本发明涉及一种由微型计算机控制并由机器人进行表演的机器人表演系统。

随着科学技术的发展，机器人已经得到越来越广泛的应用。特别是在某些危险区域或人们难以进入的区域，机器人可以代替人们完成各种通常只能由人来完成的复杂操作。但是，用于表演供人们欣赏和娱乐的各种文艺节目的机器人却不多见，尤其是将机器人技术与电脑技术相结合而设计的由微型计算机控制的大型机器人表演系统则更为鲜见。

本发明的目的即是设计一种由微型计算机控制并由机器人模仿真人表演各种供人们欣赏和娱乐的文艺节目的大型机器人系统。

为了实现上述目的，本发明特别设计了一种具有人的造型并能完成各种表演动作的表演机器人，并且仿照真实的演出舞台配备了供表演机器人表演的舞台和台幕以及辅助表演机器人表演的音响系统和灯光系统，从而组成了一个完整的机器人表演舞台。同时，采用微机控制系统控制舞台、台幕和灯光系统配合表演机器人按预定的程序完成表演的全过程。音响系统除为表演机器人的表演提供音乐伴奏外，还将与伴音同时录制的同步信号解调后输入微机控制系统中的微型计算机作为其外部指令。以下结合具体实施例对本发明机器人表演系统的技术特征作进一步的详细说明。

附图1为本发明机器人表演系统的框图;

附图2、3分别为表演机器人下肢机构的正视图和俯视图;

附图4、5分别为表演机器人腰部机构的正视图和侧视图;

附图6、7分别为表演机器人颈部机构及头部机构的正视图和侧视图;

附图8、9、10分别为上肢机构的结构示意图。

参考附图1，本发明机器人表演系统是由舞台、台幕、灯光系统、音响系统、表演机器人和微机控制系统组成的大型机器人表演系统。舞台是供表演机器人表演的场所，安置在大型公共游乐场所的室内或室外。舞台台面上装有一个以上用于安装表演机器人的机座，机座可在原地升降或旋转并带动表演机器人一起升降或旋转。机座的升降以油压为动力，油压系统的油泵由电机驱动并由微机控制系统控制;机座的旋转以压缩空气为动力，空压系统电磁阀的开闭由微机控制系统控制。台幕安装在舞台的前方，其开闭由电机驱动，驱动电机由微机控制系统控制。灯光系统由安装在舞台适当位置的多个照明电灯组成，各照明电灯电源的通断由微机控制系统控制。音响系统包括录制有乐曲和同步信号的录音磁带和用于放音的双迹或四迹录放机及其功率放大器和音箱，录放机由手动控制，所播放的乐曲作为表演机器人表演的伴音，录制在磁带上的同步信号经解调后输入微机控制系统中的微型计算机并以此作为其外部指令。表演机器人由机壳及其服饰和安装在机壳内并可带动表演机器人完成各种表演动作的机器组成，安装在舞台台面机座上并可随机座一起升降或旋转。机壳具有人的造型，包括下肢、上身、头壳和上肢;机器以压缩空气为动力，空压系统电磁阀的开闭由微机控制系统控制。微机控制系统由微型计算机和功放驱动箱组成，微型计算机收到来自音响系统的外部指令后通过引导程序按预先编制的软件程序向功放驱动箱输出指令，功放驱动箱对微型计算机输出的指令加以识别和放大后直接控制空压系统电磁阀工作电源的通断或者通过可控硅控制台幕电机和油泵电机电源的通断以及灯光系统照明电灯电源通断，从而使机器人表演系统各硬件配合表演机器人按预定的程序完成机器人表演的全过程。

参考附图2-10，安装在表演机器人机壳内并用于带动表演机器人完成各种表演动作的机器由下肢机构A、腰部机构B、颈部机构C、头部机构D和上肢机构E组成。下肢机构A是用于支撑表演机器人的支架，由左支杆A1、右支杆A2和顶架A3构成，左支杆A1和右支杆A2分别安装在下肢内并固定于舞台机座上，顶架A3安装在左支杆A1和右支杆A2的顶部。腰部机构B安装在下肢机构顶架上并可带动表演机器人前后弯腰和左右转腰;颈部机构C安装在腰部机构上方的上身内并可带动表演机器人左右转头、左右摆头和前后点头;头部机构D安装在颈部机构的顶端头壳内并可带动表演机器人张嘴、扬眉和转动眼珠;上肢机构E安装在上身左右两侧的上肢内并且可带动表演机器人完成抬臂、后摆臂、转大臂、弯臂、转小臂、转腕和弯指等动作。

