CN107322609B - 一种智能机器人 - Google Patents

Abstract

一种智能机器人，无线连接于外部的移动终端，包括微控制器、头部转动机构、头部及腰部伸缩机构、手臂摆动机构以及底盘行走机构，其中，微控制器与移动终端交互，其接收移动终端的指令，驱动头部转动机构、头部及腰部伸缩机构、手臂摆动机构以及底盘行走机构中的一个或多个同时或分别动作。本发明相对于现有产品来说，不仅可以与使用者进行语音交互、视频交互，而且还可以做出多种表情，同时还能进行多维运动，实现与使用者之间的运动交互，更加的生动有趣。

Description

一种智能机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，具体涉及一种用于陪伴儿童游戏、学习及成长、可交互运动的智能机器人。

背景技术

智能机器人是一种以自动化和计算机技术为主体，有机融合各种现代化信息技术的系统集成和应用的设备，它具有以下三个特点：1、具有类人功能(如作业功能、感知功能、行走功能等)的机械电子装置或者自动化装置；2、能完成各种指定的动作；3、根据人类的编程自动进行工作，并可通过编程调整工作、动作的对象或者要求。

近年来，机器人发展迅速，民用机器人的发展更偏向于人工智能化，用于儿童陪伴、成长和教育类的儿童智能机器人越来越多的出现在市场上，如申请号为CN201611242029.6的中国发明专利，公开了一种智能机器人，包含外壳的仿真卡通造型，设置在外壳内的语音输入输出组件、触控输入输出组件、显示组件、采集处理器、GPS定位装置、控制组件以及内容存储播放模块，所述的采集处理器均与相连接的语音输入输出组件、触控输入输出组件和显示组件连接在一起，所述的控制组件分别与采集处理器和GPS定位装置相连接，所述的内容存储播放模块与采集处理器相连接。该发明运用于学龄前儿童的教育和看管，给予使用者良好的使用体验，可以提高陪伴目标的使用兴趣，并通过远程无线进行实时监控，实现智能机器人的陪伴功能，同时还具有早教的功能，节省家长在陪伴儿童方面花费的精力和时间。

申请号为201710085684.3中国发明专利，公开了一种幼儿早教智能机器人，包含仿真卡通造型的机器人本体和设置在机器人本体上的微型扫描仪，所述的机器人本体包括头部、躯体和脚轮，所述的微型扫描仪分别设置在头部的眼睛内，所述的头部和躯体之间还设置有连接轴，所述的头部通过连接轴相较于躯体进行旋转活动，旋转角度为180-300度，还包括学习显示屏，所述的学习显示屏呈矩形结构设置在躯体的正面并与微型扫描仪相连接。通过上述方式，本发明运用于学龄前儿童的教育和看管，具有早教的功能，同时还具备单独扫描功能，可将常用的书籍扫描至学习显示屏内并进行显示，并可通过学习显示屏转换为语音读出来，十分方便，节省家长在陪伴儿童方面花费的精力和时间。

这些智能机器人主要通过语音和视频交互与儿童进行互动，达到学习和娱乐的目的，但是他们运动功能欠佳，不能实现多维运动，无法与儿童一起进行游戏互动或运动交互。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的儿童机器人不能实现多维运动，无法与儿童一起进行游戏互动或运动交互的缺陷，从而提供一种智能机器人。

一种智能机器人，无线连接于外部的移动终端，包括微控制器、头部转动机构、头部及腰部伸缩机构、手臂摆动机构以及底盘行走机构，其中，所述微控制器与所述移动终端交互，其接收所述移动终端的指令，驱动所述头部转动机构、头部及腰部伸缩机构、手臂摆动机构以及底盘行走机构中的一个或多个同时或分别动作。

