CN208100390U - 格斗机器人及格斗机器人装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供格斗机器人及格斗机器人装置。所述格斗机器人装置包括格斗机器人及与格斗机器人信号连接的上位机。所述格斗机器人包括机身，机身上设有肩膀舵机、大臂舵机、中间舵机、肘部舵机、腰部舵机和主控板，机身的底部两侧设有左侧轮、右侧轮、以及分别与左侧轮和右侧轮相连的左侧电机和右侧电机，主控板包括用于感测机身角度和速度信息的姿态传感器，内置有机器人静平衡和动平衡算法、能够根据姿态传感器感测到的信息计算左侧电机和右侧电机需要调整的速度矢量的主控模块，以及能够根据需要调整的速度矢量驱动左侧电机和右侧电机调整转速和/或转动方向的电机驱动模块。

Description

格斗机器人及格斗机器人装置

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种可用于教学的格斗机器人及对应的格斗机器人装置。

背景技术

格斗机器人是一种可以像人类一样进行移动、旋转、挥舞手臂出拳等动作，进行双人及多人拳击格斗比赛的机器人。

自平衡技术一般运用在双轮平衡车技术上，其主要是建立在一种被称为“动态稳定”的基本原理上，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持系统的平衡。

自平衡技术一般运用在双轮平衡车技术上，而对于一个在格斗状态的机器人来说实现平衡难度非常大，格斗状态时人随着出拳及抡拳动作会产生相应的重心偏移，导致无法平衡或者是动作失去观赏性的问题。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种可实现自平衡的格斗机器人及格斗机器人装置。

本实用新型提供的格斗机器人，包括机身，所述机身上设有肩膀舵机、大臂舵机、中间舵机、肘部舵机、腰部舵机和主控板，所述机身的底部两侧设有左侧轮、右侧轮、以及分别与所述左侧轮和右侧轮相连的左侧电机和右侧电机，所述主控板包括用于感测机身角度和速度信息的姿态传感器，内置有机器人静平衡和动平衡算法、能够根据所述姿态传感器感测到的信息计算所述左侧电机和右侧电机需要调整的速度矢量的主控模块，以及能够根据所述需要调整的速度矢量驱动所述左侧电机和右侧电机调整转速和/或转动方向的电机驱动模块。

进一步地，所述主控模块还包括用于反馈所述左侧电机和右侧电机的当前速度矢量的电机编码器模块，所述电机编码器模块与所述主控模块信号连接。

进一步地，所述主控板还包括与所述主控模块和所述肩膀舵机、大臂舵机、中间舵机、肘部舵机、腰部舵机信号连接的舵机驱动模块。

进一步地，所述姿态传感器设于所述机身的腰部或腰部以下。

进一步地，所述机身的头部设有可相对机身左右摆动的摄像头。

进一步地，所述机身上设有用于向上位机发送摄像头采集的影像的图传发送模块，所述图传发送模块与所述主控模块信号连接。

进一步地，所述上位机上设有与所述图传发送模块信号连接的图传接收模块，以及与所述图传接收模块信号连接的AR显示模块。

进一步地，所述机身上设有用于与上位机之间进行信号传输的无线通讯模块。

本实用新型提供的格斗机器人装置，包括格斗机器人及与所述格斗机器人信号连接的上位机，所述格斗机器人为上述的格斗机器人。

进一步地，所述上位机为移动终端、非移动终端或机器人操控杆。

本实用新型实施例的格斗机器人通过姿态传感器和主控模块内置的格斗机器人静平衡和动平衡算法，即可以实现格斗机器人的静平衡，也可以实现格斗状态下的动平衡；并且，格斗机器人处摄像头和上位机处AR显示模块的设置可以增加格斗时的虚拟交互用户体验。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示本实用新型一实施例的格斗机器人的结构示意图；

图2所示为本实用新型的格斗机器人的控制架构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型详细说明如下。

本实用新型实施例提供的格斗机器人装置包括格斗机器人和上位机。格斗机器人和上位机可以通过有线或无线的方式进行信号的传输，以在上位机处输入格斗机器人的控制操作，利用上位机操控格斗机器人。当格斗机器人和上位机通过无线的方式传输信号时，上位机和格斗机器人处均设有无线通信模块，以实现二者之间的无线信号传输。

本实用新型实施例中的上位机可以为手机、平板电脑等移动终端，也可以为机器人操控杆(例如手柄遥控器、方向盘遥控器等)，还可以为台式电脑等非移动终端。当上位机为移动终端和非移动终端时，可以在移动终端和非移动终端内安装相应的控制软件，例如相应的手机APP等，来控制格斗机器人执行相应的操作。

如图1所示，本实用新型实施例提供的格斗机器人为双轮半人型格斗机器人，其包括机身16、摄像头1、肩膀舵机(左肩膀舵机2和右肩膀舵机15)、大臂舵机(包括左大臂舵机3和右大臂舵机14)、中间舵机(左中间舵机4和右中间舵机13)、肘部舵机(包括左肘部舵机5和右肘部舵机12)、腰部舵机6、滚轮(包括左侧轮7和右侧轮10)、驱动电机(包括左侧电机8和右侧电机9)、以及主控板11。

