CN107050868A - 一种骑乘类体验系统及骑乘机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种骑乘类体验系统及骑乘机器人，属于机械制造领域。骑乘类体验系统包括运动轨道、若干个在运动轨道上运动且可用于乘客骑乘的骑乘机器人以及用于控制骑乘机器人的运动、控制骑乘机器人进行路径的识别以及控制骑乘机器人的面部表情的控制装置；骑乘机器人包括由下至上依次连接的行走机构和机体构架，行走机构包括至少四个间隔设置的机械腿，机体构架上设置有用于乘客骑乘的骑乘支撑机构，机体构架的下部与机械腿铰接。该骑乘类体验系统中的骑乘机器人可用于承载乘客，乘客可在控制装置的操纵下控制骑乘机器人的各种运动，从而实现人机合一、人机互动的功能。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造技术，尤其涉及一种骑乘类体验系统及骑乘机器人。
背景技术
为满足人类对休闲娱乐多样化的需求，国内外相继建立了各种主题公园、展馆等体验项目，如环球影城、迪尼斯乐园、欢乐谷等，其内除传统过山车、跳楼机外，还有各类情景模拟项目、多维度骑乘体验项目，虚拟现实项目等。
然而，随着社会发展，现有的娱乐项目越发难以满足多样化的群体需求，人们开始结合远古神话、史前生物、机器人技术及虚拟现实技术等开发出一类全新的体验项目。比如通过仿生技术、机器人技术复活史前生物，使其行走在主题公园供游客观赏；利用虚拟现实技术，人们只需要带上VR眼镜，配合其他传统体验设备，即可穿越时光，实现时光之旅，回到神话时代，甚至可以骑乘在“金睛兽”、“玉麒麟”等神话人物的坐骑上。
上述项目虽立意新颖，具有极高的体验价值，然而，仍有不少弊端，缺少人机合一的互动乐趣。比如，复活生物只能在固定舞台表演，甚至需要拖曳较长的供电及通讯设备，更无法承载游客骑乘观览，很难与体验者形成互动；虚拟现实项目，只是利用头戴式显示设备将人们对外界的视觉、听觉封闭，引导乘客产生的一种身在虚拟环境中的感觉，让人产生一种骑乘的感官体验，并非实质的身心合一的超感官体验。
因此，设计一种人机合一的综合性体验系统对于休闲娱乐开发商们来说具有极为重大的现实意义。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种骑乘类体验系统，此骑乘类体验系统旨在解决传统休闲娱乐项目体验较为单一且缺乏人机合一的乐趣的问题；
本发明的另一目的在于提供一种骑乘机器人，此骑乘机器人旨在解决机器人发生意外状况时无法及时获得保护的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种骑乘类体验系统，所述骑乘类体验系统包括运动轨道、若干个在所述运动轨道上运动且可用于乘客骑乘的骑乘机器人以及用于控制所述骑乘机器人的运动、控制所述骑乘机器人进行路径的识别以及控制所述骑乘机器人的面部表情的控制装置；
所述骑乘机器人包括由下至上依次连接的行走机构和机体构架，所述行走机构包括至少四个间隔设置的机械腿，所述机体构架上设置有用于乘客骑乘的骑乘支撑机构，所述机体构架的下部与所述机械腿铰接；
所述控制装置包括控制器、行走驱动机构、面部控制机构以及路径控制机构，所述控制器分别与所述行走驱动机构、所述面部控制机构以及所述路径控制机构通信连接；
所述行走驱动机构安装在所述机体构架上，所述行走驱动机构用于驱动所述骑乘机器人行走；所述面部控制机构安装在所述机体构架上，所述面部控制机构用于驱动所述骑乘机器人的面部表情的变化；所述路径控制机构安装在所述机体构架上，所述路径控制机构用于控制所述骑乘机器人在所述运动轨道上运动。
作为本发明的一种优选技术方案，所述机体构架包括机体骨架和固定连接组件；所述机体骨架呈框架结构，包括至少两个相对设置的纵向支架和至少两个相对设置的横向支架，所述纵向支架与所述横向支架固定连接成十字结构；所述机械腿通过所述固定连接组件与所述纵向支架的一端铰接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述机械腿包括由下至上依次连接的支脚、小腿支架、大腿支架以及髋关节支架，所述支脚与所述小腿支架铰接，所述小腿支架与所述大腿支架铰接，所述大腿支架与所述髋关节支架铰接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述骑乘支撑机构包括背部骑乘支撑支架，所述背部骑乘支撑支架包括座椅和靠垫，所述座椅固定安装在所述机体骨架的上部，所述靠垫固定安装在所述座椅的一端。
