一种婴儿服务机器人关节变力驱动结构和系统的制作方法

本发明涉及服务机器人技术领域，具体涉及一种婴儿服务机器人关节变力驱动结构和系统。

背景技术：

随着科技的发展，信息化与智能化向制造业、服务业等领域融入，越来越多的智能服务机器人走进人们的生活，从应用场景划分，智能服务机器人可以分为家庭服务机器人以及面向公共商用环境的商用服务机器人两大类，在商用领域，智能服务机器人一般用于辅助迎宾、送餐和安保，帮助传统行业智能升级，在家庭领域智能服务机器人用于提供家庭清洁、看护陪伴和娱乐互动等服务。

家庭服务机器人一般可进行简单的语音互动交流，肢体行为上的动作较少，且用于婴儿服务领域的机器人较少，现有的婴儿服务机器人大多是进行重复动作的机器人，依靠机器人的固定外形，完成简单动作，服务限制较大，无法满足日益增长的服务需求。

且婴儿服务机器人由于自身结构限制只能提供简单的抱婴动作，缺少针对性，实际应用中难以满足服务需求，且不能根据婴儿身体活动的需求进行动作调整，并进行机械臂的动作优化，使得婴儿没有舒适的体验。

技术实现要素：

为此，本发明提供一种婴儿服务机器人关节变力驱动结构和系统，解决了现有的婴儿服务机器人在进行抱婴动作时不能根据婴儿的身体需求来调整机械臂的动作以及对机械臂动作的优化的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种婴儿服务机器人关节变力驱动结构，包括肩部、肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节和手掌部，所述肩部、大臂和小臂内均设置有伺服电机驱动装置，且所述肩关节、肘关节和腕关节均通过伺服电机驱动装置驱动进行轴向转动，所述肩关节、肘关节和腕关节内均设置有关节旋转装置，且所述大臂、小臂和手掌部均通过关节旋转装置驱动进行摆动；

所述关节旋转装置包括设置在肩关节内的微型电机和与微型电机的输出轴固定连接的传动螺杆，所述传动螺杆上螺纹连接有螺纹座，所述肩关节的一端开设有u型槽，所述u型槽相对的两个侧壁上通过轴承安装有用于固定连接大臂的安装轴，且所述螺纹座和安装轴的端面共同活动连接有驱动杆。

作为本发明的一种优选方案，所述伺服电机驱动装置包括伺服电机和与伺服电机输出轴连接的减速机，所述减速机的输出端安装有传动杆，且所述肩部、大臂和小臂的一端均与对应的传动杆固定连接。

作为本发明的一种优选方案，所述手掌部包括与对应的安装轴固定连接的连接座和通过转轴安装在连接座上的活动掌心，所述转轴上固定安装有蜗轮，所述蜗轮啮合有通过驱动电机驱动的蜗杆，且所述驱动电机安装在连接座内。

作为本发明的一种优选方案，所述肩关节、肘关节和腕关节内设置的关节旋转装置的数量均为个，所述肩关节、肘关节和腕关节内对称设置有两个侧室，且每个所述关节旋转装置安装在对应的侧室内。

作为本发明的一种优选方案，两个对应的所述螺纹座相背的一侧所在的平面与安装轴的端部所在的平面共面，且每个所述驱动杆均安装在对应的两个螺纹座相背的侧壁上。

作为本发明的一种优选方案，对应的两个所述侧室距离相近的侧壁上均固定连接有两个用于安装传动螺杆的方形支架，且所述方形支架与传动螺杆连接的一端的端面与对应的安装轴的端面共面。

作为本发明的一种优选方案，同一所述侧室内设置的方形支架之间安装有导向杆，且所述螺纹座套设在导向杆上。

一种婴儿服务机器人关节变力驱动系统，包括中控模块、信息采集模块和执行模块，

信息采集模块，通过传感器组采集执行模块工作时的婴儿状态数据和机器人状态数据，并将婴儿状态数据和机器人状态数据发送至中控模块；

中控模块，包括用于输入信息的显示屏和对接收的数据进行分析处理的主机，并依据分析处理结果发出指令；

执行模块，通过机器人的机械臂执行相关动作，并依据接收的指令对执行的动作进行实时调整。

作为本发明的一种优选方案，所述中控模块还包括存储有来自于云端大数据的婴儿状态数据和对应状态的机器人状态数据的数据库，且所述数据库内的数据通过云端大数据进行更新，所述数据库还用于存储信息采集模块发送的婴儿状态数据和机器人状态数据，且所述数据库内的数据在中控模块对接收的数据进行分析处理时进行调用匹配。

