[发明专利]一种新型仿人竞速机器人

说明书

技术领域：

本发明属于仿人机器人设计制作领域，涉及一种机器人比赛装置。 

背景技术：

仿人机器人是机器人制作的重要领域。仿人竞速机器人要求制作人形机器人，模仿人类双足直立行走，并要求头部、手臂有协调的配合。可以辅助以各类传感器，以期使机器人能够自主识别周围环境，快速灵活完成竞速行走。 

要顺利完成以上要求，就需要机器人具有较高的双足行走机动性能和灵敏可靠的传感控制性能。由于追求优良的机动性能和传感控制性能往往将导致舵机数目增加、结构复杂、费用上升。当前能完成上述要求的机器人的自由度普遍较高或者需要依赖于价格高昂的舵机，导致机器人成本的提高，现有机器人对于通过最小数目的自由度实现灵活转向的设计制作方法还有待提高。因此，从优化机器人舵机和传感器的布局入手，巧妙设计机器人的结构，探索自由度较少、结构简单但机动性强、传感灵敏可靠并且性价比高的仿人竞速机器人具有重要的意义。 

发明内容：

针对上述现有的设计制作方案存在的问题，本发明从舵机自由度和传感装置的布局与受力优化角度入手，发明了一种自由度明显减少、结构简单、重量轻巧但机动性和传感灵敏性高的新型仿人竞速机器人。 

本发明提出如下解决现有问题的方案： 

一种12自由度仿人竞速机器人的装置，包括12个舵机，4个灰度传感器，铝质U型件，多功能连接件及硬质塑料底板。 

所述12自由度仿人竞速机器人机构部分为：头部一个自由度，左右肩部各有一个自由度，左右手臂各有一个自由度，左右腿各有两个自由度，左右脚各有一个自由度，在右腿中间有一个竖直轴向自由度。 

所述的自由度都由一个舵机构成，舵机之间通过U型件和多功能连接件由螺丝连接，每个脚底由一个底板构成，底板上开孔形成传感器的安放位置。 

所述的舵机、U型件和多功能连接件为标准件。 

所述的螺丝为M2.5mm平头螺丝。 

所述的脚底板为80mm×140mm×5mm硬质塑料板加贴一层厚度为1mm的橡胶层构成。 

所述的橡胶层是乒乓球拍橡胶面。 

所述12自由度仿人竞速机器人传感部分为：安装在脚底板开口上部的灰度传感器将机器人所处地面色差信号转化为电信号传输至控制芯片，芯片按照既定程序通过舵机完成相应动作。灰度传感器通过遮光罩与外界隔离。 

所述的灰度传感器由一只发光二极管和一只光敏电阻组成。当反射面为白色时，有效检测距离为8mm。 

所述的遮光罩由黑色绝缘胶带做成，遮光罩将外界的光与传感器隔离。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：自由度少，结构简单，成本低廉，机动性好，传感灵敏性与控制稳定性好。 

附图说明：

图1为机器人舵机自由度和固定钢框结构布局主视图。图1中的符号表示：1-头部舵机；2-刚度加强件；3-肩部舵机；4-手臂舵机；5-手臂钢框；6-右腿腿部舵机；7-竖直舵机；8-刚度加强件；9-右腿腿部舵机；10-右脚脚部舵机；11-右脚脚板；12-左腿腿部钢框。 

图2为右腿主视图。图2中的符号表示：13-右腿腿部舵机6的U型连接件；14-刚度加强件；15-竖直舵机；16-右腿腿部舵机9的U型连接件。 

图3为底板俯视图与剖面图。图3(a)底板俯视图中的符号表示：17-硬质塑料板；18-开口；19-螺丝孔。图3(b)底板A-A剖面图中的符号表示：20-硬质塑料板；21-橡胶层。 

图4(a)和(b)分别为传感器安装示意图与B-B截面图。图4中的符号表示：22-遮光罩；23-灰度传感器。 

图5为本发明机器人行进跑道。图5中的符号表示：24-起跑线与终点线；25-外边线；26-赛道中线；27-内边线。 

图6为行进中双足与跑道中线的关系图。图6中的符号表示：28-左脚；29-跑道中线；30-右脚；31-右脚外侧灰度传感器；32-右脚内侧灰度传感器；33-左脚内测灰度传感器；34-左脚外侧灰度传感器。 

以下结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的详细说明。 

具体实施方式：

参见图1，本12自由度仿人竞速机器人的舵机和固定钢框结构布局。头部舵机1使头部左右摆动，刚度加强件2连接和固定舵机，增加结构刚度与稳定性，肩部舵机3使手臂前后摆动，手臂舵机4使手臂沿垂直于纸面轴转动，腿部舵机6与9实现腿部的动作，竖直舵机7使机器人沿竖直轴转动，脚部舵机10可使脚板翻转，脚板11支撑机器人，腿部钢框12保证双腿高度一致。