作为本发明的一种优选技术方案，所述控制装置还包括控制总台，所述控制总台与所述控制器通信连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述行走驱动机构包括伺服电机、舵机、电动缸或液压缸。
作为本发明的一种优选技术方案，所述控制器包括运动控制器或PLC驱动器。
作为本发明的一种优选技术方案，所述面部控制机构包括舵机、伺服电机或电动缸。
作为本发明的一种优选技术方案，所述路径控制机构包括地面灰度传感器，所述地面灰度传感器用于将采集的地面灰度图像发送给所述控制器，所述控制器对所述地面灰度图像进行处理后控制所述路径控制机构以使所述骑乘机器人沿所述运动轨道运动。
一种骑乘机器人，所述骑乘机器人包括由下至上依次连接的行走机构、机体构架、急停按钮以及手动控制机构，所述行走机构包括至少四个间隔设置的机械腿，所述机械腿与所述机体构架的下部铰接，所述机体构架上设置有骑乘支撑机构，所述急停按钮安装在所述骑乘机器人的外壳上，所述手动控制机构安装在所述机体构架上。
本发明的有益效果是：
本发明通过上述设计提供一种骑乘类体验系统，该骑乘类体验系统由于具有骑乘机器人和可以控制骑乘机器人的各项运动的控制装置，控制装置具有行走驱动机构、面部控制机构以及路径控制机构，因此，乘客可以坐在背部骑乘支撑支架上，通过操作控制装置来控制骑乘机器人在运动轨道上进行行走、实现各种表情的丰富变化以及在运动轨道上进行路径的识别。一方面，该骑乘机器人可以承载游客，在路径控制机构的控制下沿着规定的路径进行行走演出；另一方面，乘客可以通过面部控制机构来控制骑乘机器人实现漫步、小跑、头颈动作及各种面部表情的变化的动作。同时，该骑乘机器人可根据游客的喜好装饰成不同的造型，以满足不同乘客的需求；此外，游客还可通过控制装置的调节来操作骑乘机器人的行走、停止、前进以及倒退等功能；其次，由于其上安装有路径控制机构，因此，游客可以在骑乘机器人行走的过程中操作其进行高效地躲避障碍物，还可以根据演出场地的特点加载不同的行走路径。由以上可知，该骑乘类体验系统不仅可以给游客提供骑乘机器人的多种乐趣，还可以提供一种人机合一的体验项目，从而达到人机互动的体验乐趣。
本发明通过上述设计提供一种骑乘机器人，该骑乘机器人具有急停按钮，因此，该骑乘机器人具有可以在发生意外状况时可以紧急端点的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的骑乘机器人结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的骑乘机器人第一角度视图；
图3为本发明第二实施例提供的骑乘类体验系统整体结构示意图；
图4为本发明第二实施例提供的骑乘类体验系统的电路连接框图；
图5为本发明第二实施例提供的骑乘类体验系统的上位机显示和遥控器控制的原理框图；
图6为本发明第二实施例提供的骑乘机器人载人的第一状态结构示意图。
图标：1-骑乘类体验系统；2-控制总台；3-骑乘机器人；4-运动轨道；5-无线通讯控制系统；6-行走机构；7-机体构架；8-机械腿；9-骑乘支撑机构；10-控制器；11-行走驱动机构；12-面部控制机构；13-路径控制机构；14-机体骨架；15-固定连接组件；16-纵向支架；18-横向支架；19-支脚；20-小腿支架；22-大腿支架；23-髋关节支架；24-背部骑乘支撑支架；25-座椅；26-靠垫；27-陀螺仪；28-地面灰度传感器；30-遥控器；31-手部操作器；32-手动控制机构；33-通信模块；34-上位机；35-遥控器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
请参照图1、图2以及图5，本实施例提供了一种骑乘机器人3，其可用于承载游客，包括由下至上依次连接的行走机构6和机体构架7。
其中，行走机构6包括四个间隔设置的机械腿8，机械腿8包括由下至上依次铰接的支脚19、小腿支架20、大腿支架22以及髋关节支架23。其中，支脚19的一端与小腿支架20的一端铰接，小腿支架20的另一端与大腿支架22的一端铰接，大腿支架22的另一端与髋关节支架23的一端铰接。
