CN110884586A - 一种旅游陪伴的智能仿生机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种旅游陪伴的智能仿生机器人，通过在机器人的行走装置中设置下肢滚转组件和小腿转动组件，实现了机器人的转向、抬腿等动作，能够使机器人攀登台阶以及在具有坡度的道路环境下行走，扩大了伴游机器人的伴游地域范围，能够更好的为游客进行服务并降低服务成本；并且，利用拉线轮和拉线的方式进行力传动，结构复杂度低于齿轮结构，力传动稳定性高于传送带结构，提高了机器人的行走和攀登台阶过程的安全性和稳定性；另外，在不同功能的组件中使用专属电机进行单独控制，增加了机器人的动作灵活性。

Description

一种旅游陪伴的智能仿生机器人

技术领域

本申请涉及智能旅游技术领域，特别涉及旅游陪伴的智能仿生机器人。

背景技术

随着人类对智能化技术研究的成果越来越多，这些技术也越来越多的出现在人类生活中，减轻人们的重复性劳动，提高达成目标的效率，增强人们的体验等等。其中，AI机器人是智能化技术中的一个方面，随着图像识别技术、语音识别技术以及各类传感器的稳步发展，机器人也已经逐渐应用到了人类生活领域中的方方面面，并对人类生活的影响程度愈来愈高。

例如一些超市已投入了导购机器人，人们通过对机器人进行语音讲话或操作机器人触摸屏来发出关于查询有无目标商品、目标商品位置及价格等问题，机器人识别后给予回答，并对目标商品的位置进行语音指示，或移动带路引领顾客到达目标商品所在位置等。

又例如，在一些旅游景区也投入了伴游机器人，也称导游机器人。导游机器人能够依据游客通过语音讲话或触摸屏操作表达出的需求，生成游览路线，并引导游客按照游览路线在景区内游览观光，并在途经的景点处为用户进行相关的历史及典故的讲解介绍，回答用户提出的关于景点的问题等。

然而，目前的AI机器人，无论是导购机器人还是导游机器人，其均采用驱动车轮的方式来实现机器人的移动。然而对于导购机器人来说，其移动的区域主要是一个平面，没有台阶等需要攀爬的路段，而对于导游机器人来说，由于景区的地势地形错综复杂，通常都会有台阶，而上述车轮式机器人就无法越过台阶，因此大大限制了导游机器人的导游区域范围，只能在一个小范围的平面区域内引导游客进行游览，而无法到达通过台阶等阶跃式起伏段连接的其他景点。若采用多个不同的机器人并分别安置在不同的平面区域内对游客进行导览，则既会增大机器人的投入成本，也会因为台阶的原因而需要频繁地更换导游机器人导致的游客游览体验的降低。

发明内容

(一)申请目的

基于此，为了扩大伴游机器人的行走空间范围，以伴随或带领游客在景区内更好地进行旅游观光，同时不提高机器人的投入数量，避免成本的大幅提高，本申请公开了以下技术方案。

(二)技术方案

本申请提供了一种旅游陪伴的智能仿生机器人，包括：上体功能装置和至少两个下肢行走装置；

所述上体功能装置装有游客定位系统，并与所述至少两个下肢行走装置活动连接；

所述下肢行走装置包括下肢滚转组件、大腿抬落侧摆组件、小腿转动组件、小腿支撑组件和脚部组件；其中，

所述下肢滚转组件包括：髋部滚转转轴、髋部拉线辅轮、髋部拉线主轮、滚转驱动电机，其中，所述髋部滚转转轴的上端转动连接于所述上体功能装置底部，所述髋部拉线辅轮固定于所述髋部滚转转轴的上端，所述髋部拉线主轮与所述滚转驱动电机的电机轴连接，并通过拉线与所述髋部拉线辅轮连接；

所述大腿抬落侧摆组件的上端与所述髋部滚转转轴的下端固定连接，下端与所述小腿支撑组件铰接；

所述小腿转动组件包括：膝部转轴、膝部拉线辅轮、膝部拉线主轮和旋转驱动电机，其中，所述膝部转轴固定于所述小腿支撑组件的上部并与所述大腿抬落侧摆组件转动连接，所述膝部拉线辅轮与所述膝部转轴相固定，所述膝部拉线主轮与所述旋转驱动电机的电机轴连接，并通过拉线与所述膝部拉线辅轮连接；

