一种具有移动抓取功能的家庭服务机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及的是一种具有移动抓取功能的家庭服务机器人。

背景技术：

近些年来，随着机器人技术的发展，以及人工智能技术的兴起，许多结合了人工智能技术的服务机器人出现在人们的视野之中。机器人技术的发展不再局限于工业机器人，也逐渐聚焦于服务机器人上。常见的服务型机器人包括扫地机器人、迎宾机器人、管家机器人以及酒店、银行使用的商务服务机器人等，而针对家庭使用的服务机器人较少。众所周知，在现代社会，随着人口老龄化程度加剧，越来越多的老人独居在家，生活孤单；或者有的病人行动不便，需要专人照料；或者有的孩子处在学习阶段，而父母又没有足够的时间陪伴。而当下的家庭服务机器人大多数是针对小孩的学习娱乐型机器人，或者是相当于家庭设备控制中心的家庭管家式机器人，不具备抓取物体的功能。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种具有移动抓取功能的家庭服务机器人。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有移动抓取功能的家庭服务机器人，包括从下往上依次设置的底盘、躯干主体和头部组件，

所述底盘包括第一层板和第二层板，所述第二层板通过第一层支撑杆设置在第一层板的上方，所述第一层板底部设有行走轮和万向轮，所述第一层板上还设有电池和主控板，所述第二层板上设有激光雷达和超声波传感器，所述第一层板周向还设有多个防碰撞组件；

所述躯干主体包括第三层板、第四层板、主体支架、升降板、机械臂，所述第三层板通过第二层支撑杆设置在第二层板的上方，所述第四层板通过第三层支撑杆设置在第三层板的上方，所述主体支架设置在第四层板上，所述主体支架内部设有竖向的导杆，所述升降板滑动套装在导杆上且能沿着导杆上下滑动，所述机械臂安装在升降板上，通过第一驱动机构驱动升降板沿着竖直方向升降，进而带动机械臂升降，所述主体支架上还安装有麦克风和扬声器；

所述头部组件设置在主体支架的顶部，所述头部组件包括头部主体，所述头部主体前侧设有触控屏和机器视觉相机。

进一步的，所述第一驱动机构包括驱动电机、丝杆、螺母，所述驱动电机设置在第四层板底部，所述丝杆竖向设置，且所述丝杠的上下两端分别转动设置在主体支架上，所述丝杆的下端与驱动电机的输出轴相连接，所述丝杆上螺纹套装有所述螺母，所述螺母与所述升降板固定连接，通过驱动电机驱动丝杆转动，进而带动螺母及升降板升降。

进一步的，所述机械臂前端设有电动机械爪，所述电动机械爪上设有相机。

进一步的，所述躯干主体还包括躯干外壳，所述躯干外壳罩设在所述主体支架的外围，所述躯干外壳前侧开有竖向延伸的避让槽，所述升降板的外端从所述避让槽中向前伸出来，所述机械臂安装在升降板上的外端，所述躯干外壳上在对应所述扬声器的部位开设有扬声器扩音孔，所述躯干外壳在对应麦克风的部位开设有麦克风孔。

进一步的，所述行走轮两个，每个行走轮分别通过各自的行走电机驱动运转。

进一步的，所述防碰撞组件包括碰撞条、碰撞传感器，所述底盘还包括罩设在第一层板和第二层板外围的底盘外壳，所述底盘外壳底部向外凸出形成环形凸缘，所述碰撞条为弧形条且位于环形凸缘外侧，所述环形凸缘上设有一个沿径向方向延伸的滑槽，所述碰撞条内侧设有一个沿径向向内凸出的滑块，所述碰撞条的滑块由外向内穿过滑槽，并通过插入滑块内端限位孔中的限位条对滑块的外极限位置进行限位，所述滑块内端与底盘外壳外侧壁之间设有一个弹簧，通过弹簧将限位条抵在滑槽内端面上；所述碰撞传感器设置在环形凸缘上，当碰撞条受挤压便会触发碰撞传感器。

进一步的，所述滑块设置在碰撞条内侧中段，每个所述防碰撞组件包括两个碰撞传感器，两个碰撞传感器分别位于碰撞条内侧的两端位置。

进一步的，所述头部组件还包括头部旋转机构和头部俯仰机构；

所述头部旋转机构包括头部旋转底座、旋转电机、旋转主动齿轮、旋转从动齿轮、旋转轴，所述头部旋转底座固定安装在所述主体支架的顶部，所述旋转电机安装在头部旋转底座上，所述旋转电机的输出轴竖直向上延伸并固定套装所述旋转主动齿轮，所述旋转轴转动设置在所述头部旋转底座上且呈竖向设置，所述旋转从动齿轮固定套装在所述旋转轴上，所述旋转从动齿轮与旋转主动齿轮相啮合，所述旋转轴顶端设有一个固定盘；

