CN212241060U - 一种仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人，包括以下几个方面：底盘部分；上肢部分；下肢部分；腹部机构；封装设计；传感器模块；控制电路部分；智能化部分。本实用新型在结构上设计合理，以一种拟态生物兰花螳螂为原型，通过巧妙的机械结构设计，可实现球形，螳螂态，花态三种形态的变换，并搭载全向轮底盘实现更为灵活全方位的移动；本实用新型的封装均采用光固化3D打印技术，并使用碳纤维板作辅助构件；使用激光传感器，实现移动测距；搭载了树莓派3B+，实现简单的人机交互。

Description

一种仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人

技术领域

本实用新型涉及一种机器人，具体是一种仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人。

背景技术

随着人工智能的发展，机器人普遍出现在各个领域，舞蹈机器人具有艺术性和较好的观赏性，可应用于舞台表演，陪伴，早教等方面，近些年也得到了不少关注。

变形机器人对机械骨架结构与复杂外壳在任意形态下的契合度有极高的要求，因此该类小型表演用智能机器人的设计制造难度较大。现如今我国并没有批量生产并投入市场的可变形舞蹈表演娱乐用机器人。在表演用机器人方面，博乐机器人公司有相对较为成熟的生产链。但皆为人形，结构形态较为单一，较低的自由度不足以完成更加复杂的具有观赏性的舞蹈动作。在小型变形机器人方面，中国汉森智能科技有限公司也有人形变形机器人产品。但它们都没有配备激光探测板和高清摄像头，无法达到较高的智能化水平。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人，主要包括底盘部分、上肢部分、下肢部分、腹部机构、封装机构、传感器模块、控制电路部分和智能化部分，所述底盘部分包括60mm铝全向轮，DFRobot12V直流电减速电机83rpm，电机支架，碳纤维底板，6mm联轴器，6mm联轴器连接60mm铝全向轮和60mm 铝全向轮的轴，电机支架一端连接DFRobot12V直流电减速电机83rpm，电机支架另一端连接碳纤维底板，三个铝全向轮成圆周阵列对称，所述碳纤维底板设计成多边形状；

所述上肢部分包括头部封装，AX-12舵机，手臂钣金I，手臂钣金II，肩部支撑碳板，腰部钣金I，腰部钣金II，平面推力滚针轴承，腰部铣件，手臂关节I封装和手臂关节II封装；所述头部封装连接在一个AX-12舵机的舵盘上，所述AX-12舵机固定在肩部支撑碳板；手臂根部的AX-12舵机固定在肩部支撑碳板，所述AX-12舵机的舵盘连接手臂钣金I，手臂钣金I再通过螺钉螺母连接手臂钣金II，手臂钣金II连接一个AX-12舵机，构成了一个完整手臂；腰部钣金I连接在肩部支撑碳板上，再连接一个AX-12舵机的舵盘，所述AX-12舵机通过腰部钣金II通过螺钉连接与下面的AX-12舵机的舵盘相连，两个所述AX-12舵机旋转轴垂直，最下面的所述AX-12舵机固定在腰部铣件上；

下肢机械臂包括下肢封装，钣金I，倾斜式钣金I，十字形钣金，倾斜式钣金II，倾斜式钣金III，铣件，并配合四个AX-12舵机，下肢封装通过螺钉螺母连接在钣金I上，钣金I固连在一个AX-12舵机上，AX-12舵机的实虚轴与倾斜式钣金I相连，倾斜式钣金I连接在一个AX-12舵机的舵盘上，两个所述AX-12舵机的轴垂直，十字形钣金通过螺钉螺母连接上下两个所述AX-12舵机，两个所述AX-12舵机的轴亦垂直，下面的所述AX-12舵机的实虚轴连接在倾斜式钣金II，倾斜式钣金II与倾斜式钣金III通过螺钉螺母固连，再连接一个所述AX-12舵机的实虚轴，整个下肢结构通过三个铜柱固定在底盘的碳纤维底板上；

腹部连杆机构包括轴，杆，亚克力板，第二亚克力板，合页，钣金II，钣金III；整个所述腹部连杆机构呈圆周阵列；三个轴套在三片花瓣上，再用轴套穿连在杆上，轴可以在孔里转动，杆通过螺钉螺母连接在亚克力板上，亚克力板的上下表面有平面推力轴承压紧，使所述杆可以自由地在亚克力板上平面旋转；亚克力板固连在AX-12舵机地舵盘上，AX-12舵机通过螺钉螺母与第二亚克力板和钣金II固连；三片合页通过螺钉螺母连接在第二亚克力板上并连接着三片花瓣，钣金II连接下面AX-(12)舵机的实虚轴，AX-12舵机再通过钣金III固连在碳纤维底板上面；

