[发明专利]一种可变拓扑多关节协同随动机器人

说明书

本发明涉及一种可变拓扑多关节协同随动机器人，属于机器人领域，解决了现有技术中的机械手臂不能实现与人的同步动作和实时控制，灵活性和可操作性低，而仿人机器人仅能模仿人的部分动作，不能搬运重物的问题。本发明的拟人仿生执行机构具有16个关节及2个机械手爪，具有头部、腰部、左臂、右臂、左手、右手的拟人仿生执行机构，且头部安装摄像头具有拟人视角，机器人可以复制人的动作完成作业任务。本发明的拟人仿生执行机构在随动操控条件下可以精确执行出人的动作姿态，实现了远程操控下机器人与人的协同随动以及人对机器人的同步操纵，使机器人代替人在危险环境作业。

技术领域

本发明涉及遥控机器人领域，尤其涉及一种可变拓扑多关节协同随动机器人。

背景技术

排爆机器人是排爆人员用于处置或销毁爆炸可疑物的专用器材，避免不必要的人员伤亡。主要用于代替排爆人员搬运、转移爆炸可疑物品及其它有害危险品；代替排爆人员使用爆炸物销毁器销毁炸弹等危险物品。现有的排爆机器人，虽然可以远程遥控操控，但是仅能完成固定动作，执行任务是的灵活性低。无法执行与人体动作相同的操作，能解决的实际问题有限。

现有的六自由度机械手臂，无法在保持末端机构的三维位置不变的情况下从一个构型变换到另一个构型。因此，现有的六轴工业机器人在完成焊接作业时，即使在同一个位置焊接的时候，也会一会儿整个扭到这边，一会儿整个扭到那边，看起来非常酷炫的样子。事实上这么做的原因是，虽然焊接只是想改变末端机构的朝向，而不改变末端机构的位置，但是由于其结构运动原理的限制，末端机构必须要往后退一些，然后改变整体姿态。现有的六轴机械臂的运动原理与人体手臂动作原理不同，因此，无法实现与人体手臂的全部动作。且现有机械臂仅能实现预先编程设定好的动作指令，无法实现人的实时控制和与人的动作同步。

现有仿人型机器人多用于表演、展出等，其平衡能力和负载能力都比较差，不适用于现场路况和环境都更复杂的排爆作业，也无法完成搬运危险品的任务。因此，需要一种机器人能实现与人体的同步协作，同时具有良好的负载能力。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种可变拓扑多关节协同随动机器人，用以解决现有的机器人产品不能实现机器人与人体的同步动作，不能搬运重物的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种可变拓扑多关节协同随动机器人，包括：拟人仿生执行机构、行进机构和操控系统；

拟人仿生执行机构包括：头部、颈部、躯干、左臂、右臂、腰部和机械手爪；

拟人仿生执行机构用于复制操控人员的动作代替人进行实地操作；拟人仿生执行机构通过腰部与行进机构转动连接；左臂、右臂均为六自由度机械臂；左臂、右臂各关节能够与人体关节一致的运动学特性进行动作；

头部关节上设置有3D摄像头和麦克风；摄像头和麦克风用于向操控系统传输视频和音频信息；

操控系统用于采集操控人员动作信息并传递给所述拟人仿生执行机构执行。

具体地，头部与躯干之间通过颈部连接；头部沿自身轴向的转动通过第一关节驱动；第一关节用于实现低头抬头的动作；

颈部与躯干之间通过第二关节连接；第二关节用于实现头部左右旋转。

具体地，左臂包括：左肩部、左上臂、左下臂、左腕部；

左肩部与躯干之间通过第三关节连接，第三关节用于实现左臂抬起放下动作；左肩部与左上臂之间通过第四关节连接，第四关节用于实现左臂外展动作；

左上臂与左下臂通过第六关节连接，第六关节用于实现左臂小臂抬起放下动作；

左上臂与所述左手肘之间通过第五关节连接，第五关节用于实现左臂小臂围绕上臂轴线的旋转运动；