本发明涉及高空巡检、广告、影视、消防等机器人领域，具体为一种高空应用的人形机器人。
背景技术：
1、随着人工智能（ai）时代的快速到来，智能机人在各个领域快速推进，以工业化、城市化的快速扩张发展为例，全球各大中型城市都以修建地标、高楼、来解决土地资源问题，即提升城市天际线，又增强城市的现代化感，但在发展的高层建筑的同时，也附带产生诸多发展的弊端，主要包括建筑的安全、维护、消防和建筑后续开发难利用等；根据已公开专利：（cn212933981u）、（cn114141177a）、（cn109746929a）、（cn116238727a）等发明，其应用均是针对单一特定目标或固定使用环境下的开发应用，众多领域的应用以地面或室内局部为主，其应用效能和边际尚待深入开发，因此，在高空各场景下，多领域跨场景的人形机器人亟待开发，具有广阔的市场应用空间。
技术实现思路
1、为实现背景技术所述的多场景应用，本发明提供一种高空应用的人形机器人，该机器人由头颈机构、躯体机构，手臂机构、腿部机构、控制系统、升降机构和吸盘装置等组成，采用轻质材料制造；由头颈、手臂与双腿组成的人形结构并配置与人相对应的肢体、关节和自由度以实现灵巧动作，具备自主导航与定位能力,是一种具备人机交互、深度学习、环境感知及具有决策能力的人工智能机器人，结合升降机构和吸盘装置，使其能够在多种环境（地面、墙面、空中）移动，实现自主或远程人机协作作业。
2、为实现上述目的，本发明采用如下所述的技术方案。
3、一种高空应用的人形机器人，包括头颈机构、躯体机构，手臂机构、腿部机构、控制系统、升降机构和吸盘装置；
4、所述头颈机构内部安装有机器视觉系统、距离感知雷达、阵列麦克风、扬声器、通讯模块等传感器，利用机器视觉系统、雷达等功能，完成对目标图像特征提取、计算、目标检测与跟踪等处理，并反馈至控制系统，利用阵列麦克风与扬声器实现声音采集和交互，采用轻型透明材料作为面部保护外壳，颈部法兰底座通过绞连关节与躯体相连接，内部装有减速齿轮的电机做为动力，用于头部的转向运动，颈部采用柔性材料作为头部与躯体间连接的保护外壳。
5、所述躯体机构为两段组成，躯体上部与头颈机构相连，双肩均安装有手臂机构，与人体的肩和胸部结构相同，内部腔体安装机器人的控制系统，躯体下部类似人体的髋部与腿部机构相连，躯体上部与躯体下部采用铰链连接，实现机器人身躯的转向或俯仰。
6、所述手臂机构与人手掌、小臂和大臂结构相同，手掌部分与两段连杆通过铰链关节构成三个自由度，相当于人的手臂，利用闭环控制技术，通过对每个肢节和铰链关节布置的传感器反馈实际位置、速度、力矩等，由控制系统根据预定的目标位置或轨迹计算，来调整各关节运动的角度与力矩，控制手掌把持的工具、或动作完成作业。
7、所述腿部机构与人的脚掌、小腿和大腿结构相同，由脚掌与两段连杆通过铰链关节构成三个自由度，利用闭环控制技术，通过对每个关节布置的传感器反馈实际位置、速度、力矩等，由控制系统根据预定目标的位置或轨迹计算，来调整关节运动的角度或力矩，实现行走或所需的执行动作。
8、所述控制系统主要用于集传感器集成、控制算法、人机交互、应用预案存储、通讯协议等功能于一体，负责计算、决策、协调并控制机器人的各个执行部件（头颈、躯体、手臂和腿部机构），实现机器人运动的精确控制；
9、所述升降机构由缆绳、电机、卷筒、编码器等构成，机器人以缆绳做为空中升降的载体，由控制系统根据作业需求启动电机带动卷筒，通过对缆绳的释放或卷绕控制，实现机器人在墙面位置的上下移动，控制系统利用编码器反馈缆绳通过的长度信息，确保位置到达的准确性；或机器人采用距离传感器（如激光测距等）通过对地面距离的测量，判断自身位置所处高度的方法；或利用机器视觉对作业面积的逐一增加计算的方法，均可实现机器人在墙面位置的升降距离控制；
