RU195261U1 - Проекционный антропоморфный робот "РобоКлон" с возможностью биоуправления - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к роботам, имитирующим человеческую внешность, и может быть использовано в образовательных целях. Робот содержит управляющий компьютер, корпус в виде головы, выполненной с центральной и затылочной частями, лицевой проекционной поверхностью и отражающим элементом, и полуторса с проекционным устройством. Полуторс робота снабжен устройством воспроизведения звука, обеспечивающим воспроизведение звука в соответствии с командами управляющего компьютера, и жестким основанием с закрепленным на нем приводным модулем с управляющей платой, обеспечивающим изменение положения головы и связанным с управляющим компьютером. Управляющий компьютер и проекционное устройство закреплены на указанном основании полуторса. Повышается надежность эксплуатации, с учетом ее использования в образовательных целях. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ [0001] Данное техническое решение относится к роботам, имитирующим человеческую внешность. Устройство может использоваться в интерфейсах взаимодействия, роботахассистентах, а также в качестве модели для обучения трехмерному моделированию и робототехнике.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ [0002] В последние несколько лет развитие рынка робототехники и вычислительных устройств, их распространение во всем мире вызвали глобальные изменения, заключающиеся в развитии средств взаимодействия между человеком и компьютером в направлении увеличения естественности команд. Так, появились жесты для сенсорных экранов, камеры, позволяющие отслеживать движения человека, стали развиваться голографические экраны, системы синтеза и распознавания речи в голосовых помощниках. [0003] Одной из проблем в роботах или интерфейсах взаимодействия с пользователем является проблема отсутствия невербальной коммуникации. Невербальная коммуникация — это неречевое общение: жесты, мимика, различные сигнальные и знаковые системы. Из всех невербальных средств коммуникации наибольшую роль в нашем общении играют первичные, естественные невербальные языки - жесты, мимика. В роботах такая проблема является критической, так как не существует общепринятых способов реализовать у робота мимику в физическом смысле. Зачастую, в роботах используются плоские либо несколько изогнутые дисплеи с минимальным набором мимики, заключающейся только в отображении глаз и улыбки/грусти робота. [0004] Хотя распространенные в уровне техники технические решения, например, плоские дисплеи, обеспечивают возможность общения людей и роботов или интерфейсов взаимодействия, людям сложно общаться с роботом и воспринимать его как настоящего собеседника. [0005] Из уровня техники известен патент US20190105783A1 «Customization of robot», патентообладатель: Furhat Robotics AB, дата публикации: 26.03.2016. Данная робототехническая система содержит съемный экран в форме человеческого лица, на который проецируется анимированное изображение. С помощью различных анимаций можно моделировать всевозможные мимические сигналы. Дополнительно, система имеет подвижность шеи, реализованную с помощью двигателей.

