CN105881534A - 一种模块化人形机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化人形机器人，包括：头部模块、躯体模块和中央控制模块三大部分；所述头部模块通过头部-躯体运动连接件与躯体模块连接，所述中央控制模块设置在躯体模块上，所述中央控制模块上设置通信接口，所述头部模块和躯体模块通过通信接口与所述中央控制模块连接。该机器人是模块化设计，易于维护；便于机器人功能的管理和扩展；简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体涉及一种模块化设计机器人。
背景技术
随着科技的发展，机器人领域也发生了惊人的变化，越来越多的人形机器人进入人们的视野，也越来越多的人形机器人进入了量产。目前人形机器人存在的问题是，由于机器人的运动部件多，对其运动过程的控制较为复杂，每个运动部件都需要重新编写运动控制过程，导致对机器人的总体控制程序代码冗长，对动作的平衡矫正比较麻烦。
发明内容
本发明根据上述现有技术存在的问题，提供一种模块化人形机器人，采用模块化设计，方便开发“功能软件”时候调用，简化了功能软件设计难度，精简了功能软件代码的行数，保证了功能软件运行时候机器人的躯体平衡。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种模块化人形机器人，包括：头部模块、躯体模块和中央控制模块三大部分；所述头部模块通过头部-躯体运动连接件与躯体模块连接，所述中央控制模块设置在躯体模块上，所述中央控制模块上设置通信接口，所述头部模块和躯体模块通过通信接口与所述中央控制模块连接。
进一步地，所述头部模块包括头部控制箱，视频采集装置、音频采集装置和语音播放器，所述视频采集装置、音频采集装置和语音播放器与所述头部控制箱连接，所述视频采集装置为摄像头，所述音频采集装置为麦克风，所述语音播放器为扬声器。
更进一步地，所述头部控制箱内部设置头部处理器、头部存储器、视频处理模块、声音采集模块和语音模块，所述头部处理器连接存储器、视频处理模块、声音采集模块和语音模块，所述语音模块连接扬声器，所述声音采集模块连接麦克风，所述摄像头与所述视频处理模块连接。
进一步地，所述躯体模块包括躯体控制箱、四肢伺服舵机和传感器组，所述四肢伺服舵机设置在躯体模块的四肢关节处，所述躯体控制箱与所述四肢伺服舵机和头部-躯体连接运动连接件连接，所述传感器组的输出端连接躯体控制箱。
更进一步地，所述躯体控制箱内设置躯体处理器、躯体存储器、头部-躯体连接运动控制器和伺服舵机运动模块，所述头部-躯体连接运动控制器与所述头部-躯体连接远动连接件连接，所述传感器组的输出端连接躯体处理器，所述躯体存储器和伺服舵机运动模块与所述躯体处理器连接，所述伺服舵机运动模块的输出端连接伺服舵机。
进一步地，所述中央控制模块包括中央控制箱，所述通信接口设置在中央控制箱的背面，所述中央控制箱包括中央处理器、存储器和中央电源，所述中央电源与所述中央处理器、头部处理器和躯体处理器连接，所述中央存储器与所述中央处理器连接。
更进一步地，所述中央控制箱上设置把手。
进一步地，所述通信接口包括中央-头部通信接口、中央-躯体通信接口、电源充电接口和外部通信接口，所述中央-头部通信接口通过中央-头部连接线与所述头部控制器连接，所述中央-躯体通信接口通过中央-躯体连接线与所述躯体控制器连接，所述电源接口与外部供电电源连接，所述外部通信接口与外接设备连接。
本发明的优点在于：本发明提供的机器人是模块化设计，简化了机器人的设计；三大模块中的任一模块损坏不影响其它模块的正常运行，易于维护；各个模块负责各个模块的功能，便于机器人功能的管理和扩展；各模块为独立运行，通过调用实现模块之间的配合协调，简单易行。
附图说明
图1为本发明所述的一种模块化设计机器人的正面图；
图2为本发明所述的一种模块化设计机器人的侧面图；
图3为本发明所述的一种模块化设计机器人的背面图；
图4为本发明所述的一种模块化设计机器人的三大模块联接图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步的说明。
参见图1至图4，其中图1为本发明所述的一种模块化设计机器人的正面图；图2为本发明所述的一种模块化设计机器人的侧面图；图3为本发明所述的一种模块化设计机器人的背面图；图4为本发明所述的一种模块化设计机器人的三大模块联接图。