所述封装机构由头部封装，两对手臂关节I封装，手臂关节II封装，四组下肢封装，腰部封装，后背封装，摄像头封装，腹部花瓣，腹部球封装和底盘封装组成；所述后背封装用螺钉螺母固连在一个AX-12舵机上；

所述传感器模块主要包括前左右三个方位上各有一个激光传感器，同时碳纤维底板上配有一个九轴传感器；所述激光传感器固定在三个传感器封装上，所述传感器封装通过螺钉螺母固连在下肢碳纤维板上；

所述控制电路部分由舵机和电机构成；主控板采用STM32F103RCT6作为主控芯片，每个传感器、电机都配有控制板，均采用STM32F103C8T6；每个AX-12 舵机通过舵机线连接到一条总线上，主控板可以通过Micro-USB接口与上位机相连；所述主控板还能与树莓派通过串口相连；

所述智能化部分搭载了树莓派3B+。

机器人舞蹈具有极强观赏性和趣味性,是民俗文化与机器人学等高新技术结合的产物；舞蹈机器人集成了多学科前沿技术，它的设计涉及了机电一体化技术、检测和传感技术、精密机械加工和精密机械传动技术、现代控制技术和管理技术、计算机程序控制技术等多个方面,是集成了多学科前沿技术的运动机器人的一种；

针对现有的舞蹈机器人多是简单的人形或一些结构单一的异形机器人，本实用新型所要解决的技术问题如下：肢体结构的设计：变形机器人需要自如切换多种形态，而仿生变形舞蹈机器人的四肢既要满足生理构造，也要能够实现多种形态的折叠变换，还要能够做出多种美观的舞蹈动作；因此，对于肢体结构的设计，自由度的合理分配是本专利研究的重点问题，所述肢体结构机器人的组成包括以下几个方面：底盘部分；上肢部分；下肢部分；腹部机构；封装设计；传感器模块；控制电路部分；智能化部分；

封装的设计：舞蹈机器人需要美观的封装遮住骨架，而变形机器人的封装则需要在多种形态下都能够美丽饱满，使每一种形态的辨识度更高。本专利运用曲面建模，通过光固化打印来制作封装，合理分配各个封装的安装位置，避免干涉，实现了各个形态下封装的饱满设计；

机器人重心的布局：由于机器人舞蹈过程中，动作幅度较大，且要在场地灵活移动，如果重心布局不合理，很容易发生倾倒。合理的重心布局有利于提高机器人舞蹈动作的复杂性和灵活性，并提高安全性能；

舞蹈亮点机构的设计：为了保证舞蹈表演的新颖性，舞蹈机器人需要有核心亮点机构的设计，本专利在机器人的腹部巧妙地运用了腹部连杆机构，通过一个舵机多盘的转动带动三个部件的流畅摆动；

控制部分：机器人的驱动单元主要由舵机和电机构成。每个传感器、电机都配有控制板，通过串口将数据传输给主控板，以实现更加精准的移动控制。主控板还能与树莓派通过串口相连，将树莓派传输的数据进行解析，控制喇叭、舵机等辅助实现机器人的人机交互功能；

传感器的选择与布局：现有的舞蹈机器人在舞台上存在很多检测盲区，本专利将合理采用多种传感器，合理安排传感器的布局以及安装方式，使机器人对周围环境的检测更为精准；

智能化部分：现有的舞蹈表演机器人没有人机交互的模块，或者交互方式单一，本专利搭载了树莓派B+，进行语音识别，图像识别，可实现多样式的人机交互。

作为本实用新型进一步的方案：所述底盘部分：舞蹈机器人体积小，考虑到结构的紧凑，采用三个60mm铝全向轮均匀布置，可以实现向任意方向的移动，同时底板设计成多边形状，最大程度地减少了所占面积，且在轮子上方开了槽口，使得轮子可以露在底板上方，最大限度地减少了所占空间，同时也降低了重心；电机周围也给电机驱动板留了相应的极限空间；底盘部分包括60mm铝全向轮，DFRobot12V直流电减速电机83rpm，电机支架，碳纤维底板，6mm联轴器，6mm联轴器连接60mm铝全向轮和60mm铝全向轮的轴，电机支架一端连接DFRobot12V直流电减速电机83rpm，电机支架另一端连接碳纤维底板，三个铝全向轮成圆周阵列对称。