优选地，所述头部转动机构包括转动轴座以及分别与所述微控制器连接的第一舵机和第二舵机；所述转动轴座内水平穿设有头部支撑轴，所述头部支撑轴上连接有向上延伸的摆杆，所述摆杆与智能机器人的头部外壳固定连接；所述第一舵机的输出轴与所述转动轴座相连接，并控制所述转动轴座在水平面上进行旋转，所述转动轴座控制所述摆杆进行旋转，完成所述头部的旋转动作；所述第二舵机的输出轴与所述头部支撑轴轴向连接，所述头部支撑轴随所述第二舵机输出轴进行旋转并带动所述摆杆进行摆动，完成所述头部的俯仰动作。

进一步地：头部及腰部伸缩机构包括上轴座、下轴座和用于安装所述上轴座和所述下轴座的固定架，所述上轴座与所述转动轴座相连接，所述下轴座与腰部外壳相连接，所述固定架由上支撑板、下支撑板和支撑柱组成，所述固定架的下支撑板上分别设有带动所述上轴座伸缩的第一升降机构以及带动所述下轴座伸缩的第二升降机构，所述第一升降机构与所述第二升降机构间设有联动装置。

更进一步地：所述联动装置包括：

驱动机构，设于所述第一升降机构和所述第二升降机构之间的下支撑板上，并与所述微控制器线路连接；

主动齿轮，与所述驱动机构相连接；

第一从动齿轮，与所述主动齿轮相啮合，安装于所述下支撑板的下表面并带动所述第一升降机构进行运动；

第二从动齿轮，与所述第一从动齿轮相啮合，安装于所述下支撑板的下表面并带动所述第二升降机构进行运动。

再进一步地：所述第一升降机构包括第一升降螺旋杆以及与所述第一升降螺旋杆相配合的第一螺母，所述第一升降螺旋杆穿过所述下支撑板与所述第一从动齿轮相啮合，所述第一螺母与所述上轴座固定连接；所述第一升降旋螺杆随所述第一从动齿轮进行旋转，所述第一螺母随所述第一升降螺旋杆的旋转进行升降运动，从而带动所述上轴座进行伸缩；

所述第二升降机构包括第二升降螺旋杆以及与所述第二升降螺旋杆相配合的第二螺母，所述第二升降螺旋杆穿过所述下支撑板与所述第二从动齿轮相啮合，所述第二螺母与所述下轴座固定连接；所述第二升降螺旋杆随所述第二从动齿轮进行旋转，所述第二螺母随所述第二升降螺旋杆的旋转进行升降运动，从而带动所述下轴座进行伸缩。

更进一步地：所述固定架的上支撑板与下支撑板间还设有分别与所述上轴座相连接的第一导向轴以及与所述下轴座相连接的第二导向轴，所述第一导向轴用以支撑并引导所述上轴座进行直线运动，所述第二导向轴用以支撑并引导所述下轴座进行直线运动。

更进一步地：所述固定架的上下两侧分别设有与所述微控制器线路连接的第一光耦和第二光耦，所述上轴座上设有一与所述第一光耦和所述第二光耦相配合的光耦挡片，所述第一光耦和所述第二光耦分别通过所述光耦挡片的运动控制所述上轴座和所述下轴座的升降行程。

