1、引言
十多年前“詭異谷”的實(shí)際制約了類(lèi)人機(jī)器人的開(kāi)展，但跟著科技的開(kāi)展，人們?cè)俅伟汛婢斓哪抗馔断蛄恕案袢祟?lèi)的機(jī)器人”身上，機(jī)器人展覽會(huì)上的saya曾經(jīng)到了以假亂真的境界，建造形狀跟行動(dòng)方法更瀕臨于人類(lèi)的機(jī)器人曾經(jīng)成為了新的核心跟熱點(diǎn)。正在外洋的一些科學(xué)家曾經(jīng)取得了必然的結(jié)果，但正在海內(nèi)，關(guān)于臉色機(jī)器人的研討借處于初級(jí)階段，為了能正在08年的奧運(yùn)會(huì)上看到咱們本人建造的機(jī)器人解說(shuō)員，北京科技大學(xué)的王志良教員的課題組正致力于此項(xiàng)研討并取得了必然的結(jié)果。
2、機(jī)器人頭部的計(jì)劃要求
本計(jì)劃的目標(biāo)是計(jì)劃一個(gè)仿人的機(jī)器人頭部，以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)臉色，去抒發(fā)機(jī)器人內(nèi)涵的感情形態(tài)，終極使機(jī)器人能經(jīng)由過(guò)程豐碩生動(dòng)的臉色與人停止天然流利的感情交換。既然如此，所要計(jì)劃的機(jī)器人頭部，便必需知足上面的要求：
1表面從相當(dāng)程度上合乎人類(lèi)的審美觀點(diǎn)，能給人以親切感跟可信任感；
2其整體甚至部分的尺寸，和每一個(gè)器官所能運(yùn)動(dòng)的幅度皆要與人類(lèi)的頭部相瀕臨，也就是說(shuō)，正在瀕臨人腦這個(gè)有限的空間內(nèi)，要安排眼、耳、鼻、心、眉等器官和響應(yīng)的驅(qū)動(dòng)部件跟傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；
3整體機(jī)構(gòu)的舉措要調(diào)和，要合乎人類(lèi)頭、臉部的運(yùn)動(dòng)紀(jì)律，要求運(yùn)動(dòng)傳送要精確，不克不及失真，如許才氣精確的節(jié)制每一個(gè)運(yùn)動(dòng)單位到達(dá)要求的地位，實(shí)現(xiàn)整體的調(diào)和；
4由于思量實(shí)際制造時(shí)要為機(jī)器人加上攝像頭、微型麥克以至力覺(jué)等傳感器，以是計(jì)劃時(shí)必需留出需要的空間。全部計(jì)劃存在空間狹小，運(yùn)動(dòng)規(guī)模小，運(yùn)動(dòng)精確，負(fù)載小的特色，那也是全部設(shè)計(jì)所要側(cè)重辦理的問(wèn)題；
5可以實(shí)現(xiàn)眼球遷移轉(zhuǎn)變，眼瞼開(kāi)合，頭部遷移轉(zhuǎn)變。
從機(jī)器人整體布局動(dòng)身，正在思量機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)跟控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)體系要求的條件下停止機(jī)器人頭部機(jī)構(gòu)計(jì)劃。
人頭部運(yùn)動(dòng)包羅頸部自由遷移轉(zhuǎn)變跟擺動(dòng)、和臉部眼球、眼瞼、下顎的運(yùn)動(dòng)。
3、機(jī)器人頭部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
國(guó)內(nèi)分揀機(jī)器人眼睛部門(mén)共有四個(gè)自由度，包羅眼球的繞Z軸跟繞Y軸扭轉(zhuǎn)。關(guān)于人類(lèi)的眼球，畸形的環(huán)境下，任何臉色時(shí)，兩個(gè)眼球的繞Y軸扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)皆是完整同步的，是以，可以使那兩個(gè)眼球的繞Y軸扭轉(zhuǎn)共用一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，既節(jié)儉了空間，又簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)。
眼瞼有一個(gè)繞Y軸遷移轉(zhuǎn)變的自由度，兩個(gè)眼瞼的兩個(gè)自由度是離開(kāi)的，以是共有兩個(gè)自由度，由于正在裝完眼球后剩下的空間比力小，借不克不及跟眼球產(chǎn)生過(guò)問(wèn)，以是要正在有限的空間內(nèi)參加眼瞼的布局，不克不及太過(guò)于龐大，取舍了一級(jí)傳動(dòng)。
高速分揀機(jī)器人哪里靠譜每條眉毛該當(dāng)存在五個(gè)自由度，離別是左端兩個(gè)，右端兩個(gè)跟中央一個(gè)?？墒?，左右兩端正在Y軸標(biāo)的目的的自由度，運(yùn)動(dòng)規(guī)模很小，簡(jiǎn)直對(duì)臉色起不到較著可見(jiàn)的作用。并且，關(guān)于一條眉毛來(lái)講，五個(gè)自由度的機(jī)構(gòu)過(guò)于龐大。是以，本計(jì)劃中將其簡(jiǎn)化成一個(gè)自由度，即眉毛左、中、左三點(diǎn)的Z標(biāo)的目的自由度。