参考附图4、5，腰部机构B包括转腰机构和弯腰机构。转腰机构由转腰轴、槽轮、钢丝绳、软轴套、软轴架和复位簧组成。转腰轴B1通过轴套B2安装在下肢机构顶架A3的中央并可在轴套B2中左右转动;槽轮B3安装在转腰轴B1的底端并可带动转腰轴B1左右转动;钢丝绳B4中部一点固定在槽轮B3的轮槽中，其两端绕过槽轮B3并通过软轴套分别与同一气缸活塞两端的活塞杆相连;软轴套的上端固定在软轴架B5上;两根复位簧B6分别安装在槽轮B3的前后两侧，其一端与槽轮B3的下缘相连，另一端与下肢相连。当压缩空气驱动活塞向气缸一端移动时，通过另一端的钢丝绳牵动槽轮转动并通过槽轮带动转腰轴向左或向右转动，使表演机器人完成左右转腰;当钢丝绳牵引力撤消时，两根复位簧使表演机器人复位。

腰部机构B的弯腰机构由弯腰支架、定位套、复位板、复位簧、钢丝绳、软轴套和软轴架组成。弯腰支架B7安装固定在转腰轴B1的顶部并可随转腰轴B1左右转动;两个定位套B8通过弯腰支架B7分别安装固定在上身前后两侧;复位板B9为向上凹的圆弧形，安装在定位套B8的上方，其前后两端分别与上身前后两侧相连并可带动上身前后弯曲;两根复位簧B10通过滑动杆B11分别安装在定位套B8与复位板B9之间的定位套B8上;两根钢丝绳B12分别安装在上身的前后两侧，其一端分别与上身前后两侧的下端相连，另一端通过软轴套分别与同一气缸活塞两端的活塞杆相连，软轴套的上端固定在软轴架上。当活塞向气缸一端移动时，另一端钢丝绳牵动上身向前或向后弯曲，使表演机器完成弯腰动作;当钢丝绳牵引力撤消时，复位簧使表演机器人复位。

参考附图6、7，颈部机构C是由支撑轴、转头机构、点头机构和摆头机构组成。支撑轴C1为一长轴，通过互相同心的上轴承C2和下轴承C3安装在上身的中央并可在上下轴承中左右转动。

转头机构由槽轮、钢丝绳、软轴套、软轴架和复位簧组成。槽轮C4安装固定在支撑轴C1的底端并可带动支撑轴C1左右转动;钢丝绳中部一点固定在槽轮C4的轮槽中，两端绕过槽轮C4并通过软轴套分别与气缸活塞杆相连;软轴套的上端固定于软轴架上;两根复位簧C5分别安装在槽轮C4的左右两侧，其一端与槽轮C4底缘相连，另一端分别与上身左右两侧相连。当活塞向气缸一端移动时，另一端钢丝绳通过槽轮牵引支撑轴向左或向右转动，使表演机器人完成转头动作;当钢丝绳牵动力撤消时，复位簧使机器人头部复位。

点头机构由定位杆、连杆、上滑套、定滑轮、钢丝绳、软轴套和软轴架组成。定位杆C6通过一短轴C7安装在支撑轴C1顶部并且可绕短轴C7前后转动;上滑套C8安装在支撑轴C1上并可沿支撑轴C1上下滑动，其一侧带有一支杆C9;连杆C10的两端分别通过短销与定位杆C6和上滑套支杆C9的端部相连并可绕短销转动;定滑轮C12通过支板C13安装在上滑套C8上方的支撑轴C1上;钢丝绳C14的一端经软轴套与气缸活塞一端的活塞杆相连，另一端绕过定滑轮C12后与上滑套C8底部支架C15相连并经软轴套与气缸活塞另一端活塞杆相连，软轴套的上端固定于软轴架上。当活塞向气缸一端移动时，另一端钢丝绳牵动上滑套沿支撑轴向上或向下移动并通过连杆带动定位杆向前或向后转动，使机器人完成前后点头。

