一种大型拟人机械展演装置及展演系统

摘要

本发明公开了一种大型拟人机械展演装置及展演系统，包括头部、手部、腿部和躯干，该头部包括：一头部骨架，头部骨架的前端设有一嘴部骨架，嘴部骨架通过第一推杆连接于头部骨架，并通过第一推杆的伸缩，使得嘴部骨架于头部骨架上转动，完成嘴部的开合动作；一转盘，用于承载头部骨架，转盘活动设置于躯干的顶部；第二推杆，其倾斜设置于头部骨架与转盘之间，并通过第二推杆的伸缩，使得头部骨架绕平行于转盘平面的轴线转动，完成头部的俯仰动作；第三推杆，其偏置布置于转盘与躯干之间，并通过第三推杆的伸缩，使得转盘带动头部骨架同时转动，完成头部的转动动作。

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种大型拟人机械展演装置及展演系统。

背景技术

目前，广泛应用于表演的机器人主要有两类：类人机器人和动物仿生机器人，动物仿生机器人比如恐龙机器人，通过模拟动物的简单生活行为进行表演，其中类人机器人大多为美术陈列模式，依靠材料、造型和颜色三方面来体现艺术设计理念，不能进行执行相应的动作，无法为商业体等应用场景引入大量客流。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型拟人机械展演装置及展演系统，均采用电动推杆，结构简单、便于采购和维护。同时，依靠对杆件的精确设计计算，使装置实现了嘴部开合、头部转动俯仰、手部开合摆动以及腿部交替行走，动作的角度、行程均满足设计要求。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种大型拟人机械展演装置，包括头部、手部、腿部和躯干，其特点是，所述头部包括：

一头部骨架，所述头部骨架的前端设有一嘴部骨架，所述的嘴部骨架通过第一推杆连接于头部骨架，并通过第一推杆的伸缩，使得嘴部骨架于头部骨架上转动，完成嘴部的开合动作；

一转盘，用于承载所述的头部骨架，所述的转盘活动设置于躯干的顶部；

第二推杆，其倾斜设置于头部骨架与转盘之间，并通过所述第二推杆的伸缩，使得头部骨架绕平行于转盘平面的轴线转动，完成头部的俯仰动作；

第三推杆，其偏置布置于转盘与躯干之间，并通过所述第三推杆的伸缩，使得转盘带动头部骨架同时转动，完成头部的转动动作。

进一步地，所述的头部还包括：

第一轴，所述的嘴部骨架通过第一轴转动连接于所述的头部骨架的前端，且所述嘴部骨架可绕着第一轴转动；

第二轴，所述的头部骨架的后端通过第二轴连接于所述的转盘上，且所述头部骨架可绕着第二轴转动。

进一步地，所述的手部包括：

第三轴，其一端通过一对手部轴承座固定于所述躯干的侧部；

第四推杆，其设置于所述的躯干上；

手部转轴支臂，其一端套置于所述的第三轴，且位于一对手部轴承之间，另一端连接于第四推杆；

手臂部件，其连接于第三轴；

所述第四推杆作伸缩运动，经过手部转轴支臂驱动第三轴转动，使得手臂部件绕第三轴前后摆动。

进一步地，所述的手臂部件包括：

上臂骨架，其设置于第三轴的另一端；

小臂骨架，其活动连接于所述的上臂骨架；

套管，其固定于上臂骨架与靠近上臂骨架的手部轴承之间的第三轴上；

第五推杆，其两端分别连接于套管和上臂骨架；

第六推杆，其布置于上臂骨架与小臂骨架之间。

进一步地，所述的第四推杆的伸缩运动经手部转轴支臂转化为第三轴的转动，可使一侧上臂骨架和小臂骨架绕第三轴做前后方向的摆动；和/或，

所述第五推杆的伸缩运动，使得所述的上臂骨架绕与第三轴连接处作上下开合动作；和/或，

所述第六推杆的伸缩运动，使得所述小臂骨架绕上臂骨架作开合的动作。

进一步地，所述的腿部包括设置在躯干两侧的一对腿臂部件，每个所述的腿臂部件包括：第四轴、第五轴、大腿上骨架、大腿下骨架以及小腿骨架；

所述的第四轴通过腿部轴承座水平固定于躯干上，一端设有法兰盘，并通过法兰盘连接于所述大腿上骨架一端，其另一端设有腿部转轴支臂，所述的腿部转轴支臂与第七推杆的一端相连，所述第七推杆另一端固定于躯干上；