优选地：所述手臂摆动机构为相对所述腰部外壳两侧的手臂舵机，所述手臂舵机与所述微控制器线路连接，所述手臂舵机的输出轴与所述腰部外壳可转动连接。

优选地：所述底盘行走机构包括底盘本体、超声波模块和红外模块，其中，

所述底盘本体设有驱动轮以及随所述驱动轮滚动的万向轮；

所述超声波模块设于所述底盘本体内，用于探测运动方向是否有障碍并发送第一探测信号给所述微控制器；

所述红外模块为多个，多个红外模块沿所述底盘本体的内周壁均匀设置，用于探测所述底盘本体是否伸出台面并发送第二探测信号给所述微控制器；

所述微控制器接收所述第一探测信号和所述第二探测信号，并控制所述驱动轮停止或改变方向以避障或防跌落。

进一步地：所述所述底盘本体的上表面还设有用于连接所述头部及腰部伸缩机构的对接弹性插件，所述底盘本体和所述头部及腰部伸缩机构通过所述对接弹性插件进行电信号传输。

优选地：所述头部外壳的顶部设有麦克风阵列，所述腰部外壳上设有扬声器，所述麦克风阵列与所述扬声器分别与所述微控制器连接，实现语音交互。

优选地：所述头部外壳向下延伸并与所述腰部外壳相连，所述头部外壳的延伸部位形成颈部，所述颈部设有LED表情阵列，所述LED表情阵列与所述微控制器连接实现表情的变化；所述头部外壳的前方设置有摄像头，所述腰部外壳上设有显示器和触摸屏，所述摄像头、显示器和触摸屏分别与微控制器连接，实现视频交互。

优选地：所述移动终端为遥控器，所述遥控器上设有可穿戴部。进一步地：所述可穿戴部为手环。

本发明技术方案，具有如下优点：

1、本发明的智能机器人主要由头部转动机构、头部及腰部伸缩机构、手臂摆动机构以及底盘行走机构构成，其中通过微控制器与外部移动终端的交互，从而可以实现头部的俯仰运动，头部与腰部的伸缩运动，手臂的摆动以及底盘的行走运动，在传统陪伴机器人的基础功能上实现与儿童进行游戏互动和动作交互，增加了本发明的趣味性，另外本发明的执行部件结构紧凑，体积较小，适用于家庭室内环境，如地板、桌面、床面等；

2、本发明通过在转动轴座内水平穿设头部支撑轴，并在头部支撑轴上设置向上延伸的摆杆，由头部支撑轴和摆杆组成了控制智能机器人头部运动的支架；其中由于由头部支撑轴和摆杆组成的整体设置在转动轴座上，而转动轴座与第一舵机连接，第一舵机能够带动转动轴座在水平面上进行旋转，因此头部支撑轴和摆杆组成的整体可随转动轴座的旋转进行旋转，从而实现头部的旋转动作；其次，由于头部支撑轴与第二舵机轴向连接，而第二舵机可以带动头部支撑轴进行旋转，因此设置在头部支撑轴上的摆杆在头部支撑轴的转动下可进行前后摆动，从而实现头部的俯仰动作；

3、本发明的第一升降机构与第二升降机构之间设置联动装置，首先实现了与上轴座相连接的头部及与下轴座相连接的腰部同时进行伸缩运动，使得机器人可以完成较多的动作；其次，联动装置的设置简化了机器人内部结构，使其仅采用一套驱动机构驱动联动装置即可实现机器人头部和腰部的伸缩，避免了传统中若要实现机器人腰部与头部共同伸缩必须采用两套驱动机构和两套执行机构来完成的缺陷，从而通过一个联动机构驱动两个维度，降低了成本，有效的缩减了机器人的尺寸，并降低了机器人的制造及装配成本，使其在有限的机器人壳体内自如地实现机器人头部和腰部的二维直线升降功能；

4、本发明在固定架的上下两侧分别设有第一光耦和第二光耦来作为头部和腰部伸缩的阈值标记，当光耦挡片随着上轴座向上运动到达第一光耦高度时会遮挡第一光耦，第一光耦随之发出信号给控制器，控制器控制电机反向运转，光耦挡片便随着上轴座向下运动，当达到第二光耦高度时，光耦挡片会遮挡第二光耦，第二光耦随之发送信号给控制器，控制器再次控制电机反向运转，以此类推，实现对腰部和头部的伸缩范围进行控制；

5、本发明采用手臂舵机作为手臂运动执行机构，结构简单，运动灵活，直接将手臂舵机穿设于手臂外壳内部，并将手臂舵机的输出轴与腰部外壳活动连接，实现手臂外壳与腰部外壳的连接，然后在手臂舵机输出轴的转动下，便可通过舵机本体带动手臂外壳进行摆动；