嘴這個(gè)部門(mén)統(tǒng)共有六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，包羅擺布嘴角各有一個(gè)X向跟Y向的直線運(yùn)動(dòng)，上、下唇各有一個(gè)Z向直線運(yùn)動(dòng)。這部分的機(jī)構(gòu)部門(mén)根本皆安裝正在嘴與眼之間的空間里。此外，兩個(gè)嘴角處的Y向運(yùn)動(dòng)軌跡并不是正在Y一Z立體上，而是與該立體成約莫150度角。同是直線運(yùn)動(dòng)，這里采取了與眉毛相近似的機(jī)構(gòu)。
下顎部門(mén)只有一個(gè)繞Y軸扭轉(zhuǎn)的自由度，從布局上看比較簡(jiǎn)單，由伺服電機(jī)間接驅(qū)動(dòng)，可是由于全部下顎組件質(zhì)量和絕對(duì)轉(zhuǎn)軸的力臂較大，形成該機(jī)構(gòu)所需驅(qū)動(dòng)力矩較大。此外，該機(jī)構(gòu)借須要可能自鎖，即正在終止事情跟任何時(shí)間機(jī)電停轉(zhuǎn)時(shí)，下顎必需連結(jié)正在原位沒(méi)有動(dòng)，以是下顎機(jī)構(gòu)正在臉部來(lái)講是負(fù)載最大的一部分。
分揀機(jī)器人拋光機(jī)機(jī)構(gòu)剖析為了使機(jī)器人的臉色加倍靈巧生動(dòng)，增長(zhǎng)了頸部的運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人頸部共有兩個(gè)自由度，離別是繞Y，Z軸扭轉(zhuǎn)。本計(jì)劃采取，正在頸部瀕臨頭部的地位裝置伺服電機(jī)，離別驅(qū)動(dòng)繞Y軸的扭轉(zhuǎn)，正在最下部的地位，即基座內(nèi)裝置頸部第二個(gè)伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)全部機(jī)器人頭、頸部繞Z軸扭轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。
4、體系概述
類(lèi)人機(jī)器人須要具有的特色有：與人類(lèi)似的傳感體系、語(yǔ)音吸收、圖象吸收、感到體系等等。有近似人的形狀，有近似人的思維跟行動(dòng)。
因而咱們計(jì)劃了一個(gè)體系，體系中的器材良多，如圖2所示是一個(gè)硬件的結(jié)構(gòu)圖。全部體系分為三大部分：
1、攝像頭跟無(wú)線發(fā)話器，屬于媒體設(shè)備。視覺(jué)跟聽(tīng)覺(jué)，是人跟人之間交換的十分緊張的部門(mén)。是以仿人機(jī)器人也該當(dāng)存在該項(xiàng)功用，因而咱們就要用攝像頭跟發(fā)話器去吸收這些信息。而圖像處理跟語(yǔ)音辨認(rèn)是一個(gè)非常復(fù)雜而又沉重的事情，嵌入式體系實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)事情便比力難題，咱們籌劃將攝像頭收羅去的圖象跟聲響經(jīng)由過(guò)程無(wú)線視頻設(shè)備跟無(wú)線發(fā)話器傳遞給PC機(jī)，用PC做圖像處理跟語(yǔ)音辨認(rèn)。用PC機(jī)對(duì)圖象跟語(yǔ)音停止處置懲罰之后，依據(jù)咱們事先界說(shuō)好的控制協(xié)議去節(jié)制機(jī)器人。
2、PC機(jī)。吸收?qǐng)D象跟語(yǔ)音信息，并停止圖像處理跟語(yǔ)音辨認(rèn)，依據(jù)和談轉(zhuǎn)換成控制指令。關(guān)于處置懲罰好的節(jié)制指令和數(shù)據(jù)，咱們經(jīng)由過(guò)程無(wú)線跟有線兩種方法傳給嵌入式體系，嵌入式體系依據(jù)界說(shuō)好的節(jié)制指令和數(shù)據(jù)去履行操縱。同時(shí)PC機(jī)也可以吸收嵌入式體系發(fā)送過(guò)去的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)停止剖析跟處置懲罰。
3、嵌入式體系部門(mén)。嵌入式體系有兩個(gè)功用：起首是對(duì)機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制跟吸收來(lái)自PC機(jī)的數(shù)據(jù)跟控制指令，其次收羅機(jī)器人現(xiàn)階段的形態(tài)，次要的傳感器有攝像頭、麥克跟語(yǔ)音輸出。思量到機(jī)器人的體積跟處置懲罰才能的要求，咱們采取了機(jī)能不變靠得住，同時(shí)運(yùn)算才能較強(qiáng)的PIC系列單片機(jī)。
自動(dòng)分揀機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)依據(jù)舵機(jī)節(jié)制的需要，咱們要對(duì)控制器停止取舍，還要思量節(jié)制工具精度，力矩要求，控制器重量等。依據(jù)下面的要求，選用PIC16F877作為次要的節(jié)制芯片。
下位機(jī)PIC節(jié)制多舵機(jī)運(yùn)動(dòng)。PIC控制程序流程圖如圖3。
臉色機(jī)器人樣機(jī)如圖4。
5、論斷
本文以生物學(xué)為根底，以多種學(xué)科技巧相融會(huì)的方式提出了研討感情機(jī)器人的一種新方式，雖然遭到理想情況的制約，機(jī)器人的臉色借比力簡(jiǎn)陋，不敷細(xì)致，但完整依照真實(shí)人的表面去建造機(jī)器人正在海內(nèi)仍是初次。正在這個(gè)機(jī)器人的根底上，咱們要進(jìn)一步細(xì)化機(jī)器人的臉色，終極到達(dá)服務(wù)型機(jī)器人的尺度。
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