作为本实用新型再进一步的方案：所述上肢部分：头部分配一个舵机，手臂分配两个舵机，腰部分配两个舵机，整个上肢部分一共个舵机；变形的关键结构在于腰部的两个舵机，它们可以使机器人的上肢部分实现在水平面上的旋转，和在竖直平面的俯仰运动；手臂有两片花瓣状的封装，代表两个关节，整个上肢部分呈镜像对称，上肢部分包括头部封装，AX-12舵机，手臂钣金I，手臂钣金II，肩部支撑碳板，腰部钣金I，腰部钣金II，平面推力滚针轴承，腰部铣件，手臂关节I封装，手臂关节II封装；头部封装连接在一个舵机的舵盘上，舵机固定在肩部支撑碳板；手臂根部的AX-12舵机固定在肩部支撑碳板，舵盘连接手臂钣金I，再通过螺钉螺母连接手臂钣金II，再连接一个舵机，这样就构成了一个手臂；两个手臂完全镜像对称。腰部的自上而下，腰部钣金I连接在肩部支撑碳板上，再连接一个舵机的舵盘，舵机通过腰部钣金II通过螺钉连接与下面的舵机的舵盘相连，两个舵机的旋转轴垂直，为了减小摩擦，最下面的舵机固定在腰部铣件上，为了减小旋转时的摩擦，在腰部铣件与腰部钣金II直接安装平面推力滚针轴承。

作为本实用新型再进一步的方案：所述下肢部分：四个下肢机械臂结构、自由度分配相同；前肢通过铣件固连在四肢碳纤维板的上表面，后肢固连在下表面；下肢机械臂合理的舵机布局使得腿部既能伸展也能旋转，动作多样，也为变形提供方便；倾斜式钣金代替普通垂直u形钣金使得腿部收缩更为紧密，减小变为球形时的封装间隙；整个下肢部分呈镜像对称；包括下肢碳纤维板，三个呈圆周阵列的M3*40铜柱，下肢机械臂包括下肢封装，钣金I，倾斜式钣金I，十字形钣金，倾斜式钣金II，倾斜式钣金III，铣件，并配合四个AX-12舵机，下肢封装通过螺钉螺母连接在钣金I上，钣金I固连在一个舵机上，舵机的实虚轴与倾斜式钣金I相连，连接在一个舵机的舵盘上，两个舵机的轴垂直，十字形钣金通过螺钉螺母连接上下两个舵机，两个舵机的轴亦垂直，下面的舵机的实虚轴连接在倾斜式钣金II，倾斜式钣金II与倾斜式钣金III通过螺钉螺母固连，再连接一个舵机的实虚轴，整个机械臂通过铣件固定在碳板上，整个下肢结构通过三个，整个下肢部分通过三个铜柱固定在底盘的碳纤维底板上。

作为本实用新型再进一步的方案：所述腹部机构：腹部部分运用腹部连杆机构，将螳螂的腹部拆分成三片花瓣，让一个舵机的旋转带动三片花瓣开合，用一个动力源实现三个部件的运动；三片花瓣开合的同时，中间的腹部球封装也跟随转动；整个腹部也能实现上下摇摆的动作；腹部连杆机构包括轴，杆，亚克力板，第二亚克力板，合页，钣金II，钣金III；整个腹部连杆机构呈圆周阵列；三个轴套在三片花瓣上，再用轴套穿连在杆上，轴可以在孔里转动，杆通过螺钉螺母连接在亚克力板上，板的上下表面有平面推力轴承压紧，使杆可以自由地在亚克力板平面旋转；亚克力板固连在舵机地舵盘上，舵机通过螺钉螺母与第二亚克力板和钣金II固连；三片合页通过螺钉螺母连接在第二亚克力板上并连接着三片花瓣，使得花瓣可以开合，钣金II连接下面舵机的实虚轴，舵机再通过钣金III固连在碳纤维底板上面。

