本實(shí)用新型屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種17自由度仿人機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓寬，逐漸由制造業(yè)向非制造業(yè)和服務(wù)行業(yè)發(fā)展，具有人類(lèi)外形特征、可以模仿人類(lèi)行為能力的仿人機(jī)器人備受人們關(guān)注，該領(lǐng)域集成了人工智能、人機(jī)工程學(xué)、電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)等多學(xué)科知識(shí)及多項(xiàng)高新技術(shù)，其中，高自由度（16個(gè)以上）的仿人機(jī)器人因其更大的靈活性和擬人運(yùn)動(dòng)特征，更適合在人類(lèi)生活、工作環(huán)境中與人類(lèi)協(xié)同工作或者代替人類(lèi)工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種17自由度仿人機(jī)器人，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：一種17自由度仿人機(jī)器人，包括機(jī)器人頭部、機(jī)器人手臂、機(jī)器人胸腹部和機(jī)器人大腿，所述機(jī)器人頭部通過(guò)自由活動(dòng)轉(zhuǎn)軸與機(jī)器人胸腹部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述機(jī)器人頭部的前方和兩側(cè)均設(shè)有紅外傳感器，所述機(jī)器人頭部的眼睛處設(shè)有攝像頭，所述機(jī)器人頭部頂端設(shè)有聲敏傳感器，所述紅外傳感器的輸出端、攝像頭的輸出端和聲敏傳感器的輸出端與控制系統(tǒng)的輸入端電性連接，所述機(jī)器人胸腹部?jī)蓚?cè)通過(guò)連接轉(zhuǎn)軸與機(jī)器人手臂轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述機(jī)器人手臂終端設(shè)有機(jī)器人手指，所述控制系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)器人胸腹部的兩側(cè)，所述機(jī)器人胸腹部的正前方設(shè)有電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)的兩個(gè)輸出端分別電性連接控制系統(tǒng)的輸入端和微型伺服電機(jī)的輸入端，所述微型伺服電機(jī)設(shè)置在機(jī)器人胸腹部的下端，所述微型伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與機(jī)器人大腿轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述機(jī)器人大腿與機(jī)器人小腿轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述機(jī)器人小腿通過(guò)連接法蘭活動(dòng)連接有機(jī)器人腳趾，所述微型伺服電機(jī)內(nèi)設(shè)有GPS定位追蹤器，所述GPS定位追蹤器的輸出端與控制系統(tǒng)的輸入端電性連接，所述控制系統(tǒng)的輸出端與無(wú)線通訊模塊的輸入端電性連接，所述無(wú)線通訊模塊的輸出端與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的輸入端信號(hào)連接。

優(yōu)選的，所述微型伺服電機(jī)包括小型直流馬達(dá)、變速齒輪、反饋可調(diào)電位器和電子控制板。

優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)為Arduino Mega控制器。

優(yōu)選的，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端為計(jì)算機(jī)或者平板電腦或者手機(jī)。

本實(shí)用新型的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：該17自由度仿人機(jī)器人，具有復(fù)雜運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，在外形和行為設(shè)計(jì)上模仿人類(lèi)，具有手部、足部、頭部和軀干等，是一種容易獲得人類(lèi)好感、親近感并能滿(mǎn)足情感認(rèn)同的一種機(jī)器人。相較于其他移動(dòng)機(jī)器人，該實(shí)用新型具有更大的適應(yīng)性和靈活性，更適合在人類(lèi)生活、工作的環(huán)境中與人類(lèi)協(xié)同作業(yè)，或代替人類(lèi)工作。它不僅可以在有輻射、粉塵和有毒環(huán)境中代替人類(lèi)作業(yè)，而且還將被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，比如醫(yī)療、護(hù)理、家庭服務(wù)、娛樂(lè)、教育、生物技術(shù)、救災(zāi)等。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的控制電路框圖示意圖。

圖中：1機(jī)器人頭部、2機(jī)器人手臂、3機(jī)器人胸腹部、4機(jī)器人大腿、5紅外傳感器、6攝像頭、7聲敏傳感器、8自由活動(dòng)轉(zhuǎn)軸、9連接轉(zhuǎn)軸、10機(jī)器人手指、11電源系統(tǒng)、12控制系統(tǒng)、13微型伺服電機(jī)、14聯(lián)軸器、15機(jī)器人小腿、16連接法蘭、17機(jī)器人腳趾、18無(wú)線通訊模塊、19遠(yuǎn)程控制終端、20 GPS定位追蹤器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型提供了如圖1和圖2 所示的一種17自由度仿人機(jī)器人，包括機(jī)器人頭部1、機(jī)器人手臂2、機(jī)器人胸腹部3和機(jī)器人大腿4，所述機(jī)器人頭部1通過(guò)自由活動(dòng)轉(zhuǎn)軸8與機(jī)器人胸腹部3轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述機(jī)器人頭部1的前方和兩側(cè)均設(shè)有紅外傳感器5，所述機(jī)器人頭部1的眼睛處設(shè)有攝像頭6，所述機(jī)器人頭部1頂端設(shè)有聲敏傳感器7，所述紅外傳感器5的輸出端、攝像頭6的輸出端和聲敏傳感器7的輸出端與控制系統(tǒng)12的輸入端電性連接，所述機(jī)器人胸腹部3兩側(cè)通過(guò)連接轉(zhuǎn)軸9與機(jī)器人手臂2轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述機(jī)器人手臂2終端設(shè)有機(jī)器人手指10，所述控制系統(tǒng)12設(shè)置在機(jī)器人胸腹部3的兩側(cè)，所述機(jī)器人胸腹部3的正前方設(shè)有電源系統(tǒng)11，所述電源系統(tǒng)11的兩個(gè)輸出端分別電性連接控制系統(tǒng)12的輸入端和微型伺服電機(jī)13的輸入端，所述微型伺服電機(jī)13設(shè)置在機(jī)器人胸腹部3的下端，所述微型伺服電機(jī)13通過(guò)聯(lián)軸器14與機(jī)器人大腿4轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述機(jī)器人大腿4與機(jī)器人小腿15轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述機(jī)器人小腿15通過(guò)連接法蘭16活動(dòng)連接有機(jī)器人腳趾17，所述微型伺服電機(jī)13內(nèi)設(shè)有GPS定位追蹤器20，所述GPS定位追蹤器20的輸出端控制系統(tǒng)12的輸入端電性連接，所述控制系統(tǒng)12的輸出端與無(wú)線通訊模塊18的輸入端電性連接，所述無(wú)線通訊模塊18的輸出端與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端19的輸入端信號(hào)連接。

