CN114534275A - 一种用于皮影表演的仿形机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种用于皮影表演的仿形机器人，包括直线模组以及设置在其上的皮影机器人，皮影机器人与皮影人偶的三个控制线连接，直线模组控制机器人的水平移动，同时通过机器人控制皮影人偶的动作，该皮影机器人通过仿形躯干和两个仿形手臂控制皮影人偶的各种动作，实现皮影的艺术表演，解决了现有皮影学习难度大，学习时间长的问题，对发扬皮影艺术具有重大意义。

Description

一种用于皮影表演的仿形机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体为一种用于皮影表演的仿形机器人。
背景技术
在李炎竹的文章中提到皮影艺术的发展现今只是在继承人之间，最主要的是皮影的表演过程中需要表演者操作人偶进行动作，操作人偶需要常年累月的训练才可以熟练进行表演，同时现在的皮影艺术缺乏创新，其主要原因为创新的难度比较大，需要重新制作人偶并进行新的动作操作。
针对上述问题，有必要设计一种仿人形皮影表演设备，进行皮影艺术的表演让传统艺术得以弘扬。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于皮影表演的仿形机器人。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用于皮影表演的仿形机器人，包括直线模组、仿形躯体以及与其对称连接的两个仿形手臂；
所述仿形躯体包括旋转关节、跳动关节、摆动关节和躯体控制关节，旋转关节的下端与直线模组连接，跳动关节设置在旋转关节的顶部并与旋转关节连接，跳动关节的上端通过U型支架与躯体控制关节连接，驱动躯体控制关节与躯体控制杆连接，躯体控制杆用于与皮影人偶的躯干控制线连接；
旋转关节用于驱动皮影人偶在预定半径内转动，跳动关节用于驱动皮影人偶上下移动，摆动关节用于驱动皮影人偶沿幕布的长度方向前后摆动，躯体控制杆通过自转用于驱动皮影人偶的高度控制；
所述仿形手臂包括环抱关节、仿形大臂、仿形小臂和手臂控制杆，环抱关节的一端与U型支架的侧壁固接，环抱关节的另一端与仿形大臂的一端转动连接，仿形大臂的另一端与仿形小臂转动连接，仿形小臂与手臂控制杆连接，手臂控制杆用于连接皮影人偶的手臂控制线。
优选的，所述直线模组包括轨道，其上配装有滑块，旋转关节的下端与滑块连接。
优选的，所述旋转关节的下端设置有齿轮，齿轮与电机连接，轨道的一侧设置有与齿轮啮合的齿条。
优选的，所述旋转关节包括第一舵机，第一舵机的下端与直线模组连接，第一舵机的输出轴设置与跳动关节连接；
所述跳动关节包括第二舵机和第一U型支架，第一U型支架的开口侧与第二舵机的下部固接，第一U型支架的中心与第一舵机的输出轴连接，第一舵机的输出轴垂直向上，第一舵机的输出轴能够使第二舵机旋转，实现皮影人偶在预定半径内转动。
优选的，所述摆动关节包括第三舵机和第二U型支架，第二U型支架开口的两端与第二舵机的输出轴连接，第二舵机的输出轴水平设置，第二U 型支架的两端的中部与第三舵机固接，第二舵机的输出轴够使第三舵机在垂直平面转动，实现皮影人偶的上下跳动。
优选的，所述躯体控制关节包括第四舵机和第三U型支架，第三U型支架开口的两端与第三舵机的固接，第三舵机的输出轴与第四舵机连接，第三舵机能够使第四舵机沿第三舵机的输出轴的轴向转动，躯体控制杆与第四舵机的输出轴同轴固连，第四舵机带动躯体控制杆同轴转动。
优选的，所述环抱关节包括第八舵机，第八舵机与U型支架的一侧连接，第八舵机的输出轴水平延伸，第八舵机的输出轴与U型支架的中部固接，U型支架的两个开口端与仿形大臂连接。
优选的，所述仿形大臂包括第七舵机、支撑架和第六舵机，第七舵机的输出轴与U型支架的两个开口端连接，第七舵机通过支撑架与第六舵机固接，第六舵机的输出轴与仿形小臂连接。