所述脚部组件与所述小腿支撑组件连接。

在一种可能的实施方式中，所述大腿抬落侧摆组件采用三自由度并联机构。

在一种可能的实施方式中，所述三自由度并联机构包括：

顶部连接件，其与所述髋部滚转转轴的下端固定连接；

底部连接件，其与所述小腿支撑组件的上端转动连接；

三个伸缩机构，每个所述伸缩机构包括上球铰链和伸缩组件，所述上球铰链的固定端固定于所述顶部连接件底面，所述伸缩组件的上端与所述上球铰链连接，下端与所述底部连接件转动连接。

在一种可能的实施方式中，所述伸缩机构还包括：

下球铰链，其固定端固定于所述底部连接件顶面，所述伸缩组件的下端与所述下球铰链的转动端连接。

在一种可能的实施方式中，所述三自由度并联机构还包括：

限位杆，其两端分别通过球铰链与所述顶部连接件和所述底部连接件连接。

在一种可能的实施方式中，所述小腿支撑组件采用曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构的驱动端与所述大腿抬落侧摆组件的外摆动端通过所述小腿转动组件连接，所述曲柄连杆机构的转动端与所述脚部组件铰接。

在一种可能的实施方式中，所述曲柄连杆机构包括：

上连接件，其与所述大腿抬落侧摆组件的外摆动端通过所述小腿转动组件连接；

下连接件，其与所述脚部组件连接；

多根固定连杆，每根所述固定连杆的两端分别固定于所述上连接件和所述下连接件上；

直线执行机构，其固定端固定于所述上连接件底部；

主动传动件，其上端与所述直线执行机构的可动端铰接；

从动传动件，其上端与所述主动传动件的下端铰接，中部与固定于所述下连接件顶部的固定轴转动连接，下端与所述脚部组件固定连接。

在一种可能的实施方式中，至少两根所述固定连杆上安装有高度可调的重心调节单元。

在一种可能的实施方式中，所述脚部组件包括：

上曲面件，其与所述小腿支撑组件的外侧端连接，并且所述上曲面件包括向外凸出的第一曲面段；

下曲面件，其固定于所述上曲面件的底部，所述下曲面件呈波浪状，包括与所述第一曲面段连接的向上凸起的第二曲面段，以及与所述第二曲面段连接的向下凸起的第三曲面段。

在一种可能的实施方式中，所述上体功能装置包括：

躯干组件，其与所述下肢行走装置连接，外侧设有显示旅游信息的显示屏，并且内部设有装载物品的储物箱；

上肢摆动装置，其具有多个自由度并转动连接于所述躯干组件两侧，用于获拾所述储物箱的物品并将物品递送至指定位置，和/或用于依据游客选择的地点为游客指示方向。

在一种可能的实施方式中，所述上体功能装置还包括：

旋转组件，其设置于所述躯干组件顶部并与所述躯干组件转动连接，所述上肢摆动装置连接于所述旋转组件两侧。

在一种可能的实施方式中，所述上肢摆动装置包括：

大臂组件，其与所述旋转组件铰接，并且所述大臂组件的转动方向垂直于所述旋转组件的转动方向；

小臂组件，其与所述大臂组件铰接，并且所述小臂组件的转动方向垂直于所述大臂组件和所述旋转组件的转动方向。

在一种可能的实施方式中，所述上体功能装置还包括：

头部组件，其安装于所述躯干组件顶部，并装有定位目标游客与机器人的相对位置的摄像定位系统。

在一种可能的实施方式中，所述摄像定位系统包括双摄像头和扬声器，所述双摄像头用于拍摄机器人周围的画面，使所述机器人通过图像识别的方式定位被服务游客的位置。

(三)有益效果

本申请公开的智能仿生机器人，通过在机器人的行走装置中设置下肢滚转组件和小腿转动组件，实现了机器人的转向、抬腿等动作，能够使机器人攀登台阶以及在具有坡度的道路环境下行走，扩大了伴游机器人的伴游地域范围，能够更好的为游客进行服务并降低服务成本；并且，利用拉线轮和拉线的方式进行力传动，结构复杂度低于齿轮结构，力传动稳定性高于传送带结构，提高了机器人的行走和攀登台阶过程的安全性和稳定性；另外，在不同功能的组件中使用专属电机进行单独控制，增加了机器人的动作灵活性。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本申请，而不能理解为对本申请的保护范围的限制。