如图1至图4所示，一种模块化人形机器人，包括：头部模块1、躯体模块2和中央控制模块3三大部分；所述头部模块1通过头部-躯体运动连接件4与躯体模块2连接，所述中央控制模块3设置在躯体模块2上，所述中央控制模块3上设置通信接口33，所述头部模块1和躯体模块2通过通信接口33与所述中央控制模块3连接。
进一步地，所述头部模块1包括头部控制箱11，视频采集装置12、音频采集装置13和语音播放器14，所述视频采集装置12、音频采集装置13和语音播放器14与所述头部控制箱11连接，所述视频采集装置12为摄像头，所述音频采集装置13为麦克风，所述语音播放器14为扬声器。
进一步地，所述头部控制箱11内部设置头部处理器、头部存储器、视频处理模块、声音采集模块和语音模块，所述头部处理器连接存储器、视频处理模块、声音采集模块和语音模块，所述语音模块连接扬声器，所述声音采集模块连接麦克风，所述摄像头与所述视频处理模块连接。
进一步地，所述躯体模块2包括躯体控制箱21、四肢伺服舵机22和传感器组23，所述四肢伺服舵机22设置在躯体模块2的四肢关节处，所述躯体控制箱21与所述四肢伺服舵机22和头部-躯体连接运动连接件4连接，所述传感器组23的输出端连接躯体控制箱21。
进一步地，所述躯体控制箱21内设置躯体处理器、躯体存储器、头部-躯体连接运动控制器和伺服舵机运动模块，所述头部-躯体连接运动控制器与所述头部-躯体连接远动连接件连接，所述传感器组23的输出端连接躯体处理器，所述躯体存储器和伺服舵机运动模块与所述躯体处理器连接，所述伺服舵机运动模块的输出端连接伺服舵机22。
进一步地，所述中央控制模块3包括中央控制箱31，所述通信接口33设置在中央控制箱31的背面，所述中央控制箱31包括中央处理器、存储器和中央电源32，所述中央电源32与所述中央处理器、头部处理器和躯体处理器连接，所述中央存储器与所述中央处理器连接。
进一步地，所述中央控制箱3上设置把手36。所述把手36可将中央控制箱31推入或者抽出躯体。
进一步地，所述通信接口33包括中央-头部通信接口、中央-躯体通信接口、电源充电接口和外部通信接口，所述中央-头部通信接口通过中央-头部连接线34与所述头部控制器连接，所述中央-躯体通信接口通过中央-躯体连接线35与所述躯体控制器连接，所述电源接口与外部供电电源连接，所述外部通信接口与外接设备连接，用于数据更新及存储。
本发明通过在中央控制箱上设置通信接口，实现中央控制箱与头部控制箱和躯体控制箱之间的数据传输，同时可以与外部设备和供电电源连接，供电电源可以通过通信接口为中央电源充电，也可以为头部模块、躯体模块和中央控制模块直接供电。外部设备可以通过通信接口提取各控制模块的数据或者为各模块下载数据。
本发明实施例中，头部-躯体运动连接件将头部稳固在躯体模块上，躯体控制箱7通过控制头部-躯体运动连接件来控制头部的运动。
本发明通过设置独立的头部模块、躯体模块和中央控制模块，使得机器人的整体控制过程简单，例如躯体模块在没有连接头部模块和中央控制模块时，给躯体模块通电并且给予特定的动作触发信号和代码，躯体模块即可自主完成特定的动作。
躯体模块的躯体处理器主要处理中央控制模块发来的命令指令；躯体模块通过存储器存储着所有的四肢躯体动作代码数据库、头部动作代码数据库和传感器采集信息数据库，调用相应的动作代码驱动四肢躯体独立完成特定的动作，当指导动作完成后，将动作完成情况以信号形式反馈给中央控制模块；同时能独立进行传感器数据的采集，并对采集的数据进行分析处理，通过比对数据库得出结果；调用相应的头部运动代码独立完成头部的运动，指导头部动作完成后，将动作完成情况以信号形式反馈给中央控制模块。
头部模块为独立的视觉、听觉和语音模块，当没有安装中央控制箱和躯体模块，给头部模块通上电以及特定的触发信号，头部模块即可自主完成视觉功能、听觉功能以及语音功能。头部模块有自己独立的存储器：存储器存储着视觉比对数据库、声音数据存储、声音数据比对数据库、语音数据库。通过摄像头采集视觉数据，通过视频处理模块对采集的视频数据分析处理和比对视觉数据库得出结果；通过麦克风采集声音信号，通过声音处理模块对采集的声音信息进行分析处理和比对听觉数据库得出结果；通过语音播放器调取语音数据库发出声音；将以上结果根据中央控制模块的需要反馈给中央控制模块，头部模块通过头部处理器处理中央控制模块传来的命令指令。
