CN104908838A - 一种立方体结构的变形轮式人形机器人 - Google Patents

Abstract

一种立方体结构的变形轮式人形机器人，其结构包括变形轮式人形机器人身体和控制系统，其中，变形轮式人形机器人身体是由若干具有多种形状的曲面、圆弧、圆角、凸台结构的部件组合而成的规则立方体，控制系统由控制板、电机、舵机和电路连接线组成。在控制系统作用下，机器人各部件可以配合形成规则的正方体结构，也可以变形成人形，或者其他多种姿态，该机器人具有轮式运动机构，利用驱动轮和万向支撑轮实现机器人的快速移动。

Description

一种立方体结构的变形轮式人形机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，特别涉及一种立方体结构的变形轮式人形机器人。

背景技术

变形机器人是一类具有特定形体结构和多种姿态的机器人。其设计主要涉及形体结构、机电驱动和综合控制系统等。机器人各个组成部分具有一定的空间约束关系，形体结构的特定设计使其各个部分可以在上述约束关系的前提下组成不同造型，现有变形机器人的形体结构种类较少，移动速度较慢，姿态和功能不多。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有轮式立方体形体结构的变形轮式人形机器人，该发明通过机电驱动和综合协同控制，实现立方体状态和人形机器人状态的自动切换。

本发明的技术方案如下：

本发明包括变形轮式人形机器人身体和控制系统，其中，变形轮式人形机器人身体是由若干具有多种形状的曲面、圆弧、圆角、凸台结构的部件组合而成的规则立方体，控制系统由控制板、舵机、电机和电路连接线组成。

所述若干具有多种形状的曲面、圆弧、圆角、凸台结构的部件，可以组成人形机器人，包括：左半躯干、右半躯干、后盖、左肩、左大臂、左小臂、左大腿、左小腿、左脚、右肩、右大臂、右小臂、右大腿、右小腿、右脚和头。

所述立方体结构的变形轮式人形机器人身体由机器人躯干、四肢和头组成，四肢和头都与变形轮式人形机器人躯干连接。

所述变形轮式人形机器人躯干由左半躯干、右半躯干和后盖组成，左半躯干与右半躯干固定连接；后盖可拆卸，左半躯干型腔和右半躯干型腔形成一个腔体。

所述变形轮式人形机器人四肢由左上肢、左下肢、右上肢和右下肢组成，其中左上肢和左下肢与左半躯干连接，右上肢和右下肢与右半躯干连接。

所述变形轮式人形机器人左上肢包括左肩、左大臂和左小臂，其中左小臂与左大臂连接，左大臂与左肩连接，左肩与左半躯干连接；左下肢包括左大腿、左小腿和左脚，其中，左脚与左小腿连接，左小腿与左大腿连接，左大腿与左半躯干连接；右上肢包括右肩、右大臂和右小臂，其中右小臂与右大臂连接，右大臂与右肩连接，右肩与右半躯干连接；右下肢包括右大腿、右小腿和右脚，其中右脚与右小腿连接，右小腿与右大腿连接，右大腿与右半躯干连接。

所述变形轮式人形机器人控制板嵌入机器人躯干腔体内，舵机分别嵌入左肩、左大臂、左小臂、左大腿、左小腿、左脚、右肩、右大臂、右小臂、右大腿、右小腿、右脚中，控制板与舵机通过电路连接线相连。

所述电机装在变形轮式人形机器人左脚和右脚中，驱动轮通过键与驱动电机输出轴配合，所述支撑轮通过轴分别安装在变形轮式人形机器人左脚和右脚，同时左大腿和右大腿膝盖处舵机侧面也装有支撑轮。

所述控制板完成机器人的运动控制和数据处理，所述控制板包括主控芯片、电机驱动电路、无线通信模块、电源模块、舵机接口电路、LED驱动电路组成。其中主控芯片通过舵机接口电路与舵机相连并对舵机进行控制；其中主控芯片通过LED驱动电路与LED相连并对LED进行控制。以上电路的组成部分均为标准应用电路，具备单片机开发能力的开发人员按标准芯片应用电路组成主控制板的具体电路。

本发明具有若干优点。

1、  机器人可以从人形变形为正方体，便于携带。

2、  机器人结构设计满足机器人快速变形和快速复原。

3、  通过各个关节的配合能够变形为不同状态，满足不同环境的需要。

附图说明

图1是本发明的机器人展开主视图。

图2是本发明的规则正方体等轴测视图。

图3是本发明的规则正方体等轴测后视图。

图4是本发明的左半躯干示意图。

图5是本发明的右半躯干示意图。

图6是本发明的左大腿示意图。

图7是本发明的左小腿示意图。

图8是本发明的左脚示意图。

图9是本发明的左肩示意图。

图10是本发明的左大臂示意图。

图11是本发明的左小臂示意图。

图12是本发明的头部示意图。

图13是本发明的控制电路模块图。

所有图中涉及的部件名称见下表。

具体实施方式

如图1，图2，图3所示，主要包括机器人身体、左下肢、左上肢、右下肢、右上肢、头、控制板，其中，机器人身体、左下肢、左上肢、右下肢、右上肢、头由曲面，圆弧，圆角，凸台结构相互配合形成规则的立方体结构，控制系统由控制板、舵机、电机和电路连接线组成。