图1是本申请公开的智能仿生机器人一种实施例的三维结构示意图。

图2是下肢行走装置30的三维结构示意图，其中躯干组件20只示出了下半部分。

图3是小腿转动组件330的三维结构示意图。

图4是大腿抬落侧摆组件320和小腿支撑组件340的三维结构示意图。

图5是脚部组件350的三维结构示意图。

图6是上体功能装置的三维结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

下面参考图1-图6详细描述本申请公开的旅游陪伴的智能仿生机器人第一实施例。如图1所示，本实施例公开的机器人主要包括有：上体功能装置和至少两个下肢行走装置30。

上体功能装置装有游客定位系统，并且上体功能装置与至少两个下肢行走装置30活动连接。上体功能装置主要用于实现伴游机器人(导游机器人)的除了行走以外的功能，例如通过与游客定位系统对游客进行定位，以在机器人行走时计算机器人与目标游客(预订导游服务或伴游服务的游客)之间的距离，并据此来调节自身的行走速度，避免与游客距离过大，在游客看到感兴趣的景色并突然止步进行拍照和观赏时，机器人能够依据与游客之间的距离由于自身依旧处于行走过程中而不断增大的现象，停止进行行走并等待客户。

如图2所示，每个下肢行走装置30包括：下肢滚转组件310、大腿抬落侧摆组件320、小腿转动组件330、小腿支撑组件340和脚部组件350。

下肢行走装置30用于支持实现机器人的行走功能，除了能够平地行走及转向外，还能够进行坡度行走、台阶行走，扩大了机器人的可移动范围。机器人通常配备有两个下肢行走装置30，本实施例也以两个下肢行走装置30来模拟人类的下肢对本申请机器人的技术方案进行阐述，但可以理解的是，机器人也可以设置为具有三个或更多的下肢行走装置30，例如设置为三个并排的下肢行走装置30，或设置为四个矩阵排列的下肢行走装置30。

其中，下肢滚转组件310相当于机器人的髋部，用于实现下肢的自转，以进行行走方向的调节；大腿抬落侧摆组件320用于实现下肢向不同方向的抬腿迈步，以进行实际行走；小腿转动组件330实现下肢的小腿与大腿之间的弯曲和伸直，以迈步上下台阶和坡度道路；小腿支撑组件340用于实现脚部组件350的上下转动，以贴合不同坡度道路；脚部组件350用于支撑机器人并提供稳固的落脚点。

具体的，如图2及图3所示，下肢滚转组件310包括：髋部滚转转轴311、髋部拉线辅轮312、髋部拉线主轮313、滚转驱动电机314。

其中，髋部滚转转轴311是下肢滚转组件310与上体功能装置的连接部件，也是下肢行走装置30与上体功能装置的连接部件。髋部滚转转轴311的上端转动连接于上体功能装置底部，髋部滚转转轴311贯穿上体功能装置的外壳，其上端伸入上体功能装置内部，而下端则伸出上体功能装置之外。髋部滚转转轴311可以通过耐压的轴承与上体功能装置转动连接。髋部滚转转轴311通常设置为竖直向下，且伸出上体功能装置之外部分的长度较短，以避免占用下肢行走装置30中的例如大腿抬落侧摆组件320等组件的长度空间。

髋部拉线辅轮312固定于髋部滚转转轴311的上端，例如同轴固定于髋部滚转转轴311的位于上体功能装置内部的端部。髋部拉线主轮313与滚转驱动电机314的电机轴(也就是输出轴)连接，并通过拉线(也就是拉索，图中未示出)与髋部拉线辅轮312连接。

在控制下肢进行滚转时，机器人控制系统向滚转驱动电机314发送信号，滚转驱动电机314的电机轴转动，带动髋部拉线主轮313绕Z轴转动，髋部拉线主轮313通过拉线拉动髋部拉线辅轮312绕Z轴转动，进而带动髋部滚转转轴311以及整个下肢绕Z轴进行回转，以实现机器人的行走转向。

如图2所示，髋部拉线辅轮312、髋部拉线主轮313和滚转驱动电机314可全部设置于上体功能装置内部，以增加组件传动的稳定性及安全性，但也可以设置于上体功能装置的外侧底部，以便于维修并降低重心。

