穿戴式机器人制造技术

本发明专利技术提供一种穿戴式机器人，包括头部、躯干部、小臂结构、大腿部、关节活动机构、小腿部、脚部、手腕结构、手掌部，以及控制机构。根据本发明专利技术所述的穿戴式机器人，基于助力机构，结合机器人学、人体运动学、人机工程学等理论进行机械设计，具有行走机构，动作灵活、自动控制，可实现与人互动交流的娱乐表演。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人领域，特别涉及一种穿戴式机器人。
技术介绍
穿戴式智能设备于上世纪70—80年代出现，史蒂夫·曼基于Apple-II6502型计算机研制的可穿戴计算机原型即是代表。随着物联网、智能云等高新技术的发展，可穿戴式智能设备的形态开始变得多样化，逐渐在工业、医疗、军事、教育、娱乐等诸多领域表现出重要的研究价值和应用潜力。在学术科研层面，美国麻省理工学院、卡耐基梅隆大学、日本东京大学的工程学院以及韩国科学技术院等研究机构均有专门的实验室或研究组专注于可穿戴智能设备的研究，拥有多项创新性的专利与技术。国际性的可穿戴智能设备学术会议IEEEISWC自1997年首次召开以来，已举办了18届。在中国国家自然科学基金委的支持下，由中国计算机协会、中国自动化协会、中国人工智能协会等主办召开了3届全国性的可穿戴计算学术会议。中国国家自然科学基金委和中国国家“863计划”也支持了多项可穿戴式智能设备相关技术产品研发项目。随着时代的发展，工业机器人、服务机器人、教育机器人等受到也来越多的关注，其中娱乐表演机器人受到越来越多的关注和追捧；在各大购物中心、游乐场、展览会中，娱乐表演机器人进行表演，与人交流互动，其完美的机械结构和控制方式给人们逼真的表演和娱乐，随着服务行业的不断发展，很多研究者利用机械学、力学、电磁学、机器人学等学科的研究成果，设计出一款新的表演型机器人。娱乐表演机器人作为一种可穿戴式机器人，机械感强、活动灵活、流畅，先进的行走机构，动作精确，自动控制等优点。目前国内针对娱乐表演机器人的研究已有一些专利成果，而这些成果均有一定地局限性，如运动灵活性差，外形简陋，机械感不足、动作刻板等。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种穿戴式机器人，基于助力机构，结合机器人学、人体运动学、人机工程学等理论进行机械设计，具有行走机构，动作灵活、自动控制，可实现与人互动交流的娱乐表演。为实现上述目的，专利技术提供如下技术方案：一种穿戴式机器人，包括：头部、躯干部、小臂结构、大腿部、关节活动机构、小腿部、脚部、手腕结构、手掌部，以及控制机构。进一步的，头部、躯干部、大腿部、关节活动机构、小腿部和脚部构成穿戴式机器人的主体。进一步的，小臂结构、手腕结构和手掌部实现动作的展示和抓取。进一步的，控制机构用于收集反馈信息，并控制头部和手腕结构中的舵机及电机，实现头部和手腕结构的动作。进一步的，头部包括嘴部、电机、支撑架、第一舵机、第二舵机以及底座；其中，第一舵机、第二舵机实现头部左右和上下摆动；嘴部上下移动采用滑轨机构，通过电机控制可实现上下张合。进一步的，小臂结构包括：与大臂垂直连接的小臂，设置在大臂与小臂之间的关节轴承，以及支撑小臂的气动弹簧和气动弹簧连接件。进一步的，躯干部与大腿部、大腿部与小腿部、小腿部与脚部之间均通过关节活动机构连接，实现支撑和活动。进一步的，关节活动机构包括：连接件、关节轴承和异形弹簧；其中，两个连接件通过关节轴承连接在一起，连接件与关节轴承之间采用螺纹连接，异形弹簧安装在关节轴承的外部。进一步的，小臂结构通过手腕结构与手掌部实现连接；其中，手腕结构包括：手掌连接件、轴承、轴承座、连接轴、第三舵机、手臂连接件和壳体。进一步的，壳体为圆柱形，其一端设置手掌连接件、另一端设置手臂连接件；手掌连接件固定在第三舵机的连接轴上，实现转动与手掌连接；第三舵机通过支撑件设置在壳体的内部，第三舵机的舵机盘与连接轴固连，连接轴通过轴承设置在壳体的轴承座上。进一步的，手掌部包括手指和手掌；其中，手指由指尖零件、指中零件和指末零件组成，指尖零件、指中零件和指末零件通过连接柱、转动轴和复位弹簧连接在一起。进一步的，脚部包括：绑带鞋、前支撑、后支撑、连接块和底板。进一步的，控制机构设置在躯干部的背面，控制机构包括计算机控制与采集系统、存储单元和电池。附图说明图1为本专利技术的穿戴式机器人的正视图。图2为本专利技术的穿戴式机器人的侧视图。图3为本专利技术的穿戴式机器人的头部示意图。图4为本专利技术的穿戴式机器人的小臂结构示意图。图5为本专利技术的穿戴式机器人的关节活动机构示意图。图6为本专利技术的穿戴式机器人的手腕结构示意图。图7为本专利技术的穿戴式机器人的手掌部分示意图。图8为本专利技术的穿戴式机器人的脚部示意图。(注意：附图中的所示结构只是为了说明专利技术特征的示意，并非是要依据附图所示结构。具体实施方式如图1-2所示，根据本专利技术所述的穿戴式机器人，整体结构包括：头部1、躯干部2、小臂结构3、大腿部4、关节活动机构5、小腿部6、脚部7、手腕结构9、手掌部10，以及控制机构8。