其中，摄像头1设置于机身16上端的中部(即机器人的头部)，可以相对于机身16左右摆动，用于拍摄格斗时的影像资料。为了将摄像头1拍摄的影像资料发送至上位机，本实用新型实施例的格斗机器人还包括图传发送模块，上位机还包括与图传发送模块信号连接的图传接收模块。图传发送模块和图传接收模块的连接方式可以为有线连接，也可以为无线连接。另外，上位机内还设有AR(Augmented Reality，增强现实技术)显示模块，以实时计算摄像头的位置和角度，并加上相应的图像、视频或3D模型，从而在上位机处把虚拟世界套在现实世界中进行互动，以增强格斗时的虚拟交互用户体验。

需要说明的是，在本实施例中，格斗机器人分别通过无线通信模块和图传发送模块进行控制信号和摄像头1拍摄影像的传输，在本实用新型的其它实施例中，可以将无线通信模块和图传发送模块合二为一，仅利用无线通信模块进行控制信号和摄像头1拍摄影像的传输。

呈上述，格斗机器人的左肩膀舵机2和右肩膀舵机15分别设置在机身16的左右两侧，与左大臂舵机3和右大臂舵机14相连，用于控制机器人的左臂和右臂仿真人体的左臂和右臂实现旋转的动作。

左大臂舵机3和右大臂舵机14分别与左中间舵机4和右中间舵机13，用于控制机器人的左臂和右臂仿真人体的左臂和右臂实现上举和下伸的动作。

左中间舵机4和右中间舵机13分别与左肘部舵机5和右肘部舵机12相连，用于控制机器人的左肘部和右肘部仿真人体的左肘部和右肘部实现旋转的动作。

左肘部舵机5和右肘部舵机12分别设置在机器人左右手臂的外端，用于控制机器人的左肘部和右肘部仿真人体的左肘部和右肘部实现向内弯曲的动作。

腰部舵机6设置于机器人的中部，连接机身16的上半身和下半身，用于控制机器人的整个上身仿真人体的腰部旋转的动作。

左侧轮7和右侧轮10分别设置在机身16底部的左右两端，用于支撑整个机身16。

左侧电机8和右侧电机9分别设置在左侧轮7和右侧轮10的内侧，与左侧轮7和右侧轮10相连。左侧电机8和右侧电机9通过改变自身的转速大小和转动方向，控制左侧轮7和右侧轮10的转动速度和转动方向，以实现机身16的静态自平衡和动态自平衡。

主控板11设置于机器人的中下部(即机身16的腰部或腰部以下)，通过螺丝钉连接在机身16上。

主控板11是整个机器人控制的核心模块。如图2所示，主控板11包括主控模块、舵机驱动模块、姿态传感器及电机驱动模块。

其中，舵机驱动模块与主控模块和肩膀舵机、大臂舵机、中间舵机、肘部舵机及腰部舵机信号连接，用于接收主控模块的控制信号，根据主控模块的控制信号驱动肩膀舵机、大臂舵机、中间舵机、肘部舵机及腰部舵机执行旋转、弯曲、上举、下伸等动作。

姿态传感器与主控模块信号连接，用于感测机身的角度和速度信息，并将感测到的信息传送给主控模块。在本实用新型实施例中，机身的角度和速度信息包括机身转动角度、机身倾角、机身运行速度和加速度等信息。

主控模块内置有算法库，算法库内包括用于实现格斗机器人静平衡和动平衡的多种算法，从而使主控模块可以根据姿态传感器传送的信息选择合适的算法，根据选择的算法和姿态传感器传送的信息计算左侧电机和右侧电机需要调整的矢量(该矢量包括左侧电机和右侧电机需要调整的速度大小和方向信息)，并将计算结果传送至电机驱动模块。

电机驱动模块与主控模块信号连接，用于根据主控模块的计算结果驱动左侧电机8和右侧电机9改变自身的转速大小和转动方向，从而达到对左侧轮7和右侧轮10的转动速度和转动方向的控制，便于实现机身16的静态自平衡和动态自平衡。

本实用新型实施例提供的格斗机器人装置的工作原理如下：

当格斗机器人需要进行平稳移动(即没有执行格斗动作时的移动)时，操控者利用上位机发出运动指令，主控板11接收到指令后，驱动左侧电机8和右侧电机9同时运转，带动左侧轮7和右侧轮10转动，同时带动整个机器人运动，主控板11通过姿态传感器采集的角度反馈数据和速度反馈数据，进行算法的动态调整，控制左侧电机8和右侧电机9调整转速和/或转动方向，通过左侧电机8和右侧电机9带动左侧轮7和右侧轮10调整转速和/或转动方向，使机身16保持平衡，并通过左侧轮7和右侧轮10带动整个机身16移动，从而实现机器人的平稳移动。

