主动平衡装置及服务机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机器人技术领域，尤指一种主动平衡装置及服务机器人。


背景技术：

2.机器人的种类包含多种，例如服务机器人、娱乐机器人、农业机器人及军用机器人等。目前在服务机器人领域，无论是配送机器人、导购机器人还是消杀机器人，在整体结构布局方面，均包括运动底盘和固定于底盘上的功能部分，该功能部分可包括配送仓、交互模块及消杀组件等等。
3.服务机器人由于其功能部分是直接与底盘固定的，功能部分在运转过程中的平衡性会直接受到底盘的影响。而目前底盘普遍采用弹簧悬挂来缓解机器人在运转时的抖动和不平衡。该种结构方案的缺点在于：一方面，由于底盘只有弹簧机构而没有阻尼机构，无法有效吸收振动，会因弹簧的弹性作用而导致功能部分反复晃动；另一方面，由于弹簧等悬挂机构是机械式的，无法有效地适应不同的地面情况，一般的服务机器人的底盘主要是针对室内较为平整的地面而设计的，当该机器人所应用场景为地面不平整，例如地面分布有若干2-3厘米左右的凸起或凹陷时，机器人必然会产生剧烈的晃动，此时如果在机器人上放置需要保持立姿的物件，那么很难确保物件不会发生倾倒的状况。同时可知，目前的服务机器人无法做到稳定可靠地运送茶水等非密封性的液体容器。
4.基于现有技术中存在的缺陷，本领域技术人员经过多年不断探索与研究，致力于打造出一款服务机器人，能够实时保证机器人在移动的过程中，放置于机器人上的被送物品始终保持平稳的状态。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种主动平衡装置及服务机器人，主动平衡装置能够确保服务机器人在运送物品的过程中，不受地面起伏的影响和能够适应于不同种类的地面，保障被送物品能够始终处于平稳的状态。
6.本实用新型提供的技术方案如下：
7.本实用新型在第一方面提供了一种主动平衡装置，包括：
8.基座；
9.盖体，可活动地盖设于所述基座，所述盖体具有相对于所述基座偏移的第一方向和第二方向，所述第一方向和所述第二方向同平面设置，且相互垂直；连杆，包括交叉垂直设置的第一支杆和第二支杆，所述第一支杆可转动地安装于所述盖体，且沿第一方向延伸设置，所述第二支杆可转动地安装于所述基座，且沿第二方向延伸设置；
10.驱动装置，包括安装于所述盖体，以用于驱动所述第一支杆沿所述第一方向转动的第一驱动件和安装于所述基座，以用于驱动所述第二支杆沿所述第二方向转动的第二驱动件；
11.运动检测装置，安装于所述盖体，且信号连接和/或电性连接于所述第一驱动件和
所述第二驱动件。
12.本专利中，当服务机器人行走地面不平稳时，盖体和基座之间因受到震动而发生倾斜偏移，运动检测装置可用于检测盖体和基座之间的倾斜幅度，并将该倾斜幅度分解为沿第一方向和第二方向上的倾斜幅度，其中，第一方向上的倾斜幅度及第二驱动件距离服务机器人中心位置的距离可由运动检测装置换算成在第一方向上，盖体和基座在垂直方向上偏移的距离，然后运动检测装置控制第二驱动件运行，使盖体在第一方向上发生相反的运动来抵消第一方向上盖体和基座之间偏移不平衡的状况；相对应地，第二方向上的倾斜幅度及第一驱动件距离服务机器人中心的距离可由运动检测装置换算成在第二方向上，盖体和基座在垂直方向上偏移的距离，然后运动检测装置控制第一驱动件运行，使盖体在第二方向上发生相反的运动来抵消第二方向上盖体和基座之间不平衡的状况。同时，运动检测装置实时检测基座和盖体之间的倾斜变化，以进一步控制第一驱动件和第二驱动件的运行，使得盖体和基座之间能够始终处于平衡的状态。
13.进一步优选地，所述第一驱动件包括一第一电机和一第一蜗杆；所述第一电机通过一第一安装座安装于所述盖体，所述第一蜗杆驱动连接于所述第一电机，且所述第一蜗杆和所述第一支杆垂直设置；及所述第一支杆的两端均套接有一第一轴承，每一所述第一轴承均安装有一第一轴承盖，所述第一轴承盖用于将所述第一支杆安装于所述盖体；其中，所述第一支杆的一端部安装有一第一齿轮，所述第一蜗杆啮合于所述第一齿轮，在所述第一电机的驱动下，所述第一蜗杆用于带动所述第一齿轮沿所述第一方向转动。
