本發(fā)明涉及機械制造技術(shù)，尤其涉及一種騎乘類體驗系統(tǒng)及騎乘機器人。

背景技術(shù)：

為滿足人類對休閑娛樂多樣化的需求，國內(nèi)外相繼建立了各種主題公園、展館等體驗項目，如環(huán)球影城、迪尼斯樂園、歡樂谷等，其內(nèi)除傳統(tǒng)過山車、跳樓機外，還有各類情景模擬項目、多維度騎乘體驗項目，虛擬現(xiàn)實項目等。

然而，隨著社會發(fā)展，現(xiàn)有的娛樂項目越發(fā)難以滿足多樣化的群體需求，人們開始結(jié)合遠古神話、史前生物、機器人技術(shù)及虛擬現(xiàn)實技術(shù)等開發(fā)出一類全新的體驗項目。比如通過仿生技術(shù)、機器人技術(shù)復(fù)活史前生物，使其行走在主題公園供游客觀賞；利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，人們只需要帶上vr眼鏡，配合其他傳統(tǒng)體驗設(shè)備，即可穿越時光，實現(xiàn)時光之旅，回到神話時代，甚至可以騎乘在“金睛獸”、“玉麒麟”等神話人物的坐騎上。

上述項目雖立意新穎，具有極高的體驗價值，然而，仍有不少弊端，缺少人機合一的互動樂趣。比如，復(fù)活生物只能在固定舞臺表演，甚至需要拖曳較長的供電及通訊設(shè)備，更無法承載游客騎乘觀覽，很難與體驗者形成互動；虛擬現(xiàn)實項目，只是利用頭戴式顯示設(shè)備將人們對外界的視覺、聽覺封閉，引導(dǎo)乘客產(chǎn)生的一種身在虛擬環(huán)境中的感覺，讓人產(chǎn)生一種騎乘的感官體驗，并非實質(zhì)的身心合一的超感官體驗。

因此，設(shè)計一種人機合一的綜合性體驗系統(tǒng)對于休閑娛樂開發(fā)商們來說具有極為重大的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種騎乘類體驗系統(tǒng)，此騎乘類體驗系統(tǒng)旨在解決傳統(tǒng)休閑娛樂項目體驗較為單一且缺乏人機合一的樂趣的問題；

本發(fā)明的另一目的在于提供一種騎乘機器人，此騎乘機器人旨在解決機器人發(fā)生意外狀況時無法及時獲得保護的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種騎乘類體驗系統(tǒng)，所述騎乘類體驗系統(tǒng)包括運動軌道、若干個在所述運動軌道上運動且可用于乘客騎乘的騎乘機器人以及用于控制所述騎乘機器人的運動、控制所述騎乘機器人進行路徑的識別以及控制所述騎乘機器人的面部表情的控制裝置；

所述騎乘機器人包括由下至上依次連接的行走機構(gòu)和機體構(gòu)架，所述行走機構(gòu)包括至少四個間隔設(shè)置的機械腿，所述機體構(gòu)架上設(shè)置有用于乘客騎乘的騎乘支撐機構(gòu)，所述機體構(gòu)架的下部與所述機械腿鉸接；

所述控制裝置包括控制器、行走驅(qū)動機構(gòu)、面部控制機構(gòu)以及路徑控制機構(gòu)，所述控制器分別與所述行走驅(qū)動機構(gòu)、所述面部控制機構(gòu)以及所述路徑控制機構(gòu)通信連接；

所述行走驅(qū)動機構(gòu)安裝在所述機體構(gòu)架上，所述行走驅(qū)動機構(gòu)用于驅(qū)動所述騎乘機器人行走；所述面部控制機構(gòu)安裝在所述機體構(gòu)架上，所述面部控制機構(gòu)用于驅(qū)動所述騎乘機器人的面部表情的變化；所述路徑控制機構(gòu)安裝在所述機體構(gòu)架上，所述路徑控制機構(gòu)用于控制所述騎乘機器人在所述運動軌道上運動。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述機體構(gòu)架包括機體骨架和固定連接組件；所述機體骨架呈框架結(jié)構(gòu)，包括至少兩個相對設(shè)置的縱向支架和至少兩個相對設(shè)置的橫向支架，所述縱向支架與所述橫向支架固定連接成十字結(jié)構(gòu)；所述機械腿通過所述固定連接組件與所述縱向支架的一端鉸接。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述機械腿包括由下至上依次連接的支腳、小腿支架、大腿支架以及髖關(guān)節(jié)支架，所述支腳與所述小腿支架鉸接，所述小腿支架與所述大腿支架鉸接，所述大腿支架與所述髖關(guān)節(jié)支架鉸接。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述騎乘支撐機構(gòu)包括背部騎乘支撐支架，所述背部騎乘支撐支架包括座椅和靠墊，所述座椅固定安裝在所述機體骨架的上部，所述靠墊固定安裝在所述座椅的一端。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述控制裝置還包括控制總臺，所述控制總臺與所述控制器通信連接。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述行走驅(qū)動機構(gòu)包括伺服電機、舵機、電動缸或液壓缸。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述控制器包括運動控制器或plc驅(qū)動器。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述面部控制機構(gòu)包括舵機、伺服電機或電動缸。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述路徑控制機構(gòu)包括地面灰度傳感器，所述地面灰度傳感器用于將采集的地面灰度圖像發(fā)送給所述控制器，所述控制器對所述地面灰度圖像進行處理后控制所述路徑控制機構(gòu)以使所述騎乘機器人沿所述運動軌道運動。