[0006] Однако данные техническое решение имеет достаточно низкий уровень надежности в перспективе долговременного использования, так как имеет вынесенные из корпуса детали, а также не имеет плечевой части, что уменьшает схожесть робота с человеком. [0007] Также известен патент US20020015037A1 «Human-machine interface apparatus», патентообладатель: 20/20 SPEECH Ltd, дата публикации 26.04.2000. Данная робототехническая система содержит несъемный экран в форме человеческого лица, на который проецируется анимированное изображение. С помощью различных анимаций можно моделировать различные мимические сигналы. Дополнительно, система имеет подвижный полуторс, в котором расположены различные элементы конструкции. [0008] Однако данное техническое решение имеет достаточно низкий уровень надежности в перспективе долговременного использования, так как имеет вынесенные из корпуса детали, а также не имеет жесткого основания, защищающего внутренние компоненты.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ: [0009] Данное техническое решение направлено на устранение недостатков, присущих существующим решениям, известным из уровня техники. [0010] Таким образом, задачей данного технического решения является создание робототехнической системы, обеспечивающей высокий уровень надежности при эксплуатации, с учетом ее использования в образовательных целях. [0011] Решение этой задачи достигается за счет создания робота, состоящего из полуторса и головы. Полуторс включает в себя управляющую плату, проекционное устройство, устройство воспроизведения звука, компьютер, приводной модуль, жесткое основание. Голова состоит из центральной части и затылочной части. Наличие полуторса и расположение внутри него функциональных элементов, закрытых в нижней части жестким основанием, защищает функциональные элементы от внешнего воздействия, а также повышает общую устойчивость устройства, смещая вниз центр тяжести. Выполнение головы из трех отдельных элементов упрощает замену частей без совершения полного разбора устройства на части, что увеличивает общую долговечность устройства. Расположение устройства воспроизведения звука в полуторсе снижает вибрационную нагрузку на головную часть, что способствует стабильной работе элементов, которые содержаться в головной части. [0012] В некоторых вариациях реализации технического решения голова имеет проекционную лицевую поверхность, представляющую собой полупрозрачную трехмерную лицевую часть, на которую проецируется анимированное изображение лица, что позволяет с высокой степенью соответствия смоделировать реально существующее лицо или трехмерную модель существа. Сменный характер проекционной лицевой поверхности увеличивает срок службы устройства в целом повышая его надежность за счет замены элемента с сохранением изделия в целом. [0013] В некоторых вариациях реализации технического решения проекционная лицевая поверхность является сменной и закрепляется с помощью магнитов или защелок. Данный признак улучшает эксплуатационные характеристики устройства, в том числе в виду отсутствия дополнительных элементов крепления лицевой части к центральной, что увеличивает срок службы и надежность устройства. [0014] В некоторых вариациях реализации технического решения затылочная часть является съемной и закрепляется с помощью магнитов или защелок. Съемная затылочная часть позволяет упростить доступ к внутренним элементам головы для ремонта или модификации. Отсутствие дополнительных элементов крепления способствует увеличению надежности устройства при использовании в образовательных целях. [0015] В некоторых вариациях реализации технического решения полуторс имеет вентиляционные отверстия, что позволяет обеспечить необходимый уровень охлаждения для внутренних устройств, увеличивая их долговечность. Увеличение долговечности устройства прямым образом влияет на увеличение надежности устройства. [0016] В некоторых вариациях реализации технического решения устройство воспроизведения звука установлено в полуторсе, что снижает акустическую нагрузку на подвижную голову робота. Такое расположение способствует увеличению срока службы и надежности элементов головы робота. [0017] В некоторых вариациях реализации технического решения изображение на проекционной поверхности изменяется синхронно с воспроизводимым звуком, что расширяет эксплуатационные возможности устройства. [0018] В некоторых вариациях реализации технического решения голова имеет возможность поворота по меньшей мере по одной оси. Данная вариация расширяет эксплуатационные возможности устройства. [0019] В некоторых вариациях реализации технического решения управление приводным модулем управляющей платой, что увеличивает надежность устройства за счет автоматизации процесса. [0020] В некоторых вариациях реализации технического решения управление проецирующим устройством реализуется управляющим компьютером, что увеличивается надежность устройства за счет автоматизации процесса. [0021] В некоторых вариациях реализации технического решения управляющий компьютер закреплен на основании вертикально, что упрощает доступ к портам и кнопке включения, увеличивает срок службы и надежность устройства из-за отсутствия необходимости в дополнительных сборных операциях.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ: [0022] Объем притязаний заявляемой полезной модели, детально отражен в формуле. Решение вышеприведенных, а также и других задач, на которые направлена полезная модель, а также ее преимущества очевидны из следующего подробного описания вместе с прилагаемыми чертежами, на которых: [0023] На фиг.1 схематично изображена модель робота в сборе с полуторсом 18. На фиг.1а, 1б и 1в изображены голова в сборе 1, которая крепится на вертикально стоящий проектор 19. Приводной модуль 2, компьютер 16, динамик 15, управляющая плата 17, проектор 19, хаб 13 находятся внутри полуторса 18; [0024] На фиг.2 изображена голова робота, состоящая из шеи 3, затылочной части 4, рамки 5 и лицевой части 6; [0025] На фиг.3 изображена шея в сборе 3 с отражающим элементом 10, расположенной внутри головы и зафиксированной креплением отражающего элемента 11; [0026] На фиг.4 изображен приводной модуль, управляющий наклоном головы; [0027] На фиг.5 изображена тяга приводного модуля: [0028] На представленных чертежах отмечены следующие позиции: 1 – голова в сборе; 2 – приводной модуль; 3 – шея; 4 – затылочная часть; 5 – центральная часть; 6 – лицевая проекционная поверхность; 7 – мотор-редуктор; 8 – потенциометр; 9 – пазы для крепления магнитов; 10 – отражающий элемент; 11 – крепление отражающего элемента; 12 – тяга; 13 – хаб; 14 – фланец потенциометра; 15 – динамик; 16 – компьютер; 17 – управляющая плата; 18 – полуторс; 19 – проектор; 20 – основание. ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ [0029] Аспекты полезной модели раскрыты в нижеследующем описании и связанных с ним чертежах, показывающих конкретные варианты осуществления полезной модели. Могут быть реализованы также иные варианты осуществления настоящей полезной модели, не выходящие за рамки сущности настоящей полезной модели. Кроме того, хорошо известные элементы модели не будут описаны в деталях или будут опущены, чтобы другие детали модели могли быть описаны с достаточной ясностью. [0030] Терминология, используемая в настоящем описании, предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления настоящей полезной модели и не ограничивает объем полезной модели. Использование терминов в единственном числе предполагает, что они относятся как к единственному, так и к множественному числу, если иное не указано явно или четко не обозначено контекстом. Кроме того, следует понимать, что использованные в настоящем описании термины «содержит», «содержащий», «имеет», «имеющий», «состоит», «состоящий», «включать в себя» и/или «включающий в себя», указывают наличие заявленных признаков, целых систем, этапов, операций, элементов и / или компонентов, но не исключают наличия или добавления одного, или нескольких других признаков, целых систем, этапов, операций, элементов, компонентов и / или их групп. [0031] Под используемым здесь понятием «Робот» может подразумеваться автоматическое устройство, предназначенное для осуществления различного рода механических операций, которое действует по заранее заложенной программе. [0032] Под используемым здесь понятием «Электронные компоненты» может подразумеваться включая, но не ограничиваясь, один компьютерный процессор, имеющий высокую, среднюю или низкую вычислительную способность, двигатель, обеспечивающий движение шеи, одним из вариантов может быть редукторный мотор с энкодером, управляющая плата. [0033] Под используемым здесь понятием «Отражающий элемент» может подразумеваться одна плоская или с изгибом поверхность, имеющая коэффициент отражения света более 0.7. Одним из примеров отражающего элемента является зеркало. [0034] Под используемым здесь понятием «Полупрозрачная поверхность» может подразумеваться одна плоская или с изгибом поверхность, имеющая коэффициент пропускания света в диапазоне от 0.5 до 0.95. Одним из примеров полупрозрачной поверхности является органическое стекло. [0035] Под используемым здесь понятием «Полуторс» может подразумеваться имитация верхней части человеческого торса, включающей плечевую часть и, по крайней мере, часть грудной клетки. [0036] Под используемым здесь понятием «устройство воспроизведения звука» может подразумеваться электрическое или механическое устройство, способное создавать управляемые звуковые колебания. Примером такого устройства является динамик. [0037] Под используемым здесь понятием «проекционное устройство», подразумевается оптический прибор, предназначенный для создания действительного изображения плоского предмета небольшого размера, в частном случае проектор. [0038] Под используемым здесь понятием «приводной модуль», подразумевается устройство изменения положения головы. [0039] В некоторых вариациях реализации технического решения в число материалов проекционной лицевой части могут включаться, не исчерпывая всего перечня, органической стекло или PETG. Такие материалы обеспечивают достаточный уровень прохождения светового потока, чтобы передать информацию на внешнюю поверхность лица робота и, при этом, достаточный уровень поглощения светового потока, чтобы изображение проецировалось на поверхности лица робота. [0040] В некоторых вариациях реализации технического решения проекционная лицевая часть и затылочная часть могут быть напечатаны на 3д принтере. Это обеспечивает гибкую и дешевую замену лицевых и затылочных частей робота. [0041] В некоторых вариациях реализации технического решения, основание полуторса может быть от 0,5 до 2 см толщиной (фиг.4), тем самым опуская центр тяжести робота ниже, повышая его устойчивость. [0042] В некоторых вариациях реализации технического решения, стойка управляющего компьютера закреплена на основании полуторса с помощью, не исчерпывая всего перечня, болтов, винтов, что позволяет жестко зафиксировать управляющий компьютер и избежать случайных повреждений в процессе перемещения робота. [0043] В некоторых вариациях реализации технического решения, проектор закреплен на основании полуторса с помощью, не исчерпывая всего перечня, болтов, винтов. [0044] В некоторых вариациях реализации технического решения, шея закреплена на проекторе с помощью, не исчерпывая всего перечня, болтов, винтов. Таким образом обеспечивается жесткая связь головы с основанием полуторса. [0045] В некоторых вариациях реализации технического решения, отражающий элемент закреплен на шее с помощью, не исчерпывая всего перечня, болтов, винтов, обеспечивая поворот отражающего элемента вместе с головой. [0046] В некоторых вариациях реализации технического решения, приводной модуль с управляющей платой закреплены на основании полуторса с помощью, не исчерпывая всего перечня, болтов, винтов. [0047] В некоторых вариациях реализации технического решения, приводной модуль (фиг.4, фиг.5) состоит из мотора-редуктора с фланцем, нескольких тяг, обеспечивающих передачу вращения с мотора на элементы головы, а также потенциометра с фланцем, измеряющим угол поворота. [0048] В некоторых вариациях реализации технического решения, с целью уменьшения влияния акустических вибраций на подвижные элементы и электронику, закрепленную на основании полуторса, динамик крепиться только к внешней поверхности полуторса вместо основания. [0049] В некоторых вариациях реализации технического решения, с целью уменьшения влияния акустических вибраций на подвижные элементы и электронику, закрепленную на основании полуторса, динамик крепиться только к внешней поверхности полуторса вместо основания. [0050] В некоторых вариациях реализации технического решения к основанию крепится хаб (13), который является сетевым концентратором для объединения устройств. [0051] Использование антропоморфного робота в учебном процессе обеспечивает использование методов искусственного интеллекта и творческий подход к обучению и в некоторой степени формализует педагогический процесс, улучшая восприятие материала обучаемыми, в том числе ввиду наличия лицевой проекции. Наличие единого корпуса, который включает в себя все функциональные элементы улучшает эксплуатационную надежность с учетом целевого использования устройства. [0052] Работа робота заключается в проецировании проектором (19) с помощью отражающего элемента на лицевую поверхность статичного или изменяющегося двумерного, или трехмерного изображения лица за счет направления светового пучка на проекционную поверхность или на другой отражающий элемент. Передачу изображения на проектор осуществляет управляющий компьютер (16), расположенный в полуторсе (18). Наклоном головы осуществляется с помощью приводного модуля (2). Управление приводным модулем осуществляется управляющей платой (17). Звук воспроизводится динамиком (15) в соответствии с командами управляющего компьютера (16). [0053] Проецируемое изображение может копировать лицо реального человека. Лицевая проекционная поверхность также может быть выполнена в форме лица реального человека. Соответствие проекционного изображения лицевой проекционной поверхности повышает реалистичность итогового изображения на лице робота. [0054] Сменная лицевая и затылочная части сконфигурированы таким образом, чтобы поддерживать прочное, но не постоянное соединения с основной частью головы и для отсоединения, без нанесения повреждений. [0055] Возможность смены лицевой и затылочной части позволяет подобрать конфигурацию с наиболее реалистичным внешним видом. [0056] Использование одного или более отражающих элементов позволяет увеличить фокусное расстояние проектора, без увеличения действительного расстояния между проектором и лицевой проекционной поверхностью, что повышает качество изображения. [0057] Полуторс заключает в себе электронные компоненты и защищает их от внешних воздействий в статической обстановке и при перемещении. Плотное основание полуторса повышает его устойчивость и дополнительно защищает внутренние элементы при перемещении робота.