14.进一步优选地，所述第二驱动件包括一第二电机和一第二蜗杆；所述第二电机通过一第二安装座安装于所述基座，所述第二蜗杆驱动连接于所述第二电机，且所述第二蜗杆和所述第二支杆垂直设置；及所述第二支杆的两端均套接有一第二轴承，每一所述第二轴承均安装有一第二轴承盖，所述第二轴承盖用于将所述第二支杆安装于所述基座；其中，所述第二支杆的一端部安装有一第二齿轮，所述第二蜗杆啮合于所述第二齿轮，在所述第二电机的驱动下，所述第二蜗杆用于带动所述第二齿轮沿所述第二方向转动。
15.进一步优选地，还包括：安装于所述基座和/或所述盖体，以用于测量所述基座和所述盖体之间距离的测距装置。
16.进一步优选地，所述测距装置包括一第一测距器和一第二测距器；所述第一测距器和所述第二测距器均安装于所述盖体朝向所述基座的一端；其中，所述第一测距器用于测量所述盖体和所述基座在所述第一方向上的距离，及所述第二测距器用于测量所述盖体和所述基座在所述第二方向上的距离。
17.进一步优选地，所述运动检测装置包括一陀螺仪和一控制主板；所述控制主板信号连接和/或电性连接于所述陀螺仪、所述第一驱动件和所述第二驱动件；其中，所述陀螺仪安装于所述控制主板上；及所述盖体背对所述基座的一端面开设有一用于安装所述陀螺仪和所述控制主板的安装槽；及所述安装槽的开口处设有一用于密封所述陀螺仪和所述控制主板的仓盖。
18.进一步优选地，所述基座呈一圆盘状结构，所述盖体的轮廓和所述基座相适配；其中，所述基座朝向所述盖体的一端的边缘设有若干呈间隔设置的限位凸台，所述盖体设有和所述限位凸台的位置及数量相适配的减震垫；当所述盖体相对于所述基座发生偏移时，所述减震垫和所述限位凸台一一相作用配合。
19.本实用新型在第二方面还提供了一种服务机器人，包括底盘、配送装置、主动平衡装置和杯托装置，所述主动平衡装置为上述的主动平衡装置；其中，所述配送装置固定安装于所述底盘上，所述基座固定安装于所述配送装置上，所述杯托装置固定安装于所述盖体上。
20.进一步优选地，所述配送装置内设有一穿线槽，所述穿线槽用于供连接于所述主动平衡装置和所述底盘的线路通过，使所述主动平衡装置和所述底盘之间实现电性连接；和/或所述配送装置设有至少一配送仓门。
21.进一步优选地，所述底盘设有充电接口；和/或所述底盘背对所述配送装置的一端安装有至少两驱动轮和至少两万向轮。
22.本实用新型的技术效果在于：
23.1、本专利中，当服务机器人行走地面不平稳时，盖体和基座之间因受到震动而发生倾斜偏移，运动检测装置可用于检测盖体和基座之间的倾斜幅度，并将该倾斜幅度分解为沿第一方向和第二方向上的倾斜幅度，其中，第一方向上的倾斜幅度及第二驱动件距离服务机器人中心的距离可由运动检测装置换算成在第一方向上，盖体和基座在垂直方向上偏移的距离，然后运动检测装置控制第二驱动件运行，使盖体在第一方向上发生相反的运动来抵消第一方向上盖体和基座之间不平衡的状况；相对应地，第二方向上的倾斜幅度及第一驱动件距离服务机器人中心的距离可由运动检测装置换算成在第二方向上，盖体和基座在垂直方向上偏移的距离，然后运动检测装置控制第一驱动件运行，使盖体在第二方向上发生相反的运动来抵消第二方向上盖体和基座之间不平衡的状况。同时，运动检测装置实时检测基座和盖体之间的倾斜变化，以进一步控制第一驱动件和第二驱动件的运行。
24.2、本专利中，通过设置第一测距器可作为盖体和基座在第一方向上垂直距离变化的辅助反馈，通过设置第二测距器可作为盖体和基座在第二方向上垂直距离变化的辅助反馈。
25.3、本专利中，基座朝向盖体的一端的边缘设有若干呈间隔设置的限位凸台，盖体设有和限位凸台的位置及数量相适配的减震垫，如此，当盖体相对于基座发生偏移，且倾斜角度过大时，减震垫和限位凸台可一一相作用配合，作为基座和盖体之间平衡行程的限位。
附图说明
26.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