一種騎乘機器人，所述騎乘機器人包括由下至上依次連接的行走機構(gòu)、機體構(gòu)架、急停按鈕以及手動控制機構(gòu)，所述行走機構(gòu)包括至少四個間隔設(shè)置的機械腿，所述機械腿與所述機體構(gòu)架的下部鉸接，所述機體構(gòu)架上設(shè)置有騎乘支撐機構(gòu)，所述急停按鈕安裝在所述騎乘機器人的外殼上，所述手動控制機構(gòu)安裝在所述機體構(gòu)架上。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過上述設(shè)計提供一種騎乘類體驗系統(tǒng)，該騎乘類體驗系統(tǒng)由于具有騎乘機器人和可以控制騎乘機器人的各項運動的控制裝置，控制裝置具有行走驅(qū)動機構(gòu)、面部控制機構(gòu)以及路徑控制機構(gòu)，因此，乘客可以坐在背部騎乘支撐支架上，通過操作控制裝置來控制騎乘機器人在運動軌道上進行行走、實現(xiàn)各種表情的豐富變化以及在運動軌道上進行路徑的識別。一方面，該騎乘機器人可以承載游客，在路徑控制機構(gòu)的控制下沿著規(guī)定的路徑進行行走演出；另一方面，乘客可以通過面部控制機構(gòu)來控制騎乘機器人實現(xiàn)漫步、小跑、頭頸動作及各種面部表情的變化的動作。同時，該騎乘機器人可根據(jù)游客的喜好裝飾成不同的造型，以滿足不同乘客的需求；此外，游客還可通過控制裝置的調(diào)節(jié)來操作騎乘機器人的行走、停止、前進以及倒退等功能；其次，由于其上安裝有路徑控制機構(gòu)，因此，游客可以在騎乘機器人行走的過程中操作其進行高效地躲避障礙物，還可以根據(jù)演出場地的特點加載不同的行走路徑。由以上可知，該騎乘類體驗系統(tǒng)不僅可以給游客提供騎乘機器人的多種樂趣，還可以提供一種人機合一的體驗項目，從而達到人機互動的體驗樂趣。

本發(fā)明通過上述設(shè)計提供一種騎乘機器人，該騎乘機器人具有急停按鈕，因此，該騎乘機器人具有可以在發(fā)生意外狀況時可以緊急端點的特點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施方式的技術(shù)方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明第一實施例提供的騎乘機器人結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明第一實施例提供的騎乘機器人第一角度視圖；

圖3為本發(fā)明第二實施例提供的騎乘類體驗系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明第二實施例提供的騎乘類體驗系統(tǒng)的電路連接框圖；

圖5為本發(fā)明第二實施例提供的騎乘類體驗系統(tǒng)的上位機顯示和遙控器控制的原理框圖；

圖6為本發(fā)明第二實施例提供的騎乘機器人載人的第一狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標：1-騎乘類體驗系統(tǒng)；2-控制總臺；3-騎乘機器人；4-運動軌道；5-無線通訊控制系統(tǒng)；6-行走機構(gòu)；7-機體構(gòu)架；8-機械腿；9-騎乘支撐機構(gòu)；10-控制器；11-行走驅(qū)動機構(gòu)；12-面部控制機構(gòu)；13-路徑控制機構(gòu)；14-機體骨架；15-固定連接組件；16-縱向支架；18-橫向支架；19-支腳；20-小腿支架；22-大腿支架；23-髖關(guān)節(jié)支架；24-背部騎乘支撐支架；25-座椅；26-靠墊；27-陀螺儀；28-地面灰度傳感器；30-遙控器；31-手部操作器；32-手動控制機構(gòu)；33-通信模塊；34-上位機；35-遙控器。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和展示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”、等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