并且，两个滚转驱动电机314可依据机器人整体的重心情况对称设置于两个髋部滚转转轴311连线的垂线上或其他位置，以平衡机器人的前后重心。

另外，髋部拉线主轮313的轮径可采用小于髋部拉线辅轮312轮径的尺寸，以利于设置传动比及减速。

大腿抬落侧摆组件320的上端与髋部滚转转轴311的下端固定连接，以与髋部滚转转轴311同步转动，大腿抬落侧摆组件320的下端与小腿支撑组件340铰接，以进行小腿的弯曲和伸直。

小腿转动组件330相当于机器人的膝部，通过小腿转动组件330实现大腿抬落侧摆组件320的下端与小腿支撑组件340之间的铰接，实现对小腿的可控的弯曲伸直。而通过对小腿的可控的弯曲伸直，配合大腿抬落侧摆组件320的抬腿动作，实现机器人抬腿后弯曲小腿的跨步踩上台阶动作，以及登上台阶之后配合大腿抬落侧摆组件320的动作而进行转动，实现完全登上台阶动作。

如图2及图3所示，小腿转动组件330包括：膝部转轴331、膝部拉线辅轮332、膝部拉线主轮333和旋转驱动电机334。

其中，膝部转轴331是连接大腿抬落侧摆组件320与小腿支撑组件340的连接部件。膝部转轴331固定于小腿支撑组件340的上部，并且膝部转轴331与大腿抬落侧摆组件320转动连接，例如通过在膝部转轴331上设置轴承来实现与大腿抬落侧摆组件320转动连接。膝部转轴331可以水平设置并且垂直于机器人在未进行任何转向调节时的默认行进方向，并且膝部转轴331的至少一端伸出小腿支撑组件340之外，也可以两端均伸出小腿支撑组件340之外。

膝部拉线辅轮332与膝部转轴331相固定，例如同轴固定于膝部转轴331的伸出小腿支撑组件340之外的外侧端。膝部拉线主轮333与旋转驱动电机334的电机轴(也就是输出轴)连接，并通过拉线(也就是拉索，图中未示出)与膝部拉线辅轮332连接。

在控制小腿支撑组件340进行转动时，机器人控制系统向旋转驱动电机334发送信号，旋转驱动电机334的电机轴转动，带动膝部拉线主轮333在XZ平面内转动，膝部拉线主轮333通过拉线拉动膝部拉线辅轮332转动，进而带动膝部转轴331以及下肢中的小腿在XZ平面内进行旋转，实现小腿相对于大腿的弯曲和伸直。

如图3所示，每个小腿转动组件330中，除膝部转轴331以外，膝部拉线辅轮332、膝部拉线主轮333和旋转驱动电机334均可以设置两个，两个膝部拉线辅轮332分别固定于膝部转轴331伸出小腿支撑组件340之外的两端，并通过拉线分别连接一个膝部拉线主轮333，以及受一个旋转驱动电机334控制而转动。这样既可以增加转动小腿的动力，也可以使转动时的转动受力点更均衡。

另外，膝部拉线主轮333的轮径可采用小于膝部拉线辅轮332轮径的尺寸，以利于设置传动比及减速。

脚部组件350与小腿支撑组件340连接，通过脚部组件350作为与地面的接触受力部件。

本实施例通过在机器人的行走装置中设置下肢滚转组件和小腿转动组件，实现了机器人的转向、抬腿等动作，能够使机器人攀登台阶以及在具有坡度的道路环境下行走，扩大了伴游机器人的伴游地域范围，能够更好的为游客进行服务并降低服务成本；并且，利用拉线轮和拉线的方式进行力传动，结构复杂度低于齿轮结构，力传动稳定性高于传送带结构，提高了机器人的行走和攀登台阶过程的安全性和稳定性；另外，在不同功能的组件中使用专属电机进行单独控制，增加了机器人的动作灵活性。

在一种实施方式中，大腿抬落侧摆组件320采用三自由度并联机构。并联机构为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接、具有两个或两个以上自由度、并以并联方式驱动的一种闭环机构。例如采用3RPS并联机构，其中，R为转动副(Revolute)，P为运动副(Prismatic)，S为球面副(Spherical)。