27.图1是本实用新型产品的服务机器人在一种状态下的立体分解图；
28.图2是本实用新型产品的服务机器人在另一种状态下的立体分解图；
29.图3是图1所示的基座安装于配送装置的结构示意图；
30.图4是图3所示的基座的结构示意图；
31.图5是图1所示的主动平衡装置在一种状态下的立体分解图；
32.图6是图1所示的主动平衡装置在另一种状态下的立体分解图。
33.附图标号说明：
34.主动平衡装置1；第一方向101；第二方向102；基座11；限位凸台111；第一固定座112；盖体12；安装槽121；仓盖122；减震垫123；第二固定座124；连杆13；第一支杆131；第一轴承1311；第一轴承盖1312；第一齿轮1313；第一扣环1314；第二支杆132；第二轴承1321；第
二轴承盖1322；第二齿轮1323；第二扣环1324；驱动装置14；第一驱动件141；第一电机1411；第一蜗杆1412；第一安装座1413；第二驱动件142；第二电机1421；第二蜗杆1422；第二安装座1423；运动检测装置15；测距装置16；第一测距器161；第二测距器162；底盘2；充电接口21；万向轮22；驱动轮23；配送装置3；穿线槽31；配送仓门32；杯托装置4；杯托底座41；杯托上盖42。
具体实施方式
35.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
37.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
38.在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
39.另外，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.根据本实用新型提供的一个具体实施例，如图1至图6所示，本实用新型在第一方面提供了一种主动平衡装置1，包括基座11、盖体12、连杆13、驱动装置14和运动检测装置15。盖体12可活动地盖设于基座11，盖体12具有相对于基座11偏移的第一方向101和第二方向102，第一方向101和第二方向102同平面设置，且相互垂直。连杆13包括交叉垂直设置的第一支杆131和第二支杆132，第一支杆131可转动地安装于盖体12，且沿第一方向101延伸设置，第二支杆132可转动地安装于基座11，且沿第二方向102延伸设置。驱动装置14包括安装于盖体12，以用于驱动第一支杆131沿第一方向101转动的第一驱动件141和安装于基座11，以用于驱动第二支杆132沿第二方向102转动的第二驱动件142。运动检测装置15安装于盖体12，且信号连接和/或电性连接于第一驱动件141和第二驱动件142。
41.本实施例中，主动平衡装置1能够实时确保服务机器人在运送物品的过程中，不受地面起伏的影响和能够适应于不同种类的地面，保障被送物品能够始终处于平稳的状态。
42.本实用新型在第二方面还提供了一种服务机器人，包括底盘2、配送装置3、主动平衡装置1和杯托装置4。其中，配送装置3固定安装于底盘2上，基座11固定安装于配送装置3上，杯托装置4固定安装于盖体12上。具体地，参见图1，底盘2用于对服务机器人的整体起到支撑的作用，可在底盘2背对配送装置3的一端安装有至少两驱动轮23和至少两万向轮22。
驱动轮23用于实现服务机器人行进的功能，使得服务机器人能够自动运动至指定的地点。万向轮22可用于服务机器人在行进的过程中进行换向。万向轮22还可用于绕过障碍物，使得服务机器人能够顺畅地抵达指定地点，节省时间，提高效率，使得该服务机器人在投入使用的过程中更加智能化。进一步地，还可在底座上设置充电接口21，用于对服务机器人进行充电等操作。
43.进一步地，参见图1，配送装置3可用于装载物品，作为优选，其可呈一内部中空的圆筒状结构，并可在该配送装置3上设置至少一配送仓门32，用于存取物品，及使物品处于一种封闭的状态。作为优选，配送仓门32的数量可为两个，且上下对应设置，但并不限于此。