此外，術(shù)語“水平”、“豎直”等術(shù)語并不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如“水平”僅僅是指其方向相對“豎直”而言更加水平，并不是表示該結(jié)構(gòu)一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

實施例一

請參照圖1、圖2以及圖5，本實施例提供了一種騎乘機器人3，其可用于承載游客，包括由下至上依次連接的行走機構(gòu)6和機體構(gòu)架7。

其中，行走機構(gòu)6包括四個間隔設(shè)置的機械腿8，機械腿8包括由下至上依次鉸接的支腳19、小腿支架20、大腿支架22以及髖關(guān)節(jié)支架23。其中，支腳19的一端與小腿支架20的一端鉸接，小腿支架20的另一端與大腿支架22的一端鉸接，大腿支架22的另一端與髖關(guān)節(jié)支架23的一端鉸接。

機體構(gòu)架7包括機體骨架14和固定連接組件15；機體骨架14呈框架結(jié)構(gòu)，其框架結(jié)構(gòu)上安裝有縱向支架16和橫向支架18，縱向支架16與橫向支架18固定連接成十字結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)的邊框則通過固定連接組件15與上述的機械腿8鉸接。

固定連接組件15呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其上開設(shè)有多個間隔設(shè)置的安裝孔(圖中未標出)，機械腿8上也開設(shè)有與安裝孔相對應(yīng)的固定孔。安裝時，將轉(zhuǎn)軸穿過固定孔、安裝孔并在其突出的部分用內(nèi)六角螺釘固定即可。

機體骨架14上還安裝有騎乘支撐機構(gòu)9，該騎乘支撐機構(gòu)9包括背部騎乘支撐支架24、安全束縛裝置(圖中未標出)以及手部操作器31。其中，背部騎乘支撐支架24包括座椅25和靠墊26，座椅25呈框架結(jié)構(gòu)，其框架底部安裝有四個支撐腳，通過該四個支撐腳與機體骨架14固定連接；靠墊26則呈弧形板狀，其一端與座椅25的側(cè)框邊固定連接。手部操作器31則安裝在機體骨架14上且與騎乘支撐機構(gòu)9間隔一定的距離，其與機體骨架14可活動的連接，其上設(shè)有特定的指令鍵，主要用于調(diào)節(jié)騎乘機器人3行走時的方向。騎乘機器人3通過騎乘支撐機構(gòu)9來承載乘客，以供乘客騎乘所用。安全束縛裝置的作用與安全帶的作用相同，使用時，將其系在乘客身上即可。乘客通過調(diào)節(jié)手部操作器31的角度來實現(xiàn)對騎乘機器人3的控制。

需要說明的是，本實施例中主要闡述的是騎乘機器人3中的一種，即四足機器人；然而，在其他的實施例中，騎乘機器人3的機械腿8的數(shù)量以及具體結(jié)構(gòu)并不受限，其機體構(gòu)架7的具體結(jié)構(gòu)以及與機械腿8的連接方式也不受限，還可以為其它的結(jié)構(gòu)和連接；此外，騎乘機器人3的外表可根據(jù)不同的需求進行不同的裝飾，并不僅僅局限于圖中的結(jié)構(gòu)。

實施例二

請參照圖3、圖4以及圖5，配合參照圖1、圖2以及圖6，本實施例提供了一種騎乘類體驗系統(tǒng)1，騎乘類體驗系統(tǒng)1包括控制總臺2、實施例一中的騎乘機器人3、運動軌道4以及無線通訊控制系統(tǒng)5。

控制總臺2與無線通訊控制系統(tǒng)5通信連接，無線通訊控制系統(tǒng)5包括控制器10、行走驅(qū)動機構(gòu)11、面部控制機構(gòu)12、路徑控制機構(gòu)13、手動控制機構(gòu)32以及急停按鈕(圖中未標出)。

控制器10采用運動控制器，嵌入在騎乘機器人3的機體構(gòu)架7中，程序則存貯在運動控制器中并且通過ethercat通信總線來控制騎乘機器人3的運動狀態(tài)。

行走驅(qū)動機構(gòu)11安裝在騎乘機器人3的機械腿8之中，其采用絕對值編碼器的伺服電機，速度控制特性良好，在整個速度區(qū)內(nèi)可實現(xiàn)平滑控制，抗過載能力強。行走驅(qū)動機構(gòu)11用于驅(qū)動騎乘機器人3的運動狀態(tài)，通過控制器10控制行走驅(qū)動機構(gòu)11來控制騎乘機器人3的運動狀態(tài)。在本實施例中，騎乘機器人3的運動狀態(tài)可以是但不僅限于漫步、小跑、頭頸動作和尾部動作等。

