一种低重心、高运动稳定性的服务机器人的制作方法

本发明涉及一种服务机器人领域，具体涉及一种低重心、高运动稳定性的服务机器人。

背景技术：

服务机器人是机器人家族中一个年轻的成员，它能完成有益于人类健康的服务工作，如维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等方面的工作。目前的数据显示，世界上至少有48个国家在发展机器人，其中25个国家已涉足服务机器人的开发。在日本、北美和欧洲，迄今已有7种类型共计40余款服务型机器人进入实验和半商业化应用。“人形服务机器人”可以被定义为具有人类的外观和功能(例如头部、躯干、手臂、腿部)的某些属性，使用语音交互以及肢体动作来与人类进行沟通的一种服务机器人。

一种轮式移动服务机器人(cn201210173481.7)，它由底盘、机座、两条手臂等部件组成。其中，单个手臂具有四个主动自由度：大臂俯仰，大臂旋转，肘关节俯仰，腕关节俯仰，另外，还包括一个欠驱动自由度－腕关节转动。

在机器人视觉控制的前提下，通过驱动四个主动自由度的手臂，可使机械臂末端工作点达到三维工作空间中的目的位置，并且手臂的末端保持一定位姿。在执行具体任务时，机器人双臂的协作控制，进而完成协作动作。另外，机器人的关节肘关节与腕关节的旋转采用涡轮-蜗杆的形式，手臂上的手爪张开闭合采用绳索驱动。

一种轮式智能自主移动服务机器人(cn200910089837.7)，它主要由下部具有4个轮的底盘、机架以及两个2自由度的手臂等组成。其中，运动机构通过电机驱动和/或控制器进行控制，工控机通过串口连接电机驱动和/或控制器，云台摄像机通过串口控制云台摄像机的方位和角度，提供机器人周围的环境信息，并将其采集的信息通过图像采集卡连接到嵌入式计算机；传感器设置在机器人的上部与下部，通过信息处理后连接到嵌入式计算机；机器人上部和下部通过上连接板和下连接板进行折叠连接，在上下连接板之间设有横向折叠轴和/或抽插；本机器人能够根据超声传感器实现自主避障，提高了在一些非人造环境中的定位导航以及地图构建的能力。

服务机器人(cn201620821615.5)，它由下部具有3个轮的底盘、机架、电池箱、显示屏组件等组成。其中，电源箱安装在底盘上，显示屏组件安装在机架上，外壳与机架相连。该机器人结构简单且稳定性好。另外，还有利于底盘、电源箱等零件的布局，并且组装、拆卸方便。

一种家庭服务机器人(cn201510190846.0)，它由躯干，头部，上肢和底盘等部件组成，其中，头部安装在躯体上，并且可以绕躯体的中轴线旋转，面部前端安装有采集外界环境信息的视觉传感器，两个具有2个自由度的手臂分别安装在躯干的两侧，视觉传感器将信息传送到控制系统，控制系统控制躯干、头部、上肢和底盘的运动。家庭服务机器人通过视觉传感器采集外界的环境信息，通过控制系统的处理，驱动底盘实现前后左右移动以及旋转等运动，也可以驱动躯干弯曲以及上肢手臂运动，实现机器人各种仿人动作。在处理目标追踪过程中，机器人能够实现对目标的追踪，适用于家庭服务以及其他服务场合，尤其能够完成对独居老人或病人进行仿人的陪伴和照顾工作。

现有的服务机器人头部的点头动作机制大多采用电机齿轮啮合的方式、涡轮蜗杆的方式，导致机器人的头部质量过大重心偏高，使得其在运行的过程中，容易发生跌倒。另外，有些服务机器人底盘的驱动轮是固定的，不能根据具体的路况进行调整驱动轮之间的距离或者底盘距离地面的高度，还有所采用的零部件较多，成本较高。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种通过采用绳索驱动头部实现点头动作，并且通过调整驱动轮支架相对于躯干的角度，在运动中调整服务机器人的高度的低重心、高运动稳定性的服务机器人。

本发明的技术方案如下：

一种低重心、高运动稳定性的服务机器人，其特征在于：它包括头部、躯体框架、头部连接杆和多个驱动轮支架，其中所述头部通过第一销轴连接所述头部连接杆的顶部，所述第一销轴通过带传动机构连接设置在所述躯体框架下部的第一驱动电机的输出轴；所述驱动轮支架通过第二销轴对称地设置在躯体框架的底部，各驱动轮支架结构相同；所述第二销轴附近设置第三驱动电机，用于同步调整所述驱动轮支架相对于躯体框架的角度。

所述带传动机构包括上传动轮、下传动轮和传动带，所述上传动轮的中心穿过所述第一销轴，所述下传动轮的中心连接所述第一驱动电机的输出轴，所述传动带连接所述上传动轮和下传动轮；所述第一驱动电机的输出轴平行于地面。

所述头部连接杆为中空管状，所述传动带从所述头部连接杆的中部穿过；所述第一驱动电机设置在所述躯体框架的侧壁上。

所述躯体框架为矩形框架，所述躯体框架中部设置平行于底板的定位板；所述头部连接杆依次穿过躯体框架的上板和定位板中间的通孔。

所述上板和定位板中间的通孔与所述头部连接杆之间分别设置第一轴承和第二轴承。

所述头部连接杆位于第一轴承和第二轴承上部设置台阶面。

所述躯体框架下部设置第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴连接一主动齿轮的中轴，所述头部连接杆的下部外周上设置与所述主动齿轮啮合的被动齿轮。