44.进一步地，参见图1，主动平衡装置1的基座11固定安装于配送装置3背对底盘2的一端，且可在配送装置3内设有一穿线槽31，该穿线槽31用于供连接主动平衡装置1和底盘2的线路通过，使主动平衡装置1和底盘2之间实现电性连接。值得一提的是，该穿线槽31可直接设于配送装置3的内壁面，并延伸至配送装置3的上下两端，其可呈直线形走向，也可呈弯曲形走向，在此不作限制，可根据实际需求作具体设定。
45.进一步地，参见图1，杯托装置4可包括杯托底座41和安装于杯托底座41上的杯托上盖42。杯托底座41固定安装于盖体12上，杯托上盖42上设有若干杯孔，用于存放杯子。其中，杯孔的大小和具体轮廓不作限制，可根据实际需求进行设定，均在本专利的保护范围之内。
46.作为本实施例的优选示例，参见图1，基座11可呈一圆盘状结构，盖体12的轮廓和基座11相适配，如此可使得基座11和盖体12能够适配于配送装置3的轮廓，使得服务机器人的整体更加美观，且节省空间。
47.进一步地，本实施例中，为了便于对本技术方案结构的描述，可将服务机器人行进的前后方向设定为第一方向101，并将服务机器人左右移动的方向设定为第二方向102。其中，底盘2、配送装置3和基座11两两之间均可通过例如螺丝等进行锁定，使得三者之间处于一种固定的状态。相对应地，杯托装置4和盖体12之间也可通过例如螺丝进行锁定，以形成一个整体。如此，服务机器人可通过基座11和盖体12实现上下部分的平衡调节，能够实时保证服务机器人在移动的过程中，不受地面起伏的影响和能够适应于不同种类的地面，保障被送物品能够始终处于平稳的状态。
48.进一步地，参见图2至图6，可在基座11和盖体12之间的中心处设置一连杆13。该连杆13可呈十字形杆状结构，其具体可包括相互交叉垂直设置的第一支杆131和第二支杆132。第一支杆131可转动地安装于盖体12，且沿第一方向101延伸设置，第二支杆132可转动地安装于基座11，且沿第二方向102延伸设置。
49.相对应地，驱动装置14的第一驱动件141安装于盖体12，以用于驱动第一支杆131沿第一方向101转动。及驱动装置14的第二驱动件142安装于基座11，以用于驱动第二支杆132沿第二方向102转动。值得一提的是，本实施例中，第一驱动件141和第二驱动件142均可为蜗杆电机，且该蜗杆电机能够实现正转和反转的功能。
50.具体地，参见图5和图6，第一驱动件141可包括一第一电机1411和一第一蜗杆1412。第一电机1411可通过一第一安装座1413安装于盖体12，第一蜗杆1412驱动连接于第一电机1411，且第一蜗杆1412和第一支杆131垂直设置。进一步地，第一支杆131的两端均套接有一第一轴承1311，每一第一轴承1311均安装有一第一轴承盖1312。相对应地，盖体12对
应于两第一轴承盖1312的位置分别设有一第二固定座124，两第一轴承盖1312和两第二固定座124一一对接，以用于将第一支杆131安装于盖体12，并相对于盖体12转动。其中，第一支杆131的一端部安装有一第一齿轮1313，具体地，第一支杆131端部和第一齿轮1313之间设有键位，用于防止两者发生相对的转动，使得两者处于固定的状态，并可通过第一扣环1314实现将第一齿轮1313锁定于第一支杆131的端部位置。第一蜗杆1412啮合于第一齿轮1313，在第一电机1411的驱动下，第一蜗杆1412用于带动第一齿轮1313及第一支杆131沿第一方向101转动。
51.相对应地，参见图5，第二驱动件142可包括一第二电机1421和一第二蜗杆1422。第二电机1421可通过一第二安装座1423安装于基座11，第二蜗杆1422驱动连接于第二电机1421，且第二蜗杆1422和第二支杆132垂直设置。进一步地，第二支杆132的两端均套接有一第二轴承1321，每一第二轴承1321均安装有一第二轴承盖1322。相对应地，基座11对应于两第二轴承盖1322的位置分别设有一第一固定座112，两第二轴承盖1322和两第一固定座112一一对接，以用于将第二支杆132安装于基座11，并相对于基座11转动。其中，第二支杆132的一端部安装有一第二齿轮1323，具体地，第二支杆132端部和第二齿轮1323之间也设有键位，用于防止两者发生相对的转动，使得两者处于固定的状态，并可通过第二扣环1324实现将第二齿轮1323锁定于第二支杆132的端部位置。第二蜗杆1422啮合于第二齿轮1323，在第二电机1421的驱动下，第二蜗杆1422用于带动第二齿轮1323及第二支杆132沿第二方向102转动。