6、本发明在底盘本体内设置有超声波模块、多个红外模块以及控制模块，其中超声波模块可用于探测前进过程中的障碍，并通过声波反射出第一探测信号，控制器接收所述第一探测信号后可控制所述驱动轮停止或者改变方向，从而实现避障的功能；红外模块设置为多个，并沿底盘本体的内周壁等间距设置，当底盘本体任何方向伸出台面，红外模块均可探测到，并发射第二探测信号至控制器，控制器接收所述第二探测信号后可控制所述驱动轮停止或者改变方向，从而实现防跌落的功能；

7、本发明在机器人头部外壳的顶部设置麦克风阵列，腰部外壳上设置扬声器，从而实现了语音的交互；在颈部设置LED表情阵列，并将颈部设置为半透明体，通过不同LED发光，从而可以在颈部的表面呈现出机器人的多种表情；在头部外壳的前方设置摄像头，并在腰部外壳上设置LCD显示器和触摸屏，从而实现了视频的交互；

8、本发明的智能机器人可以通过手机客户端软件远程控制其工作模式，使其进行动作、休眠或唤醒，也可以通过专用的遥控器来控制其动作，例如前进、后退旋转、休眠、唤醒或手臂摆动等，而且遥控器上设置可穿戴结构方便携带，操作灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明一种实施方式的工作原理示意图；

图2为图1所示的智能机器人的主视图；

图3为图2所示智能机器人的头部转动机构、头部及腰部伸缩机构的透视图；

图4为图2所示头部及腰部伸缩机构的第一升降机构的结构示意图；

图5为图2所示头部及腰部伸缩机构的上轴座的结构示意图；

图6为图2所示头部及腰部伸缩机构的下轴座的结构示意图；

图7为图3所示的智能机器人的另一角度透视图；

图8为图2所示智能机器人的透视图；

图9为图2或图8所示智能机器人的底盘行走机构的结构示意图；

图10为图9所示底盘行走机构的俯视图；

附图标记说明：

1-头部转动机构；11-轴座；111-头部支撑轴；112-摆杆；12-第一舵机；13-第二舵机；

2-头部及腰部伸缩机构；21-上轴座；211-第一螺母安装孔；2111-第一止转平面；212-光耦挡片；213-第一轴孔；22-下轴座；221-第二螺母安装孔；2211-第二止转平面；222-第二轴孔；23-固定架；231-上支撑板；232-下支撑板；233-支撑柱；234-第一升降机构；2341-第一升降螺旋杆；2342-第一螺母；2343-铣平面；235-第二升降机构；24-联动装置；241-驱动机构；242-主动齿轮；243-第一从动齿轮；244-第二从动齿轮；25-第一导向轴；26-第二导向轴；27-第一光耦；28-第二光耦；

3-手臂摆动机构；31-手臂舵机；

4-底盘行走机构；41-底盘本体；411-驱动轮；412-万向轮；413-驱动电机；42-超声波模块；43-红外模块；44-对接弹性插件；

5-麦克风阵列；6-颈部；61-LED表情阵列；7-摄像头；8-显示器；9-触摸屏。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，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发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1-2所示本发明提供了一种智能机器人，无线连接于外部的移动终端，包括微控制器、头部转动机构1、头部及腰部伸缩机构2、手臂摆动机构3以及底盘行走机构4，其中，微控制器与移动终端交互，其接收移动终端的指令，驱动头部转动机构1、头部及腰部伸缩机构2、手臂摆动机构3以及底盘行走机构4中的一个或多个同时或分别动作。

本发明的智能机器人主要由头部转动机构1、头部及腰部伸缩机构2、手臂摆动机构3以及底盘行走4机构构成，其中通过微控制器与外部移动终端的交互，从而可以实现头部的俯仰运动，头部与腰部的伸缩运动，手臂的摆动以及底盘的行走运动，在传统陪伴机器人的基础功能上实现与儿童进行游戏互动和动作交互，增加了本发明的趣味性，另外本发明的执行部件结构紧凑，体积较小，适用于家庭室内环境，如地板、桌面、床面等。