具体的，如图4所示，本实施例中大腿抬落侧摆组件320采用的三自由度并联机构包括：顶部连接件321、底部连接件322和三个伸缩机构。

其中，顶部连接件321是大腿抬落侧摆组件320与下肢滚转组件310连接的部件，顶部连接件321与髋部滚转转轴311的下端固定连接，以实现被下肢滚转组件310带动而回转。顶部连接件321通常呈平板状并水平设置(垂直于Z轴)，髋部滚转转轴311的轴线垂直于顶部连接件321的板面。驱动小腿转动的旋转驱动电机334通常安装于顶部连接件321一侧，并与顶部连接件321同步转动，以保持膝部拉线主轮333与膝部拉线辅轮332之间的相对位置关系不会因为下肢滚转组件310驱动大腿转动而改变。

底部连接件322是大腿抬落侧摆组件320与小腿支撑组件340连接的部件，底部连接件322与小腿支撑组件340的上端转动连接。以实现被小腿转动组件330驱动而相对于大腿转动。底部连接件322的顶面为平面，整体为横向放置的半圆柱，半圆柱的侧弧面和小腿支撑组件340的上连接件341相适配并保持一定间隙以利于转动。在机器人处于直立站立的状态下，底部连接件322处于水平状态(垂直于Z轴)并平行于顶部连接件321。

三个伸缩机构均设置于顶部连接件321和底部连接件322之间，每个伸缩机构包括上球铰链323和伸缩组件324，上球铰链323的固定端固定于顶部连接件321底面，也就是固定于顶部连接件321的面向底部连接件322的一面。为了实现并联伸缩组件324的转动，伸缩组件324的两端需要与两端的连接件需要有转动自由度，因此伸缩组件324的上端(缸体部分)与上球铰链323连接，下端(活塞杆部分)与底部连接件322转动连接。

三个伸缩机构可以周向均布于顶部连接件321和底部连接件322之间，顶部连接件321和底部连接件322作为三角形顶点经连线后形成的形状为等边三角形，并且顶部连接件321和底部连接件322的相对位置相对应。伸缩组件324可以采用采用气动传动，例如气缸，或者采用液压传动，例如液压缸，也可以采用电动传动，例如电动推杆。

三个伸缩机构实现了大腿抬落侧摆组件320的三自由度运转，通过驱动其中至少一个伸缩组件324，能够实现机器人大腿的抬起和落下，以及向机器人外侧两边摆动的功能。例如，驱动机器人后侧的两个伸缩组件324伸长并驱动机器人前侧的一个伸缩组件324缩短，通过球铰链实现伸缩组件324的转动，能够实现大腿的前抬，反之则实现大腿的收回。

伸缩机构方位排布方式也可以设置为两个伸缩组件324在前，一个伸缩组件324在后的方式，本申请对此不做限定。

进一步的，每个伸缩机构还包括下球铰链325，下球铰链325的固定端固定于底部连接件322顶面，伸缩组件324的下端与下球铰链325的转动端连接，也就是说，伸缩组件324的下端同样通过球铰链实现下端的转动连接。

更进一步的，三自由度并联机构还包括限位杆326，限位杆326两端分别通过球铰链与顶部连接件321和底部连接件322连接。

限位杆326的长度不可变，其与顶部连接件321的连接点通常位于三个上球铰链323在顶部连接件321的安装点所在的圆形的圆心处，限位杆326与底部连接件322的连接点同理，这使得顶部连接件321与底部连接件322之间的距离不变，以此来实现对大腿抬落侧摆组件320的转动进行约束。

在一种实施方式中，小腿支撑组件340采用曲柄连杆机构。曲柄连杆机构能够将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，实现驱动轮子转动。曲柄连杆机构的驱动端与大腿抬落侧摆组件320的外摆动端通过小腿转动组件330连接，通过小腿转动组件330实现小腿与大腿之间的弯曲和伸直。曲柄连杆机构的转动端与脚部组件350铰接，实现机器人脚部拟态化的抬起(脚尖抬高)和落下(脚背伸直)。

具体的，如图4所示，曲柄连杆机构包括：上连接件341、下连接件342和多根固定连杆343，还包括直线执行机构344、主动传动件345和从动传动件346。

上连接件341与大腿抬落侧摆组件320的外摆动端通过小腿转动组件330连接。上连接件341可以采用截面呈U形的结构，以配合半圆柱状的底部连接件322，形成与底部连接件322之间的相对转动的空间。U形结构的耳部被小腿转动组件330的膝部转轴331贯穿并相固定，实现小腿支撑组件340与抬落侧摆组件320的相对转动。