如图4，图5所示，所述变形轮式人形机器人身体由左半躯干（3）、右半躯干（10）和后盖（70）组成，机器人左半躯干和右半躯干用螺栓（34）螺母（21）连接，左半躯干型腔（25）和右半躯干型腔（35）形成一个腔体。

所述变形轮式人形机器人左半躯干颈部（22）留有头部舵机安装槽（16），头部舵机走线通道A（19）沿着安装槽的一侧与左半躯干型腔连通，舵机安装槽的背面为曲面结构；左半躯干肩部悬臂（23）有舵机圆盘的安装定位凸台A（17），舵机线凹槽A（26）与定位凸台A同心，定位凸台A下方为带有凹槽的曲面，左半躯干肩部悬臂的舵机走线通道B（20）从舵机线凹槽A一侧与左半躯干型腔连通；左半躯干腰部有舵机圆盘的安装定位凸台B（18），舵机线凹槽B（27）与定位凸台B同心，腰部舵机走线通道C（28）是舵机线凹槽B到左半躯干型腔的通孔。

所述变形轮式人形机器人右半躯干型腔（35）与左半躯干型腔形成一个放置控制板（71）的腔体，右半躯干肩部悬臂（36）有舵机圆盘的安装定位凸台C（29），舵机线凹槽D（39）与定位凸台C同心，定位凸台C下方为带有凹槽的曲面，舵机走线通道E（32）从舵机线凹槽D一侧与右半躯干型腔连通，右半躯干悬臂另一侧为防止头部运动发生干涉的圆弧曲面（33）；右半躯干腰部（37）有舵机圆盘的安装定位凸台C，舵机线凹槽D（39）与定位凸台C同心，腰部舵机走线通道D（31）是舵机线凹槽D到右半躯干型腔的通孔。

如图6所示，所述左大腿6有左大腿胯部舵机安装槽（40），安装槽底部侧面有圆弧形拐角（44），同时膝盖舵机安装槽（42）与胯部舵机安装槽错位，膝盖舵机安装槽底面（43）与胯部舵机安装槽顶面（45）在同一平面上，两舵机安装槽之间为三角块结构（41），左大腿支撑轮（90）通过左大腿支撑轮轴（96）固定在左大腿膝盖舵机安装槽侧面，右大腿支撑轮（89）通过右大腿支撑轮轴（95）固定在左大腿膝盖舵机安装槽侧面；如图7所示，左小腿（7）有舵机圆盘安装定位凸台E（46）、舵机圆盘安装定位凸台F（47）且分别与舵机线凹槽E（48）、舵机线凹槽F（49）同心，两安装槽之间为左小腿走线槽（50），底部的半圆形状与左脚的圆形凸台的圆同心且大小相等；如图8所示，左脚（8）的左脚舵机安装槽（54）旁边留有电源线走线缺口（53），电源线再经过线孔（55）通向机器人体外，左脚的斜面凹槽（51）与左大腿的三角块结构同宽，圆弧形凸台（52）与左大腿圆弧形拐角配合，左脚安装左脚驱动电机（94）和驱动轮（86），同时用右脚支撑轮轴（91）和左脚支撑轮轴（92）分别固定右脚支撑轮（87）和左脚脚支撑轮（88）。机器人左半躯干腰部固定的舵机圆盘与左大腿胯部舵机安装槽固定安装的左大腿胯部舵机（75）连接，左大腿膝盖处的舵机安装槽固定安装的左大腿膝盖舵机（76）与左小腿膝盖处固定的舵机圆盘连接，同时左小腿脚踝处固定的舵机圆盘与左脚舵机安装槽固定的左脚舵机（77）连接。

如图9所示，所述左肩（2）的左肩曲面（59）与左半躯干曲面配合，舵机圆盘固定孔（58）为贯穿左肩舵机安装槽（57）的通孔且与舵机线凹槽G（61）同心，左肩舵机走线通道F（60）从一侧与左肩舵机安装槽连通；如图10所示，左大臂（4）肩部舵机安装槽（62）与肘部舵机安装槽（63）之间有左大臂走线槽（64）；如图11所示，左小臂（5）肘部舵机圆盘固定槽（65）中间部分为通孔。左半躯干肩部悬臂固定的舵机圆盘与左肩舵机安装槽固定的左肩肩部舵机（72）连接，左肩固定的舵机圆盘与左大臂肩部舵机安装槽固定的左大臂肩部舵机（73）连接，然后左大臂肘部舵机安装槽固定的左大臂肘部舵机（74）与左小臂肘部固定的舵机圆盘连接。