面部控制機構(gòu)12嵌入在騎乘機器人3的機體構(gòu)架7中，其采用舵機驅(qū)動來控制騎乘機器人3的面部機械結(jié)構(gòu)進行面部表演。該面部表演可以是但不僅限于扇動耳朵、嘴巴張合、眼皮及眼球等。

路徑控制機構(gòu)13嵌入在騎乘機器人3的機體構(gòu)架7中，路徑控制機構(gòu)13響應(yīng)路徑指令并將路徑指令發(fā)送給控制器10，控制器10根據(jù)路徑指令控制騎乘機器人3進行路徑識別且在運動軌道4上運動。此外，路徑控制機構(gòu)13與地面灰度傳感器28配合使用。

騎乘機器人3在預(yù)設(shè)的運動軌道4上運動，多個地面灰度傳感器28間隔的安裝在運動軌道4上，地面灰度傳感器28通過采集地面灰度圖像并發(fā)送給控制器10。

手動控制機構(gòu)32安裝在騎乘機器人3的機體構(gòu)架7中，其與手部操作器31通信連接。手動控制機構(gòu)32響應(yīng)輸入指令，將輸入指令發(fā)送給控制器10。乘客通過操作手部操作器31手動發(fā)送輸入指令給手動控制機構(gòu)32，手動控制機構(gòu)32將輸入指令發(fā)送給控制器10，控制器10依據(jù)接收到的輸入指令來通過控制行走驅(qū)動機構(gòu)11來控制騎乘機器人3的運動狀態(tài)。

騎乘類體驗系統(tǒng)1還包括用于監(jiān)測騎乘機器人3平衡參數(shù)的陀螺儀27，陀螺儀27安裝在騎乘機器人3的機體構(gòu)架7中。陀螺儀27與控制器10通信連接，并將平衡參數(shù)發(fā)送給控制器10，控制器10還用于依據(jù)平衡參數(shù)通過行走驅(qū)動機構(gòu)11控制騎乘機器人3的穩(wěn)定性。

騎乘類體驗系統(tǒng)1還包括急停按鈕(圖中未標出)，急停按鈕用于控制無線通訊控制系統(tǒng)5與蓄電池的電連接狀態(tài)。

控制總臺2包括通信模塊33、遙控器35以及與騎乘機器人3通信連接的上位機34。上位機34、遙控器35通過無線通信連接與通信模塊33電性連接。上位機34用于接收通信模塊33發(fā)送的騎乘機器人3的運動信息并在上位機34上顯示。工作人員可以通過上位機34來觀測騎乘機器人3的運動信息，防止乘客發(fā)生意外狀況，更好地監(jiān)測騎乘機器人3。

綜上所述，該騎乘類體驗系統(tǒng)1由于具有騎乘機器人3和可以控制騎乘機器人3的各項運動的控制總臺2，控制總臺2具有行走驅(qū)動機構(gòu)11、面部控制機構(gòu)12以及路徑控制機構(gòu)13，因此，乘客可以坐在背部騎乘支撐支架24上，通過操作控制總臺2來控制騎乘機器人3在運動軌道4上進行行走、實現(xiàn)各種表情的豐富變化以及在運動軌道4上進行路徑的識別。一方面，該騎乘機器人3可以承載游客，在路徑控制機構(gòu)13的控制下沿著規(guī)定的路徑進行行走演出；另一方面，乘客可以通過面部控制機構(gòu)12來控制騎乘機器人3實現(xiàn)漫步、小跑、頭頸動作及各種面部表情的變化的動作。同時，該騎乘機器人3可根據(jù)游客的喜好裝飾成不同的造型，以滿足不同乘客的需求；此外，游客還可通過控制總臺2的調(diào)節(jié)來操作騎乘機器人3的行走、停止、前進以及倒退等功能；其次，由于其上安裝有路徑控制機構(gòu)13，因此，游客可以在騎乘機器人3行走的過程中操作其進行高效地躲避障礙物，還可以根據(jù)演出場地的特點加載不同的行走路徑。由以上可知，該騎乘類體驗系統(tǒng)1不僅可以給游客提供騎乘機器人3的多種樂趣，還可以提供一種人機合一的體驗項目，從而達到人機互動的體驗樂趣。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。