CN105011642B - 一种十六自由度衣服模特机器人 - Google Patents

Abstract

本发明主要应用于服装行业，基于多自由度串联机构，结合机器人学、人体运动学、人机工程学等理论，设计出一种具有十六个自由度的关节运动方向、应用于衣服模特的关节机器人，使其能形成并保持特定的姿态，并以一定轨迹运动在各种姿态中任意切换。

Description

一种十六自由度衣服模特机器人

(一)技术领域

本发明涉及一种应用于衣服模特的多自由度关节机器人，属于关节机器人技术领域。

(二)背景技术

在全球经济延续弱复苏趋势下2014年服装行业全球的需求有所恢复。服装业作为全球化程度最高的产业，已经发展为集各种高精尖技术为一体，同时包含科学、技术、艺术、创新的综合性体系。在服装的展示方式上，衣服模特主要形式有职业模特和假体模特。职业模特由真人穿戴，通过摆出各种姿势展示服装，一般应用于高档品牌的走秀和杂志拍摄，成本较高，且展示的时间不会持续太久。假体模特由仿人体的模型穿戴，以固定的姿势展示服装，广泛应用于店铺的橱窗和展台，成本较低，可以长时间持续展示服装，但由于不能移动，不足以模拟出人在各种姿态下的穿戴效果。衣服模特机器人是将职业模特和假体模特两者优点相结合的一种新型机器人，可以模拟职业模特的各种姿势，并长时间、动态地展示服装，既能使穿戴效果更加真实，又节省了人力劳动。目前国内的相关专利为数不多，且这些专利模拟的运动自由度较少，运动模式比较单一，或机械结构非常复杂，不易装配和维修，都具有很多局限性。

(三)发明内容

本发明主要应用于服装行业，基于多自由度串联机构，结合机器人学、人体运动学、人机工程学等理论，设计出一种具有十六个自由度的关节运动方向、应用于衣服模特的关节机器人，使其能形成并保持特定的姿态，并以一定轨迹运动在各种姿态中任意切换。

为了达到上述目的，本发明提出方案如下：

本发明十六自由度衣服模特机器人的机械结构包括：

1)模特外部壳体模型：包括头部壳体、颈部壳体、躯干壳体、肩部壳体、上臂壳体、肘部壳体、前臂壳体、手部及腕部壳体和支架。

2)电动舵机：十六自由度衣服模特机器人壳体内部共有16个电动舵机，包括头部舵机(3个)、肩臂舵机(左右各6个)，腰部舵机(1个)。将每条肩臂上的舵机细分为：肩部舵机(2个)、上臂舵机(1个)、肘部舵机(1个)、前臂舵机(1个)、腕部舵机(1个)。

3)舵机固定板及各类连接零件若干。

各部分结构可以实现的效果有：

模特外部壳体模型的外形模拟人体外形，来承载上身衣物，并通过各种造型展示衣物在模特不同姿态下的穿戴效果，同时起到连接和保护内部的机械结构的作用。通过控制电动舵机的转动来控制机器人的各部分关节的转动，使衣服模特机器人形成并保持一定的姿态，或从某种姿态以一定的路径向另一种姿态运动，同时承载静止和运动过程中产生的扭矩。舵机固定板及各类连接零件将模特机器人中的各种壳体及舵机以一定位置关系固定连接，并保证各关节能以其所需自由度顺畅转动。

本发明中各壳体通过舵机转动能够实现的运动参照图1的原理图所示，详细情况如下：

十六自由度衣服模特机器人的头部具有3个方向的转动自由度，腰部具有1个方向的转动自由度，其两条手臂各自有6个方向的转动自由度。每条手臂的肩部有2个方向的转动自由度，上臂有1个方向的转动自由度，肘部有1个方向的转动自由度，前臂有1个方向的转动自由度，腕部有1个方向的转动自由度。

(四)附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为本发明结构剖视图。

图3为本发明的实物模拟剖视图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

参照图2结构剖视图，左上角坐标系中，x表示垂直于纸面的方向，y表示纸面水平方向，z表示竖直方向。在下面的说明中，衣服模特机器人以本图的姿态，所有零部件都以该坐标系作为参照。

头部壳体通过其内部相连的三个头部舵机能够在x，y，z三个正交方向转动。臂壳体通过与肩部壳体内部相连的两个肩部舵机能够使上臂末端在x，y两个正交方向摆动，并通过一个上臂舵机能够使上臂沿上臂壳体中心轴线(z方向)转动。前臂壳体通过与肘部壳体内部相连的一个肩部舵机能够使前臂末端在x方向摆动，并通过一个前臂舵机能够使前臂沿前臂壳体中心轴线(z方向)转动。手部及腕部壳体通过与其内部相连的一个腕部舵机能够使其在x方向摆动。躯干壳体通过与其内部相连的一个腰部舵机能够使其沿躯干壳体的中心轴线(z方向)转动。