具体地：如图3所示，头部转动机构1包括转动轴座11以及分别与微控制器连接的第一舵机12和第二舵机13；转动轴座11内水平穿设有头部支撑轴111，头部支撑轴111上连接有向上延伸的摆杆112，摆杆112与智能机器人的头部外壳固定连接；第一舵机12的输出轴与转动轴座11相连接，并控制转动轴座11在水平面上进行旋转，转动轴座11控制摆杆112进行旋转，完成头部的旋转动作；第二舵机13的输出轴与头部支撑轴111轴向连接，头部支撑轴111随第二舵机13输出轴进行旋转并带动摆杆112进行摆动，完成头部的俯仰动作。本发明通过在转动轴座11内水平穿设头部支撑轴111，并在头部支撑轴111上设置向上延伸的摆杆112，由头部支撑轴111和摆杆112组成了控制智能机器人头部运动的支架；其中由于由头部支撑轴111和摆杆112组成的整体设置在转动轴座11上，而转动轴座11与第一舵机12连接，第一舵机12能够带动转动轴座11在水平面上进行旋转，因此头部支撑轴111和摆杆112组成的整体可随转动轴座11的旋转进行旋转，从而实现头部的旋转动作；其次，由于头部支撑轴111与第二舵机13轴向连接，而第二舵机13可以带动头部支撑轴111进行旋转，因此设置在头部支撑轴111上的摆杆112在头部支撑轴111的转动下可进行前后摆动，从而实现头部的俯仰动作。

如图3所示，头部及腰部伸缩机构2包括上轴座21、下轴座22和用于安装上轴座21和下轴座22的固定架23，上轴座21与转动轴座11相连接，下轴座22与腰部外壳相连接，固定架23由上支撑板231、下支撑板232和支撑柱233组成，固定架23的下支撑板232上分别设有带动上轴座21伸缩的第一升降机构234以及带动下轴座22伸缩的第二升降机构235，第一升降机构234与第二升降机构235间设有联动装置24。

如图3所示，联动装置24包括：驱动机构241，驱动机构241可以设置为电机，将电机设于第一升降机构234和第二升降机构235之间的下支撑板232上，并与微控制器线路连接；使驱动机构241距离传动的升降机构(第一升降机构234、第二升降机构235)距离最近；联动装置24还包括与驱动机构241相连接的主动齿轮242；与主动齿轮242相啮合的第一从动齿轮243，第一从动齿轮243安装于下支撑板232的下表面，其在主动齿轮242的驱动下可带动第一升降机构234进行运动；以及与第一从动齿轮243相啮合的第二从动齿轮244，第二从动齿轮244对应于第二升降机构235安装于下支撑板232的下表面并带动第二升降机构235进行运动。本发明采用将安装于第一升降机构234和第二升降机构235之间下支撑板232上的驱动机构241、主动齿轮242、第一从动齿轮243和第二从动齿轮244作为联动装置，缩小了传动齿轮(主动齿轮242、第一从动齿轮243、第二从动齿轮244)的直径，减少了头部及腰部伸缩机构2的尺寸,传动效率更高，即使较小扭矩的微型电机也可以实现驱动，降低了能耗和成本。

如图4所示，第一升降机构234包括第一升降螺旋杆2341以及与第一升降螺旋杆2341相配合的第一螺母2342，如图3所示，第一升降旋杆2341穿过下支撑板232与所述第一从动齿轮243243相啮合，第一螺母2342与上轴座21固定连接；第一升降螺旋杆2341随第一从动齿轮243进行旋转，第一螺母2342随第一升降螺旋杆2341的旋转进行升降运动，从而带动上轴座21进行伸缩；如图4所示，第二升降机构235与第一升降机构234结构相同，第二升降机构235包括第二升降螺旋杆(对应2341)以及与第二升降螺旋杆(对应2341)相配合的第二螺母(对应2342)，第二升降螺旋杆(对应2341)穿过下支撑板232与所述第二从动齿轮244相啮合，所述第二螺母(对应2342)与所述下轴座22固定连接；所述第二升降螺旋杆(对应2341)随所述第二从动齿轮244进行旋转，所述第二螺母(对应2342)随所述第二升降螺旋杆(对应2341)的旋转进行升降运动，从而带动所述下轴座22进行伸缩。