10、所述升降机构根据具体场景择一选用其结构方案：方案一是卷筒轴心安装电机（电机带减速装置），机构的放缆口位置安装编码器，其优点是整体结构紧凑，但要求电机力矩大（电机较重）；另一种方案是电机安装于卷筒边缘，通过与环形齿盘咬合带动卷筒旋转，机构的放缆口位置安装编码器，优点是电机重量较轻，但增加了制造齿盘的成本；
11、所述升降机构作为独立模块，具有极强的布置灵活性，能根据场景所需来择一采用：其模块常安装于机器人肩背部位置，或安装于机器人躯体上部内,以双肩或后颈部作为缆绳出口；当利用双肩做缆绳出口时，采用两条缆绳与楼顶锚定，其优点是机器人吊装姿态更为稳定；当利用颈部位置做缆绳出口时,采用单缆绳与楼顶锚定,其优点是吊装及活动更灵活；当根据场景需要将模块安装于楼顶时，利用缆绳与机器人连接后，控制系统通过无线通讯连接后完成对升降机构的控制，实现机器人在墙面的升降运动，能有效减少了机器人负载的重量或作业时的空间限制。
12、所述吸盘装置为市面易得的强力真空吸盘，由吸盘座（凹形硬料）、吸盘口（平面软胶）、把手组成；使用时在平面与墙面贴合后，通过手把拉动吸盘座孔内的吸盘口并致其内凹，使内部产生更大空间并形成真空负压，实现对墙面产生吸附固定的作用；本发明通过对其把手结构的改造，把由人力捏合拉动吸盘口改成以电机为动力来完成拉动，在通过对其安装力矩传感器后，实现机器人所需的感知反馈和电动控制。
13、所述人形机器人利用头颈机构内的机器视觉系统和各肢体安装的传感器，收集机器人本体动作、姿态与环境感知信号，采用传感器融合或机器视觉识别与跟踪的方法，控制机器人自主导航和人机交互；在作业时利用机器视觉系统捕获目标图像，提取位置、形状、尺寸、颜色等特征信息，通过与控制系统内存贮的各种场景模型预案进行比对选取后，将选定的预案转换成机器人指令或数据，并根据相关数据计算出机器人肢体（头颈、躯体、手臂和腿部）需要移动的距离和方向，将控制信号发送至机器人的各个动力单元及执行部件（头颈、躯体、手臂和腿部），利用模型预案的运动轨迹执行相应的动作，实现机器人对目标场景的自主运动或实施作业。
14、所述机器人控制系统根据机器视觉系统采集到的新目标场景，按系统内的计算模型和算法方案通过机器学习, 将新提取的特征信息重新生成新的肢体（头颈、躯体、手臂和腿部机构）轨迹运动控制方案，形成海量的场景模型预案方案库。
15、所述机器人通过阵列麦克风和扬声器并利用声音交互,实现常规语音命令控制（例如开、关、上升、下降等功能），解决危险场景下的控制难度并提升安全性，或通过内置语音方案或利用网络接入ai大模型，实现人机交互对话。
16、本发明所述传感器包括位置传感器、距离传感器、速度和加速度传感器、力矩传感器、姿态传感器等，安装于机器人内部的关节铰链、躯体、头部、手、脚掌等部位，用于感知机器人肢体（头颈、躯体、手臂和腿部机构）的距离、力度、角度、速度与加速度等参数，实现对机器人动作的精准控制。
17、本发明所述无线通讯、无线图传（fpv）、can现场总线型控制系统、vr/ar眼镜等均为市场现有的成熟技术，具体细节不再此赘述。
18、本发明所述机器人铰链关节内均设置有动力单元，作为铰链关节的驱动力；所述动力单元为电机、微型气泵、微型液压站,其中的任一种动力装置，根据功能需求予以配置，作为机器人驱动的动力。