所述的第五轴设置于第四轴下方，且与第四轴平行，所述第五轴一端连接于大腿下骨架一端，另一端套接于躯干上；

所述的大腿上骨架和大腿下骨架的另一端连接于小腿骨架。

进一步地，所述的第七推杆的伸缩运动经腿部转轴支臂转化为第四轴的转动，带动大腿上骨架上下转动，并使大腿下骨架和小腿骨架跟随大腿上骨架一起联动。

设置在躯干一侧的大腿上骨架通过第四轴和腿部转轴支臂连接于第七推杆，第七推杆与躯干的底部固定连接，设置在躯干一侧的大腿上骨架与其联动腿部转轴支臂之间的夹角为α；

设置在躯干另一侧的大腿上骨架通过第四轴和腿部转轴支臂连接于第七推杆，第七推杆与躯干的顶部固定连接，设置在躯干另一侧的大腿上骨架与其联动腿部转轴支臂之间的夹角为β；

其中α为180°，β为105°～115°

一种展演系统，包括动作指令模块和控制模块，其特点是，还包括至少一个上述的大型拟人机械展演装置；

所述的控制模块接收动作指令模块发出的动作指令信号，并控制所述的大型拟人机械展演装置执行相应的动作。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、均采用电动推杆，结构简单、便于采购和维护。同时，依靠对杆件的精确设计计算，从仿生角度，对运动件的动作方向、角度、行程进行定义；之后在设计图中选定搭建运动件所需杆件的固定位置和尺寸；接着借助计算机仿真软件对杆件运动轨迹进行验证，必要时调整位置和尺寸参数，最终使装置实现了嘴部开合、头部转动俯仰、手部开合摆动以及腿部交替行走，动作的角度、行程均满足设计要求。

2、有别于普通的静态美术陈列，装置尺寸高大，再配以丰富的肢体动作，可吸引更多的参与者，并与其深入互动。装置改变了常规的美术陈列模式，能为商业体等应用场景引入大量客流，带动更多消费，创造更大的商业价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种大型拟人机械展演装置的结构示意图；

图2为头部的结构示意图；

图3为手部的结构示意图；

图4为腿部的结构示意图；

图5为图1的另一角度视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

以下结合图1～图5，以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

如图1所示，一种大型拟人机械展演装置，包括头部100、手部200、腿部和躯干。

图2为头部的结构示意图，如图2所示，所述头部包括：一头部骨架101，所述头部骨架101的前端设有一嘴部骨架102，所述的嘴部骨架102通过第一推杆104连接于头部骨架101，并通过第一推杆104的伸缩，使得嘴部骨架102于头部骨架101上转动，完成嘴部的开合动作；一转盘108，用于承载所述的头部骨架101，所述的转盘108活动设置于躯干400的顶部；第二推杆105，其倾斜设置于头部骨架101与转盘108之间，并通过所述第二推杆105的伸缩，使得头部骨架101绕平行于转盘平面的轴线转动，完成头部的俯仰动作；第三推杆109，其偏置布置于转盘108与躯干400之间，并通过所述第三推杆109的伸缩，使得转盘108带动头部骨架101同时转动，完成头部的转动动作，对第三推杆的偏置角度进行计算，在推杆有效行程内，保证头部可以左右各转45°的同时避开了死点。需要说明的是，上述三个动作相互独立，操作简单且互不干涉。

进一步地，所述的头部还包括：第一轴103，所述的嘴部骨架102通过第一轴103转动连接于所述的头部骨架的前端，且所述嘴部骨架可绕着第一轴103转动；第二轴106，所述的头部骨架101的后端通过第二轴106连接于所述的转盘108上，且所述头部骨架101可绕着第二轴106转动，具体地，在转盘108上设有两对头部轴承座107，并将第二轴106穿设在头部轴承座107之间。