本发明的第一升降机构234和第二升降机构235均为升降螺旋杆(第一升降螺旋杆2341、第二升降螺旋杆)和螺母(第一螺母2342、第二螺母)，通过升降螺旋杆及齿轮(第一从动齿轮243、第二从动齿轮244)之间的配合进行运动，如此，当机器人的头部和腰部升降幅度不同时，便可通过调节与其对应的齿轮齿数或升降螺旋杆的导程来控制，使得头部和腰部两个维度的直线运动在同一驱动机构的驱动下完成不同的行程要求。

如图5-6所示，作为可选择的实施例，本发明采用以下方式来将第一螺母2342与上轴座21(第二螺母与下轴座22之间)进行固定，首先，在第一螺母2342的侧壁至少一处铣平面2343，然后在上轴座21上开设与第一螺母2342形状相匹配的第一螺母2342安装孔，第一螺母2342安装孔上设置有第一止转平面2111；第一螺母2342与第一螺母2342安装孔进行过盈连接；本发明避免了传统采用法兰盘进行固定方式所带来的螺母尺寸较大，加工费用较高的缺陷；通过在螺母的的侧壁至少一处铣平面2343，对应地，螺母安装孔(第一螺母安装孔211、第二螺母安装孔221)内也设有与螺母侧壁铣平面2343处对应的止转平面(第一止转平面2111、第二止转平面2211)，在螺母(第一螺母2342、第二螺母)将升降运动穿递给轴座(上轴座21、下轴座22)的同时有效的避免了螺母与轴座之间的转动；由此，在有效传动的同时降低了螺母的耗材，加工难度较低，进一步降低了头部及腰部伸缩机构的外形尺寸；当然为了进一步的止转，还可以将第一螺母2342的侧壁与上轴座21通过螺钉进行加固。同理，第二螺母与下轴座22之间的固定方式与第一螺母2342和上轴座21之间的固定方式一致。为了进一步的降低生产成本，在本实施例中第一升降螺旋杆2341和第二升降螺旋杆采用梯形丝杆，第一螺母2342和第二螺母采用梯形螺母。

如图7所示，为了进一步的增加本发明头部及腰部在升降时的稳定性能，在固定架23的上支撑板231与下支撑板232间还设有分别与上轴座21相连接的第一导向轴25以及与下轴座22相连接的第二导向轴26，第一导向轴25以及第二导向轴26均为直线导轨，上轴座21上开设第一轴孔；第一轴孔通过直线轴承或直线衬套与第一导向轴25进行过盈配合；第一导向轴25用以支撑并引导上轴座21进行直线运动，第二导向轴26用以支撑并引导下轴座22进行直线运动，下轴座22上开设第二轴孔，第二轴孔通过直线轴承或直线衬套与第二导向轴26进行过盈配合。本发明采用直线导轨(第一导向轴25、第二导向轴26)与直线轴承或者直线衬套配合，进一步缩小了体积降低了成本。当然考虑到上轴座21或下轴座22在升降运动时，一侧为引导直线运动的导向轴(第一导向轴25、第二导向轴26)，另一侧为作为传动机构的升降机构(第一升降机构234、第二升降机构235)，两侧受力不一致还会出现晃动的情况，且头部与腰部的承重不同，因此，可设置两个第一导向轴25和四个第二导向轴26，将升降机构(第一升降机构234、第二升降机构235)设置于轴座(上轴座21、下轴座22)的中部，两个第一导向轴25对称的设置于第一升降机构234的两侧，四个第二导向轴26均匀的分布于第二升降机构235的四周。