优选的，所述仿形小臂包括第五舵机和连接架，连接架的一端与第六舵机的输出轴连接，第六舵机的输出轴和第七舵机的输出轴平行设置，连接架的另一端与第五舵机固接，第五舵机的输出轴与手臂控制杆连接，并且第五舵机的输出轴与手臂控制杆的轴线垂直，第五舵机的输出轴与第六舵机的输出轴垂直设置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种用于皮影表演的仿形机器人，包括直线模组以及设置在其上的皮影机器人，皮影机器人与皮影人偶的三个控制线连接，直线模组控制机器人的水平移动，同时通过机器人控制皮影人偶的动作，该皮影机器人通过仿形躯干和两个仿形手臂控制皮影人偶的各种动作，实现皮影的艺术表演，解决了现有皮影学习难度大，学习时间长的问题，对发扬皮影艺术具有重大意义。
进一步，在直线模组上设置轨道，仿形机器人整体通过滑块与轨道连接，实现仿形机器人沿幕布方向的移动，采用轨道滑块机构驱动仿形机器人运动，结构简单并且使仿形机器人运行稳定。
进一步，所有的关节采用舵机进行驱动控制，有效降低仿形机器人的制造成本，并且能够进行控制运动角度，实现仿形机器人的精确控制。
附图说明
图1为本发明用于皮影表演的仿形机器人的结构示意图；
图2为本发明舞台架的结构实体图；
图3为本发明基座的结构示意图；
图4为本发明直线模组的机构示意图；
图5为本发明仿形机器人的结构示意图。
图中：1、舞台架；2、直线模组；3、基座；4、机器人；101、横梁； 102、立柱；103、面板；104、屏幕；105、灯管；201、基体；202、底座； 203、挡板；204、挡板；205、齿条；206、轨道；207、滑块；301、连接板； 302、基座舵机；303、连杆；304、齿轮；21、第一舵机；22、第二舵机； 23、U型支架；24、侧支架；25、第三舵机；26、第四舵机；27、躯体控制杆；28、手臂控制杆；29、第五舵机；30、连接架；31、第六舵机；32、支撑架；33、第七舵机；34、第八舵机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参阅图1-5，一种用于皮影表演的仿形机器人，包括框架式舞台1，以及设置在舞台1中的仿形机器人，舞台1的底部设置有直线模组2，仿形机器人与直线模组2连接，仿形机器人用于连接皮影人偶，直线模组2用于驱动仿形机器人线性移动。
框架式舞台1包括多个横梁101，多个横梁组成的矩形底架和顶架，底架和顶架的四个角分别通过立柱102连接，形成立方体框架结构，底架上铺设有面板103，其中一个面侧壁设置有屏幕104，直线模组2设置在立方体框架的底面，并与屏幕104间隔平行设置，与屏幕平行的侧壁顶部设置有灯光105。
直线模组2包括底座202、基体201、轨道206和滑块207，底座202 为长条形矩形结构，并设置在面板103上，基体201设置在底座202顶部，底座202顶部设置有轨道206，滑块207配装在轨道上，本实施例中，滑块 207的底部设置有滚轮，滚轮嵌置在轨道中，基体201的两端设置有挡板 203和挡板204，底座202的一侧设置齿条205，齿条205用于与方形机器人的基座连接。
所述仿形机器人包括基座3、仿形躯体以及与其对称连接的两个仿形手臂，仿形躯体的下端与基座连接，基座与直线模组连接，基座包括连接板 301、基座舵机302和齿轮304，连接板301通过螺栓与滑块207的顶面连接，基座舵机302固定在连接板的顶面，基座舵机302的输出轴上设置垂直向下延伸的连杆303并位于底座的一侧，齿轮304固接在连杆303的下端并与齿条205啮合，基座舵机302通过连杆驱动齿轮304转动，进而使滑块沿轨道移动，实现皮影人偶的移动。
所述仿形躯体包括旋转关节、跳动关节、摆动关节和躯体控制关节。
旋转关节的下端与基座3的连接板固接，跳动关节设置在旋转关节的顶部并与旋转关节连接，跳动关节的上端通过U型支架23与躯体控制关节连接，驱动躯体控制关节与躯体控制杆27连接，躯体控制杆用于与皮影人偶的躯干控制线连接。
旋转关节用于驱动皮影人偶在预定半径内转动，跳动关节用于驱动皮影人偶上下移动，摆动关节用于驱动皮影人偶沿幕布的长度方向前后摆动，躯体控制杆27通过自转用于驱动皮影人偶的高度控制。
