CN110141875A - 一种智能仿生动物系统及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能仿生动物系统及方法，包括支撑模块，所述支撑模块包括躯干组件，躯干组件内安装有移动终端控制系统，所述肢体组件包括大关节骨架、小关节骨架以及爪关节骨架，所述肢体组件与躯干组件连接，且大关节骨架与躯干组件转动连接，大关节骨架与小关节骨架转动连接，小关节骨架与爪关节骨架转动连接；所述颚部包括上颚部与下颚部，所述舌部为舌基座、舌中部及舌尾部，舌基座与头部组件固定安装，舌基座、舌中部及舌尾部弹性连接；其中，处理器控制空气泵、风机产生的气流与躯干组件的移动同步且与运动幅度成正比，发声系统发出的声音与上下颚张合同步且音量与张开的角度成比例。

Description

一种智能仿生动物系统及应用方法

技术领域

本发明涉及智能仿生领域，尤其涉及一种智能仿生动物系统及应用方法。

背景技术

动物模型，尤其是可动动物模型，在很多场所丰富着人们的业余生活，如家庭的电动恐龙，电动兔子，遥控小狗，声控小鸟，公园里的景观恐龙模型等，这些玩具或模型采用声、光、电、机械技术或其中的单个、多个的技术组合，实现发声，运动，发光的功能，发生功能有的采用机械拟音，有的采用电子合成或者录音回放。运动方面用发条，电池提供能量，用电机提供动力，通过简单的机械结构实现肢体的整体转动，结合脚爪的单向机构，实现模型的行走运动，或者用轮子代替四肢，驱动轮子转动，即可实现模型的移动。

目前市场上的机器动物模型，虽然采用声、光、电技术，但由于成本或者技术的限制，运动机构和动物的实际骨骼结构、比例，关节位置，活动方式存在较大的差异，运动控制差异更大，所以功能有限，仿生效果差。外形不成比例。动作仅限于张嘴、摇头、甩尾、行走，由于没有采用仿生设计，动作失真，四肢运行协调性差。行走过程或者被动保持平衡，或者以轮代腿，动作和真的动物差异很大，仿真效果差，不能与人进行互动。声音方面，录音重放，简单的声音重复，不能灵活可变，不能和动作相协调，由于以上技术原因，造成动物模型仿真效果差，因而娱乐功能较差。

为此，提出一种智能仿生动物系统及应用方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种智能仿生动物系统及应用方法，该智能仿生动物系统及应用方法从根本上解决了上述提出的功能单一，仿生效果差、动作协调性、行走无法技术问题、无法灵活多变等问题。

一种智能仿生动物系统，包括

支撑模块，所述支撑模块包括躯干组件，躯干组件内安装有移动终端控制系统，其中，

躯干组件为能够上下左右方向运动的关节转动连接；

移动终端控制系统用以操作终端无线控制智能仿生动物系统；

动作模块，所述动作模块包括关节组件，

其中，关节组件包括头部组件、颈部组件及肢体组件，

所述头部组件与颈部组件左右上下转动连接，所述颈部组件与所述躯干组件左右上下转动连接，

所述肢体组件包括大关节骨架、小关节骨架以及爪关节骨架，所述肢体组件与躯干组件连接，且大关节骨架与躯干组件转动连接，大关节骨架与小关节骨架转动连接，小关节骨架与爪关节骨架转动连接；