進(jìn)一步地，所述微型伺服電機(jī)13包括小型直流馬達(dá)、變速齒輪、反饋可調(diào)電位器和電子控制板。

進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)12為Arduino Mega控制器。

進(jìn)一步地，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端19為計(jì)算機(jī)或者平板電腦或者手機(jī)。

該17自由度仿人機(jī)器人的機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)共有17個(gè)自由度，分別為：頭部1個(gè)自由度，雙手6個(gè)自由度，雙腳10個(gè)自由度。頭部的前方和左右兩側(cè)都裝有紅外傳感器5以檢測(cè)障礙物，頭頂搭載聲敏傳感器7以檢測(cè)聲音。為滿(mǎn)足機(jī)載電氣部分完全機(jī)載化要求，利用機(jī)器人頭部和四肢分散空間實(shí)現(xiàn)分布式電氣模塊就近機(jī)載，利用機(jī)器人胸腹部承載電源子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)的機(jī)載化安裝空間，充分滿(mǎn)足質(zhì)量分布平衡與整體穩(wěn)定性要求。

驅(qū)動(dòng)元件的設(shè)計(jì)與編程機(jī)構(gòu)共有17個(gè)自由度，微型伺服電機(jī)13內(nèi)部包括一個(gè)小型直流馬達(dá)、一組變速齒輪、一個(gè)反饋可調(diào)電位器及一塊電子控制板，是一種可定位的直流電機(jī)，當(dāng)接收到一個(gè)位置指令時(shí)，就會(huì)運(yùn)動(dòng)到指定位置。該微型伺服電機(jī)13具有高力矩、高性能、控制簡(jiǎn)單、裝配靈活、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，本項(xiàng)目混搭輝盛數(shù)字舵機(jī)與Power HD數(shù)字舵機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，搭配32路舵機(jī)控制板，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。17個(gè)舵機(jī)通過(guò)32路舵機(jī)控制板控制，舵機(jī)控制板通過(guò)串口通信與主控制器通信。

控制系統(tǒng)12采用Arduino Mega控制，其核心是ATmega2560，具有54路數(shù)字輸入/輸出口（其中16路可作為PWM輸出）、16路模擬輸入、4路UART接口、一個(gè)16MHz晶體振蕩器、一個(gè)USB口、一個(gè)電源插座、一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕。主控器通過(guò)串口將指令傳輸?shù)蕉鏅C(jī)控制板。舵機(jī)控制板將指令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電壓信號(hào)輸出到舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。

機(jī)器人復(fù)雜運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

根據(jù)人體仿生學(xué)理論，研發(fā)高度擬人化的仿人機(jī)器人的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)舞蹈、武術(shù)、體操等復(fù)雜動(dòng)作。在動(dòng)態(tài)過(guò)程中體現(xiàn)較強(qiáng)的整體穩(wěn)定性、魯棒性以及在非線性環(huán)境下的高度適應(yīng)性。實(shí)現(xiàn)自主避障，以動(dòng)態(tài)穩(wěn)定雙足行走為基礎(chǔ)，搭配多類(lèi)型傳感器采集環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)多傳感器信息融合共機(jī)器人決策，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主行走與避障。

仿人機(jī)器人集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、材料、傳感器和控制技術(shù)等多門(mén)科學(xué)于一身，代表著一個(gè)國(guó)家的高科技發(fā)展水平。仿人機(jī)器人屬于服務(wù)機(jī)器人范疇，是外形類(lèi)人的機(jī)器人，在外形和行為設(shè)計(jì)上模仿人類(lèi)，具有手部、足部、頭部和軀干等，是一種容易獲得人類(lèi)好感、親近感并能滿(mǎn)足情感認(rèn)同的一種機(jī)器人。相較于其他移動(dòng)機(jī)器人，該實(shí)用新型具有更大的適應(yīng)性和靈活性，更適合在人類(lèi)生活、工作的環(huán)境中與人類(lèi)協(xié)同作業(yè)，或代替人類(lèi)工作。它不僅可以在有輻射、粉塵和有毒環(huán)境中代替人類(lèi)作業(yè)，而且還將被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，比如醫(yī)療、護(hù)理、家庭服務(wù)、娛樂(lè)、教育、生物技術(shù)、救災(zāi)等。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換,凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。