CN106826853A - 一种搬运机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种搬运机器人，其头部设置有能与用户进行实时互动的触摸显示屏、音频交互设备，因而在携带物品随用户行进的过程中，不但可以向用户播放娱乐性的音频信息和视频信息，还可接收用户发出的触控信号和声控信号，来实时控制机器人的速度和停止/启动状态。相比现有预置路线的机器，本发明更加注重与用户的沟通过程，不至于使用户为了跟上机器人的速度疲惫前行。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿生机器人技术领域，特别是一种搬运机器人。
背景技术
随着科技的发展，人们从事脑力劳动的比例日渐加大，导致体力劳动者的人力成本越来越高。特别对于酒店等服务业而言，需要不定时地对小件物品进行多次往复搬运，所涉及到的人工成本很难通过优化流程进行缩减。这样就提出了由智能机器人代替人工，进行不定时、固定路线、小负荷、多批次搬运的需求。
另外，酒店等服务场所下，机器人除了按照固定路线行走之外，还要求与用户进行互动，例如在行进过程中用户需要短暂驻留，则要对机器人发出临时停等的指令，之后再发出继续前进的指令，机器人仍能按照预定的路线行进，直至将用户引导至目标位置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种同时具备私密性和智能互动的搬运机器人。
本发明决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种搬运机器人，其特征在于：它包括头部、躯干、底盘、主货仓，头部设置在躯干的顶端，底盘首端上表面与躯干底部连接，底盘与躯干呈L形设置；货仓设置在底盘的上表面；所述头部包括触摸显示屏、音频交互设备、读卡器、眼球机构和控制模块；所述躯干包括万向联轴器、颈部电机、躯干壳体；所述底盘的上表面设置货仓电磁锁，下表面设置电驱动轮、前避障传感器、后避障传感器和侧避障传感器；
所述眼球机构包括外框架、眼球主体、摄像机构、左右转动机构、上下转动机构，所述外框架与头部连接，所述眼球主体为用于容纳摄像机构的中空的半球体，所述眼球主体上的瞳孔位置开窗布置摄像头；所述眼球主体的球面部分从外框架中伸出，并可在外框架的范围内转动；所述左右转动机构控制眼球主体的左右摆动、所述上下转动机构控制眼球主体的上下摆动；
所述控制模块的触控信号输入端、声控信号输入端和身份信号输入端分别连接所述触摸显示屏、音频交互设备、读卡器的信号输出端，所述控制模块通过通信模块连接中央数据库；所述控制模块的音频信号输出端、频信号输出端分别连接音频交互设备、触摸显示屏的信号输入端；所述控制模块的传感信号输入端分别连接前避障传感器、后避障传感器和侧避障传感器；所述控制模块的驱动信号输出端分别连接颈部电机、驱动轮、左右转动机构、上下转动机构的驱动信号输入端。
所述左右转动机构包括第一主动齿轮、第一被动齿轮、第一电机、左右转动轴，所述第一主动齿轮的圆心与第一电机的输出轴连接，所述第一主动齿轮与第一被动齿轮啮合，所述第一被动齿轮的圆心通过左右转动轴与所述眼球主体固定，所述第一被动齿轮为扇形齿轮；所述第一电机的驱动信号输入端连接所述控制模块的驱动信号输出端。
所述上下转动机构包括第二主动齿轮、第二被动齿轮、第二电机、上下转动轴，所述第二主动齿轮的圆心与第二电机的输出轴连接，第二主动齿轮与第二被动齿轮啮合，所述第二被动齿轮的圆心通过上下转动轴与所述眼球主体固定，所述第二被动齿轮为扇形齿轮；所述第二电机的驱动信号输入端连接所述控制模块的驱动信号输出端。
所述躯干壳体内通过电机座固定一颈部电机，所述颈部电机的输出轴连接万向联轴器的主动端子，万向联轴器的被动端子连接头部旋转轴的下端，头部旋转轴的上端通过头部连接件与机器人的头部固定。
在所述躯干壳体内还设置有双向阻尼器、旋转轴承，所述头部旋转轴依次穿过双向阻尼器、旋转轴承中部连接头部连接件。
