一种具有操作能力的陪护服务机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及一种具有操作能力的陪护服务机器人。

背景技术：

目前，随着机器人技术的发展，市面上已出现了一些陪护服务机器人产品，这类陪护服务机器人大都只是一个可移动的交互平台，其与人的交互方式一般停留在对话交互上，即机器人内置有语音助手，可陪人聊天、帮助用户查询一些信息，至多可以执行一定的巡逻任务，功能较少，无法在具体需要操作的事务上服务用户。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种可陪护用户并为用户实施一定具体需要操作的事务的具有操作能力的陪护服务机器人。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的一种具有操作能力的陪护服务机器人，包括：

底盘，其包括底盘座体，所述底盘座体上安装有两主动轮以及若干从动轮；

升降直线模组，其包含竖立固定在所述底盘上的模组座体以及可相对于所述模组座体作升降运动的平移单元；

升降支架，其固定在所述平移单元上；其为竖立的长条状结构，且其整体在所述模组座体的侧边作平移运动；其顶部具有头部安装位，其下端具有机械手安装位；

机械手，其安装在所述机械手安装位上，且其具有执行手爪；及

头部组件，其安装在所述头部安装位上，且其包括双目相机以及第一交互屏，所述第一交互屏可相对于所述头部组件的其他单元拆卸。

进一步地，还包括外壳结构，所述外壳结构包括：

底座外壳，其遮罩固定在所述底盘上；

上壳体，其围绕所述升降支架固定设置，并将所述升降直线模组的上部遮罩在内；及

波纹伸缩套，其为上下贯通结构，其下端连接所述底座外壳，其上端连接所述上壳体，且其套设在所述模组座体的四周。

进一步地，所述头部组件包括：

旋转座，其可相对于所述升降支架可控旋转，且其旋转轴竖直；

俯仰座，其可相对于所述旋转座可控地作俯仰旋转运动；所述双目相机固定安装在其上。

进一步地，所述旋转座为正置的u字形结构，所述俯仰座为倒置的u字形结构，所述俯仰座两侧的侧板分别相对于所述旋转座两侧的侧板转动安装；

所述俯仰座由第一电机驱动相对于所述旋转座转动；所述旋转座由安装在所述头部安装位上的第二电机驱动相对于所述升降支架转动。

进一步地，所述主动轮为轮毂电机，其通过减震组件安装在所述底盘座体上，所述减震组件包括：

固定座，其呈倒u字形，且其相对于所述底盘座体固定安装；

旋转座，其一端相对于所述固定座转动安装，所述主动轮固定在其另一端；及

减震器，其两端分别铰接在所述固定座及所述旋转座上。

进一步地，两个所述主动轮对称安装在所述底盘座体中部的左、右两侧，所述底盘座体的前、后两侧各设有若干所述从动轮。

进一步地，所述头部组件包括用于安装所述第一交互屏的支架，所述第一交互屏相对于所述支架可拆卸安装。

进一步地，所述底盘上安装有激光雷达、深度相机以及超声波传感器。

进一步地，所述上壳体的背侧设置有管理交互组件，所述管理交互组件包括第二交互屏以及电控接口组。

进一步地，所述上壳体上安装有可相对其开闭的旋转门，所述旋转门相对于所述上壳体关闭时，所述电控接口组被隐藏在所述旋转门内。

有益效果：本实用新型的具有操作能力的陪护服务机器人通过设置机械手，可使机器人具有实施具体物理操作的能力，如可辅助用户拿取物品、擦拭桌面等，且其头部组件与机械手可一起相对于底盘升降，使得机械手具有较大的操作范围，既可在较高的台面上实施操作也可在地面上实施操作，实用性强，且用户可视需要取下第一交互屏控制机器人，交互体验较好。

