CN105583856B - 一种被试仿人机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种被试仿人机器人，其特征在于：所述被试仿人机器人包括躯干、驱动系统、感知系统和控制系统，所述躯干包括骨骼、四肢、关节和适当的身体软组织，所述骨骼和所述四肢组成架构，所述关节是连接不同构件或部位，所述身体软组织能起到构件间的连接和缓冲作用；所述驱动系统用来驱动躯干各构件运动；所述感知系统包括压力、温度和湿度传感器，用来测定感知所述仿人机器人与地面接触而产生的压力变化，所述温度传感器用来测定感知温度变化，湿度传感器则测定感知湿度变化；所述控制系统能控制本发明所述的被试仿人机器人能模拟真人移动的摔滑倒场景，对人摔滑倒进行研究，通过对人移动的摔滑倒动作做详尽的实验，确保人的移动安全。

Description

一种被试仿人机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种实验被试仿人机器人。
背景技术
人的移动摔倒、跌倒和滑倒现象不足为奇，是移动时的身体失衡行为，具有突发和瞬间而过的特点。孩童和老人是摔跌和滑倒的脆弱群体，特别是老年人因步态及平衡能力下降等原因，更是最大受害群体，每年因滑倒致伤致残、死亡的案例不在少数。致倒原因虽然很多，但可理解为人体动作和地面的不协调，人体行为因地面或地面环境的变化而变，动作过程复杂，要能得到全面解析绝非易事。人体的滑倒过程虽可通过摄像等手段获取，遗憾的是真人滑倒动作一般不可在真实场地重复，以致不能方便地进行真景实证。因此需要一种仿人机器人进行模拟实验人摔倒场景，对人摔倒进行研究。
随着机器人行业的蓬勃发展，现有技术中，仿人机器人的技术已经出现并已经得到逐渐提高，也已经用在不少领域，如在人类行走上，则可对比人类的行走步态动作,使机器人的行走姿态更像人类行走，但这些主要还是以主试(行为主体)的面貌出现。
根据实验的重复性要求，希望真人的真“实验”，但为了真人的安全着想，真人不可能作为被试参与跌滑倒实验，即便有，也是假装的。因此，可利用仿人机器人进行真人的滑倒模拟，利用仿人机器人行使真人难以实现完成的动作行为。
发明内容
本发明目的是：提供一种可充当实验被试对象的仿人机器人，所述仿人机器人可实施摔滑倒模拟并构建实验及仿真技术平台。既可以达到真人跌滑倒实验的效果，又不用让真人去冒险充当被试对象。
本发明的技术方案是：
一种被试仿人机器人，其特征在于：所述被试仿人机器人包括躯干、驱动系统、感知系统和控制系统，
所述躯干包括骨骼、四肢、关节和适当的身体软组织，所述骨骼和所述四肢组成架构，所述关节是连接两个以上不同构件或部位，所述身体软组织能起到构件间的连接和缓冲作用；
所述驱动系统是提供机器人动作位移动力，依据人体的动作和组织分类，分成若干个子系统，用来驱动躯干各构件运动；
所述感知系统包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器,所述压力传感器安置在躯体的不同构件和构件之间，特别是构件易与地面接触碰撞之处，用来测定感知所述仿人机器人构件间的接触压力变化，构件与地面接触而产生的压力变化，实时感知动作变化，所述温度传感器用来测定感知构件与地面接触而产生的构件与地面的温度变化；所述湿度传感器用来感知空气、构件与地面接触而产生的构件与地面的湿度变化,
所述控制系统能对所述被试仿人机器人控制，并能对所述被试仿人机器人的各项数据进行云存储、模拟、计算等操作。
优选的，所述控制系统通过程序设计，具备学习记忆功能，能够学习人类移动及其滑倒的工作要领并记忆参数；所述控制系统还能根据人体的动作分解特点，实施被试对象动作的不同速回放重现，能最大限度地满足实验需求。
优选的，所述躯干和所述感知系统由抗摔材料组成。
优选的，所述控制系统包括手动、自动、智能型控制。
优选的，所述仿人机器人的脚底有摩擦力，能模拟人后倾滑倒状态，后倾滑倒时与地面接触的位置设有压力传感器。所述被试仿人机器人在光脚、穿鞋或踢拖鞋时通过脚或鞋与地面接触产生摩擦力，能模拟人的倾滑倒状态，倾滑倒时与地面接触的位置设有压力传感器。
优选的，所述仿人机器人能模拟人前倾或后倾滑倒状态，前倾或后倾滑倒时与地面接触的位置设有压力传感器。
优选的，所述仿人机器人能模拟人被绊倒后状态，绊倒时与地面接触的位置设有压力传感器。
优选的，所述仿人机器人的所述控制系统里存储人类移动相关的步态、步幅、步速等，移动至滑倒的过程，模拟滑倒的多种形式，并能控制所述仿人机器人按所述存储数据实行。
优选的，所述仿人机器人能在平地、坡地、凹凸不平地面、楼梯等处实验，在外力作用下具有平衡和失衡功能，所述控制机构将实验数据存储和分析。
所述感知系统还包括湿度传感器，所述湿度传感器用来感知摔滑倒时的空气、地面和构件的湿度变化。
本发明的优点：
1、本发明公开的实验被试仿人机器人进行真人的滑倒模拟，利用实验被试仿人机器人行使真人难以实现完成的动作行为，既能保证人的安全，又能对滑到动作做详尽的实验。