传感模块，所述传感模块包括角度传感器、姿态传感器、速度传感器、测距传感器以及图像传感器，其中，

多个所述角度传感器分别安装于所述头部组件、所述颈部组件及所述肢体组件的转动连接处，用以监测所述头部组件、所述颈部组件及所述肢体组件的动作角度；

多个所述姿态传感器安装于所述躯干组件用以监测所述躯干的姿态，控制智能仿生动物系统的运动平衡。

所述测距和图像传感器安装于头部组件，用于测量障碍物的距离和地形，控制器根据此信号，调整四肢动作，控制动物系统避开或者跃过障碍物。

优选的，所述移动终端控制系统包括动作控制模块、无线通信模块、电源模块以及电源开关；

其中，所述动作控制模块包括处理器、传感器信息处理、控制模块；所述无线通信模块包括蓝牙模块、NB-lot模块；所述电源模块采用可充电锂电池。

优选的，所述颈部组件的一端通过对应安装座安装有第一舵机，第一舵机的输出端与所述头部组件固定连接；

所述躯干组件通过对应安装座安装有第二舵机，第二舵机的输出端与所述颈部组件的另一段固定连接；

所述躯干组件的两侧通过对应安装座安装有若干第三舵机，第三舵机的输出端与所述大关节骨架的一端固定连接，大关节骨架的另一端通过对应安装座安装有第四舵机，第四舵机的输出端与小关节骨架的一端固定连接，所述小关节骨架的另一端通过对应安装座固定连接有第五舵机，第五舵机的输出端与所述爪关节骨架固定连接。

优选的，所述第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机均与控制模块电连接，且所述传感模块与控制模块电连接。

优选的，所述头部组件包括颚部与舌部，其中，

所述颚部包括上颚部与下颚部，所述舌部为舌基座、舌中部及舌尾部，舌基座与头部组件固定安装，舌基座、舌中部及舌尾部弹性连接；

所述上颚部与下颚部和所述舌基座、舌中部及舌尾部均通过拉索机构驱动，且所述拉索机构与控制模块电连接。

优选的，还包括发声系统，其中，

所述发声系统包括扬声器，所述扬声器与速度传感器、控制模块电连接，且所述扬声器位于头部组件内。

优选的，还包括气味生成系统，其中，

所述气味生产系统包括风机、空气泵、液体箱及液体箱开口开关，所述风机、空气泵及液体箱开口开关与控制模块电连接；

所述风机、液体箱及液体箱开口开关安装于躯干组件内部，空气泵安装在头部组件内，且风机出风口通过气流管道贯穿颈部组件到达头部组件。

优选的，至少还包括翅膀骨架和尾关节骨架两种中的一种，且翅膀骨架与躯干组件转动连接，尾关节骨架与躯干组件转动连接。

优选的，还包括测距和地形测量模块，测距和地形测量模块与控制模块电连接，用以控制系统躲避、跨越行走过程中的障碍物。

一种智能仿生动物系统的应用方法，

S1：准备工作，在液体箱内置入多种动物人工合成气体，如恐龙体味液体、大象体味液体等，并关闭液体箱开口开关；

S2：通过手机、电脑等联网终端，通过蓝牙、蜂窝网络、无线通信模块向控制模块发出具体指令数据信号；

S3：信号收发模块接收具体指令数据信号调制为数字信号，传入处理器；

S4：处理器向第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机、风机、空气泵、扬声器、拉索机构、液体箱开口开关发出指令数字信号，从而控制第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机、风机、空气泵、拉索机构运转速度、角度以及距离；

S5：角度传感器实时监测头部组件、颈部组件、肢体组件的动作角度，速度传感器实时监测躯干组件的三维速度数据，并将数据通过数字信号反馈传入处理器，以使处理器自动向动作模块发出速度、角度、转速的具体指令，从而控制躯干组件的移动速度；姿态传感器实时监测头部组件、颈部组件、肢体组件的动作幅度，使处理器自动向动作模块发出具体指令，从而保持躯干组件的动态平衡；

其中，处理器控制空气泵、风机产生的气流速度与躯干组件的移动速度同步且与运动幅度成正比，发声系统发出的声音与上下颚张合同步且音量与张开的角度成比例。

S6：测距和图像传感器测量障碍物的距离和地形，控制器根据此信号，调整四肢动作，控制动物系统避开或者跃过障碍物。若图像分析软件识别出特定的动作，系统会根据程序设定做出相应的反应。