作为本发明的一种优选方案，所述中控模块接收的婴儿状态数据和机器人状态数据存储在数据库中，并用于对数据库内的数据进行匹配优化。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明中驱动结构利用关节旋转装置和伺服电机驱动装置驱动机械臂，使得婴儿服务机器人执行抱婴动作更加灵活和多样，且关节旋转装置结构稳定，驱动机械臂执行动作时更加稳定，婴儿使用更加安全，且驱动系统能够依据婴儿的状态对机械臂的动作进行实时调整和优化，使婴儿获得更好的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中一种婴儿服务机器人关节变力驱动结构的结构示意图；

图2为本发明实施方式中手掌部的结构示意图；

图3为本发明实施方式中关节旋转装置的结构示意图；

图4为本发明实施方式中关节驱动系统的结构框图；

图5为本发明实施方式中驱动系统的原理示意图。

图中：

1-肩部；2-肩关节；3-大臂；4-肘关节；5-小臂；6-腕关节；7-手掌部；8-伺服电机驱动装置；9-关节旋转装置；10-侧室；11-方形支架；12-导向杆；

701-连接座；702-活动掌心；703-蜗轮；704-蜗杆；705-驱动电机；

801-伺服电机；802-传动杆；

901-微型电机；902-传动螺杆；903-螺纹座；904-u型槽；905-安装轴；906-驱动杆。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2和图3所示，本发明提供了一种婴儿服务机器人关节变力驱动结构，包括肩部1、肩关节2、大臂3、肘关节4、小臂5、腕关节6和手掌部7，肩部1、大臂3和小臂5内均设置有伺服电机驱动装置8，且肩关节2、肘关节4和腕关节6均通过伺服电机驱动装置8驱动进行轴向转动，肩关节2、肘关节4和腕关节6内均设置有关节旋转装置9，且大臂3、小臂5和手掌部7均通过关节旋转装置9驱动进行摆动；

关节旋转装置9包括设置在肩关节2内的微型电机901和与微型电机901的输出轴固定连接的传动螺杆902，传动螺杆902上螺纹连接有螺纹座903，肩关节2的一端开设有u型槽904，u型槽904相对的两个侧壁上通过轴承安装有用于固定连接大臂3的安装轴905，且螺纹座903和安装轴905的端面共同活动连接有驱动杆906。

伺服电机驱动装置8包括伺服电机801和与伺服电机801输出轴连接的减速机，减速机的输出端安装有传动杆802，且肩部1、大臂3和小臂5的一端均与对应的传动杆802固定连接。

在本实施例中，机器人的机械臂的肩关节2、肘关节4和腕关节6依靠伺服电机驱动装置8驱动进行轴向转动，大臂3、小臂5和手掌部7依靠关节旋转装置9进行摆动，使得机器人的机械臂具有六个方向的自由度，六自由度机械臂能够实现手掌部7对任意一点的物品的抓取。

伺服电机驱动装置8依靠伺服电机801进行驱动，减速机对伺服电机801的转速进行降低并输出至传动杆802，通过传动杆802带动肩关节2、肘关节4和腕关节6进行轴向转动。

关节旋转装置9通过微型电机901输出动力至传动螺杆902，用于驱动螺纹座903在传动螺杆902上运动，通过与安装轴905连接的驱动杆906驱动安装轴905转动，从而驱动安装在安装轴905上的大臂3、小臂5和手掌部7进行摆动。

关节旋转装置9整体上是一个低副运动结构，面与面接触的低副能够承受较大的负荷，结构简单、稳定，则使得关节旋转装置9在驱动大臂3、小臂5和手掌部7进行摆动时会更加稳定，在执行抱婴动作时也会使得婴儿更加安全。

优选的，关节旋转装置9在微型电机901启动时最大可以产生10n/m的力矩，伺服电机驱动装置8则可以实现-85°至+85°的轴向旋转动作，并产生最大4n/m的力矩。

优选的，机器人上还设有通过角度传感器检测防止肩关节2、肘关节4和腕关节6转动角度，并通过电磁开关控制超出预设定角度范围的肩关节2、肘关节4和腕关节6的控制电路通断的限位装置。

手掌部7包括与对应的安装轴905固定连接的连接座701和通过转轴安装在连接座701上的活动掌心702，转轴上固定安装有蜗轮703，蜗轮703啮合有通过驱动电机705驱动的蜗杆704，且驱动电机705安装在连接座701内。

机器人在驱动手掌部7进行运动时，手掌部7主要起一个对婴儿进行护持的动作，防止婴儿在抱住后侧滑掉落，设置连接座701部分可以执行此操作，此时活动座701在与婴儿身体接触时关节旋转装置9的微型电机关闭，活动座701保持状态不变。

活动掌心702则可以在活动座701动作不变时，启动驱动电机705驱动蜗杆704转动，从而带动蜗轮703转动达到驱动转轴转动的目的，转轴是与活动掌心702固定连接的，此时活动掌心702开始转动，控制驱动电机705进行正反转，在活动掌心702接触到婴儿身体时产生一个轻度压力时驱动电机705进行反转，活动掌心702在驱动电机705的驱动下不断来回转动，形成对婴儿不断的轻拍动作，对婴儿进行简单的安抚。