机体构架7包括机体骨架14和固定连接组件15；机体骨架14呈框架结构，其框架结构上安装有纵向支架16和横向支架18，纵向支架16与横向支架18固定连接成十字结构，框架结构的边框则通过固定连接组件15与上述的机械腿8铰接。
固定连接组件15呈环状结构，其上开设有多个间隔设置的安装孔(图中未标出)，机械腿8上也开设有与安装孔相对应的固定孔。安装时，将转轴穿过固定孔、安装孔并在其突出的部分用内六角螺钉固定即可。
机体骨架14上还安装有骑乘支撑机构9，该骑乘支撑机构9包括背部骑乘支撑支架24、安全束缚装置(图中未标出)以及手部操作器31。其中，背部骑乘支撑支架24包括座椅25和靠垫26，座椅25呈框架结构，其框架底部安装有四个支撑脚，通过该四个支撑脚与机体骨架14固定连接；靠垫26则呈弧形板状，其一端与座椅25的侧框边固定连接。手部操作器31则安装在机体骨架14上且与骑乘支撑机构9间隔一定的距离，其与机体骨架14可活动的连接，其上设有特定的指令键，主要用于调节骑乘机器人3行走时的方向。骑乘机器人3通过骑乘支撑机构9来承载乘客，以供乘客骑乘所用。安全束缚装置的作用与安全带的作用相同，使用时，将其系在乘客身上即可。乘客通过调节手部操作器31的角度来实现对骑乘机器人3的控制。
需要说明的是，本实施例中主要阐述的是骑乘机器人3中的一种，即四足机器人；然而，在其他的实施例中，骑乘机器人3的机械腿8的数量以及具体结构并不受限，其机体构架7的具体结构以及与机械腿8的连接方式也不受限，还可以为其它的结构和连接；此外，骑乘机器人3的外表可根据不同的需求进行不同的装饰，并不仅仅局限于图中的结构。
实施例二
请参照图3、图4以及图5，配合参照图1、图2以及图6，本实施例提供了一种骑乘类体验系统1，骑乘类体验系统1包括控制总台2、实施例一中的骑乘机器人3、运动轨道4以及无线通讯控制系统5。
控制总台2与无线通讯控制系统5通信连接，无线通讯控制系统5包括控制器10、行走驱动机构11、面部控制机构12、路径控制机构13、手动控制机构32以及急停按钮(图中未标出)。
控制器10采用运动控制器，嵌入在骑乘机器人3的机体构架7中，程序则存贮在运动控制器中并且通过EtherCAT通信总线来控制骑乘机器人3的运动状态。
行走驱动机构11安装在骑乘机器人3的机械腿8之中，其采用绝对值编码器的伺服电机，速度控制特性良好，在整个速度区内可实现平滑控制，抗过载能力强。行走驱动机构11用于驱动骑乘机器人3的运动状态，通过控制器10控制行走驱动机构11来控制骑乘机器人3的运动状态。在本实施例中，骑乘机器人3的运动状态可以是但不仅限于漫步、小跑、头颈动作和尾部动作等。
面部控制机构12嵌入在骑乘机器人3的机体构架7中，其采用舵机驱动来控制骑乘机器人3的面部机械结构进行面部表演。该面部表演可以是但不仅限于扇动耳朵、嘴巴张合、眼皮及眼球等。
路径控制机构13嵌入在骑乘机器人3的机体构架7中，路径控制机构13响应路径指令并将路径指令发送给控制器10，控制器10根据路径指令控制骑乘机器人3进行路径识别且在运动轨道4上运动。此外，路径控制机构13与地面灰度传感器28配合使用。
骑乘机器人3在预设的运动轨道4上运动，多个地面灰度传感器28间隔的安装在运动轨道4上，地面灰度传感器28通过采集地面灰度图像并发送给控制器10。
手动控制机构32安装在骑乘机器人3的机体构架7中，其与手部操作器31通信连接。手动控制机构32响应输入指令，将输入指令发送给控制器10。乘客通过操作手部操作器31手动发送输入指令给手动控制机构32，手动控制机构32将输入指令发送给控制器10，控制器10依据接收到的输入指令来通过控制行走驱动机构11来控制骑乘机器人3的运动状态。
骑乘类体验系统1还包括用于监测骑乘机器人3平衡参数的陀螺仪27，陀螺仪27安装在骑乘机器人3的机体构架7中。陀螺仪27与控制器10通信连接，并将平衡参数发送给控制器10，控制器10还用于依据平衡参数通过行走驱动机构11控制骑乘机器人3的稳定性。
骑乘类体验系统1还包括急停按钮(图中未标出)，急停按钮用于控制无线通讯控制系统5与蓄电池的电连接状态。
控制总台2包括通信模块33、遥控器35以及与骑乘机器人3通信连接的上位机34。上位机34、遥控器35通过无线通信连接与通信模块33电性连接。上位机34用于接收通信模块33发送的骑乘机器人3的运动信息并在上位机34上显示。工作人员可以通过上位机34来观测骑乘机器人3的运动信息，防止乘客发生意外状况，更好地监测骑乘机器人3。