作为本实用新型再进一步的方案：所述封装设计：整个机器人的封装圆润饱满，不是单调的四四方方的；其中大片的手臂和下肢封装是直接从一个完整的球壳上切下来的，这样聚拢时又能拼成一个完成的球；腹部球封装的镂空的花纹是机器人变成球形时的封装图案，呼应了主题；大片封装上如手臂关节封装，四肢封装，腰部封装等上面有小片花纹的组合，是通过T形凹槽和突起形成榫卯连接，与大片结合成一个整体；整个机器人的封装由头部封装，两对手臂关节I封装，手臂关节II封装，四组下肢封装，腰部封装，后背封装，摄像头封装，腹部花瓣，腹部球封装和底盘封装组成；后背封装用螺钉螺母固连在一个舵机上，前面的摄像头封装通过螺钉螺母固定在后背封装上。

作为本实用新型再进一步的方案：所述传感器模块：机器人的前左右三个方位上各有一个激光传感器用来检测周围是否存在障碍物，同时机器人的底盘上配有一个九轴传感器，用来感知机器人的姿态角，确定机器人的行进方向，和激光传感器共同作用，辅助机器人移动；激光传感器固定在三个传感器封装上，封装通过螺钉螺母固连在下肢碳纤维板上。

作为本实用新型再进一步的方案：所述控制电路部分：机器人的驱动单元主要由舵机和电机构成；主控板采用STM32F103RCT6作为主控芯片，每个传感器、电机都配有控制板，均采用STM32F103C8T6，用于采集机器人的位置信息、姿态信息和电机编码器的测速信息，分别通过串口将数据传输给主控板，以实现更加精准的移动控制；每个舵机通过舵机线连接到一条总线上，主控板可以通过Micro-USB接口与上位机(电脑)相连，将设计好的舞蹈动作存放在主控板的SD卡中，接着只要读取SD卡中预存好的动作文件，就能通过串口实现对每个舵机的控制，从而表演出我们设计好的舞蹈动作；除此之外，主控板还能与树莓派通过串口相连，将树莓派传输的数据进行解析，控制喇叭、舵机等辅助实现机器人的人机交互功能。

作为本实用新型再进一步的方案：所述智能化部分：搭载了树莓派3B+，实现简单的人机交互；图像部分调用了python中的dilb模块，采用了dilb 模块中的人脸面部形状预测器，利用嘴的张开比例，眼睛的睁开程度，眉毛的倾斜角度作为情绪分析的三个指标，实现了简单的情绪识别，能够识别愤怒、惊讶、自然、高兴四种情绪；语音部分采用了科大讯飞语音识别sdk，实现了语音识别。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型在结构上设计合理，以一种拟态生物兰花螳螂为原型，通过巧妙的机械结构设计，可实现球形，螳螂态，花态三种形态的变换，并搭载铝全向轮底盘实现更为灵活全方位的移动；本实用新型的封装均采用光固化3D 打印技术，并使用碳纤维板作辅助构件；使用激光传感器，实现移动测距；搭载了树莓派3B+，实现简单的人机交互。

附图说明

图1为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人的总体架构图。

图2为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人中移动底盘的结构示意图。

图3为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人中上肢部分的结构示意图。

图4为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人中下肢部分的结构示意图。

图5为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人中下肢模块的结构示意图。

图6为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人中下肢机械臂的结构示意图。

图7为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人中腹部机构的结构示意图。

图8为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人中腹部连杆机构的结构示意图。

图9为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人中整体封装部分的结构示意图。

图10为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人中传感器封装的结构示意图。

图11为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人球形的姿态示意图。

图12为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人螳螂形的姿态示意图。

图13为仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人花形的姿态示意图。

图中：60mm铝全向轮1，DFRobot12V直流电减速电机83rpm 2，电机支架3，碳纤维底板4，6mm联轴器5，头部封装6，AX-12舵机7，手臂钣金I8，手臂钣金II9，肩部支撑碳板10，腰部钣金I11，腰部钣金II12，平面推力滚针轴承 13，腰部铣件14，手臂关节I封装15，手臂关节II封装16，下肢封装17，钣金 I18，倾斜式钣金I19，十字形钣金20，倾斜式钣金II21，倾斜式钣金III22，铣件23，花瓣24，腹部球封装25，轴26，杆27，亚克力板28，第二亚克力板 29，合页30，钣金II31，钣金III32，腰部封装33，后背封装34，摄像头封装 35，底盘封装36，传感器封装37，下肢碳纤维板38，M3*40铜柱39。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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实用新型中的具体含义。

