本實用新型涉及一種娛樂用設備，尤其是涉及一種模仿帝機器人。

背景技術：

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，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程的產物，它是工業以及非 產業界的重要生產和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。發展機器人技術可以解放大量地勞動力，節省了人力及物力，對國民發展起到不 可估量的因素。

目前，仿人體行動的機器人應用領域涉及很多方面，例如機器人會執行任務，如開車、在不平坦的地面行走、清理殘骸、打穿一面墻、關閉閥門、連接消防水管。更有甚者，這些仿人體行動的機器人將應用于戰場：美國國會曾通過法案規定：到2015年前，1/3的地面戰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，以完成未來戰場上士兵必須完成的一切戰斗任務，包括進攻、防護、尋找目標。據悉，美軍未來一個旅級作戰單元，將至少包括151個機器人戰士。

這意味著仿人體行動的機器人有著巨大的發展前景，但是我國這類機器人的相關活動數據較少，發展較為緩慢，然而近年來，不少娛樂活動都有模仿秀這類節目，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，而這種節目正是活動數據采集非常好的來源，通過機器人來模仿人類活動，不但增加了這類節目的觀賞性，還能夠采集大量人體活動的數據，可用于醫療、軍事等其他科研方面的研究。

然而我國在這方面的技術仍然處于相對空白，而國外的kinect技術雖然比較便利，但是在應用上比較單一，一般只能用于游戲娛樂領域，因此錯過了采集大量良好活動數據的機會，故需要新技術來改變這一局面。

技術實現要素：

為了解決背景技術中存在的技術問題，改善技術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，具體內容如下：

一種模仿帝機器人，包括機器人、感應器、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，所述的感應器為5個穿戴式感應器，所述的攝像頭與電腦連接。

所述的機器人的頭部設置有高清攝像傳感裝置、無線電收發端口以及中央處理器，其頭部底端設置有一個具有前后擺動、左右擺動和水平旋轉3個自由度的頸部關節，所述的軀干在腰部位置設置有4段腰關節，每一段腰關節規格相同，所述的腰關節由伺服電機驅動，可進行前后擺動、左右擺動和水平旋轉3個自由度的活動，上述任意一個腰關節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，所述的手臂分別設置在軀干上部兩側，設置有肩關節、肘關節以及腕關節3個由伺服電機驅動的關節，每一個關節都具有左右擺動、前后擺動以及水平旋轉3個自由度，所述的腿設置在軀干底面兩側，設置有髖關節、膝關節以及踝關節3個由伺服電機驅動的關節，每一個關節都具有左右擺動、前后擺動以及水平旋轉3個自由度，上述任意一個關節都與中央處理器連接。

所述的支架連接在軀干的后胸處，設置于腰部的4段關節的上方，并且向外延伸35cm，延伸的末端設置有可進行垂直擺動、左右擺動以及左右旋轉的機械關節，所述的機械關節往軀干兩側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整，通過彈簧卡筍定位，每側的兩根腳架依據如下特征支撐：兩根腳架貼邊于機器人軀干側方，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據。

所述的電腦通過藍牙方式與感應器連接，通過無線電方式與機器人連接，將kinect采集的圖像數據轉化為參考系數據，并與感應器采集的參考系數據進行比對，將比對結果轉化為各個關節擺動、旋轉角度的命令信號，并將該命令信號通過無線電方式發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，并轉化為對應的每一個關節伺服電機活動的指令，由伺服電機完成指令的執行。

本實用新型具有如下優勢：

1、結構相對簡單，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、能將活動數據參數化，便于對這些數據進行采集和后續研究。

附圖說明

圖1為本實用新型的機器人結構圖。

圖2為本實用新型伺服電機驅動的關節活動示意圖。

圖3為本實用新型系統結構圖。

具體實施方式

下面結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，所述的感應器為5個穿戴式感應器，所述的攝像頭與電腦連接。

所述的機器人的頭部1設置有高清攝像傳感裝置101、無線電收發端口以及中央處理器，其頭部1底端設置有一個具有前后擺動、左右擺動和水平旋轉3個自由度的頸部關節102，所述的軀干2在腰部位置設置有4段腰關節103，每一段腰關節103規格相同，所述的腰關節103由伺服電機驅動，可進行前后擺動、左右擺動和水平旋轉3個自由度的活動，上述任意一個腰關節103以及高清攝像傳感裝置101都與中央處理器連接。