2、所述控制系统通过程序设计，具备学习记忆功能，能够学习人类行走及其滑倒的工作要领并记忆参数等；所述控制系统还能根据人体的动作分解特点，实施被试对象动作的慢速回放，能最大限度的验证。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明所述实验被试仿人机器人和真人滑到状态比较的示意图。
图2为本发明所述实验被试仿人机器人正常行走的示意图。
图3为本发明所述实验被试仿人机器人身体自垮摔倒状态的示意图。
图4为本发明所述实验被试仿人机器人后倾滑倒状态的示意图。
图5为本发明所述实验被试仿人机器人弯曲滑倒状态的示意图。
图6为本发明所述实验被试仿人机器人绊倒状态的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施方式对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，为本发明所述实验被试仿人机器人和真人滑到状态比较的示意图。1为真人，2为实验被试仿人机器人，实验被试仿人机器人能起到真人实验的作用，又不需要真人去冒险。
一种实验被试仿人机器人2，其特征在于：所述被试仿人机器人包括躯干、驱动系统、感知系统和控制系统，
所述躯干包括骨骼、四肢、关节和适当的身体软组织，所述骨骼和所述四肢组成架构，所述关节是连接两个以上不同构件或部位，所述身体软组织能起到构件间的连接和缓冲作用；
所述驱动系统是提供机器人动作位移动力，依据人体的动作和组织分类，分成若干个子系统，用来驱动躯干各构件运动；
所述感知系统包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器,所述压力传感器安置在躯体的不同构件和构件之间，特别是构件易与地面接触碰撞之处，用来测定感知所述仿人机器人构件间的接触压力变化，构件与地面接触而产生的压力变化，实时感知动作变化，所述温度传感器用来测定感知温度变化；所述湿度传感器用来感知空气、地面或脚的湿度变化；所述感知系统还可以设置其他传感器，其他的特定传感器则测定感知相应物体和环境的物理变化。所述感知系统还可以包括其他类型的传感器，其他类型的传感器则根据身躯与环境的接触变化特征进行测定感知。
所述控制系统能对所述被试仿人机器人控制，并能对所述被试仿人机器人的各项数据进行云存储、模拟、计算等操作。
所述控制系统通过程序设计，具备学习记忆功能，能够学习人类移动及其滑倒的工作要领并记忆参数；所述控制系统还能根据人体的动作分解特点，实施被试对象动作的不同速回放重现，能最大限度地满足实验需求。
所述躯干和所述感知系统根据部位和两个以上的构件接触需要，由不同特性的抗摔材料组成。使得实验被试仿人机器人很耐摔，不易碎，在很多地方都可以实验。
所述控制系统包括手动、自动、智能型控制。使用方便，可在多种情况下实验。
优选的，所述被试仿人机器人在光脚、穿鞋或踢拖鞋时通过脚或鞋与地面接触产生摩擦力，能模拟人的倾滑倒状态，倾滑倒时与地面接触的位置设有压力传感器。所述被试仿人机器人能模拟人前倾或后倾滑倒状态，前倾或后倾滑倒时与地面接触的位置设有压力传感器。
所述压力传感器可以随时监控压力变化，模拟真人摔倒情况逼真，可以在压力大的部位实施保护，更好地研究怎样保护真人不受摔倒的伤害。
所述被试仿人机器人能模拟人前倾滑倒状态，前倾滑倒时与地面接触的位置设有压力传感器。可以在压力大的部位，标记下来，在真人相应部位做相应的保护，防止真人前倾滑倒时受伤害。
优选的，所述仿人机器人能模拟人被绊倒后状态，绊倒时与地面接触的位置设有压力传感器。可以在压力大的部位，标记下来，在真人相应部位做相应的保护，防止真人被绊倒时受伤害。
优选的，所述仿人机器人的所述控制系统里存储人类移动相关的步态、步幅、步速等，移动至滑倒的过程，模拟滑倒的多种形式，并能控制所述仿人机器人按所述存储数据实行。可以多种方式多次地实验。
优选的，所述仿人机器人能在平地、坡地、凹凸不平地面、楼梯等处实验，在外力作用下具有模拟演示平衡和失衡功能，所述控制机构将实验数据存储和分析。在不同条件下进行实验。
所述感知系统还包括湿度传感器，所述湿度传感器用来感知摔滑倒时的空气、地面和脚的湿度变化。这样可以很好地实验，测试湿度对人滑倒有什么影响。
整体系统结实耐用，能经得起反复与地面碰撞的滑倒试验，不易破碎；控制是对整体机器人的控制、存储和计算等操作。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种被试仿人机器人，其特征在于：所述被试仿人机器人包括躯干、驱动系统、感知系统和控制系统，
所述躯干包括骨骼、四肢、关节和身体软组织，所述骨骼和所述四肢组成架构，所述关节是连接两个以上不同构件或部位，所述身体软组织能起到构件间的连接和缓冲作用；
所述驱动系统是提供机器人动作位移动力，依据人体的动作和组织分类，分成若干个子系统，用来驱动躯干各构件运动；