所述驱动轮支架内侧安装驱动轮支撑杆。

所述驱动轮支架未与躯体框架连接的一端与一挡泥板组件相连，所述挡泥板组件内部安装驱动轮。

所述驱动轮由同处于挡泥板组件内部的驱动电机驱动。

本发明的技术效果如下：

本发明的一种低重心、高运动稳定性的服务机器人，其中头部通过第一销轴连接头部连接杆的顶部，经由带传动机构的传动带将位于躯体框架下部第一驱动电机输出的转矩传递给上部的上传动轮，带动头部能够绕着传动轮(第一销轴)的轴线转动，来完成机器人的点头动作。

通过第二驱动电机带动主动齿轮，间接带动位于头部连接杆下方的被动齿轮转动，使得头部连接杆能够绕着自身的轴线转动，进而带动头部同样绕着头部连接杆的轴线转动，来完成机器人的摇头动作。

由于第一驱动电机和第二驱动电机均位于躯体框架的下部，因此减轻服务机器人上部重量，使整体重心下移，增加了服务机器人在运动中的稳定性。

驱动轮支架通过第二销轴对称地设置在躯体框架的底部，各驱动轮支架结构相同；第二销轴附近设置第三驱动电机，用于同步调整驱动轮支架相对于躯体框架的角度。这样可以根据具体的路面情况，调整机器人的底盘高度或者驱动轮之间的距离，来避免发生碰撞，或者能够顺利通过不规则的路径。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的躯体框架内部结构示意图

图3是本发明的头部与头部连接杆的连接结构示意图

图4本发明的躯体框架下部结构示意图

图5是本发明的外部整体示意图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种低重心、高运动稳定性的服务机器人，它包含头部1、躯体框架2、驱动轮支架3、驱动轮4、头部连接杆5。其中头部1通过头部连接杆5与躯体框架2连接，三个驱动轮支架3结构相同，两个驱动轮支架3连接在躯体框架2的两侧，一个驱动轮支架3连接在躯体框架2的后部，驱动轮支架3末端连接驱动轮4。通过同步调整三个驱动轮支架3相对于躯体框架2的角度，实现躯体框架2的上升和下降，进而实现在运动中实时对服务机器人整体高度的调整。

如图2所示，躯体框架2优选一矩形框架，包括顶部的上板6、两侧的侧板7和底部的底板8，中部设置定位板9。头部连接杆5为中空结构，依次从上板6和定位板9中间的通孔10、11穿过。

如图3所示，头部连接杆5顶端通过第一销轴12与头部1连接，第一销轴12中部设置上传动轮13。如图4所示，躯体框架2的侧板7上设置第一电机14，第一电机14的输出轴通过联轴器连接下传动轮15的中轴，下传动轮15正对于上传动轮13的下方。上传动轮13与下传动轮15通过传动带16连接，传动带16自头部连接杆5的顶端穿过其中空的内部，用于将设置在下方的第一驱动电机14输出的力矩传递至头部1，实现头部1的点头动作。

躯体框架2的底板8上设置第二驱动电机17，第二驱动电机17的输出轴通过联轴器连接主动齿轮18的中轴，头部连接杆5的下部外周上设置与主动齿轮18啮合的被动齿轮19，用于驱动头部连接杆5的周向转动，从而带动头部1一同转动实现摇头动作。

为了保证头部连接杆5周向转动的平滑度和同心度，在躯体框架2的上板6和定位板9中间的通孔10、11上分别安装上轴承27和下轴承28。且头部连接杆5位于上轴承27和下轴承28的上方部分均设置与轴承配合的台阶面，即位于轴承上方的部分半径大于位于下方的半径，防止头部连接杆5向下移动。通过躯体框架2的上板6对上轴承27进行限位，防止头部连接杆5向上移动。

如图2所示，每个驱动轮支架3与躯体框架2通过第二销轴20连接，连接的一端均装有第三驱动电机21。各第三驱动电机21同步启动和停止，使驱动轮支架3围绕第三驱动电机21的输出轴转动。第三驱动电机21安装在驱动轮支架3上，第三驱动电机21的输出轴连接第二销轴20。第三驱动轮电机21的控制信号输入端连接机器人内部的计算单元，这样可以根据具体的路面情况，调整机器人的整体高度或者驱动轮之间的距离，来避免发生碰撞，或者能够顺利通过不规则的路径。

驱动轮支架3内侧安装有驱动轮支撑杆22，用来增加驱动轮支架3的强度。驱动轮支架3未与躯体框架2连接的一端与挡泥板组件23相连，挡泥板组件23内部安装有驱动轮24。驱动轮24由同处于挡泥板组件23内部的驱动电机驱动，使得机器人能够沿着地面任意方向的移动或者转动。

如图5所示，头部1上可设置显示屏25和麦克风等外部交互装置，用于接收用户的实时指令或向用户发布信息，躯体框架2外部可套装外壳26，起到保护和美观的作用。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。