底盘下方位于躯干一端的前缘设置前避障传感器，对机器人前方区域进行覆盖，用于识别前方障碍物的位置和轮廓；底盘下方另一端的后缘设置充电装置以及后避障传感器，对机器人后方区域进行覆盖，用于识别后方障碍物的位置和轮廓。
在机器人前进过程中，所述前避障传感器将前方障碍物的位置信息和轮廓信息输入控制模块中进行计算，所述控制模块根据位置信息和轮廓信息重新规划当前路径，并向电驱动轮发出控制信号，改变电驱动轮的转速和转向；
在机器人后退过程中，所述后避障传感器将后方障碍物的位置信息和轮廓信息输入控制模块中进行计算，控制模块根据位置信息和轮廓信息重新规划当前路径，并向电驱动轮发出控制信号，改变电驱动轮的转速和转向。
底盘侧面设置侧避障传感器，对机器人侧方区域进行覆盖，当机器人前方/后方检测到障碍物，并规划好避让路线之后，后避障传感器将后方障碍物的位置信息和轮廓信息输入控制模块中进行计算；由控制模块来判断机器人是否彻底避开障碍物；
障碍物从侧避障传感器的检测范围中消失后，控制模块向电驱动轮发出控制信号，改变电驱动轮的转速和转向将机器人调整至原来的行进路线上。
所述头部设置头部货仓，所述控制模块接收所述读卡器输入的用户身份信息，通过所述中央数据库的验证之后方可开启头部货仓和/或主货仓。
本发明的优点和有益效果为：
本发明的搬运机器人头部设置有能与用户进行实时互动的触摸显示屏、音频交互设备，因而在携带物品随用户行进的过程中，不但可以向用户播放娱乐性的音频信息和视频信息，还可接收用户发出的触控信号和声控信号，来实时控制机器人的速度和停止/启动状态。相比现有预置路线的机器，本发明更加注重与用户的沟通过程，不至于使用户为了跟上机器人的速度疲惫前行。
本发明的搬运机器人上搭载的头部货仓和主货仓均需通过对用户身份信息进行验证方能开启，一方面保护用户隐私不被他人窥视，另一方面，由于所有的搬运机器人的外观均一样，避免用户将机器人混淆，进而冒领货仓内的物品。
本发明的眼球机构的眼球主体上下、左右运动分别通过上下转动机构和左右转动机构控制，由于第一被动齿轮和第二被动齿轮的圆心运动轨迹均为弧形，进而左右转动轴和上下转动轴的运动轨迹也为弧形，两者叠加之后，瞳孔处的摄像头的运动轨迹为一半球形曲面，与真实眼球的运动状态相似。
本发明的机器人颈部通过万向联轴器使不在同一轴线上的颈部电机的输出轴与头部旋转轴，在存在轴线夹角的情况下能实现两轴连续回转。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图
图2为本发明的仿生眼球结构示意图
图3是本发明的颈部结构示意图
图4是本发明的底盘结构示意图
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的搬运机器人包括头部、躯干、底盘、主货仓，头部设置在躯干的顶端，底盘首端上表面与躯干底部连接，底盘与躯干呈L形设置；货仓设置在底盘的上表面，充电装置37设置在底盘尾端。其中头部包括头部货仓1、触摸显示屏2、音频交互设备3、读卡器4、眼球机构5、控制模块16；躯干包括万向联轴器6、颈部电机7、躯干壳体8；主货仓包括仓体9、仓盖10、开盖机构11；底盘包括电驱动轮12、前避障传感器13、后避障传感器14、侧避障传感器36、货仓电磁锁15。
头部，触摸显示屏2、眼球机构5均设置在面向用户的正前方，触摸显示屏2兼具触摸输入和显示的功能，触摸显示屏2的触控信号输出端和视频数据输入端分别连接控制模块16的触控信号输入端和视频数据输出端。接收由控制模块16发出的视频数据向用户输出，并将用户通过触摸输入的触控信号输入控制模块16中。
音频交互设备3包括扬声器和麦克风，分别连接控制模块16的音频数据输出端和声控信号输入端，扬声器接收由控制模块16发出的音频数据向用户输出，麦克风接收用户的声控信号输入控制模块16中。
读卡器4用于读取用户手中射频卡中的用户身份信息，并将用户信息输入控制模块16中，控制模块16接收用户身份信息后，通过无线通信模块连接中央数据库，向中央数据库确认用户身份。当用户中途需要开启头部货仓1和/或主货仓时，也需先通过读卡器4进行身份验证后方可指示开盖机构11开启仓盖10，这样充分保证了用户用品的安全性和私密性，在运送过程中不会导致不同用户的物品发生混淆。