附图说明

附图1为具有操作能力的陪护服务机器人的外形图；

附图2为具有操作能力的陪护服务机器人的内部结构图；

附图3为减震组件的结构图；

附图4为升降直线模组与升降支架的组合结构图；

附图5为头部组件的内部结构图；

附图6为具有操作能力的陪护服务机器人的背部外形图。

附图中各附图标记表示的零部件名称如下：

1-底盘；11-底盘座体；12-主动轮；13-从动轮；2-升降直线模组；21-模组座体；22-平移单元；3-升降支架；31-头部安装位；32-机械手安装位；4-机械手；41-执行手爪；42-机械臂；5-头部组件；51-双目相机；52-旋转座；53-俯仰座；54-第一电机；55-第二电机；56-第一交互屏；57-支架；58-同步带组件；59-旋转平台减速机；6-外壳结构；61-底座外壳；62-上壳体；63-波纹伸缩套；64-旋转门；7-减震组件；71-固定座；72-旋转座；73-减震器；8-管理交互组件；81-第二交互屏；82-电控接口组；91-激光雷达；92-深度相机；93-超声波传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如附图1-2所示的具有操作能力的陪护服务机器人(以下简称“机器人”)，包括底盘1、升降直线模组2、升降支架3、机械手4以及头部组件5，此外，机器人还包括用于控制其运动的控制器。

其中，底盘1包括底盘座体11，所述底盘座体11上安装有两主动轮12以及四个从动轮13；具体地，两个所述主动轮12对称安装在所述底盘座体11中部的左、右两侧，所述底盘座体11的前、后两侧各设有两个所述从动轮13。采用该六轮结构的底盘，其支撑平稳且将主动轮12设置在底盘座体11的中部两侧，可实现底盘1的原地回转，其回转半径最小；两个主动轮12均电连接控制器，控制器通过驱动两个主动轮12差速转动可实现机器人的前进、后退、转弯、原地回转等基本动作。

本实施例中，所述主动轮12为轮毂电机，其通过减震组件7安装在所述底盘座体11上，如附图3所示，所述减震组件7包括固定座71、旋转座72以及减震器73；其中，固定座71呈倒u字形，且其相对于所述底盘座体11固定安装；旋转座72的一端相对于所述固定座71一侧的竖梁转动安装，所述主动轮12固定在其另一端；减震器73，其两端分别铰接在所述固定座71的上横梁及所述旋转座72上。通过设置减震组件7，一来可起到缓冲吸震的作用，二来，减震器73可保证主动轮12一直与地面接触，保证地面不平时主动轮12也与地面有很好的接触，从而可有效保证底盘1的行走精度。

如附图4所示，升降直线模组2包含竖立固定在所述底盘1上的模组座体21以及可相对于所述模组座体21作升降运动的平移单元22；升降支架3固定在所述平移单元22上，其为竖立的长条状结构，且其整体在所述模组座体21的侧边作平移运动，如此，升降直线模组2可驱动升降支架3在高位与低位之间运动，由于升降支架3在模组座体21的侧边运动，当升降支架3处于低位时，升降支架3整体位于模组座体21的侧边，当升降支架3处于高位时，升降支架3只有下端位于模组座体21的侧边。

升降支架3的顶部具有头部安装位31，其下端具有机械手安装位32；机械手4安装在所述机械手安装位32上，且其具有多轴开链结构的机械臂42及安装在机械臂42的执行末端的执行手爪41；头部组件5安装在所述头部安装位31上，且其包括双目相机51。上述升降直线模组2、机械手4与双目相机51均连接控制器，双目相机51可为控制器执行抓取动作获取图像数据以及图像的深度数据信息，如此可方便对目标物品进行定位，控制手爪41运动至设定点位完成任务，基于双目相机51控制机械手4抓取物品的算法可采用现有技术，具体可参照专利号为201610676653.0的中国专利。由于机械手4与头部组件5由升降直线模组2驱动同步作升降运动，因此机械手4与头部组件5两者的相对位置始终保持不变，两者的相对坐标也即相对固定，控制器根据双目相机51采集的图像数据与图像深度数据解算机械手4应当执行的动作也相对方便，之间不需要经过复杂的坐标换算。且由于升降支架3与模组座体21的相对安装方式，机械手4向下可下降到较低的位置，更便于机械手4在较低的位置执行任务，如从地面捡起东西等。此外，由于头部组件5可随升降支架3升高降低，控制器可根据陪护对象的身高或姿态(如站立或坐着)调整机器人头部组件5的高度，使得机器人适应不同身高的用户，以及适应用户与机器人交互时的不同姿态。

如附图5所示，头部组件5还包括旋转座52与俯仰座53，旋转座52可相对于所述升降支架3可控旋转，且其旋转轴竖直；俯仰座53可相对于所述旋转座52可控地作俯仰旋转运动；所述双目相机51固定安装在俯仰座53上，如此双目相机51可作摇头动作与俯仰动作，可有效增加双目相机51的可视范围，且使得机器人无需频繁转动调整视角即可在更大的视角范围内获取数据。