當正常運作的時候，該頭部的高清攝像傳感裝置101相當于使用者的“眼睛”，如果使用者不佩戴視覺設備，那么這些采集到的視頻信息將只會被傳輸到電腦處，而頭部1的活動，則會根據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分別設置在軀干2上部兩側，設置有肩關節303、肘關節304以及腕關節305等3個由伺服電機驅動的關節，每一個關節都具有左右擺動、前后擺動以及水平旋轉3個自由度，所述的腿302設置在軀干2底面兩側，設置有髖關節306、膝關節307以及踝關節308等3個由伺服電機驅動的關節，每一個關節都具有左右擺動、前后擺動以及水平旋轉3個自由度，上述任意一個關節都與中央處理器連接。

這樣設計，能夠在最少關節數的前提下，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動，能夠最精確地令關節活動在每一度都與被模仿者同步。

請結合附圖1所示，所述的支架4連接在軀干2的后胸處，設置于腰部的4段腰關節103的上方，并且向外延伸35cm，延伸的末端設置有可進行垂直擺動、左右擺動以及左右旋轉的機械關節401，此關節結構與萬向節一致，不同之處在于在其中一個關節上，追加了可以繞定軸旋轉的旋轉關節，所述的機械關節401往軀干2兩側各延伸出兩根腳架402支撐在底面上，所述的腳架402可進行長度調整，通過彈簧卡筍定位，每側的兩根腳架402依據如下特征支撐：兩根腳架402貼邊于機器人軀干2側方，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節上，實際上在保持平衡這方面就會十分困難，如果在設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量以及程序設計的工作量，無疑增加了該機器人的設計制造成本。

從設計角度來說，本實用新型的目的在于采集人體肢體活動的數據，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，又不在腰部關節處有阻擋，使得活動上不會有阻礙。并且，該支架4由于可以進行微調，所以在機器人進行低姿態姿勢，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。

所述的感應器為可穿戴式的頭環、腕環以及踝環，穿戴用的帶子長度可調，上述的任意一項都在中部都設置有位置傳感器、藍牙模塊以及微處理器，所述的位置傳感器的位置感應原理為：

頭環建立參考系，并以此基準原點，所述頭環的位置傳感器具有高度感應器，能感應到距離地面的高度，以此定位Z軸，并且該感應器在穿戴時，位置傳感器處于額頭正中位置，面向的方向設定為X軸，則左右兩向設置為Y軸；

腕環以及踝環的佩戴方式不限，通過探測與頭環參考系之間的位置關系，定位踝關節以及腕關節的位置，微處理器將計算好的坐標信息通過藍牙模塊傳送出去。

電腦采集人體活動數據，以坐標數據作為基準來反饋給機器人的各個伺服電機，令其作出對應的動作，此處舉例說明感應器工作原理：

比如使用者處于低頭狀態，那么實際上額頭處頭環的感應器是面朝底面，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之上，令四肢的傳感器的數據在參照時，不會出現“手腳分離”等不符合實際情況的坐標數據，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據。

由于視覺采集組件可以直接應用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過調試之后，依然能夠馬上應用到該實用新型上，并且捕捉的圖像命令數據的準確度較高，可以作為與精確坐標數據對比的一個重要依據。

請參照附圖3所示，所述的電腦通過藍牙方式與感應器連接，通過無線電方式與機器人連接，將kinect采集的圖像數據轉化為參考系數據，并與感應器采集的參考系數據進行比對，將比對結果轉化為各個關節擺動、旋轉角度的命令信號，并將該命令信號通過無線電方式發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，并轉化為對應的每一個關節伺服電機活動的指令，由伺服電機完成指令的執行。

因為，在實際工作時，純依照感應器的坐標數據，會因為一些不可預料的突發狀況導致實際數據并不準確，例如佩戴方式不合理，會造成參考系可能產生數據混亂的情況，所以，通過kinect采集的圖像數據與感應器采集的坐標數據進行比照，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。

以上內容是結合具體的實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認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領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型的保護范圍。