请参阅图1～13，本实用新型实施例中，一种仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人，机器人舞蹈具有极强观赏性和趣味性,是民俗文化与机器人学等高新技术结合的产物；舞蹈机器人集成了多学科前沿技术，它的设计涉及了机电一体化技术、检测和传感技术、精密机械加工和精密机械传动技术、现代控制技术和管理技术、计算机程序控制技术等多个方面,是集成了多学科前沿技术的运动机器人的一种；

针对现有的舞蹈机器人多是简单的人形或一些结构单一的异形机器人，本实用新型所要解决的技术问题如下：肢体结构的设计：变形机器人需要自如切换多种形态，而仿生变形舞蹈机器人的四肢既要满足生理构造，也要能够实现多种形态的折叠变换，还要能够做出多种美观的舞蹈动作；因此，对于肢体结构的设计，自由度的合理分配是本专利研究的重点问题，所述肢体结构机器人的组成包括以下几个方面：底盘部分；上肢部分；下肢部分；腹部机构；封装设计；传感器模块；控制电路部分；智能化部分；

封装的设计：舞蹈机器人需要美观的封装遮住骨架，而变形机器人的封装则需要在多种形态下都能够美丽饱满，使每一种形态的辨识度更高。本专利运用曲面建模，通过光固化打印来制作封装，合理分配各个封装的安装位置，避免干涉，实现了各个形态下封装的饱满设计；

机器人重心的布局：由于机器人舞蹈过程中，动作幅度较大，且要在场地灵活移动，如果重心布局不合理，很容易发生倾倒。合理的重心布局有利于提高机器人舞蹈动作的复杂性和灵活性，并提高安全性能；

舞蹈亮点机构的设计：为了保证舞蹈表演的新颖性，舞蹈机器人需要有核心亮点机构的设计，本专利在机器人的腹部巧妙地运用了腹部连杆机构，通过一个舵机多盘的转动带动三个部件的流畅摆动；

控制部分：机器人的驱动单元主要由舵机和电机构成。每个传感器、电机都配有控制板，通过串口将数据传输给主控板，以实现更加精准的移动控制。主控板还能与树莓派通过串口相连，将树莓派传输的数据进行解析，控制喇叭、舵机等辅助实现机器人的人机交互功能；

传感器的选择与布局：现有的舞蹈机器人在舞台上存在很多检测盲区，本专利将合理采用多种传感器，合理安排传感器的布局以及安装方式，使机器人对周围环境的检测更为精准；

智能化部分：现有的舞蹈表演机器人没有人机交互的模块，或者交互方式单一，本专利搭载了树莓派3B+，进行语音识别，图像识别，可实现多样式的人机交互。

所述底盘部分：舞蹈机器人体积小，考虑到结构的紧凑，采用三个60mm 铝全向轮均匀布置，可以实现向任意方向的移动，同时底板设计成多边形状，最大程度地减少了所占面积，且在轮子上方开了槽口，使得轮子可以露在底板上方，最大限度地减少了所占空间，同时也降低了重心；电机周围也给电机驱动板留了相应的极限空间；底盘部分包括60mm铝全向轮1，DFRobot12V 直流电减速电机83rpm 2，电机支架3，碳纤维底板4，6mm联轴器5，6mm联轴器5连接60mm铝全向轮1和60mm铝全向轮1的轴，电机支架3一端连接 DFRobot12V直流电减速电机83rpm 2，电机支架(3)另一端连接碳纤维底板 4，三个铝全向轮成圆周阵列对称。

所述上肢部分：头部分配一个舵机，手臂分配两个舵机，腰部分配两个舵机，整个上肢部分一共7个舵机；变形的关键结构在于腰部的两个舵机，它们可以使机器人的上肢部分实现在水平面上的旋转，和在竖直平面的俯仰运动；手臂有两片花瓣状的封装，代表两个关节，整个上肢部分呈镜像对称，上肢部分包括头部封装6，AX-12舵机7，手臂钣金I8，手臂钣金II9，肩部支撑碳板10，腰部钣金I11，腰部钣金II12，平面推力滚针轴承13，腰部铣件14，手臂关节I封装15，手臂关节II封装16；头部封装连接在一个舵机的舵盘上，舵机固定在肩部支撑碳板10；手臂根部的AX-12舵机7固定在肩部支撑碳板10，舵盘连接手臂钣金I8，手臂钣金I8再通过螺钉螺母连接手臂钣金II9，手臂钣金II9再连接一个舵机，这样就构成了一个手臂；两个手臂完全镜像对称。腰部的自上而下，腰部钣金I11连接在肩部支撑碳板10上，再连接一个舵机的舵盘，舵机通过腰部钣金II12通过螺钉连接与下面的舵机的舵盘相连，两个舵机的旋转轴垂直，为了减小摩擦，最下面的舵机固定在腰部铣件14上，为了减小旋转时的摩擦，在腰部铣件14与腰部钣金II12直接安装平面推力滚针轴承13。