控制模块16通过无线通信模块连接中央数据库，向数据库输入用户身份信息，并接收从数据库返回的目的地。本实施例中，控制模块16根据目的地规划搬运机器人的行进路线，在中途根据声控信号或触控信号向底盘的驱动轮12发出控制信号，调整机器人的行进方式，例如调整机器人行进速度、中途暂停等候、用户身份验证；并根据眼球机构5、前部传感器13、后部传感器14返回的路况信息计算控制信号，对路线中的障碍物进行躲避，并在躲避之后返回正确路线。
如图2所示，眼球机构5包括外框架17、眼球主体18、摄像机构19、左右转动机构、上下转动机构、支撑杆20。外框架17与头部连接用于模拟眼眶，眼球主体18为中空的半球体，形成用于容纳摄像机构19的腔室，瞳孔位置开窗布置摄像头。眼球主体18的球面部分从外框架17中伸出，并可在外框架17的范围内转动。
左右转动机构控制眼球主体18的左右摆动、上下转动机构控制眼球主体18的上下摆动，左右转动机构包括支撑杆20、第一主动齿轮21、第一被动齿轮22、第一电机23、左右转动轴24，上下转动机构包括第二主动齿轮25、第二被动齿轮26、第二电机27、上下转动轴28。第一主动齿轮21的圆心与第一电机23的输出轴连接，第二主动齿轮25的圆心与第二电机27的输出轴连接，第一主动齿轮21与第一被动齿轮22啮合，第二主动齿轮25与第二被动齿轮26啮合。第一被动齿轮22的圆心通过左右转动轴24与眼球主体18固定，第二被动齿轮26的圆心通过上下转动轴28与眼球主体18固定，两者均为扇形齿轮。由于左右转动轴24和上下转动轴28的运动轨迹均为弧形，两者叠加之后，瞳孔处的摄像头的运动轨迹为一半球形曲面，与真实眼球的运动状态相似。
如图3所示，躯干壳体8内通过电机座33固定一颈部电机7，颈部电机7的输出轴连接万向联轴器6的主动端子29，万向联轴器6的被动端子30连接头部旋转轴31的下端，头部旋转轴31的上端通过头部连接件32与机器人的头部固定。通过万向联轴器6使不在同一轴线上的颈部电机7的输出轴与头部旋转轴31，在存在轴线夹角的情况下能实现两轴连续回转。
为了控制头部的旋转速度和旋转平滑度，在躯干壳体8内还设置有双向阻尼器34、旋转轴承35，头部旋转轴31依次穿过双向阻尼器34、旋转轴承35中部连接头部连接件32。
底盘的上表面用于承载主货仓，仓体9的底部通过货仓电磁锁15固定在底盘上表面。如图4所示，底盘下方设置电驱动轮12，位于躯干一端的前缘设置多个前避障传感器13，对机器人前方区域进行覆盖，识别障碍物的位置和轮廓。在机器人前进过程中，前避障传感器13将前方障碍物的位置信息和轮廓信息输入控制模块16中进行计算，控制模块16根据位置信息和轮廓信息重新规划当前路径，并向电驱动轮12发出控制信号，改变电驱动轮12的转速和转向。
底盘另一侧的后缘设置充电装置37以及多个后避障传感器14，对机器人后方区域进行覆盖，识别障碍物的位置和轮廓。在机器人后退过程中，后避障传感器14将后方障碍物的位置信息和轮廓信息输入控制模块16中进行计算，控制模块16根据位置信息和轮廓信息重新规划当前路径，并向电驱动轮12发出控制信号，改变电驱动轮12的转速和转向。
底盘侧面设置多个侧避障传感器36，对机器人侧方区域进行覆盖，当机器人前方/后方检测到障碍物，并规划好避让路线之后，后避障传感器14将后方障碍物的位置信息和轮廓信息输入控制模块16中进行计算，由控制模块16来判断机器人是否彻底避开障碍物。障碍物从侧避障传感器36的检测范围中消失后，控制模块16向电驱动轮12发出控制信号，改变电驱动轮12的转速和转向将机器人调整至原来的行进路线上。
前避障传感器13、后避障传感器14、侧避障传感器36包括超声波避障传感器和夏普避障传感器。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (9)