综上所述，该骑乘类体验系统1由于具有骑乘机器人3和可以控制骑乘机器人3的各项运动的控制总台2，控制总台2具有行走驱动机构11、面部控制机构12以及路径控制机构13，因此，乘客可以坐在背部骑乘支撑支架24上，通过操作控制总台2来控制骑乘机器人3在运动轨道4上进行行走、实现各种表情的丰富变化以及在运动轨道4上进行路径的识别。一方面，该骑乘机器人3可以承载游客，在路径控制机构13的控制下沿着规定的路径进行行走演出；另一方面，乘客可以通过面部控制机构12来控制骑乘机器人3实现漫步、小跑、头颈动作及各种面部表情的变化的动作。同时，该骑乘机器人3可根据游客的喜好装饰成不同的造型，以满足不同乘客的需求；此外，游客还可通过控制总台2的调节来操作骑乘机器人3的行走、停止、前进以及倒退等功能；其次，由于其上安装有路径控制机构13，因此，游客可以在骑乘机器人3行走的过程中操作其进行高效地躲避障碍物，还可以根据演出场地的特点加载不同的行走路径。由以上可知，该骑乘类体验系统1不仅可以给游客提供骑乘机器人3的多种乐趣，还可以提供一种人机合一的体验项目，从而达到人机互动的体验乐趣。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种骑乘类体验系统，其特征在于，所述骑乘类体验系统包括运动轨道、若干个在所述运动轨道上运动且可用于乘客骑乘的骑乘机器人以及用于控制所述骑乘机器人的运动、控制所述骑乘机器人进行路径的识别以及控制所述骑乘机器人的面部表情的控制装置；
所述骑乘机器人包括由下至上依次连接的行走机构和机体构架，所述行走机构包括至少四个间隔设置的机械腿，所述机体构架上设置有用于乘客骑乘的骑乘支撑机构，所述机体构架的下部与所述机械腿铰接；
所述控制装置包括控制器、行走驱动机构、面部控制机构以及路径控制机构，所述控制器分别与所述行走驱动机构、所述面部控制机构以及所述路径控制机构通信连接；
所述行走驱动机构安装在所述机体构架上，所述行走驱动机构用于驱动所述骑乘机器人行走；所述面部控制机构安装在所述机体构架上，所述面部控制机构用于驱动所述骑乘机器人的面部表情的变化；所述路径控制机构安装在所述机体构架上，所述路径控制机构用于控制所述骑乘机器人在所述运动轨道上运动。
2.根据权利要求1所述的骑乘类体验系统，其特征在于，所述机体构架包括机体骨架和固定连接组件；所述机体骨架呈框架结构，包括至少两个相对设置的纵向支架和至少两个相对设置的横向支架，所述纵向支架与所述横向支架固定连接成十字结构；所述机械腿通过所述固定连接组件与所述纵向支架的一端铰接。
3.根据权利要求2所述的骑乘类体验系统，其特征在于，所述机械腿包括由下至上依次连接的支脚、小腿支架、大腿支架以及髋关节支架，所述支脚与所述小腿支架铰接，所述小腿支架与所述大腿支架铰接，所述大腿支架与所述髋关节支架铰接。
4.根据权利要求3所述的骑乘类体验系统，其特征在于，所述骑乘支撑机构包括背部骑乘支撑支架，所述背部骑乘支撑支架包括座椅和靠垫，所述座椅固定安装在所述机体骨架的上部，所述靠垫固定安装在所述座椅的一端。
5.根据权利要求1所述的骑乘类体验系统，其特征在于，所述控制装置还包括控制总台，所述控制总台与所述控制器通信连接。
6.根据权利要求1所述的骑乘类体验系统，其特征在于，所述行走驱动机构包括伺服电机、舵机、电动缸或液压缸。
7.根据权利要求1所述的骑乘类体验系统，其特征在于，所述控制器包括运动控制器或PLC驱动器。
8.根据权利要求1所述的骑乘类体验系统，其特征在于，所述面部控制机构包括舵机、伺服电机或电动缸。
9.根据权利要求1所述的骑乘类体验系统，其特征在于，所述路径控制机构包括地面灰度传感器，所述地面灰度传感器用于将采集的地面灰度图像发送给所述控制器，所述控制器对所述地面灰度图像进行处理后控制所述路径控制机构以使所述骑乘机器人沿所述运动轨道运动。
10.一种骑乘机器人，其特征在于，所述骑乘机器人包括由下至上依次连接的行走机构、机体构架、急停按钮以及手动控制机构，所述行走机构包括至少四个间隔设置的机械腿，所述机械腿与所述机体构架的下部铰接，所述机体构架上设置有骑乘支撑机构，所述急停按钮安装在所述骑乘机器人的外壳上，所述手动控制机构安装在所述机体构架上。
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