肩关节2、肘关节4和腕关节6内设置的关节旋转装置9的数量均为2个，肩关节2、肘关节4和腕关节6内对称设置有两个侧室10，且每个关节旋转装置9安装在对应的侧室10内。

对称设置两个关节旋转装置9是为了在驱动大臂3、小臂5和手掌部7摆动时施加的力更加均匀，使得大臂3、小臂5和手掌部7在摆动时保持稳定，也能够关节旋转装置9施加更大的力对关节旋转装置9进行驱动。

两个对应的螺纹座903相背的一侧所在的平面与安装轴905的端部所在的平面共面，且每个驱动杆906均安装在对应的两个螺纹座903相背的侧壁上。

由于关节旋转装置9设置在肩关节2、肘关节4和腕关节6的两侧，用于安装的空间较为狭小，而当只有安装轴905的两端只有驱动杆906占用空间时，则微型电机901和传动螺杆902等结构能够安装在靠近肩关节2、肘关节4和腕关节6中间部位的位置。

螺纹座903向着安装轴905轴线方向延伸的长度不超过安装轴905的端面时，安装轴905的两端就只有驱动杆906进行安装，且螺纹座903沿着安装轴905轴线方向的的长度越长，则传动螺杆902距离安装轴905端面越远，越靠近肩关节2、肘关节4和腕关节6内部中间位置。

对应的两个侧室10距离相近的侧壁上均固定连接有两个用于安装传动螺杆902的方形支架11，且方形支架11与传动螺杆902连接的一端的端面与对应的安装轴905的端面共面。

方形支架11用于支撑传动螺杆902进行工作。

同一侧室10内设置的方形支架11之间安装有导向杆12，且螺纹座903套设在导向杆12上。

螺纹座903在传动螺杆902上运动，由于驱动杆906的干涉，使得其可以沿着传动螺杆902的轴线作直线运动，但螺纹座903始终有进行周向运动的趋势，驱动杆906在长时间抑制这种趋势对自身会造成较大的损害，使用寿命会大大缩短。

导向杆12能够代替驱动杆906对螺纹座903的周向运动的趋势进行抑制，避免对驱动杆906造成损伤。

如图4和图5所示，一种婴儿服务机器人关节变力驱动系统，包括中控模块、信息采集模块和执行模块，

信息采集模块，通过传感器组采集执行模块工作时的婴儿状态数据和机器人状态数据，并将婴儿状态数据和机器人状态数据发送至中控模块；

中控模块，包括用于输入信息的显示屏和对接收的数据进行分析处理的主机，并依据分析处理结果发出指令；

执行模块，通过机器人的机械臂执行相关动作，并依据接收的指令对执行的动作进行实时调整。

系统通过执行模块执行来自于中控模块的指令，且中控模块依据信息采集模块对婴儿和机器人的状态数据的采集，并根据采集的数据进行实时分析处理，并发出指令对执行模块的动作基尼相关调整优化。

信息采集模块用于对婴儿和机器人的数据采集和进行反馈，中控模块对反馈的信息处理再将反馈处理的结果交由执行模块执行。

传感器组包括用于测量与婴儿接触部位的压力的压力传感器和用于测量肩关节2、肘关节4、腕关节6转动的角度值、角加速度值的角度传感器及角加速度传感器。

机器人的动作在信息的采集和反馈中不断得到优化，并立即得到执行，婴儿不断获得更好的使用体验。

中控模块还与通过摄像头对婴儿状态进行监视的监视系统连接，以及与控制机器人工作的控制系统连接，使得主机模块对于婴儿状态的判断更加准确，以及对于机器人的控制更方便。

优选的，机器人状态信息和婴儿状态信息显示在显示屏上供家长浏览。

中控模块还包括存储有来自于云端大数据的婴儿状态数据和对应状态的机器人状态数据的数据库，且数据库内的数据通过云端大数据进行更新，数据库还用于存储信息采集模块发送的婴儿状态数据和机器人状态数据，且数据库内的数据在中控模块对接收的数据进行分析处理时进行调用匹配。

中控模块对接收的数据与数据库的数据进行匹配处理，得到此数据下执行模块应该执行的动作指令，且数据库内的数据从云端大数据得到优化升级，使得中控模块运行时能够得到最好的数据处理效果。

中控模块接收的婴儿状态数据和机器人状态数据存储在数据库中，并用于对数据库内的数据进行匹配优化。

在实际应用中采集的婴儿状态数据和机器人状态数据可以用于对数据库内的数据进行优化升级，实践所得到的数据更具有应用价值，能更好的提升机器人的使用体验。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。