1.一种搬运机器人，其特征在于：它包括头部、躯干、底盘、主货仓，头部设置在躯干的顶端，底盘首端上表面与躯干底部连接，底盘与躯干呈L形设置；货仓设置在底盘的上表面；所述头部包括触摸显示屏、音频交互设备、读卡器、眼球机构和控制模块；所述躯干包括万向联轴器、颈部电机、躯干壳体；所述底盘的上表面设置货仓电磁锁，下表面设置电驱动轮、前避障传感器、后避障传感器和侧避障传感器；
所述眼球机构包括外框架、眼球主体、摄像机构、左右转动机构、上下转动机构，所述外框架与头部连接，所述眼球主体为用于容纳摄像机构的中空的半球体，所述眼球主体上的瞳孔位置开窗布置摄像头；所述眼球主体的球面部分从外框架中伸出，并可在外框架的范围内转动；所述左右转动机构控制眼球主体的左右摆动、所述上下转动机构控制眼球主体的上下摆动；
所述控制模块的触控信号输入端、声控信号输入端和身份信号输入端分别连接所述触摸显示屏、音频交互设备、读卡器的信号输出端，所述控制模块通过通信模块连接中央数据库，对所述读卡器输入的身份信息进行验证；所述控制模块的音频信号输出端、频信号输出端分别连接音频交互设备、触摸显示屏的信号输入端；所述控制模块的传感信号输入端分别连接前避障传感器、后避障传感器和侧避障传感器；所述控制模块的驱动信号输出端分别连接颈部电机、驱动轮、左右转动机构、上下转动机构的驱动信号输入端。
2.如权利要求1所述的一种搬运机器人，其特征在于：所述左右转动机构包括第一主动齿轮、第一被动齿轮、第一电机、左右转动轴，所述第一主动齿轮的圆心与第一电机的输出轴连接，所述第一主动齿轮与第一被动齿轮啮合，所述第一被动齿轮的圆心通过左右转动轴与所述眼球主体固定，所述第一被动齿轮为扇形齿轮；所述第一电机的驱动信号输入端连接所述控制模块的驱动信号输出端。
3.如权利要求1所述的一种搬运机器人，其特征在于：所述上下转动机构包括第二主动齿轮、第二被动齿轮、第二电机、上下转动轴，所述第二主动齿轮的圆心与第二电机的输出轴连接，第二主动齿轮与第二被动齿轮啮合，所述第二被动齿轮的圆心通过上下转动轴与所述眼球主体固定，所述第二被动齿轮为扇形齿轮；所述第二电机的驱动信号输入端连接所述控制模块的驱动信号输出端。
4.如权利要求2或3所述的一种搬运机器人，其特征在于：所述躯干壳体内通过电机座固定一颈部电机，所述颈部电机的输出轴连接万向联轴器的主动端子，万向联轴器的被动端子连接头部旋转轴的下端，头部旋转轴的上端通过头部连接件与机器人的头部固定。
5.如权利要求4所述的一种搬运机器人，其特征在于：在所述躯干壳体内还设置有双向阻尼器、旋转轴承，所述头部旋转轴依次穿过双向阻尼器、旋转轴承中部连接头部连接件。
6.如权利要求1或2或3或5所述的一种搬运机器人，其特征在于：底盘下方位于躯干一端的前缘设置前避障传感器，对机器人前方区域进行覆盖，用于识别前方障碍物的位置和轮廓；底盘下方另一端的后缘设置充电装置以及后避障传感器，对机器人后方区域进行覆盖，用于识别后方障碍物的位置和轮廓。
7.如权利要求6所述的一种搬运机器人，其特征在于：在机器人前进过程中，所述前避障传感器将前方障碍物的位置信息和轮廓信息输入控制模块中进行计算，所述控制模块根据位置信息和轮廓信息重新规划当前路径，并向电驱动轮发出控制信号，改变电驱动轮的转速和转向；
在机器人后退过程中，所述后避障传感器将后方障碍物的位置信息和轮廓信息输入控制模块中进行计算，控制模块根据位置信息和轮廓信息重新规划当前路径，并向电驱动轮发出控制信号，改变电驱动轮的转速和转向。
8.如权利要求7所述的一种搬运机器人，其特征在于：底盘侧面设置侧避障传感器，对机器人侧方区域进行覆盖，当机器人前方/后方检测到障碍物，并规划好避让路线之后，后避障传感器将后方障碍物的位置信息和轮廓信息输入控制模块中进行计算；由控制模块来判断机器人是否彻底避开障碍物；
障碍物从侧避障传感器的检测范围中消失后，控制模块向电驱动轮发出控制信号，改变电驱动轮的转速和转向将机器人调整至原来的行进路线上。
9.如权利要求1或2或3或5或7或8所述的一种搬运机器人，其特征在于：所述头部设置头部货仓，所述控制模块接收所述读卡器输入的用户身份信息，通过所述中央数据库的验证之后方可开启头部货仓和/或主货仓。
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