19、所述机器人电源采用有线传送，或内置电池的方法，均可予以实现。
20、本发明所述机器人用于建筑高空巡检、广告领域作业的方法：机器人利用安装的升降机构，通过把缆绳一端锚定于楼顶，一端连接于机器人背负的升降机构，并以缆绳作为机器人在空中升降的载体，控制系统控制升降机构对缆绳卷绕或释放，实现机器人在目标墙面不同位置的作业或上下移动；
21、所述机器人或将缆绳作为保险缆使用，利用手、脚前端或在手腕、腿部安装的吸盘，通过手、脚协同并配合吸盘吸附功能，实现在墙面的各方向攀爬运动，机器人在行进的过程中，利用机器人头部安装的机器视觉系统，对所经过的建筑墙面或安装的设备进行图像捕获，通过提取的位置、形状、尺寸、颜色等特征信息，与系统预存的场景方案进行比对，通过筛查发现差异并标注（或语音提示），实现对建筑墙面或安装的设备进行巡检作业。
22、所述机器人躯体等位置安装屏幕、通过在空中展播预存的商品视频，进行广告推介，受众面大且效果好；或采用机器人头颈机构内的麦克风、扬声器，通过预存的语音内容方案或通过网络接入ai大模型与观众实现语音互动，或预存的机器人动作方案（如模仿电影蜘蛛侠的部分动作等）来与受众互动，或通过在本体轮廓上安装的灯光（或灯带）、利用预存的动作（或攀爬）方案，实现夜晚在高空墙面上的移动和动作，以形成广告效果，达到白天、黑夜全天候运行，实现机器人在广告业中的应用。
23、本发明所述机器人用于影视、消防领域作业的方法：机器人利用安装的升降机构，通过把缆绳一端锚定于楼顶或影视拍摄的吊装点，一端连接于机器人背负的升降机构，作为影视拍摄的空中运动悬吊系统，与真人特效拍摄时的吊威亚拍摄方法相同，实现在空中摆动、高空飞行动作等，同时，利用人形机器人与人体肢体结构的契合，通过控制系统中预置的机器人动作预案，完成影视情节中特定动作，或利用机器人的人机协作系统，操作人员通过肢体关节佩戴与人形机器人安装位置相对应的传感器，利用无线通讯并通过can现场总线型控制系统，采用分布式控制架构，来构建关节空间角度位置的运动控制，实现人机间控制的有效沟通和动作同步，满足影视特定场景下高难动作的拍摄需求，实现在操作人员虚拟动作下，机器人在影视拍摄场景下的动作同步操作，为影视作品增添视觉上的震撼和艺术上的创新。。
24、所述机器人通过选择特定的防火耐高温材料（如碳纤维、陶瓷纤维、石英玻璃、芳纶、岩棉等）制造，以用于高空消防作业，当火警位于高层建筑，因环境限制大型机具无法快速到达救灾现场，机器人通过缆绳锚定于楼顶，利用升降机构的收卷，带动机器人到达着火点，或通过手、足安装的耐高温材料的吸盘，利用手、足交互协同吸盘吸附功能，攀爬到达着火目标，通过携带消防器具，实现救火作业的目的；
25、由于所述机器人安装的视觉系统和肢体关节均有布置传感器，操作人员通过肢体关节佩戴与人形机器人安装位置相对应的传感器，利用无线通讯连接后，通过can现场总线型控制系统，并采用分布式控制架构，来构建关节空间角度位置的运动控制，实现了人机间控制的有效沟通和动作同步，利用无线图传（fpv）为机器人视觉与操作员佩戴的vr/ar眼镜通讯，满足操作人员第一视角下远距控制机器人，实现在操作员虚拟动作下，高空机器人的动作同步并在真实场景下完成消防作业。
1.一种高空应用的人形机器人，其特征在于：包括头颈机构、躯体机构，手臂机构、腿部机构、控制系统、升降机构和吸盘装置等组成，采用轻质材料制造；由头颈、手臂与腿部组成的人形结构并配置与人相对应的肢体、关节和自由度以实现灵巧动作，具备自主导航与定位能力,是一种具备人机交互、深度学习、环境感知及具有决策能力的人工智能机器人，结合升降机构和吸盘装置，使其能够在多种环境（地面、墙面、空中）运动，实现自主作业或远程人机协作；