十六自由度衣服模特机器人左右两臂结构镜像对称，所有舵机的转动范围可根据人体关节转动极限在一定范围进行设定和限制。电动舵机全部通过配套的电线连接于一块控制板上，通过计算机编程可以控制所有舵机转动的角度及转速，能够带动壳体形成并保持特定的姿态，以及以一定轨迹运动使其在各种姿态中任意切换。另外，可在职业模特身上通过传感器定位各关节位置姿态，在模特摆出各种动作时采集各关节位置姿态信号，经过计算机处理加载于十六自由度衣服模特机器人各个舵机上，可实现模特机器人对职业模特姿势的模仿，使动态效果更加逼真。

本发明最终的实物模拟剖视图如图3所示，左半边为壳体的外观，右半边为内部舵机以及连接零件的结构图。

为了提高衣服模特机器人的调整速度，可将各个电动舵机的转动角度设置联动关系，当其中一个舵机发生转动时，其他舵机也相应地转动。从而提高了调整衣服模特机器人的效率。其中，对于具有电动舵机数量最多的肩部，可使2个肩部舵机、上臂舵机、肘部舵机、前臂舵机和腕部舵机的转动角度的联动按照如下方式设定：其中一个肩部舵机的转动角度为a，则另一个肩部舵机的转动角度为k1×a，上臂舵机的转动角度为k2×a，肘部舵机的转动角度为k3×a，前臂舵机的转动角度为k4×a，腕部舵机的转动角度为k5×a，其中，k1、k2、k3、k4、k5均为正数，且满足k1+k2+k3+k4+k5＝3.09。则肩部呈现较佳的摆放姿态。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种十六自由度衣服模特机器人，包括以下几部分：

1)模特外部壳体模型：包括头部壳体、颈部壳体、躯干壳体、肩部壳体、上臂壳体、肘部壳体、前臂壳体、手部及腕部壳体和支架，其用于模拟人体外形，作为上身衣物的承载体，和连接和保护内部的机械结构；

2)电动舵机：十六自由度衣服模特机器人壳体内部共有16个电动舵机，由头部舵机3个、左、右肩臂舵机各6个，腰部舵机1个组成，所述左、右肩臂舵机的每条肩臂的舵机由以下舵机组成：肩部舵机2个、上臂舵机1个、肘部舵机1个、前臂舵机1个、腕部舵机1个，其用于控制机器人的各部分关节的转动，使衣服模特机器人形成并保持一定的姿态，或从某种姿态以一定的路径向另一种姿态运动，同时承载静止和运动过程中产生的扭矩；

其中，三个正交方向为x，y和z方向，所述z方向与沿着所述衣服模特机器人躯干的竖直向上的方向一致，所述x方向与所述衣服模特机器人正面垂直的方向一致，所述y方向与所述x方向、z方向两两正交的方向，所述3个头部舵机分别在所述x，y，z方向转动，所述躯干壳体通过与其内部相连的所述1个腰部舵机能够使其沿躯干壳体的中心轴线方向，即z方向转动，

所述每条肩臂还包括下述特征：所述上臂壳体通过与所述肩部壳体内部相连的所述2个肩部舵机使上臂末端在x，y两个正交方向摆动，并通过所述1个上臂舵机使上臂沿上臂壳体中心轴线方向转动；所述前臂壳体通过与所述肘部壳体内部相连的所述1个肘部舵机使前臂末端在x方向摆动，并通过所述1个前臂舵机使前臂沿前臂壳体中心轴线方向转动，

所述手部及腕部壳体通过与其内部相连的所述1个腕部舵机使其在x方向摆动；

所述每条肩臂上的所述2个肩部舵机、1个上臂舵机、1个肘部舵机、1个前臂舵机和1个腕部舵机的转动角度的联动按照如下方式设定：其中一个肩部舵机的转动角度为a，则另一个肩部舵机的转动角度为k1×a，上臂舵机的转动角度为k2×a，肘部舵机的转动角度为k3×a，前臂舵机的转动角度为k4×a，腕部舵机的转动角度为k5×a，其中，k1、k2、k3、k4、k5均为正数，且满足k1+k2+k3+k4+k5＝3.09；

3)舵机固定板及多个各类连接零件，其用于将所述模特机器人中的各种壳体及舵机以一定位置关系固定连接，并保证各关节能以其所需自由度顺畅转动。

2.根据权利要求1所述的十六自由度衣服模特机器人，其特征在于：所述16个电动舵机全部通过配套的电线连接于一块控制板上，通过计算机编程控制所有舵机转动的角度及转速，能够带动壳体形成并保持特定的姿态，以及以一定轨迹运动使其在各种姿态中任意切换。