下连接件342与脚部组件350连接。当下连接件342受到直线执行机构344的驱动而转动时，会带动脚部组件350一同转动，实现脚部的抬起和落下。

每根固定连杆343的两端分别固定于上连接件341和下连接件342上。固定连杆343作为连接上连接件341和下连接件342的部件，其上端固定于上连接件341底面，下端固定于下连接件342顶面，以形成小腿的支架结构。

直线执行机构344一端为固定端，另一端为可动端。其中，直线执行机构344固定端固定于上连接件341底部。直线执行机构344可以采用气缸等部件。

主动传动件345上端与直线执行机构341的可动端铰接。直线执行机构344的可动端可以采用双耳结构，并通过第一销轴贯穿双耳以及位于双耳之间的主动传动件345上端的单耳，实现单耳和双耳的铰接，进而实现直线执行机构344与主动传动件345的铰接。

从动传动件346上端与主动传动件345的下端铰接，中部与固定于下连接件342顶部的固定轴346转动连接，下端与脚部组件350固定连接。

从动传动件346的上端同样可以采用双耳结构，并通过第二销轴贯穿双耳以及位于双耳之间的主动传动件345下端的单耳，实现单耳和双耳的铰接，进而实现主动传动件345与从动传动件346的铰接。

下连接件342上设置有通孔，从动传动件346贯穿该通孔并与下方的脚部组件350固定连接。下连接件342顶面的两侧还对称设置有销座，销座上安装有贯穿从动传动件346中部的第二销轴。当直线执行机构341伸长/缩短时，带动主动传动件345进行相应转动，进而带动从动传动件346转动，使得主动传动件345与从动传动件346之间的夹角变小/变大，最终带动脚部组件350转动，实现脚部的上抬和下踮。

可以理解的是，从动传动件346与主动传动件345之间的初始夹角设置为钝角，并且下连接件342上通孔的尺寸设置为满足下连接件342在一定转动角度范围内的活动空间。

本实施例中的小腿支撑组件340通过执行机构和传动杆件实现单一自由度的转动，并且提高驱动力矩，使小腿和脚部的运动更加符合人体的真实步态。

进一步的，至少两根固定连杆343上安装有高度可调的重心调节单元。重心调节单元相当于配重块，通过调节配重块的高度及数量，实现机器人的重心的调节，以及质量、质心及转动惯量的调节。

在一种实施方式中，如图5所示，脚部组件350包括：上曲面件351和下曲面件353。

上曲面件351与小腿支撑组件340的外侧端连接，也就是与从动传动件346的穿出下连接件342下侧的部分连接，并且上曲面件351包括向外凸出的第一曲面段352。上曲面件351的前端部分和后端部分比中间部分薄且厚度较为均匀，中间部分的底面为第一曲面段352，而前端部分和后端部分同样可以采用曲面段，或者采用直板。中间部分与从动传动件346连接，因此为了保证结构的稳定性而对中间部分与从动传动件346的连接处进行加厚处理。在机器人的正常直立状态下，上曲面件351的底面与水平面之间的大致夹角为锐角。

下曲面件353固定于上曲面件351的底部，其整体位于上曲面件351下后方，并从下曲面件353的中间部分开始向后延伸。下曲面件353呈波浪状，包括与第一曲面段352连接的向上凸起的第二曲面段354，以及与第二曲面段354连接的向下凸起的第三曲面段355。在机器人站立及行走时，上曲面件351的前端部分与下曲面件353的第三曲面段355与地面实际发生接触，通过波浪状的下曲面件353与上曲面件351的配合实现脚部落地与起步的缓冲和储能，利于机器人的行走稳定性。

由于具有图像识别、语音识别等智能化技术，多数的导游机器人不需要也未设置上肢部分，只依靠传感器、内部的数据及信号处理系统、显示屏和语音播报器即可完成常见的导游工作，例如为游客指路。即使安装了上肢部分的机器人，也未对上肢部分进行一些在导游、导购等机器人分类用途上具有实际效果的控制，因此上肢部分未能被充分利用起来，使得机器人的导游功能以及游客的旅游体验有进一步提高的空间。因此在一种实施方式中，如图6所示，上体功能装置包括躯干组件20和上肢摆动装置40。

躯干组件20与下肢行走装置30连接，受下肢行走装置30支撑。躯干组件20外侧设有显示旅游信息的显示屏，显示屏用于受控制系统控制显示景区地图等信息，并且躯干组件20内部设有装载物品的储物箱。储物箱内存储的物品可以为小礼品，可以在服务结束后，送给游客作为旅游纪念。