旋转关节包括第一舵机21，第一舵机21的下端与基座3的连接板固接，第一舵机21的输出轴设置与跳动关节连接。
跳动关节包括第二舵机22和第一U型支架，第二舵机22封装在壳体中，第一U型支架的开口侧与壳体的下部固接，第一U型支架的中心与第一舵机21的输出轴连接，第一舵机21的输出轴垂直向上，第一舵机21的输出轴能够使第二舵机22旋转，实现皮影人偶在预定半径内转动。
摆动关节包括第三舵机25和第二U型支架23，第二U型支架23开口的两端与第二舵机22的输出轴连接，第二舵机22的输出轴水平设置，第二 U型支架23的两端的中部与第三舵机25固接，第二舵机22的输出轴够使第三舵机25在垂直平面转动，实现皮影人偶的上下跳动。
躯体控制关节包括第四舵机26和第三U型支架，第三U型支架开口的两端与第三舵机25的固接，第三舵机25的输出轴与第四舵机26连接，第三舵机25能够使第四舵机26沿第三舵机25的输出轴的轴向转动，进而使皮影人偶沿幕布的水平方向前后晃动，躯体控制杆27与第四舵机26的输出轴同轴固连，第四舵机26带动躯体控制杆27同轴转动，能够使躯体控制线缠绕收缩，实现皮影人偶的微动作，例如点头动作。
所述仿形手臂包括环抱关节、仿形大臂、仿形小臂和手臂控制杆28，环抱关节的一端与第二U型支架23的侧壁固接，环抱关节的另一端与仿形大臂的一端转动连接，仿形大臂的另一端与仿形小臂转动连接，仿形小臂与手臂控制杆28连接，手臂控制杆28用于连接皮影人偶的手臂控制线。
所述第二U型支架23的上端设置有支撑体，支撑体的上端与第三舵机的壳体固接，环抱关节包括第八舵机34和U型支架，第八舵机34与支撑体的一侧固接，第八舵机34的输出轴水平延伸，第八舵机34的输出轴与U 型支架的中部固接，U型支架的两个开口端与仿形大臂连接。
仿形大臂包括第七舵机33、支撑架32和第六舵机31，第七舵机33的输出轴与U型支架的两个开口端连接，第七舵机33通过支撑架32与第六舵机31固接，第六舵机31的输出轴与仿形小臂连接。第八舵机34能够通过U型支架带动仿形大臂转动，同时第七舵机33能够使整个方形大臂做手表环抱或展开的动作。
仿形小臂包括第五舵机29和连接架30，连接架30的一端与第六舵机 31的输出轴连接，第六舵机31的输出轴和第七舵机33的输出轴平行设置，连接架30的另一端与第五舵机29固接，第五舵机29的输出轴与手臂控制杆28连接，并且第五舵机29的输出轴与手臂控制杆的轴线垂直，同时，第五舵机29的输出轴与第六舵机31的输出轴垂直设置，第五舵机29的输出轴能够使手臂控制杆28转动，使皮影人偶上下移动。
上述的舵机均包括微型电机以及包覆在其外部的壳体，所有的舵机均匀控制单元连接，控制单元还连接信号采集单元，信号采集单元包括毫米波雷达传感器、Kinect双目深度传感器和测距传感器。
所述毫米波雷达传感器在光线较弱的场景下得到运动的手势雷达信号由控制单元将手势分类后得到手势信息，将指令通过无线路由器发往各个舵机控仿形机器人的动作；所述Kinect双目深度传感器通过捕捉表演者骨骼点生成对应动作完成快速编曲；所述测距传感器，通过机器人整体运行轨道安装的挡板获得机器人当前位置的关键信息，用于左右平移的定位数据。
下面对本发明提供的一种用于皮影表演的仿形机器人的使用方法进行详细的阐述。
将皮影人偶两臂的控制线和躯干的控制线分别与两个手臂控制杆28和一个躯体控制杆27的端部固接，根据预先设定的程序通过控制单元控制仿形机器人动作，仿形机器人通过手臂控制杆和躯体控制杆控制皮影人偶动作，完成表演。
还可以让表演者在Kinect双目深度传感器前进行动作表演，Kinect双目深度传感器获取表演者骨骼点信息，根据骨骼点信息生成对应的动作，完成快速编曲，然后再通过控制单元控制仿形机器人动作完成表演。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于皮影表演的仿形机器人，其特征在于，包括直线模组、仿形躯体以及与其对称连接的两个仿形手臂；