所述下肢部分：四个下肢机械臂结构、自由度分配相同；前肢通过铣件固连在四肢碳纤维板的上表面，后肢固连在下表面；下肢机械臂合理的舵机布局使得腿部既能伸展也能旋转，动作多样，也为变形提供方便；倾斜式钣金代替普通垂直u形钣金使得腿部收缩更为紧密，减小变为球形时的封装间隙；整个下肢部分呈镜像对称；包括下肢碳纤维板38，三个呈圆周阵列的M3*40 铜柱39，下肢机械臂包括下肢封装17，钣金I18，倾斜式钣金I19，十字形钣金20，倾斜式钣金II21，倾斜式钣金III22，铣件23，并配合四个AX-12 舵机，下肢封装17通过螺钉螺母连接在钣金I18上，钣金I18固连在一个舵机上，舵机的实虚轴与倾斜式钣金I19相连，倾斜式钣金I19连接在一个舵机的舵盘上，两个舵机的轴垂直，十字形钣金20通过螺钉螺母连接上下两个舵机，两个舵机的轴亦垂直，下面的舵机的实虚轴连接在倾斜式钣金II21，倾斜式钣金II21与倾斜式钣金22通过螺钉螺母固连，再连接一个舵机的实虚轴，整个机械臂通过铣件23固定在碳板上，整个下肢结构通过三个，整个下肢部分通过三个铜柱固定在底盘的碳纤维底板4上。

所述腹部机构：腹部部分运用腹部连杆机构，将螳螂的腹部拆分成三片花瓣24，让一个舵机的旋转带动三片花瓣开合，用一个动力源实现三个部件的运动；三片花瓣开合的同时，中间的腹部球封装25也跟随转动；整个腹部也能实现上下摇摆的动作；腹部连杆机构包括轴26，杆27，亚克力板28，第二亚克力板29，合页30，钣金II31，钣金III32；整个腹部连杆机构呈圆周阵列；三个轴26套在三片花瓣24上，再用轴套穿连在杆27上，轴26可以在孔里转动，杆27通过螺钉螺母连接在亚克力板28上，板的上下表面有平面推力轴承压紧，使杆27可以自由地在亚克力板平面旋转；亚克力板固连在舵机地舵盘上，舵机通过螺钉螺母与第二亚克力板29和钣金II31固连；三片合页30通过螺钉螺母连接在第二亚克力板29上并连接着三片花瓣，使得花瓣可以开合，钣金II31连接下面舵机的实虚轴，舵机再通过钣金III32固连在碳纤维底板4上面。

所述封装设计：整个机器人的封装圆润饱满，不是单调的四四方方的；其中大片的手臂和下肢封装是直接从一个完整的球壳上切下来的，这样聚拢时又能拼成一个完成的球；腹部球封装25的镂空的花纹是机器人变成球形时的封装图案，呼应了主题；大片封装上如手臂关节I封装15，四肢封装17，腰部封装33等上面有小片花纹的组合，是通过T形凹槽和突起形成榫卯连接，与大片结合成一个整体；整个机器人的封装由头部封装6，两对手臂关节I封装15，手臂关节II封装16，四组下肢封装17，腰部封装33，后背封装34，摄像头封装35，腹部花瓣24，腹部球封装25和底盘封装36组成；后背封装 34用螺钉螺母固连在一个舵机上，前面的摄像头封装通过螺钉螺母固定在后背封装34上。

所述传感器模块：机器人的前左右三个方位上各有一个激光传感器用来检测周围是否存在障碍物，同时机器人的底盘上配有一个九轴传感器，用来感知机器人的姿态角，确定机器人的行进方向，和激光传感器共同作用，辅助机器人移动；激光传感器固定在三个传感器封装37上，封装通过螺钉螺母固连在下肢碳纤维板38上。