摆头机构由定位合页、长连杆、下滑套、定滑轮、钢丝绳、软轴套和软轴架组成。定位合页的定页通过点头机构定位杆短轴C7安装在定位杆上方的支撑轴C1的顶端并可随定位杆C6一起绕短轴C7前后转动，定位合页的动页上固定有用于安装头部机构的顶架;下滑套C17套装在支撑轴C1上并可沿支撑轴C1上下滑动;长连杆C18的两端通过关节轴承分别与动页顶架和下滑套C17相连;定滑轮C19通过一支板安装在下滑套C17上方的支撑轴C1上;钢丝绳C20的一端经软轴套与气缸活塞一端的活塞杆相连，另一端绕过定滑轮C19与下滑套C17相连并经软轴套与气缸活塞另一端活塞杆相连;软轴套的上端固定于软轴架上。当活塞向气缸一端移动时，另一端钢丝绳牵引下滑套沿支撑轴向上或向下移动并通过长连杆带动定位合页向左或向右偏转，使机器人完成左右摆头。

参考附图6、7，头部机构D是由支撑架、张嘴机构、扬眉机构和转眼机构组成。支撑架D1通过摆头机构定位合页的动页顶架安装在头壳中央。

张嘴机构由上颌板、下颌板、定滑轮、钢丝绳、软轴套、软轴架和复位簧组成。上颌板D2通过支撑架D1安装固定在头壳上颌部并与上颌部相连;两块下颌板D3为圆弧形，通过短销D4分别安装在支撑架D1左右两侧并可绕短销D4转动，其前端与下颌部相连，中部带有连接两块下颌板的通轴D5并可绕通轴D5转动;定滑轮D6安装在支撑架D1后部;钢丝绳D7绕过定滑轮D6，其一端与下颌板后端相连，另一端通过软轴套与气缸活塞杆相连;软轴套的上端固定在软轴架D8上;复位簧D9安装在支撑架D1中央，其一端与支撑架D1相连，另一端与下颌板通轴D5相连。当活塞在气缸中移动时，与活塞杆相连的钢丝绳通过定滑轮牵动下颌板的前端即牵动下颌部与上颌部分离，使表演机器人完成张嘴;当钢丝绳牵引力撤消时，复位簧使下颌板复位并使表演机器人闭嘴。

扬眉机构由眉板、压簧、钢丝绳、软轴套和软轴架组成。两块眉板D10通过短销D11对称安装在支撑架D1上并可绕短销D11转动，其前端与头壳前额相连，两个压簧D12通过簧轴D13分别安装在两块眉板D10的后部与支撑架之间的支撑架D1上;两根钢丝绳D14的一端分别与眉板D10的后端相连，另一端通过软轴套分别与气缸活塞杆相连;软轴套的上端固定在软轴架上。当活塞在气缸中移动时，钢丝绳牵动眉板后端并使眉板前端上扬，使表演机器人完成扬眉动作;当钢丝绳牵引力撤消时，压簧使眉板复位。

转眼机构由槽轮、摇架、眼球轴、眼球、钢丝绳、软轴套和软轴架组成。槽轮D15通过一短轴安装在支撑架D1中央并可绕短轴转动，其下部带有用于插入槽轮拨棍D16的长孔，摇架D17的两端分别通过曲柄与眼球轴D18的一端相连并可带动眼球轴转动;两根眼球轴D18通过轴套D19安装在支撑架D1前部并可在轴套中转动;两个眼球通过眼球柄和眼球轴分别安装在头壳前部的两个眼窝中;钢丝绳D20中部一点固定在槽轮D15轮槽中，两端绕过槽轮D15后通过软轴套分别与气缸活塞两端的活塞杆相连;软轴套的上端固定在软轴架上。当活塞向气缸一端移动时，另一端钢丝绳牵动摇架并进而带动眼球轴转动，眼球轴的转动带动眼球在眼窝中转动，使表演机器人完成转眼动作。

参考附图8、9、10，上肢机构E包括抬臂机构、后摆臂机构、转大臂机构、弯臂机构、转小臂机构、转腕机构和手掌机构。

抬臂机构由抬臂轴、抬臂合页和回转臂组成。抬臂轴E1通过轴套安装在上身的肩部并可在轴套中转动，其外端带有一法兰E2;抬臂合页定页通过抬臂轴法兰E2安装在大臂顶端并可带动上肢上抬，抬臂合页动页E3与大臂相连并可带动大臂后摆;回转臂E4的一端通过卡箍与抬臂轴E1里端外缘相连并可带动抬臂轴E1回转，另一端与气缸活塞杆相连并可绕连接点转动。当活塞在气缸中移动时，通过活塞杆和回转臂驱动抬臂轴在轴套中转动，使表演机器人完成上肢上举动作;活塞杆驱动力撤消时，上肢复位。