52.进一步地，本实施例中，参见图2，运动检测装置15可包括一陀螺仪和一控制主板。控制主板信号连接和/或电性连接于陀螺仪、第一驱动件141和第二驱动件142。其中，陀螺仪安装于控制主板上，及盖体12背对基座11的一端面开设有一用于安装陀螺仪和控制主板的安装槽121，及安装槽121的开口处设有一用于密封陀螺仪和控制主板的仓盖122。
53.进一步地，本实施例中，主动平衡装置1还包括安装于基座11和/或盖体12，以用于测量基座11和盖体12之间距离的测距装置16。作为本实施例的一个优选示例，参见图2，测距装置16可包括一第一测距器161和一第二测距器162。值得一提的是，第一测距器161和第二测距器162均可为激光测距器，当然，其还可为红外测距器，在此不作任何限制。
54.第一测距器161和第二测距器162均安装于盖体12朝向基座11的一端。其中，第一测距器161用于测量盖体12和基座11在第一方向101上的距离，及第二测距器162用于测量盖体12和基座11在第二方向102上的距离。本实施例通过设置第一测距器161可作为盖体12和基座11在第一方向101上垂直距离变化的辅助反馈，通过设置第二测距器162可作为盖体12和基座11在第二方向102上垂直距离变化的辅助反馈，如此可更为精准地对服务机器人进行平衡调节。
55.进一步地，本实施例中，参见图4，当服务机器人受到剧烈晃动而导致基座11和盖体12之间倾斜幅度过大时，为了有效防止基座11和盖体12之间过度错位而导致服务机器人发生例如倾倒等状况，可在基座11朝向盖体12的一端的边缘位置设有若干呈间隔设置的限位凸台111，并在盖体12上设置和限位凸台111的位置及数量相适配的减震垫123。如此，当盖体12相对于基座11发生过度偏移时，减震垫123可和限位凸台111一一相作用配合，以对基座11和盖体12进行平衡行程的限位。
56.本实用新型的工作原理如下：
57.当服务机器人行走地面不平稳时，会导致服务机器人的机身不平衡，使得盖体12和基座11之间因受到震动而发生倾斜偏移。运动检测装置15可用于检测盖体12和基座11之间的倾斜幅度，并将该倾斜幅度分解为沿第一方向101和第二方向102上的倾斜幅度。第一方向101上的倾斜幅度及第二驱动件142距离服务机器人中心位置的距离可由运动检测装置15换算成在第一方向101上，盖体12和基座11在垂直方向上偏移的距离，然后运动检测装置15控制第二驱动件142运行，以驱动盖体12在第一方向101上发生与上述方向相反的运动来抵消第一方向101上盖体12和基座11之间偏移不平衡的状况，使得盖体12和基座11之间恢复在第一方向101上平衡的状态。相对应地，第二方向102上的倾斜幅度及第一驱动件141距离服务机器人中心的距离可由运动检测装置15换算成在第二方向102上，盖体12和基座11在垂直方向上偏移的距离，然后运动检测装置15控制第一驱动件141运行，以驱动盖体12在第二方向102上发生与上述方向相反的运动来抵消第二方向102上盖体12和基座11之间不平衡的状况，使得盖体12和基座11之间恢复在第一方向101上平衡的状态。同时，运动检测装置15实时检测基座11和盖体12之间的倾斜变化，及第一测距器161实时检测盖体12和基座11在第一方向101上垂直距离变化，第二测距器162实时检测盖体12和基座11在第二方向102上垂直距离变化，以提高盖体12和基座11之间平衡调节的精度和效率。
58.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。