当主控板11接收到格斗动作出拳的指令后，驱动肩膀舵机、大臂舵机、中间舵机、肘部舵机和腰部舵机6相互协同完成一个动作组，在此过程中，主控板11通过姿态传感器采集的角度反馈数据和速度反馈数据，进行算法的动态调整，控制左侧电机8和右侧电机9调整转速和/或转动方向，通过左侧电机8和右侧电机9带动左侧轮7和右侧轮10调整转速和/或转动方向，使机身16保持平衡，并通过左侧轮7和右侧轮10带动整个机身16移动，实现机器人出拳时的平稳移动。

另外，操控者还可以在上位机中选择打开AR视角显示功能，利用摄像头1采集影像信息，将采集到的影像信息通过图传发送模块传送至上位机的图传接收模块，将上位机接收的影像信息传送至AR显示模块进行实时显示，若需要调整AR显示的视角，则可以通过操纵上位机的视角调整控制键向格斗机器人的主控单元发送控制信号，利用主控单元控制摄像头1旋转角度以调整视角。

进一步地，为了保证左侧电机8和右侧电机9速度矢量调整的精确度，机器人的主控板11还包括电机编码器模块，电机编码器模块与电机驱动模块和主控模块信号连接，用于实时采集电机的转动速度和转动角度，并将采集的电机速度矢量回传给主控模块，主控模块根据电机的当前速度矢量与目标速度矢量的比较结果判断电机速度是否调整到位，如果没有调整到位，则根据二者之间的差别继续调整电机的速度矢量，直至将电机速度矢量调整至目标速度矢量。也就是说，格斗机器人进行自平衡调节时采取闭环控制的方式，以保证调节的准确性。

格斗机器人进行自平衡调节时具有三个调节模式，分别为直立闭环控制模式、速度闭环控制模式及上身姿态闭环控制模式，其中，直立闭环控制模式指格斗机器人在直立状态下的静平衡控制模式，速度闭环控制模式指格斗机器人在直立状态下的动平衡控制模式，上身姿态闭环控制模式指格斗机器人在格斗状态下的动平衡控制模式，与之相对应，主控模块的算法库内包括的算法至少包括直立闭环控制算法、速度闭环控制算法及上身姿态闭环控制算法三种。

综上所述，本实用新型实施例的格斗机器人通过姿态传感器和主控模块内置的格斗机器人静平衡和动平衡算法，即可以实现格斗机器人的静平衡，也可以实现格斗状态下的动平衡；并且，格斗机器人处摄像头和上位机处AR显示模块的设置可以增加格斗时的虚拟交互用户体验。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种格斗机器人，包括机身，其特征在于，所述机身上设有肩膀舵机、大臂舵机、中间舵机、肘部舵机、腰部舵机和主控板，所述机身的底部两侧设有左侧轮、右侧轮、以及分别与所述左侧轮和右侧轮相连的左侧电机和右侧电机，所述主控板包括用于感测机身角度和速度信息的姿态传感器，内置有机器人静平衡和动平衡算法、能够根据所述姿态传感器感测到的信息计算所述左侧电机和右侧电机需要调整的速度矢量的主控模块，以及能够根据所述需要调整的速度矢量驱动所述左侧电机和右侧电机调整转速和/或转动方向的电机驱动模块。

2.根据权利要求1所述的格斗机器人，其特征在于：所述主控模块还包括用于反馈所述左侧电机和右侧电机的当前速度矢量的电机编码器模块，所述电机编码器模块与所述主控模块信号连接。

3.根据权利要求1所述的格斗机器人，其特征在于：所述主控板还包括与所述主控模块和所述肩膀舵机、大臂舵机、中间舵机、肘部舵机、腰部舵机信号连接的舵机驱动模块。

4.根据权利要求1所述的格斗机器人，其特征在于：所述姿态传感器设于所述机身的腰部或腰部以下。

5.根据权利要求1所述的格斗机器人，其特征在于：所述机身的头部设有可相对机身左右摆动的摄像头。

6.根据权利要求5所述的格斗机器人，其特征在于：所述机身上设有用于向上位机发送摄像头采集的影像的图传发送模块，所述图传发送模块与所述主控模块信号连接。

7.根据权利要求6所述的格斗机器人，其特征在于：所述上位机上设有与所述图传发送模块信号连接的图传接收模块，以及与所述图传接收模块信号连接的AR显示模块。

8.根据权利要求1所述的格斗机器人，其特征在于：所述机身上设有用于与上位机之间进行信号传输的无线通讯模块。

9.一种格斗机器人装置，其特征在于：其包括格斗机器人及与所述格斗机器人信号连接的上位机，所述格斗机器人为权利要求1-8中任一项所述的格斗机器人。

10.根据权利要求9所述的格斗机器人，其特征在于：所述上位机为移动终端、非移动终端或机器人操控杆。