所述感知系统包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器,所述压力传感器安置在躯体的不同构件和构件之间，用来测定感知所述被试仿人机器人构件间的接触压力变化，构件与地面接触而产生的压力变化，实时感知动作变化，所述温度传感器用来测定感知温度变化；所述湿度传感器用来感知空气、地面或构件的湿度变化；
所述控制系统能对所述被试仿人机器人控制，并能对所述被试仿人机器人的各项数据进行云存储、模拟、计算操作；所述仿人机器人的所述控制系统里存储人类移动相关的步态、步幅、步速，移动至滑倒的过程，模拟滑倒的多种形式，并能控制所述仿人机器人按所述存储的数据实行。
2.根据权利要求1所述的被试仿人机器人，其特征在于：所述控制系统通过程序设计，具备学习记忆功能，能够学习人类移动及其滑倒的工作要领并记忆参数；所述控制系统还能根据人体的动作分解特点，实施被试对象动作的不同速回放重现，能最大限度地满足实验需求。
3.根据权利要求1所述的被试仿人机器人，其特征在于：所述躯干和所述感知系统由抗摔材料组成。
4.根据权利要求1所述的被试仿人机器人，其特征在于：所述控制系统包括手动、自动、智能型控制。
5.根据权利要求1所述的被试仿人机器人，其特征在于：所述被试仿人机器人在光脚、穿鞋或踢拖鞋时通过脚或鞋与地面接触产生摩擦力，能模拟人的倾滑倒状态，倾滑倒时与地面接触的位置设有压力传感器。
6.根据权利要求1所述的被试仿人机器人，其特征在于：所述被试仿人机器人能模拟人前倾或后倾滑倒状态，前倾或后倾滑倒时与地面接触的位置设有压力传感器。
7.根据权利要求1所述的被试仿人机器人，其特征在于：所述仿人机器人能模拟人被绊倒后状态，绊倒时与地面接触的位置设有压力传感器。
8.根据权利要求1所述的被试仿人机器人，其特征在于：所述仿人机器人能在平地、坡地、凹凸不平地面、楼梯处实验，在外力作用下具有模拟演示平衡和失衡功能，所述控制系统将实验数据存储和分析。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114495682B (zh) * 2022-03-07 2023-08-15 郑州大学 一种基于机器学习的老年人智能教育系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1518488A (zh) * 2002-03-15 2004-08-04 ���ṫ˾ 有腿移动式机器人的动作控制装置和动作控制方法以及机器人装置
CN103770116A (zh) * 2014-01-13 2014-05-07 西北农林科技大学 一种十七自由度人形机器人
CN103976739A (zh) * 2014-05-04 2014-08-13 宁波麦思电子科技有限公司 穿戴式摔倒动态实时检测方法和装置
CN104680525A (zh) * 2015-02-12 2015-06-03 南通大学 基于Kinect深度图像的人体摔倒自动检测方法
CN204375113U (zh) * 2015-01-07 2015-06-03 新疆大学 一种穿戴式人体意外跌倒检测定位装置
CN205521502U (zh) * 2016-01-28 2016-08-31 苏州大学 一种被试仿人机器人

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001239479A (ja) * 1999-12-24 2001-09-04 Sony Corp 脚式移動ロボット及びロボットのための外装モジュール
JP3682525B2 (ja) * 2001-06-07 2005-08-10 独立行政法人科学技術振興機構 二脚歩行式人型ロボット

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1518488A (zh) * 2002-03-15 2004-08-04 ���ṫ˾ 有腿移动式机器人的动作控制装置和动作控制方法以及机器人装置
CN103770116A (zh) * 2014-01-13 2014-05-07 西北农林科技大学 一种十七自由度人形机器人
CN103976739A (zh) * 2014-05-04 2014-08-13 宁波麦思电子科技有限公司 穿戴式摔倒动态实时检测方法和装置
CN204375113U (zh) * 2015-01-07 2015-06-03 新疆大学 一种穿戴式人体意外跌倒检测定位装置
CN104680525A (zh) * 2015-02-12 2015-06-03 南通大学 基于Kinect深度图像的人体摔倒自动检测方法
CN205521502U (zh) * 2016-01-28 2016-08-31 苏州大学 一种被试仿人机器人

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