上肢摆动装置40具有多个自由度并转动连接于躯干组件20两侧，用于获拾储物箱的物品并将物品递送至指定位置，和/或用于依据游客选择的地点为游客指示方向。

上肢摆动装置40为机器人的手臂部分，机器人控制系统通过控制上肢摆动装置40进行转动。其作用包括：通过受控转动到储物箱处将储物箱内的物品取出并递送给游客作为纪念品，以及通过受控转动到水平位置为游客指明目标景点所在的方向。

储物箱出口处可设置拾取装置，当满足设定条件后，例如当伴游服务结束后，机器人控制系统控制取货装置将储物箱内的靠近出口处的礼物推动送到储物箱出口，之后机器人控制系统控制上肢摆动装置40到储物箱出口处拾取礼品。上肢摆动装置40末端可以设置吸盘组件、夹持组件等能够拾取到礼品的机械结构。

躯干组件20的显示屏可以采用触摸屏，在指明方向时，游客可以在触摸屏上选择目标地点，机器人控制系统接收到目标地点信息后进行计算，然后依据计算结果生成相应的控制信号发送至上肢摆动装置40，上肢摆动装置40依据控制信号并摆动到朝向目标地点所在方向并变为水平伸直状态，为游客指路。

在一种实施方式中，上体功能装置还包括旋转组件50。旋转组件50设置于躯干组件20顶部并与躯干组件20转动连接，上肢摆动装置40连接于旋转组件50两侧。

机器人控制系统通过控制旋转组件50的转动，实现上肢摆动装置40的转动，使得上肢摆动装置40能够以更为灵活、低复杂度的结构以及执行更少的动作来实现拾取礼品以及平举指路，也就是说，上肢摆动装置40无需在旋转组件50的自由度上设置相应的机构来实现旋转组件50带来的转动效果，而是直接由旋转组件50带动转动。

具体的，上肢摆动装置40包括大臂组件410和小臂组件420。

大臂组件410与旋转组件50铰接，并且大臂组件410的转动方向垂直于旋转组件50的转动方向。大臂组件410可以采用回转电机、气缸或者其他能够实现转动的机构。

小臂组件420与大臂组件410铰接，并且小臂组件420的转动方向垂直于大臂组件410和旋转组件50的转动方向。大臂组件410同样可以采用回转电机、气缸或者其他能够实现转动的机构。

旋转组件50上可以固定有一横梁510，大臂组件410与横梁510转动连接。

在拾取物品90时，机器人控制系统控制旋转组件50绕Z轴水平转动到适当位置，然后机器人控制系统控制大臂组件410在垂直于水平面的平面内转动，使大臂组件410下垂并朝向储货箱出口，然后机器人控制系统控制小臂组件420在垂直于水平面以及大臂组件410转动平面的平面内朝向机器人方向转动，以靠近并拾取货物，然后反向转动将货物递送给游客。

在为用户指路时，旋转组件50先绕Z轴水平转动到指定位置，然后控制大臂组件410转动到水平位置，再控制小臂组件420转动到水平位置，使上肢摆动装置40大致形成一条指向目标位置的直线。

进一步的，躯干组件20内设置有分层板210，将躯干组件20内部分为位于上层的储货空间211和位于下层的安装空间212，储货空间211即为储货箱的空间，储货空间211与外界连接的通道为储物箱出口213，上肢摆动装置40在储物箱出口213处拾取物品90(也就是礼品)；安装空间212则安装有髋部滚转转轴311、髋部拉线辅轮312、髋部拉线主轮313、滚转驱动电机314等行走相关的组件。

通过设置上肢摆动装置40，利用了机器人的上肢部分进行礼品递送，提高了游客的旅游体验，并且还通过上肢摆动装置40提供指路功能，相比于语音指路和显示模拟地图指路来说，其指路效果更加直观。

在一种实施方式中，上体功能装置还包括头部组件10。头部组件10安装于躯干组件20顶部，并装有定位目标游客与机器人的相对位置的摄像定位系统。

头部组件10安装于旋转组件50上，并随旋转组件50一同转动。旋转组件50上部可以设有连接组件60，相当于脖子，用于连接头部组件10。具体的，摄像定位系统包括双摄像头和扬声器，双摄像头用于拍摄机器人周围的画面，使机器人通过图像识别的方式定位被服务游客的位置。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种旅游陪伴的智能仿生机器人，其特征在于，包括：上体功能装置和至少两个下肢行走装置；