附图说明

图1为本发明的框架示意图；

图2为本发明实施例的恐龙动物模型示意图；

图3为图2的俯视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的用。

图1为本发明的框架示意图。

如图1所示，一种智能仿生动物系统，包括

支撑模块，所述支撑模块包括躯干组件，躯干组件内安装有移动终端控制系统，其中，

躯干组件为能够上下左右方向运动的关节转动连接；

移动终端控制系统用以操作终端无线控制智能仿生动物系统；

动作模块，所述动作模块包括关节组件，

其中，关节组件包括头部组件、颈部组件及肢体组件，

所述头部组件与颈部组件左右上下转动连接，所述颈部组件与所述躯干组件左右上下转动连接，

所述肢体组件包括大关节骨架、小关节骨架以及爪关节骨架，所述肢体组件与躯干组件连接，且大关节骨架与躯干组件转动连接，大关节骨架与小关节骨架转动连接，小关节骨架与爪关节骨架转动连接；

传感模块，所述传感模块包括角度传感器、姿态传感器、速度传感器、测距传感器以及图像传感器，其中，

多个所述角度传感器分别安装于所述头部组件、所述颈部组件及所述肢体组件的转动连接处，用以监测所述头部组件、所述颈部组件及所述肢体组件的动作角度；

多个所述姿态传感器安装于所述躯干组件用以监测所述躯干的姿态，控制智能仿生动物系统的运动平衡。

所述测距和图像传感器安装于头部组件，用于测量障碍物的距离和地形，控制器根据此信号，调整四肢动作，控制动物系统避开或者跃过障碍物。

进一步的，所述移动终端控制系统包括动作控制模块、无线通信模块、电源模块以及电源开关；

其中，所述动作控制模块包括处理器、传感器信息处理、控制模块；所述无线通信模块包括蓝牙模块、NB-lot模块；所述电源模块采用可充电锂电池。

进一步的，所述颈部组件的一端通过对应安装座安装有第一舵机，第一舵机的输出端与所述头部组件固定连接；

所述躯干组件通过对应安装座安装有第二舵机，第二舵机的输出端与所述颈部组件的另一段固定连接；

所述躯干组件的两侧通过对应安装座安装有若干第三舵机，第三舵机的输出端与所述大关节骨架的一端固定连接，大关节骨架的另一端通过对应安装座安装有第四舵机，第四舵机的输出端与小关节骨架的一端固定连接，所述小关节骨架的另一端通过对应安装座固定连接有第五舵机，第五舵机的输出端与所述爪关节骨架固定连接。

进一步的，所述第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机均与控制模块电连接，且所述传感模块与控制模块电连接。

进一步的，所述头部组件包括颚部与舌部，其中，

所述颚部包括上颚部与下颚部，所述舌部为舌基座、舌中部及舌尾部，舌基座与头部组件固定安装，舌基座、舌中部及舌尾部弹性连接；

所述上颚部与下颚部和所述舌基座、舌中部及舌尾部均通过拉索机构驱动，且所述拉索机构与控制模块电连接。

进一步的，还包括发声系统，其中，

所述发声系统包括扬声器，所述扬声器与速度传感器、控制模块电连接，且所述扬声器位于头部组件内。

进一步的，还包括气味生成系统，其中，

所述气味生产系统包括风机、空气泵、液体箱及液体箱开口开关，所述风机、空气泵及液体箱开口开关与控制模块电连接；

所述风机、液体箱及液体箱开口开关安装于躯干组件内部，空气泵安装在头部组件内，且风机出风口通过气流管道贯穿颈部组件到达头部组件。

进一步的，至少还包括翅膀骨架和尾关节骨架两种中的一种，且翅膀骨架与躯干组件转动连接，尾关节骨架与躯干组件转动连接。

进一步的，还包括测距和地形测量模块，测距和地形测量模块与控制模块电连接，用以控制系统躲避、跨越行走过程中的障碍物。

一种智能仿生动物系统的应用方法，

S1：准备工作，在液体箱内置入多种动物人工合成气体，如恐龙体味液体、大象体味液体等，并关闭液体箱开口开关；

S2：通过手机、电脑等联网终端，通过蓝牙、蜂窝网络、无线通信模块向控制模块发出具体指令数据信号；

S3：信号收发模块接收具体指令数据信号调制为数字信号，传入处理器；

S4：处理器向第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机、风机、空气泵、扬声器、拉索机构、液体箱开口开关发出指令数字信号，从而控制第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机、风机、空气泵、拉索机构运转速度、角度以及距离；