所述控制电路部分：机器人的驱动单元主要由舵机和电机构成；主控板采用STM32F103RCT6作为主控芯片，每个传感器、电机都配有控制板，均采用 STM32F103C8T6，用于采集机器人的位置信息、姿态信息和电机编码器的测速信息，分别通过串口将数据传输给主控板，以实现更加精准的移动控制；每个舵机通过舵机线连接到一条总线上，主控板可以通过Micro-USB接口与上位机(电脑)相连，将设计好的舞蹈动作存放在主控板的SD卡中，接着只要读取SD卡中预存好的动作文件，就能通过串口实现对每个舵机的控制，从而表演出我们设计好的舞蹈动作；除此之外，主控板还能与树莓派通过串口相连，将树莓派传输的数据进行解析，控制喇叭、舵机等辅助实现机器人的人机交互功能。

所述智能化部分：搭载了树莓派3B+，实现简单的人机交互；图像部分调用了python中的dilb模块，采用了dilb模块中的人脸面部形状预测器，利用嘴的张开比例，眼睛的睁开程度，眉毛的倾斜角度作为情绪分析的三个指标，实现了简单的情绪识别，能够识别愤怒、惊讶、自然、高兴四种情绪；语音部分采用了科大讯飞语音识别sdk，实现了语音识别。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型涉及一种仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人，首先机器人成球形；接着四肢向外展开，机器人手臂抬起，腰直立并在水平面内旋转180度，变形成螳螂形态，四肢可以里外伸缩和左右摇摆，手臂可以弯曲、上下摆动，头部可以作点头动作，腰部可以前俯后仰，也可以左右旋转；接着腰部旋转 180度并后仰，四肢末端舵机可以使四肢封装旋转180度，四肢高高抬起，手臂上翘，变成花形；机器人在任何形态下都可以自由移动，并实现人机互动；

主要改进包括：机器人的变形方式--四肢自由度的合理分配，腰部的180 度旋转等，使机器人能够顺利地在球形、螳螂形和花形这三种形态下变换；腹部连杆机构的设计--应用三个连杆配合三个轴还有平面推力轴承组合成腹部连杆机构，实现了通过一个旋转的动力源，带动三个部件的开合运动；封装的设计--大片的封装直接从一个完整的球壳上切取，使得机器人可以在聚拢时拼成一个完成的球，通过T形凹槽和突起形成榫卯连接实现小片花纹与大片封装的组合；控制方式--采用STM32F103C8T6，用于采集机器人的位置信息、姿态信息和电机编码器的测速信息，分别通过串口将数据传输给主控板，以实现更加精准的移动控制，模块化设计最大程度地优化电线布局，同时也大大减少数据传输所需要的时间，主控板还能与树莓派通过串口相连，将树莓派传输的数据进行解析，控制喇叭、舵机等辅助实现机器人的人机交互功能；

以一种拟态生物兰花螳螂为原型，通过巧妙的机械结构设计，可实现球形，螳螂态，花态三种形态的变换，并搭载铝全向轮底盘实现更为灵活全方位的移动；本实用新型的封装均采用光固化3D打印技术，并使用碳纤维板作辅助构件；使用激光传感器，实现移动测距；搭载了树莓派3B+，实现简单的人机交互。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人，主要包括底盘部分、上肢部分、下肢部分、腹部机构、封装机构、传感器模块、控制电路部分和智能化部分，其特征在于，所述底盘部分包括60mm铝全向轮(1)，DFRobot12V直流电减速电机83rpm(2)，电机支架(3)，碳纤维底板(4)，6mm联轴器(5)，6mm联轴器(5)连接60mm铝全向轮(1)和60mm铝全向轮(1)的轴，电机支架(3)一端连接DFRobot12V直流电减速电机83rpm(2)，电机支架(3)另一端连接碳纤维底板(4)，三个铝全向轮成圆周阵列对称，所述碳纤维底板(4)设计成多边形状；