中央控制模块是任务分配、下达命令、调控头部模块和四肢躯体模块共同完成任务的模块，即没有装入机器人躯体中，中央控制模块仍能根据任务程序向外发出命令指令、接收代表结果的外部电信号，中央控制模块有自己独立的存储器：存储器存储着操作系统和代表相应任务的app程序，本发明实施例中采用的操作系统为android系统或者其他可扩展功能的智能操作系统。
中央控制模块主要起任务分配、下达命令、调控作用：当需要机器人来完成某一特定任务时，Android系统调用对应的app程序；当特定的app程序被调用后，系统发出命令指令给头部模块或者躯体四肢模块，头部模块或者躯体四肢模块完成任务后，返回一个结果给中央控制模块；中央控制模块根据返回的结果做出判断，然后发出下一命令指令给头部模块或者四肢躯体模块，头部模块或者四肢驱动模块独立完成相应的动作后，返回一个结果给中央模块；中央控制模块根据返回的结果继续执行app程序后面的内容，继续给头部模块或者四肢驱动模块发送命令指令来完成整个任务。
本发明提供的机器人是模块化设计，简化了机器人的设计；三大模块中的任一模块损坏不影响其它模块的正常运行，易于维护；各个模块负责各个模块的功能，便于机器人功能的管理和扩展；各模块为独立运行，通过调用实现模块之间的配合协调，简单易行。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (8)
1.一种模块化人形机器人，其特征在于，包括：头部模块(1)、躯体模块(2)和中央控制模块(3)三大部分；所述头部模块(1)通过头部-躯体运动连接件(4)与躯体模块(2)连接，所述中央控制模块(3)设置在躯体模块(2)上，所述中央控制模块(3)上设置通信接口(33)，所述头部模块(1)和躯体模块(2)通过通信接口(33)与所述中央控制模块(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种模块化人形机器人，其特征在于，所述头部模块(1)包括头部控制箱(11)，视频采集装置(12)、音频采集装置(13)和语音播放器(14)，所述视频采集装置(12)、音频采集装置(13)和语音播放器(14)与所述头部控制箱(11)连接，所述视频采集装置(12)为摄像头，所述音频采集装置(13)为麦克风，所述语音播放器(14)为扬声器。
3.根据权利要求2所述的一种模块化人形机器人，其特征在于，所述头部控制箱(11)内部设置头部处理器、头部存储器、视频处理模块、声音采集模块和语音模块，所述头部处理器连接存储器、视频处理模块、声音采集模块和语音模块，所述语音模块连接扬声器，所述声音采集模块连接麦克风，所述摄像头与所述视频处理模块连接。
4.根据权利要求1所述的一种模块化人形机器人，其特征在于，所述躯体模块(2)包括躯体控制箱(21)、四肢伺服舵机(22)和传感器组(23)，所述四肢伺服舵机(22)设置在躯体模块(2)的四肢关节处，所述躯体控制箱(21)与所述四肢伺服舵机(22)和头部-躯体连接运动连接件(4)连接，所述传感器组(23)的输出端连接躯体控制箱(21)。
5.根据权利要求4所述的一种模块化人形机器人，其特征在于，所述躯体控制箱(21)内设置躯体处理器、躯体存储器、头部-躯体连接运动控制器和伺服舵机运动模块，所述头部-躯体连接运动控制器与所述头部-躯体连接远动连接件连接，所述传感器组(23)的输出端连接躯体处理器，所述躯体存储器和伺服舵机运动模块与所述躯体处理器连接，所述伺服舵机运动模块的输出端连接伺服舵机(22)。
6.根据权利要求1所述的一种模块化人形机器人，其特征在于，所述中央控制模块(3)包括中央控制箱(31)，所述通信接口(33)设置在中央控制箱(31)的背面，所述中央控制箱(31)包括中央处理器、存储器和中央电源(32)，所述中央电源(32)与所述中央处理器、头部处理器和躯体处理器连接，所述中央存储器与所述中央处理器连接。
7.根据权利要求6所述的一种模块化人形机器人，其特征在于，所述中央控制箱(31)上设置把手(36)。
8.根据权利要求1所述的一种模块化人形机器人，其特征在于，所述通信接口(33)包括中央-头部通信接口、中央-躯体通信接口、电源充电接口和外部通信接口，所述中央-头部通信接口通过中央-头部连接线(34)与所述头部控制器连接，所述中央-躯体通信接口通过中央-躯体连接线(35)与所述躯体控制器连接，所述电源接口与外部供电电源连接，所述外部通信接口与外接设备连接。
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