后摆臂机构由钢丝绳、软轴套、软轴架和复位簧组成。钢丝绳E5的一端与大臂相连，另一端通过软轴套与气缸活塞杆相连;软轴套的上端固定在软轴架上;复位簧E6套装在气缸外的活塞杆上。当活塞在气缸内移动时，活塞杆通过钢丝绳牵动大臂并使大臂后摆，使表演机器人完成后摆臂动作;当钢丝绳牵引力撤消时，复位簧使大臂复位。

转大臂机构由转大臂轴、槽轮、定滑轮、钢丝绳、软轴套、软轴架和复位簧组成。转大臂轴E7通过轴套E8安装在大臂上段并可在轴套E8中转动，其下端带有与大臂下段相连的法兰E9;槽轮E10安装在转大臂轴E7的上端并可带动转大臂轴E7转动;两个定滑轮E11为同轴，安装在槽轮E10上方的大臂上段，定滑轮轮槽与槽轮轮槽互相配合;钢丝绳E12中部一点固定在槽轮轮槽中，其一端绕过槽轮E10和一个定滑轮并通过软轴套与气缸活塞杆相连;软轴套的上端固定在软轴架上;钢丝绳的另一端绕过槽轮E10和另一个定滑轮后与复位簧E13相连，复位簧E13另一端与大臂相连。当活塞在气缸中移动时，钢丝绳通过定滑轮牵引槽轮转动并牵动大臂转动，使表演机器人完成转大臂动作;当钢丝绳牵引力撤消时，复位簧使大臂复位。

弯臂机构由叉形簧、钢丝绳、软轴套和软轴架组成。叉形簧E14两翼分别与大臂和小臂相连;钢丝绳E15的一端固定在小臂上端，另一端通过软轴套与气缸活塞杆相连，软轴套的上端固定在软轴架E16上。当活塞在气缸中移动时，钢丝绳牵动小臂向大臂弯曲，使表演机器人完成弯臂动作;当钢丝绳牵引力撤消时，叉形簧使小臂复位。

转小臂机构由转小臂轴、槽轮、定滑轮、钢丝绳、软轴套、软轴架和复位簧组成。转小臂轴E17通过轴套安装在小臂上段的下端并可在轴套内转动，其一端带有与小臂下段相连的法兰E18;槽轮E19安装在转小臂轴E17的上端并可带动转小臂轴E17转动;两个定滑轮E20和E21为同轴，安装在槽轮上方的小臂上段上，定滑轮轮槽与槽轮轮槽互相配合;钢丝绳E22中部一点固定在槽轮轮槽中，一端绕过槽轮E19和定滑轮E20并通过软轴套与气缸活塞杆相连，软轴套的上端固定在软轴架上，钢丝绳E22另一端绕过槽轮E19和定滑轮E21后与复位簧相连;复位簧E23的另一端固定在小臂上段上。当活塞在气缸中移动时，钢丝绳通过定滑轮牵动槽轮转动并带动小臂转动，使表演机器人完成转小臂动作;当钢丝绳牵引力撤消时，复位簧使小臂复位。

转腕机构由槽轮、钢丝绳、软轴套、软轴架和复位簧组成。两个槽轮E24和E25为同轴，安装在小臂腕部;钢丝绳E26的一端固定在槽轮E24的轮槽中，另一端绕过槽轮E24并通过软轴套与气缸活塞杆相连，软轴套的上端固定在软轴架上;复位簧E27的一端固定在槽轮E25的轮槽中;另一端与钢丝绳E26反向绕过槽轮E25后固定在小臂上。当活塞在气缸中移动时，钢丝绳通过同轴槽轮牵引手腕转动，使表演机器人完成转腕动作;当钢丝绳牵引力撤消时，复位簧使手腕复位。

手掌机构包括4套分别安装在食指、中指、无名指和小指中的弯指机构，每套弯指机构都由叉形簧、钢丝绳、软轴套和软轴架组成。3个叉形簧E28、E29和E30分别安装在手指的三个关节处;钢丝绳E31的一端固定在手指指尖，另一端通过软轴套与气缸活塞杆相连，软轴套的上端固定在软轴架上。当活塞在气缸中移动时，钢丝绳牵动手指在各关节处弯曲，使表演机器人完成弯指动作。

本发明机器人表演系统可在微机控制系统控制下使系统的各硬件配合表演机器人表演各种文艺节目，故特别适于安置在大型公共场所的室内或室外进行机器人文艺表演，以供人们欣赏和娱乐。