图3为手部的结构示意图，如图3所示，所述的手部200包括：第三轴204，其一端通过一对手部轴承座203固定于所述躯干400的侧部；第四推杆201，其设置于所述的躯干400上；手部转轴支臂202，其一端套置于所述的第三轴204，且位于一对手部轴承203之间，另一端连接于第四推杆201；手臂部件，其连接于第三轴204；所述第四推杆201作伸缩运动，经过手部转轴支臂202驱动第三轴204转动，使得手臂部件绕第三轴204前后摆动。

需要说明的是，所述的手臂部件包括：上臂骨架208，其通过手部销轴207设置于第三轴204的另一端；小臂骨架211，其通过合页210活动连接于所述的上臂骨架208；套管205，其固定于上臂骨架208与靠近上臂骨架208的手部轴承203之间的第三轴204上；第五推杆206，其两端分别连接于套管205和上臂骨架208；第六推杆209，其布置于上臂骨架208与小臂骨架211之间。

在具体实施中，所述第四推杆201的伸缩运动经手部转轴支臂202转化为第三轴204的转动，可使一侧上臂骨架208和小臂骨架211绕第三轴204做前后方向的摆动；和/或，所述第五推杆206的伸缩运动，使得所述的上臂骨架208绕与第三轴204连接处(手部销轴)作上下开合动作；和/或，所述第六推杆209的伸缩运动，使得所述小臂骨架211绕与上臂骨架211的连接处(合页)作开合的动作。

图4为腿部的结构示意图，如图4所示，所述的腿部包括：第四轴306、第五轴304、大腿上骨架302、大腿下骨架303以及小腿骨架301；所述的第四轴306通过腿部轴承座307水平固定于躯干400上，一端设有法兰盘305，并通过法兰盘305连接于所述大腿上骨架302一端，其另一端设有腿部转轴支臂308，所述的腿部转轴支臂308与第七推杆309的一端相连，所述第七推杆309另一端固定于躯干400上；所述的第五轴304设置于第四轴306下方，且与第四轴306平行，所述第五轴304一端连接于大腿下骨架303一端，另一端套接于躯干400上；所述的大腿上骨架302和大腿下骨架303的另一端通过腿部销轴310连接于小腿骨架301。

所述的第七推杆309的伸缩运动经腿部转轴支臂转化为第四轴306的转动，带动大腿上骨架302上下转动，并使大腿下骨架303和小腿骨架301跟随大腿上骨架一起联动。巧妙地对腿部转轴支臂308与第四轴306夹角的针对性设计，两套第七推杆308在同步伸缩的情况下，即可使装置实现左右腿的交替动作。

参见图5，设置在躯干一侧的大腿上骨架302通过第四轴306和腿部转轴支臂308连接于第七推杆309，第七推杆309与躯干400的底部固定连接，设置在躯干一侧的大腿上骨架302与其联动腿部转轴支臂308之间的夹角为α；设置在躯干另一侧的大腿上骨架302通过第四轴306和腿部转轴支臂308连接于第七推杆309，第七推杆309与躯干400的顶部固定连接，设置在躯干400另一侧的大腿上骨架302与其联动腿部转轴支臂308之间的夹角为β；其中α为180°，β为105°～115°，本实例中要求β为110°，大腿上骨架302可以绕第四轴306往上抬约45°。同时，因为双腿交替行走，所以右腿的位置相对左腿是联动的，这样就对右腿的初始位置也有要求，然后基于左右腿初始位置(还有推杆固定点位置等)，算出了110°和180°的角度采用该角度可以实现左右腿的交替动作。

以上结合附图1～5描述了根据本发明实施例的大型拟人机械展演装置。进一步地，本发明还可以应用于展演系统，所述的展演系统包含：动作指令模块和控制模块，还包括上述的大型拟人机械展演装置。所述的控制模块接收动作指令模块发出的动作指令信号，并控制所述的大型拟人机械展演装置执行相应的动作。

本发明实施例提供的展演系统，与上述实施例提供的大型拟人机械展演装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”、“第二”、“第三”等关系术语(如果存在)仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。