所述上体功能装置装有游客定位系统，并与所述至少两个下肢行走装置活动连接；

所述下肢行走装置包括下肢滚转组件、大腿抬落侧摆组件、小腿转动组件、小腿支撑组件和脚部组件；其中，

所述下肢滚转组件包括：髋部滚转转轴、髋部拉线辅轮、髋部拉线主轮、滚转驱动电机，其中，所述髋部滚转转轴的上端转动连接于所述上体功能装置底部，所述髋部拉线辅轮固定于所述髋部滚转转轴的上端，所述髋部拉线主轮与所述滚转驱动电机的电机轴连接，并通过拉线与所述髋部拉线辅轮连接；

所述大腿抬落侧摆组件的上端与所述髋部滚转转轴的下端固定连接，下端与所述小腿支撑组件铰接；

所述小腿转动组件包括：膝部转轴、膝部拉线辅轮、膝部拉线主轮和旋转驱动电机，其中，所述膝部转轴固定于所述小腿支撑组件的上部并与所述大腿抬落侧摆组件转动连接，所述膝部拉线辅轮与所述膝部转轴相固定，所述膝部拉线主轮与所述旋转驱动电机的电机轴连接，并通过拉线与所述膝部拉线辅轮连接；

所述脚部组件与所述小腿支撑组件连接。

2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述大腿抬落侧摆组件采用三自由度并联机构。

3.如权利要求2所述的机器人，其特征在于，所述三自由度并联机构包括：

顶部连接件，其与所述髋部滚转转轴的下端固定连接；

底部连接件，其与所述小腿支撑组件的上端转动连接；

三个伸缩机构，每个所述伸缩机构包括上球铰链和伸缩组件，所述上球铰链的固定端固定于所述顶部连接件底面，所述伸缩组件的上端与所述上球铰链连接，下端与所述底部连接件转动连接。

4.如权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述三自由度并联机构还包括：

限位杆，其两端分别通过球铰链与所述顶部连接件和所述底部连接件连接。

5.如权利要求1-4中任一项所述的机器人，其特征在于，所述小腿支撑组件采用曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构的驱动端与所述大腿抬落侧摆组件的外摆动端通过所述小腿转动组件连接，所述曲柄连杆机构的转动端与所述脚部组件铰接。

6.如权利要求5所述的机器人，其特征在于，所述曲柄连杆机构包括：

上连接件，其与所述大腿抬落侧摆组件的外摆动端通过所述小腿转动组件连接；

下连接件，其与所述脚部组件连接；

多根固定连杆，每根所述固定连杆的两端分别固定于所述上连接件和所述下连接件上；

直线执行机构，其固定端固定于所述上连接件底部；

主动传动件，其上端与所述直线执行机构的可动端铰接；

从动传动件，其上端与所述主动传动件的下端铰接，中部与固定于所述下连接件顶部的固定轴转动连接，下端与所述脚部组件固定连接。

7.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述脚部组件包括：

上曲面件，其与所述小腿支撑组件的外侧端连接，并且所述上曲面件包括向外凸出的第一曲面段；

下曲面件，其固定于所述上曲面件的底部，所述下曲面件呈波浪状，包括与所述第一曲面段连接的向上凸起的第二曲面段，以及与所述第二曲面段连接的向下凸起的第三曲面段。

8.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述上体功能装置包括：

躯干组件，其与所述下肢行走装置连接，外侧设有显示旅游信息的显示屏，并且内部设有装载物品的储物箱；

上肢摆动装置，其具有多个自由度并转动连接于所述躯干组件两侧，用于获拾所述储物箱的物品并将物品递送至指定位置，和/或用于依据游客选择的地点为游客指示方向。

9.如权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述上体功能装置还包括：

旋转组件，其设置于所述躯干组件顶部并与所述躯干组件转动连接，所述上肢摆动装置连接于所述旋转组件两侧。

10.如权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述上肢摆动装置包括：

大臂组件，其与所述旋转组件铰接，并且所述大臂组件的转动方向垂直于所述旋转组件的转动方向；

小臂组件，其与所述大臂组件铰接，并且所述小臂组件的转动方向垂直于所述大臂组件和所述旋转组件的转动方向。

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