进一步的，如图3所示，其中头部1包括嘴部11、电机12、支撑架13、第一舵机14、第二舵机15以及底座15。其中，两个舵机14、16通过支撑架13连接。头部的舵盘与两个舵机14、16相连，电机12与嘴的开合机构相连，控制嘴的张合。可以实现头部1左右和上下摆动，其中头部1左右摆动角度为±30°，抬头的角度为30°，低头为10°。嘴部11上下移动采用滑轨机构，通过电机12控制可实现上下张合，张合行程为40mm。躯干部2与头部1的底座相连，躯干部2的肩部与胸部采用结构件形成，胸部粘贴软性材料，对表演者起到保护作用。躯干部2的下部与上部通过腰部相连，腰部可左右转动，转动范围在±30°。进一步的，如图4所示，其中小臂结构3包括：与大臂19垂直连接的小臂18，设置在大臂19与小臂18之间的关节轴承20，以及支撑小臂18的气动弹簧21和气动弹簧连接件17。其中，气动弹簧连接件17固连在大臂19上，大臂19固连腰部骨架型材上，大臂19与小臂18之间用关节轴承20连接，大臂19始终保持不动状态，小臂18在运动过程中可以向上摆动，小臂18向上转动的角度为0-90°。在静止时，小臂18通过气动弹簧21保持水平状态，气动弹簧21的一端固定在气动弹簧连接件17上，另一端与小臂18固定，起到支撑作用，使小臂18在不动时保持水平状态。运动时，通过气动弹簧21的作用，使得小臂18向上的角度保持随动状态。使用时，操作人员控制穿戴机器人，进而控制小臂18向上摆动，结合与小臂18连接的手腕结构9和手掌部10，实现动作的展示和抓取。进一步的，躯干部2与大腿部4、大腿部4与小腿部6、小腿部6与脚部7之间均通过关节活动机构5连接，实现支撑和活动。如图5所示，其中关节活动机构5包括：连接件22、关节轴承23和异形弹簧24。两个连接件22通过关节轴承23连接在一起，连接件22与关节轴承23之间采用螺纹连接，异形弹簧3安装在关节轴承23的外部。其中，异形弹簧24利用弹性变形，在关节弯曲时蓄能，为关节伸直时提供恢复力。关节轴承23起连接支撑作用，并能提供360°的旋转自由度。连接件22则与外结构件连接固定。可选的，异形弹簧24为鼓形拉伸弹簧或者圆柱拉伸弹簧。为实现限位，可在连接件22上钻有限位孔，限位孔内用限位螺钉固定，可以根据关节结构的需要，调整限位孔的距离，从而限制关节轴承23的活动角度范围。限位螺钉的位置尺寸可以控制关节轴承23和异形弹簧24的弯曲旋转角度，角度活动可限制在0°-90°之内。进一步的，小臂结构3通过手腕结构9与手掌部10实现连接，保证手掌部10的活动自如。如图6所示，手腕结构9包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种穿戴式机器人，包括：头部(1)、躯干部(2)、小臂结构(3)、大腿部(4)、关节活动机构(5)、小腿部(6)、脚部(7)、手腕结构(9)、手掌部(10)，以及控制机构(8)，其特征在于：头部(1)、躯干部(2)、大腿部(4)、关节活动机构(5)、小腿部(6)和脚部(7)构成穿戴式机器人的主体；小臂结构(3)、手腕结构(9)和手掌部(10)实现动作的展示和抓取；控制机构(8)用于收集反馈信息，并控制头部(1)和手腕结构(9)中的舵机及电机，实现头部(1)和手腕结构(9)的动作。

【技术特征摘要】
1.一种穿戴式机器人，包括：头部(1)、躯干部(2)、小臂结构(3)、大腿部(4)、关节活动机构(5)、小腿部(6)、脚部(7)、手腕结构(9)、手掌部(10)，以及控制机构(8)，其特征在于：头部(1)、躯干部(2)、大腿部(4)、关节活动机构(5)、小腿部(6)和脚部(7)构成穿戴式机器人的主体；小臂结构(3)、手腕结构(9)和手掌部(10)实现动作的展示和抓取；控制机构(8)用于收集反馈信息，并控制头部(1)和手腕结构(9)中的舵机及电机，实现头部(1)和手腕结构(9)的动作。2.根据权利要求1所述的穿戴式机器人，其特征在于：头部(1)包括嘴部(11)、电机(12)、支撑架(13)、第一舵机(14)、第二舵机(15)以及底座(15)；其中，第一舵机(14)、第二舵机(15)实现头部(1)左右和上下摆动；嘴部(11)上下移动采用滑轨机构，通过电机(12)控制可实现上下张合。3.根据权利要求2所述的穿戴式机器人，其特征在于：小臂结构(3)包括：与大臂(19)垂直连接的小臂(18)，设置在大臂(19与小臂(18)之间的关节轴承(20)，以及支撑小臂(18)的气动弹簧(21)和气动弹簧连接件(17)。4.根据权利要求3所述的穿戴式机器人，其特征在于：躯干部(2)与大腿部(4)、大腿部(4)与小腿部(6)、小腿部(6)与脚部(7)之间均通过关节活动机构(5)连接，实现支撑和活动。5.根据权利要求4所述的穿戴式机器人，其特征在于：关节活动机构(5)包括：连接件(22)、关节轴承(23)和异...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵鹏鹏，郭鑫，吴楠，刘超，
申请(专利权)人：哈工大机器人集团哈尔滨资产经营管理有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23