所述仿形躯体包括旋转关节、跳动关节、摆动关节和躯体控制关节，旋转关节的下端与直线模组连接，跳动关节设置在旋转关节的顶部并与旋转关节连接，跳动关节的上端通过U型支架(23)与躯体控制关节连接，驱动躯体控制关节与躯体控制杆(27)连接，躯体控制杆用于与皮影人偶的躯干控制线连接；
旋转关节用于驱动皮影人偶在预定半径内转动，跳动关节用于驱动皮影人偶上下移动，摆动关节用于驱动皮影人偶沿幕布的长度方向前后摆动，躯体控制杆(27)通过自转用于驱动皮影人偶的高度控制；
所述仿形手臂包括环抱关节、仿形大臂、仿形小臂和手臂控制杆(28)，环抱关节的一端与U型支架(23)的侧壁固接，环抱关节的另一端与仿形大臂的一端转动连接，仿形大臂的另一端与仿形小臂转动连接，仿形小臂与手臂控制杆(28)连接，手臂控制杆(28)用于连接皮影人偶的手臂控制线。
2.根据权利要求1所述的一种用于皮影表演的仿形机器人，其特征在于，所述直线模组包括轨道(206)，其上配装有滑块(207)，旋转关节的下端与滑块(207)连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于皮影表演的仿形机器人，其特征在于，所述旋转关节的下端设置有齿轮，齿轮与电机连接，轨道(206)的一侧设置有与齿轮啮合的齿条。
4.根据权利要求1所述的一种用于皮影表演的仿形机器人，其特征在于，所述旋转关节包括第一舵机(21)，第一舵机(21)的下端与直线模组连接，第一舵机(21)的输出轴设置与跳动关节连接；
所述跳动关节包括第二舵机(22)和第一U型支架，第一U型支架的开口侧与第二舵机(22)的下部固接，第一U型支架的中心与第一舵机(21)的输出轴连接，第一舵机(21)的输出轴垂直向上，第一舵机(21)的输出轴能够使第二舵机(22)旋转，实现皮影人偶在预定半径内转动。
5.根据权利要求4所述的一种用于皮影表演的仿形机器人，其特征在于，所述摆动关节包括第三舵机(25)和第二U型支架(23)，第二U型支架(23)开口的两端与第二舵机(22)的输出轴连接，第二舵机(22)的输出轴水平设置，第二U型支架(23)的两端的中部与第三舵机(25)固接，第二舵机(22)的输出轴够使第三舵机(25)在垂直平面转动，实现皮影人偶的上下跳动。
6.根据权利要求5所述的一种用于皮影表演的仿形机器人，其特征在于，所述躯体控制关节包括第四舵机(26)和第三U型支架，第三U型支架开口的两端与第三舵机(25)的固接，第三舵机(25)的输出轴与第四舵机(26)连接，第三舵机(25)能够使第四舵机(26)沿第三舵机(25)的输出轴的轴向转动，躯体控制杆(27)与第四舵机(26)的输出轴同轴固连，第四舵机(26)带动躯体控制杆(27)同轴转动。
7.根据权利要求1所述的一种用于皮影表演的仿形机器人，其特征在于，所述环抱关节包括第八舵机(34)，第八舵机(34)与U型支架(23)的一侧连接，第八舵机(34)的输出轴水平延伸，第八舵机(34)的输出轴与U型支架的中部固接，U型支架的两个开口端与仿形大臂连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于皮影表演的仿形机器人，其特征在于，所述仿形大臂包括第七舵机(33)、支撑架(32)和第六舵机(31)，第七舵机(33)的输出轴与U型支架的两个开口端连接，第七舵机(33)通过支撑架(32)与第六舵机(31)固接，第六舵机(31)的输出轴与仿形小臂连接。
9.根据权利要求8所述的一种用于皮影表演的仿形机器人，其特征在于，所述仿形小臂包括第五舵机(29)和连接架(30)，连接架(30)的一端与第六舵机(31)的输出轴连接，第六舵机(31)的输出轴和第七舵机(33)的输出轴平行设置，连接架(30)的另一端与第五舵机(29)固接，第五舵机(29)的输出轴与手臂控制杆(28)连接，并且第五舵机(29)的输出轴与手臂控制杆的轴线垂直，第五舵机(29)的输出轴与第六舵机(31)的输出轴垂直设置。
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