所述头部俯仰机构包括头部俯仰底座、俯仰电机、俯仰主动齿轮、俯仰从动齿轮、俯仰轴，所述头部俯仰底座安装在所述旋转轴顶端的固定盘上，所述俯仰电机固定安装在头部俯仰底座上，所述俯仰电机的输出轴沿左右方向延伸并固定套装所述俯仰主动齿轮，所述俯仰轴转动设置在头部俯仰底座上且沿左右方向延伸，所述俯仰从动齿轮固定套装在俯仰轴上，所述俯仰主动齿轮与俯仰从动齿轮相啮合，所述俯仰轴两端分别固定套装连接有头部安装支架，所述头部主体安装在两个头部安装支架上。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明提供的一种具有移动抓取功能的家庭服务机器人，整个机器人包括从下往上依次设置的底盘、躯干主体和头部组件，此种塔式结构的设计，稳定性好，能实现移动抓取、自动避障、人机交互等功能，其能通过第一驱动机构驱动升降板升降，进而带动机械臂升降，增大了机械臂的活动范围，可以抓取高处的物体，增强了实用性；其头部组件能实现头部转动和俯仰动作，从而带动机器视觉相机同步动作，机器视觉相机用于检测人脸、图像等信息，扩大了其扫描范围。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的底盘结构示意图。

图3是本发明的底盘底面结构示意图。

图4是本发明的底盘去掉底盘外壳后的主视图。

图5是本发明的第一层板的立体图。

图6是本发明的防碰撞组件与底盘外壳装配好之后的立体图。

图7是图6的a处放大图。

图8是本发明的防碰撞组件与底盘外壳装配好之后的俯视图。

图9是本发明的防碰撞组件与底盘外壳之间的连接部件的拆分图。

图10是图9的b处放大图。

图11是本发明的躯干主体的立体图。

图12是本发明的躯干主体去掉躯干外壳后的立体图。

图13是本发明的机械臂的立体图。

图14是本发明的头部组件的立体图。

图15是本发明的头部旋转机构的爆炸图。

图16是本发明的头部俯仰机构的爆炸图。

图中标号：1底盘，11第一层板，12第二层板，13第一层支撑杆，14行走轮，15万向轮，16行走电机，17电池,18主控板，19激光雷达，110超声波传感器，111碰撞条，112碰撞传感器，113底盘外壳，114环形凸缘，115滑槽，116滑块，117限位条，118弹簧，119防尘盖，120防碰撞组件，2躯干主体，21第三层板，22第四层板,23主体支架,24升降板，25机械臂，26第二层支撑杆，27导杆，28电动机械爪，29相机，210麦克风，211扬声器，212躯干外壳，213避让槽，214扬声器扩音孔，215麦克风孔，216驱动电机，217丝杆,218螺母，219顶盖，3头部组件，31头部主体，32触控屏,33机器视觉相机，34头部旋转底座,35旋转电机,36旋转主动齿轮,37旋转从动齿轮,38旋转轴，39固定盘，310头部俯仰底座,311俯仰电机,312俯仰主动齿轮,313俯仰从动齿轮,314俯仰轴，315头部安装支架,316头部旋转机构，317头部俯仰机构。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1至图16，本实施例公开了一种具有移动抓取功能的家庭服务机器人，包括从下往上依次设置的底盘1、躯干主体2和头部组件3。

底盘1包括第一层板11和第二层板12，第二层板12通过第一层支撑杆13设置在第一层板11的上方，第一层板11底部设有行走轮14和万向轮15，行走轮14两个，每个行走轮14分别通过各自的行走电机16驱动运转。第一层板11上还设有电池17和主控板18，通过电池17为各个电器件供电。第二层板12上设有激光雷达19和超声波传感器110，超声波传感器110用来测距和避障，激光雷达19具有360度全方位激光测距扫描功能，用于机器人的导航定位建图，从而实现路径规划。

第一层板11周向还设有多个防碰撞组件120。每个防碰撞组件120包括碰撞条111、两个碰撞传感器112，底盘1还包括罩设在第一层板11和第二层板12外围的底盘外壳113，底盘外壳113底部向外凸出形成环形凸缘114，碰撞条111为弧形条且位于环形凸缘114外侧，环形凸缘114上设有一个沿径向方向延伸的滑槽115，碰撞条111内侧设有一个沿径向向内凸出的滑块116，碰撞条111的滑块116由外向内穿过滑槽115，并通过插入滑块116内端限位孔中的限位条117对滑块116的外极限位置进行限位，滑块116内端与底盘外壳113外侧壁之间设有一个弹簧118，通过弹簧118将限位条117抵在滑槽115内端面上；弹簧118的作用是在碰撞条111中部受到碰撞后能自动复位。每个碰撞条111上方盖设有防尘盖119，用于防尘。碰撞传感器112设置在环形凸缘114上，当碰撞条111受挤压便会触发碰撞传感器112。其中，滑块116设置在碰撞条111内侧中段，两个碰撞传感器112分别位于碰撞条111内侧的两端位置。碰撞条111具有一定弹性，当碰撞条111两端受到碰撞时，就会触发内侧的碰撞传感器112，系统便会检测到碰撞，由主控板18控制机器人后退并调整行走方向再次行走，从而实现自动避障。作为优选，第一层板11周向设置四个防碰撞组件120，四个防碰撞组件120均匀布置在底盘1周围，可以实现全方位的碰撞检测。且本机器人将防碰撞组件120设置在底盘1外围，位置较低，即使是比较矮小的障碍物，也能实现避障。