[0058] Также, существует возможность использовать полуторс для увеличения идентичности, моделируемой роботом личности, с помощью использования одежды и аксессуаров, которые можно надеть на полуторс. [0059] В качестве идентификационных данных также может использоваться устройство воспроизведения звука, воспроизводящее фразы голосом определенного человека с учетом особенностей его речи. Проигрывание звуков роботом совместно с соответствующей лицевой анимацией повышает реалистичность личности, моделируемой роботом.

Claims (7)

1. Антропоморфный робот, содержащий управляющий компьютер, корпус в виде головы, выполненной с центральной и затылочной частями, лицевой проекционной поверхностью и отражающим элементом, и полуторса с проекционным устройством, отличающийся тем, что полуторс выполнен с устройством воспроизведения звука, обеспечивающим воспроизведение звука в соответствии с командами управляющего компьютера, и жестким основанием с закрепленным на нем приводным модулем с управляющей платой, обеспечивающим изменение положения головы и связанным с управляющим компьютером, при этом управляющий компьютер и проекционное устройство закреплены на указанном основании полуторса.

2. Робот по п.1, отличающийся тем, что лицевая проекционная поверхность выполнена сменной.

3. Робот по п.1, отличающийся тем, что полуторс выполнен с вентиляционными отверстиями.

4. Робот по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью синхронного изменения воспроизводимого звука и изображения на проекционной поверхности.

5. Робот по п.1, отличающийся тем, что голова выполнена с возможностью поворота.

6. Робот по п.1, отличающийся тем, что приводной модуль выполнен с возможностью управления управляющей платой.

7. Робот по п.1, отличающийся тем, что управляющий компьютер закреплен на указанном основании полуторса вертикально.

Images