43分別先前和向后旋轉(zhuǎn)最大60～90°。

本實(shí)用新型工作原理和工作過程：

本實(shí)用新型通過其頭部的雙目視覺攝像頭，頭部經(jīng)轉(zhuǎn)頭與點(diǎn)頭，可全方位視察攝取前進(jìn)或后退方向上的場(chǎng)景，經(jīng)控制系統(tǒng)的控制，使本實(shí)用新型能感知前方環(huán)境狀態(tài)，經(jīng)控制系統(tǒng)控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)與對(duì)重心的把握，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境時(shí)或平緩路面時(shí)能變形為小車狀態(tài)移動(dòng)，利用設(shè)置于軀干的驅(qū)動(dòng)輪提供前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力，將手臂與行走機(jī)構(gòu)上的支撐輪作為支撐點(diǎn)撐起整個(gè)小車結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整兩手臂的肩關(guān)節(jié)控制小車的轉(zhuǎn)向，以提高整體的穩(wěn)定性和增加移動(dòng)速度；而對(duì)平坦路面或面對(duì)較難逾越障礙時(shí)維持人形狀態(tài)走動(dòng)，從而在簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的情況下，能適應(yīng)各種地面，具有較高的逾越障礙的能力，能夠方便上下臺(tái)階及通過不平摧、不規(guī)則或較窄的路面。由于行走機(jī)構(gòu)占地面積小，而活動(dòng)范圍大，所以為其配備的機(jī)械手提供了更大的活動(dòng)空間，同時(shí)也可使機(jī)械手臂設(shè)計(jì)的較為短小緊湊。本實(shí)用新型可在探測(cè)、搜索、搜救的環(huán)節(jié)中代替人進(jìn)行一些只有人才能工作的任務(wù)，從而減輕人們的勞動(dòng)和危險(xiǎn)情況。因此，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通過性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)靈活、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。

如圖1，本實(shí)用新型行走過程如下：

（1）通過膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)處的電機(jī)控制小腿往后抬起；

（2）通過髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)處的電機(jī)控制整條腿往前抬起；

（3）在通過膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)處的電機(jī)與第（1）步中控制方向相反使膝關(guān)節(jié)恢復(fù)至原樣；

（4）重心往前移動(dòng)在重力的影響下會(huì)使機(jī)器人往前倒下，此時(shí)控制踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)恰當(dāng)?shù)慕嵌?，在機(jī)器人倒下時(shí)在前幾步的基礎(chǔ)上使得已經(jīng)處于懸空的腳下移支撐起要倒下的身體；至此，機(jī)器人的第一步已經(jīng)邁出。

（5）重心繼續(xù)往前移動(dòng)，處于后面的一條腿通過上述同樣的步驟完成后腿的前進(jìn)，當(dāng)完成一步的行走時(shí)，重心剛好處于雙腿中間并保持平衡。

由此，已經(jīng)完成了對(duì)人形機(jī)器人往前運(yùn)動(dòng)的控制，后退時(shí)只需要將控制的電機(jī)與前進(jìn)時(shí)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制方向相反即可 。

如圖2所示，本實(shí)用新型從人形變化為小車過程如下：

（1）通過髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)使整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)蹲下從而使得重心降低。

（2）肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)出的電機(jī)開始驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)轉(zhuǎn) 90°，使整個(gè)手臂水平。

（3）肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)手臂的小臂部分往上旋轉(zhuǎn) 90°，此時(shí)人形機(jī)器人的手臂上的支撐輪已經(jīng)和軀干上的驅(qū)動(dòng)輪處于同一平面上；

（4）通過髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)促使整個(gè)身體重心往前移，在重力的作用下整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)向前倒下，由于有手臂在前面的支撐，在倒下后支撐輪著地，即形成了小車的一部分運(yùn)作；

（5） 髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，使腿部結(jié)構(gòu)的大腿部分往下運(yùn)動(dòng) 50°，膝關(guān)節(jié)保持水平，到此時(shí)整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)處于臥式狀態(tài)，支撐的結(jié)構(gòu)僅靠驅(qū)動(dòng)輪和前支撐輪、后支撐輪，由此完成從人形機(jī)器人變形為小車的變形控制。

本實(shí)用新型小車狀態(tài)轉(zhuǎn)向過程如下：

通過調(diào)整肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng) ①當(dāng)左右肩關(guān)節(jié)對(duì)稱使得手臂水平時(shí)，小車往前徑直運(yùn)動(dòng)；

②當(dāng)左手臂肩關(guān)節(jié)往前擺，右手臂肩關(guān)節(jié)往后擺時(shí)，小車往右運(yùn)動(dòng)；

③與②相反，當(dāng)右手臂肩關(guān)節(jié)往前擺而左右臂肩關(guān)節(jié)往后擺時(shí)，小車往左運(yùn)動(dòng)。