2.根据权利要求1所述的一种高空应用的人形机器人，其特征在于：所述头颈机构内部安装有通讯、机器视觉、距离感知雷达、阵列麦克风和扬声器等传感器，用于对目标图像特征提取、计算、目标检测与跟踪等处理，并反馈至控制系统，实现对目标的识别和感知；利用阵列麦克风与扬声器通过声音采集和交互，实现人机交互及控制，采用轻质透明材料作为面部外壳；颈部法兰底座通过绞连关节与躯体相连接，内部装有减速齿轮的电机做为动力，满足头部的转向和运动，颈部采用柔性材料作为头部与躯体间连接的外壳；
3.根据权利要求1所述的一种高空应用的人形机器人，其特征在于：所述所述升降机构为多种结构方案：方案一是卷筒轴心安装电机（电机带减速装置），机构的放缆口位置安装编码器，其优点是结构紧凑，但要求电机力矩大（电机较重）；另一种方案是电机安装于卷筒边缘，通过与环形齿盘咬合带动卷筒旋转，机构的放缆口位置安装编码器，优点是电机重量较轻，但增加了制造齿盘的成本；机器人根据场景所需择一选用，实现了差异化场景的适配性。
4.根据权利要求1所述的一种高空应用的人形机器人，其特征在于：所述升降机构作为独立模块，具有极强的布置灵活性，常安装于机器人肩背部位置，或安装于机器人躯体上部内,以双肩或后颈部作为缆绳出口；根据场景需要,当利用双肩做缆绳出口时，采用两条缆绳与楼顶锚定，其优点是机器人吊装姿态更为稳定;当利用颈部位置做缆绳出口时,采用单缆绳与楼顶锚定,其优点是吊装及活动更灵活；当根据场景需要安装于楼顶时，利用缆绳与机器人连接后，控制系统通过无线通讯连接并控制升降机构，实现机器人在墙面的升降运动，能有效减少了机器人负载的重量或作业时的空间限制，并根据场景需求来采用任一种方案，实现了差异化场景的适配性。
5.根据权利要求1所述的一种高空应用的人形机器人，其特征在于：所述吸盘装置为市面易得的强力真空吸盘，由吸盘座（凹形硬料）、吸盘口（平面软胶）、把手组成；使用其平面与墙面贴合后，通过手把拉动吸盘座孔内的吸盘口并致其内凹，其内部产生更大空间并形成真空负压，实现对墙面产生吸附固定的作用；本发明通过对其把手结构的改造，把由人力捏合拉动吸盘口改成以电机为动力来完成拉动，并通过安装力矩传感器，实现机器人所需的感知反馈和电动控制；吸盘的安装位置除手、足部位置外，可根据场景需要在其它部分按需求配置，以实现在墙面的攀爬活动和姿态的稳定。
6.根据权利要求1所述的一种高空应用的人形机器人，其特征在于：所述机器人在建筑高空巡检、广告领域利用安装的升降机构，通过把缆绳一端锚定于楼顶或吊装点，一端连接于机器人背负的升降机构，并以缆绳作为机器人在空中升降的载体，控制系统针对墙面作业位置的需要，来控制升降机构对缆绳卷绕或释放，实现机器人在目标墙面不同作业位置的上下移动；或将缆绳作为保险缆使用，利用手、脚前端、或在手腕、腿部安装的吸盘，通过手、脚协同配合吸盘的吸附功能，实现在墙面的各方向攀爬运动；
7.根据权利要求1所述的一种高空应用的人形机器人，其特征在于：所述机器人在影视、消防领域利用安装的升降机构，通过把缆绳一端锚定于楼顶或影视拍摄的吊装点，一端连接于机器人背负的升降机构，作为空中运动的悬吊系统，和真人特效拍摄时的吊威亚拍摄方法相同，实现在空中摆动、高空飞行动作等，利用人形机器人与人体肢体结构的契合，通过控制系统中预置的机器人动作预案，完成影视情节中特定动作；