所述上肢部分包括头部封装(6)，AX-12舵机(7)，手臂钣金I(8)，手臂钣金II(9)，肩部支撑碳板(10)，腰部钣金I(11)，腰部钣金II(12)，平面推力滚针轴承(13)，腰部铣件(14)，手臂关节I封装(15)和手臂关节II封装(16)；所述头部封装连接在一个AX-12舵机(7)的舵盘上，所述AX-12舵机(7)固定在肩部支撑碳板(10)；手臂根部的AX-12舵机(7)固定在肩部支撑碳板(10)，所述AX-12舵机(7)的舵盘连接手臂钣金I(8)，手臂钣金I(8)再通过螺钉螺母连接手臂钣金II(9)，手臂钣金II(9)连接一个AX-12舵机(7)，构成了一个完整手臂；腰部钣金I(11)连接在肩部支撑碳板(10)上，再连接一个AX-12舵机(7)的舵盘，所述AX-12舵机(7)通过腰部钣金II(12)通过螺钉连接与下面的AX-12舵机(7)的舵盘相连，两个所述AX-12舵机(7)旋转轴垂直，最下面的所述AX-12舵机(7)固定在腰部铣件(14)上；

下肢机械臂包括下肢封装(17)，钣金I(18)，倾斜式钣金I(19)，十字形钣金(20)，倾斜式钣金II(21)，倾斜式钣金III(22)，铣件(23)，并配合四个AX-12舵机(7)，下肢封装(17)通过螺钉螺母连接在钣金I(18)上，钣金I(18)固连在一个AX-12舵机(7)上，AX-12舵机(7)的实虚轴与倾斜式钣金I(19)相连，倾斜式钣金I(19)连接在一个AX-12舵机(7)的舵盘上，两个所述AX-12舵机(7)的轴垂直，十字形钣金(20)通过螺钉螺母连接上下两个所述AX-12舵机(7)，两个所述AX-12舵机(7)的轴亦垂直，下面的所述AX-12舵机(7)的实虚轴连接在倾斜式钣金II(21)，倾斜式钣金II(21)与倾斜式钣金III(22)通过螺钉螺母固连，再连接一个所述AX-12舵机(7)的实虚轴，整个下肢结构通过三个铜柱固定在底盘的碳纤维底板(4)上；

腹部连杆机构包括轴(26)，杆(27)，亚克力板(28)，第二亚克力板(29)，合页(30)，钣金II(31)，钣金III(32)；整个所述腹部连杆机构呈圆周阵列；三个轴(26)套在三片花瓣(24)上，再用轴套穿连在杆(27)上，轴(26)可以在孔里转动，杆(27)通过螺钉螺母连接在亚克力板(28)上，亚克力板(28)的上下表面有平面推力轴承压紧，使所述杆(27)可以自由地在亚克力板(28)上平面旋转；亚克力板(28)固连在AX-12舵机(7)地舵盘上，AX-12舵机(7)通过螺钉螺母与第二亚克力板(29)和钣金II(31)固连；三片合页(30)通过螺钉螺母连接在第二亚克力板(29)上并连接着三片花瓣，钣金II(31)连接下面AX-12舵机(7)的实虚轴，AX-12舵机(7)再通过钣金III(32)固连在碳纤维底板(4)上面；

所述封装机构由头部封装(6)，两对手臂关节I封装(15)，手臂关节II封装(16)，四组下肢封装(17)，腰部封装(33)，后背封装(34)，摄像头封装(35)，腹部花瓣(24)，腹部球封装(25)和底盘封装(36)组成；所述后背封装(34)用螺钉螺母固连在一个AX-12舵机(7)上；

所述传感器模块主要包括前左右三个方位上各有一个激光传感器，同时碳纤维底板(4)上配有一个九轴传感器；所述激光传感器固定在三个传感器封装(37)上，所述传感器封装(37)通过螺钉螺母固连在下肢碳纤维板(38)上；

所述控制电路部分由舵机和电机构成；主控板采用STM32F103RCT6作为主控芯片，每个传感器、电机都配有控制板，均采用STM32F103C8T6；每个AX-12舵机(7)通过舵机线连接到一条总线上，主控板可以通过Micro-USB接口与上位机相连；所述主控板还能与树莓派通过串口相连；

所述智能化部分搭载了树莓派3B+。

2.根据权利要求1所述的仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人，其特征在于，所述碳纤维底板(4)在60mm铝全向轮(1)上方开了槽口。

3.根据权利要求1所述的仿兰花螳螂的变形舞蹈机器人，其特征在于，所述腰部铣件(14)与腰部钣金II(12)直接安装平面推力滚针轴承(13)。

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