躯干主体2包括第三层板21、第四层板22、主体支架23、升降板24、机械臂25，第三层板21通过第二层支撑杆26设置在第二层板12的上方，第四层板22通过第三层支撑杆设置在第三层板21的上方，主体支架23设置在第四层板22上，主体支架23内部设有竖向的导杆27，升降板24滑动套装在导杆27上且能沿着导杆27上下滑动，机械臂25安装在升降板24上，机械臂25采用三自由度机械臂25，机械臂25前端设有电动机械爪28，电动机械爪28上设有相机29，用于更加精确地识别要抓取的物体。主体支架23上还安装有麦克风210和扬声器211，扬声器211用于机器人的语音输出，麦克风210则用于外界语音信息的输入，实现语音控制、听声辩位功能。

躯干主体2还包括躯干外壳212，躯干外壳212罩设在主体支架23的外围，躯干外壳212前侧开有竖向延伸的避让槽213，升降板24的外端从避让槽213中向前伸出来，机械臂25安装在升降板24上的外端，躯干外壳212上在对应扬声器211的部位开设有扬声器扩音孔214，躯干外壳212在对应麦克风210的部位开设有麦克风孔215。

通过第一驱动机构驱动升降板24沿着竖直方向升降，进而带动机械臂25升降。第一驱动机构包括驱动电机216、丝杆217、螺母218，驱动电机216设置在第四层板22底部，丝杆217竖向设置，且丝杠的上下两端分别转动设置在主体支架23上，丝杆217的下端与驱动电机216的输出轴相连接，丝杆217上螺纹套装有螺母218，螺母218与升降板24固定连接，通过驱动电机216驱动丝杆217转动，从而带动螺母218及升降板24升降，进而带动安装在升降扳上的机械臂25升降，以实现对不同高度的物体的自动抓取。

头部组件3设置在主体支架23顶部的顶盖219上，头部组件3包括头部主体31、头部旋转机构316和头部俯仰机构317，头部主体31前侧设有触控屏32和机器视觉相机33。头部旋转机构316包括头部旋转底座34、旋转电机35、旋转主动齿轮36、旋转从动齿轮37、旋转轴38，头部旋转底座34固定安装在主体支架23的顶部，旋转电机35安装在头部旋转底座34上，旋转电机35的输出轴竖直向上延伸并固定套装旋转主动齿轮36，旋转轴38转动设置在头部旋转底座34上且呈竖向设置，旋转从动齿轮37固定套装在旋转轴38上，旋转从动齿轮37与旋转主动齿轮36相啮合，旋转轴38顶端设有一个固定盘39。

头部俯仰机构317包括头部俯仰底座310、俯仰电机311、俯仰主动齿轮312、俯仰从动齿轮313、俯仰轴314，头部俯仰底座310安装在旋转轴38顶端的固定盘39上，俯仰电机311固定安装在头部俯仰底座310上，俯仰电机311的输出轴沿左右方向延伸并固定套装俯仰主动齿轮312，俯仰轴314转动设置在头部俯仰底座310上且沿左右方向延伸，俯仰从动齿轮313固定套装在俯仰轴314上，俯仰主动齿轮312与俯仰从动齿轮313相啮合，俯仰轴314两端分别固定套装连接有头部安装支架315，头部主体31安装在两个头部安装支架315上。

通过头部旋转机构316的旋转电机35驱动旋转主动齿轮36转动，从而带动旋转从动齿轮37、旋转轴38及固定盘39转动，进而带动整个头部俯仰机构317和头部主体31旋转，实现头部主体31在水平面内的旋转。通过头部俯仰机构317的俯仰电机311驱动俯仰主动齿轮312转动，从而带动俯仰从动齿轮313和俯仰轴314转动，进而带动两个头部安装支架315在竖直面内转动，最终带动头部主体31实现俯仰功能。本机器人设置头部旋转和俯仰功能，一方面是为了实现机器视觉相机33全方位的视觉信息捕捉，另一方面是为了实现类似人的点头以及摇头功能，增强交互体验趣味性。

本实施例提供的机器人，整体采用塔式结构设计，安装简单，稳定可靠，内部空间大，便于后续功能升级需要的元器件的安装。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。