S5：角度传感器实时监测头部组件、颈部组件、肢体组件的动作角度，速度传感器实时监测躯干组件的三维速度数据，并将数据通过数字信号反馈传入处理器，以使处理器自动向动作模块发出速度、角度、转速的具体指令，从而控制躯干组件的移动速度；姿态传感器实时监测头部组件、颈部组件、肢体组件的动作幅度，使处理器自动向动作模块发出具体指令，从而保持躯干组件的动态平衡；

其中，处理器控制空气泵、风机产生的气流速度与躯干组件的移动速度同步且与运动幅度成正比，发声系统发出的声音与上下颚张合同步且音量与张开的角度成比例。

S6：测距和图像传感器测量障碍物的距离和地形，控制器根据此信号，调整四肢动作，控制动物系统避开或者跃过障碍物。若图像分析软件识别出特定的动作，系统会根据程序设定做出相应的反应。

如图2-3所示，恐龙动物的模型智能仿生动物系统的应用，

处理器向第一舵机321发出指令，控制第一舵机321的转动速度，进而控制头部组件311上下移动；处理器向第二舵机322发出指令，控制第二舵机322的转动速度，进而控制颈部组件312的左右移动，从而控制了头部组件311上下左右的移动速度和方向；处理器向第三舵机323、第四舵机324、第五舵机325发出指令，控制第三舵机323、第四舵机324、第五舵机325的转动速度，进而控制肢体组件的运动速度、角度；

处理器向空气泵5发出指令，控制空气泵5、风机运转，吹出或呼出气体，气体通过打开的液体箱上空，使头部组件311呼出有动物体味的气体；

处理器向扬声器4发出指令，发出与躯干组件移动速度相匹配的动物喘息声音；

处理器向拉索机构发出指令，控制头部组件311中的上颚部与下颚部之间的移动、控制舌部的移动；

具体的，处理器也能够控制翅膀骨架与尾关节骨架的移动；

并且，当测距和地形测量模块识别行进方向道路上的障碍物时，处理器向肢体组件发出控制命令，使肢体组件带动躯干组件绕过障碍物继续行走、奔跑。

运用此智能仿生系统，实现了仿生设计、动作保真，四肢运作协调平衡能力强，且能够实现人机交互功能，动作灵活可变，声音惟妙惟肖，并且还会有真实感的动物体味，娱乐功能非常逼真；通过运用此系统，能够将灭绝动物或者传说中的动物的活灵活现的呈现在人们眼前，与之互动，极大的增加了观赏趣味性。

另外，本发明实施例的智能仿生系统的其他构成及作用对本领域的技术人员来说是已知的，为减少冗余，此处不做赘述。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种智能仿生动物系统，其特征在于，包括

支撑模块，所述支撑模块包括躯干组件，躯干组件内安装有移动终端控制系统，其中，

移动终端控制系统用以操作终端无线控制智能仿生动物系统；

动作模块，所述动作模块包括关节组件，

其中，关节组件包括头部组件、颈部组件及肢体组件，

所述头部组件与颈部组件左右上下转动连接，所述颈部组件与所述躯干组件左右上下转动连接，

所述肢体组件包括大关节骨架、小关节骨架以及爪关节骨架，所述肢体组件与躯干组件连接，且大关节骨架与躯干组件转动连接，大关节骨架与小关节骨架转动连接，小关节骨架与爪关节骨架转动连接；