所述右腿结构与左腿结构互为镜像关系，同时所述右臂结构与左臂结构互为镜像关系。右半躯干腰部固定的舵机圆盘与右大腿胯部的舵机安装槽固定安装的右大腿胯部舵机（81）连接，所述右大腿膝盖处的舵机安装槽固定安装的右大腿膝盖舵机（82）与右小腿膝盖处固定的舵机圆盘连接，同时右小腿脚踝处固定的舵机圆盘与右脚舵机安装槽固定的右脚舵机（83）连接。

右半躯干肩部悬臂固定的舵机圆盘与右肩的舵机安装槽固定的右肩肩部舵机（78）连接，右肩固定的舵机圆盘与右大臂肩部舵机安装槽固定的右大臂肩部舵机（79）连接，然后右大臂肘部的舵机安装槽固定的右大臂肘部舵机（80）与右小臂肘部固定的舵机圆盘连接。

如图12所示，所述头部（1）在眼睛（66）和嘴（69）留有安装LED灯的凹槽，同时在头部舵机圆盘固定槽（67）一侧留有LED灯走线槽（68），头部固定的舵机圆盘与左半躯干颈部舵机安装槽固定的左半躯干头部舵机（84）连接。

所述左脚固定安装有左脚驱动电机（94），左脚驱动轮（86）通过键与左脚驱动电机输出轴配合，左脚支撑轮（88）通过左脚支撑轮轴（92）安装在机器人左脚，同时左大腿膝盖处舵机侧面通过左大腿支撑轮轴（96）装有左大腿支撑轮（90）。所述右脚固定安装有右脚驱动电机（93），右脚驱动轮（85）通过键与右脚驱动电机输出轴配合，右脚支撑轮（87）通过右脚支撑轮轴（91）安装在机器人右脚，同时右大腿膝盖处舵机侧面通过右大腿支撑轮轴（95）装有右大腿支撑轮（89）。

所述控制板（71）完成机器人的运动控制和数据处理，所述控制板包括控制芯片MK60DN512（图中未示）、电机驱动电路（图中未示）、无线通信模块XL105-232AP1（图中未示）、电源模块LM1117（图中未示）、舵机接口电路（图中未示）、LED驱动电路组成（图中未示）组成。其中控制芯片MK60DN512通过电机驱动电路与电机相连并对电机进行控制；其中控制芯片MK60DN512通过舵机接口电路与舵机相连并对舵机进行控制；其中控制芯片MK60DN512通过LED驱动电路与LED相连并对LED进行控制。以上电路的组成部分均为现有标准应用电路，具备单片机开发能力的开发人员按标准芯片应用电路组成控制板的具体电路。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1.一种立方体结构的变形轮式人形机器人，其特征在于：包括变形轮式人形机器人身体和控制系统，其中，变形轮式人形机器人身体是由若干具有多种形状的曲面、圆弧、圆角、凸台结构的部件组合而成的规则立方体，控制系统由控制板、舵机、电机和电路连接线组成。

2.根据权利要求1所述的若干具有多种形状的曲面、圆弧、圆角、凸台结构的部件，包括组成人形机器人的左半躯干、右半躯干、后盖、左肩、左大臂、左小臂、左大腿、左小腿、左脚、右肩、右大臂、右小臂、右大腿、右小腿、右脚和头。

3.根据权利要求1所述立方体结构的轮式变形轮式人形机器人身体由机器人躯干、四肢和头组成，四肢和头都与变形轮式人形机器人躯干连接。

4.根据权利要求3所述机器人躯干由左半躯干、右半躯干和后盖组成，左半躯干与右半躯干固定连接；后盖可拆卸，左半躯干型腔和右半躯干型腔形成一个腔体。

5.根据权利要求4所述机器人四肢由左上肢、左下肢、右上肢和右下肢组成，其中左上肢和左下肢与左半躯干连接，右上肢和右下肢与右半躯干连接。

6.根据权利要求5所述机器人左上肢包括左肩、左大臂和左小臂，其中左小臂与左大臂连接，左大臂与左肩连接，左肩与左半躯干连接；左下肢包括左大腿、左小腿和左脚，其中，左脚与左小腿连接，左小腿与左大腿连接，左大腿与左半躯干连接；右上肢包括右肩、右大臂和右小臂，其中右小臂与右大臂连接，右大臂与右肩连接，右肩与右半躯干连接；右下肢包括右大腿、右小腿和右脚，其中右脚与右小腿连接，右小腿与右大腿连接，右大腿与右半躯干连接。

7.根据权利要求1所述控制板嵌入机器人躯干腔体内，舵机分别嵌入左肩、左大臂、左小臂、左大腿、左小腿、左脚、右肩、右大臂、右小臂、右大腿、右小腿、右脚中，控制板与舵机通过电路连接线相连。

8.根据权利要求1所述电机装在变形轮式人形机器人左脚和右脚中，驱动轮通过键与驱动电机输出轴配合，所述支撑轮通过轴分别安装在变形轮式人形机器人左脚和右脚，同时左大腿和右大腿膝盖处舵机侧面也装有支撑轮。