具体地，所述旋转座52为正置的u字形结构，所述俯仰座53为倒置的u字形结构，所述俯仰座53两侧的侧板分别相对于所述旋转座52两侧的侧板转动安装；所述旋转座52上内安装有驱动两者相对转动的第一电机54；所述旋转座52由安装在所述头部安装位31上的第二电机55驱动转动。本实施例中，第一电机54通过一同步带组件58驱动俯仰座53转动，第二电机55通过旋转平台减速机59驱动旋转座52转动。

此外，如附图1所示，头部组件5还包括第一交互屏56以及用于安装第一交互屏56的支架57，所述支架57相对于俯仰座53固定安装，所述第一交互屏56可相对于支架57固定以及拆卸，第一交互屏56可与控制器无线通信。如此，第一交互屏56既可固定在支架57上展示人机交互界面以及必要的信息，又可拆下来作为控制机器人的控制器使用，用户无需另行用手机或平板电脑连接机器人即可方便地控制机器人。这样的交互方式交互逻辑较为清晰，在用户需要机器人自主完成任务时，第一交互屏56可展示图像(如笑脸)或必要的信息(如用户查询股票，第一交互屏56上显示对应的股票信息)；在用户需要手动干预机器人的运动时，可直接取下第一交互屏56控制机器人作业，如控制器可将双目相机51采集的图像数据显示到第一交互屏56上，且第一交互屏56上可显示有虚拟控制按钮，用户可看着图像通过虚拟控制按钮控制机器人进行前进、后退、头部运动以及抓取目标对象、执行其他任务等，用户不需要用外设的手柄、手机、平板电脑等控制机器人运动，简省了寻找外设、下载app、建立与机器人的连接、调试等复杂的中间操作。

除了上述交互方式，机器人还包括用于扬声器与麦克风，控制器搭载有智能语音系统(如微软小娜、小爱同学等语音助手)，如此用户可与机器人对话。

进一步地，如附图1所示，为了使机器人整体外观较为美观，且保护其主体的机械结构与电路，机器人还包括外壳结构6，所述外壳结构6包括底座外壳61、上壳体62以及波纹伸缩套63，底座外壳61遮罩固定在所述底盘1上；上壳体62围绕所述升降支架3固定设置，并将所述升降直线模组2的上部遮罩在内，随着升降支架3的升高降低，升降直线模组2被上壳体62遮住的部分也在不断变化；波纹伸缩套63为上下贯通结构，其下端连接所述底座外壳61，其上端连接所述上壳体62，且其套设在所述模组座体21的四周，由于波纹伸缩套63为可伸缩的柔性结构，因此随着升降支架3的升高、降低，波纹伸缩套63可随之展开、折叠，如此可一直将内部的机械结构与电路保护着，使其不会外露。此外，为了便于散热，所述外壳结构6上对应于控制器等产生热量较大的位置设置有散热孔，必要时，可在散热孔位置设置风扇以加快空气流动，提升散热效率。

所述底盘1上安装有传感器组，所述传感器组包括激光雷达91、深度相机92以及超声波传感器93，控制器可通过传感器组采集环境数据，并根据采集的环境数据建立环境地图以及实现机器人的自主导航运动，上述slam导航过程为现有技术，此处不对此作具体介绍，基于激光雷达的slam导航技术可参考专利号为201510727853.x的专利，基于深度相机的slam导航技术可参考专利号为201810610969.9的专利。

此外，如附图6所示，所述上壳体62的背侧设置有管理交互组件8，所述管理交互组件包括第二交互屏81以及电控接口组82，电控接口组82可外接设备，第二交互屏81可显示调试界面，开发人员可利用管理交互组件8进行开发调试、系统管理等。为了保护电控接口组82，所述上壳体62上安装有可相对其开闭的旋转门63，所述旋转门63相对于所述上壳体62关闭时，所述电控接口组82被隐藏在所述旋转门63内。

本实用新型的具有操作能力的陪护服务机器人通过设置机械手，可使机器人具有实施具体物理操作的能力，如可辅助用户拿取物品、擦拭桌面等，且其头部组件与机械手可一起相对于底盘升降，使得机械手具有较大的操作范围，既可在较高的台面上实施操作也可在地面上实施操作，实用性强。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。