传感模块，所述传感模块包括角度传感器、姿态传感器、速度传感器、测距传感器以及图像传感器，其中，

多个所述角度传感器分别安装于所述头部组件、所述颈部组件及所述肢体组件的转动连接处，用以监测所述头部组件、所述颈部组件及所述肢体组件的动作角度；

多个所述姿态传感器安装于所述躯干组件用以监测所述躯干的姿态，控制智能仿生动物系统的运动平衡

所述测距和图像传感器安装于头部组件，用于测量障碍物的距离和地形，控制器根据此信号，调整四肢动作，控制动物系统避开或者跃过障碍物。

2.如权利要求1所述的一种智能仿生动物系统，其特征在于，所述移动终端控制系统包括动作控制模块、无线通信模块、电源模块以及电源开关；

其中，所述动作控制模块包括处理器、传感器信息处理、控制模块；所述无线通信模块包括蓝牙模块、NB-lot模块；所述电源模块采用可充电锂电池。

3.如权利要求1所述的一种智能仿生动物系统，其特征在于，所述颈部组件的一端通过对应安装座安装有第一舵机，第一舵机的输出端与所述头部组件固定连接；

所述躯干组件通过对应安装座安装有第二舵机，第二舵机的输出端与所述颈部组件的另一段固定连接；

所述躯干组件的两侧通过对应安装座安装有若干第三舵机，第三舵机的输出端与所述大关节骨架的一端固定连接，大关节骨架的另一端通过对应安装座安装有第四舵机，第四舵机的输出端与小关节骨架的一端固定连接，所述小关节骨架的另一端通过对应安装座固定连接有第五舵机，第五舵机的输出端与所述爪关节骨架固定连接。

4.如权利要求3所述的一种智能仿生动物系统，其特征在于，所述第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机均与控制模块电连接，且所述传感模块与控制模块电连接。

5.如权利要求1所述的一种智能仿生动物系统，其特征在于，所述头部组件包括颚部与舌部，其中，

所述颚部包括上颚部与下颚部，所述舌部为舌基座、舌中部及舌尾部，舌基座与头部组件固定安装，舌基座、舌中部及舌尾部弹性连接；

所述上颚部与下颚部和所述舌基座、舌中部及舌尾部均通过拉索机构驱动，且所述拉索机构与控制模块电连接。

6.如权利要求1所述的一种智能仿生动物系统，其特征在于，还包括发声系统，其中，

所述发声系统包括扬声器，所述扬声器与速度传感器、控制模块电连接，且所述扬声器位于头部组件内。

7.如权利要求1所述的一种智能仿生动物系统，其特征在于，还包括气味生成系统，其中，

所述气味生产系统包括风机、空气泵、液体箱及液体箱开口开关，所述风机、空气泵及液体箱开口开关与控制模块电连接；

所述风机、液体箱及液体箱开口开关安装于躯干组件内部，空气泵安装在头部组件内，且风机出风口通过气流管道贯穿颈部组件到达头部组件。

8.如权利要求1所述的一种智能仿生动物系统，其特征在于，至少还包括翅膀骨架和尾关节骨架两种中的一种，且翅膀骨架与躯干组件转动连接，尾关节骨架与躯干组件转动连接。

9.如权利要求1所述的一种智能仿生动物系统，其特征在于,还包括测距和地形测量模块，测距和地形测量模块与控制模块电连接，用以控制系统躲避、跨越行走过程中的障碍物。

10.一种智能仿生动物系统的应用方法，其特征在于，

S1：准备工作，在液体箱内置入多种动物人工合成气体，如恐龙体味液体、大象体味液体等，并关闭液体箱开口开关；

S2：通过手机、电脑等联网终端，通过蓝牙、蜂窝网络、无线通信模块向控制模块发出具体指令数据信号；

S3：信号收发模块接收具体指令数据信号调制为数字信号，传入处理器；

S4：处理器向第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机、风机、空气泵、扬声器、拉索机构、液体箱开口开关发出指令数字信号，从而控制第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机、风机、空气泵、拉索机构运转速度、角度以及距离；

S5：角度传感器实时监测头部组件、颈部组件、肢体组件的动作角度，速度传感器实时监测躯干组件的三维速度数据，并将数据通过数字信号反馈传入处理器，以使处理器自动向动作模块发出速度、角度、转速的具体指令，从而控制躯干组件的移动速度；姿态传感器实时监测头部组件、颈部组件、肢体组件的动作幅度，使处理器自动向动作模块发出具体指令，从而保持躯干组件的动态平衡；

其中，处理器控制空气泵、风机产生的气流速度与躯干组件的移动速度同步且与运动幅度成正比，发声系统发出的声音与上下颚张合同步且音量与张开的角度成比例。

S6：测距和图像传感器测量障碍物的距离和地形，控制器根据此信号，调整四肢动作，控制动物系统避开或者跃过障碍物。若图像分析软件识别出特定的动作，系统会根据程序设定做出相应的反应。