如图1所示，为了使机器人的头部和腰部在规定范围内进行伸缩运动，本发明在固定架23的上下两侧分别设置与微控制器连接的第一光耦27和第二光耦28，上轴座21上设有一与第一光耦27和第二光耦28相配合的光耦挡片212，当光耦挡片212随着上轴座21向上运动到达第一光耦27高度时会遮挡第一光耦27，第一光耦27随之发出信号给微控制器，微控制器控制电机反向运转，光耦挡片212便随着上轴座21向下运动，当达到第二光耦28高度时，光耦挡片212会遮挡第二光耦28，第二光耦28随之发送信号给微控制器，微控制器再次控制电机反向运转，以此类推，实现对腰部和头部的伸缩范围进行控制。

如图8所示，手臂摆动机构3为相对所述腰部外壳两侧的手臂舵机31，手臂舵机31与微控制器线路连接，手臂舵机31的输出轴与腰部外壳可转动连接。本发明采用手臂舵机31作为手臂运动执行机构，结构简单，运动灵活，直接将手臂舵机31穿设于手臂外壳内部，并将手臂舵机31的输出轴与腰部外壳活动连接，实现手臂外壳与腰部外壳的连接，然后在手臂舵机31输出轴的转动下，便可通过舵机本体带动手臂外壳进行摆动。

如图9所示，底盘行走机构4包括底盘本体41、超声波模块42和红外模块43，其中，底盘本体41设有驱动轮411以及随驱动轮411滚动的万向轮412，驱动轮411设置为两个，并将万向轮412设于两个驱动轮411连线的中垂线上，三者组成稳固的三角形，底盘本体41的重心落于该三角形内，如此，进一步地增加了底盘本体41运动的稳定性；超声波模块42设于底盘本体41内，用于探测运动方向是否有障碍并发送第一探测信号给微控制器；红外模块43为多个，多个红外模块43沿底盘本体41的内周壁均匀设置，用于探测底盘本体41是否伸出台面并发送第二探测信号给微控制器；微控制器接收第一探测信号和第二探测信号，并控制驱动轮411停止或改变方向以避障或防跌落。

本发明提供的底盘本体41内设置有超声波模块42和红外模块43，其中超声波模块42可用于探测前进过程中的障碍，并通过声波反射出第一信号，微控制器接收所述第一信号后可控制驱动轮411后退或者旋转，从而实现避障的功能；红外模块43设置为多个，并沿底盘本体41的内周壁均匀设置，当底盘本体41任何方向伸出台面，红外模块43均可探测到，并发射第二信号至微控制器，微控制器接收所述第二信号后可控制驱动轮411后退或者旋转，从而实现防跌落的功能。

为了有效地进行避障或防跌落，本发明通过在每个驱动轮411上对应设置一与微控制器连接的驱动电机413，当运动过程中出现障碍或者有跌落危险时，通过微控制器控制驱动电机413产生转速差，从而使底盘本体41改变方向以有效地进行避障或防跌落。

具体来说，超声波模块42可以为超声波探测器，在机器人移动过程中，超声波探测器利用超声波发射，通过被测物体的反射、回波接收后的时差来测量被测距离，进而判定面前是否有障碍物，当被测距离较近或者小于设定的报警阈值时，即给控制器一控制信号，使其改变行程；红外模块43可以为红外探测器，每个红外探测器均包括红外线发射器、接收器、以及信号处理器，信号处理器的信号输出端经红外线发射电路与红外线发射器连接；信号输入端经红外线接收电路与红外线接收器连接，在正常运动时，每个红外探测器与水平台面的距离固定，例如20mm，此时在信号处理器中写入当红外探测器与水平台面的距离大于30mm或其他数据时，信号处理器发出跌落的反馈信号至控制器，控制器控制底盘本体41改变行程，从而实现防跌落的目的，在本实施例中为了能够更加灵敏的探测信号，提高本发明的避障性能和防跌落性能，本发明设置了三个超声波模块42和六个红外模块43，三个超声波模块42等间距的沿靠近万向轮412一侧的周壁分布，六个红外模块43沿底盘本体41的内周壁等间距分布。

其中，如图10所示，本发明的底盘本体41的上表面设置有用于连接头部及腰部伸缩机构的对接弹性插件44，底盘本体41和头部及腰部伸缩机构可以通过对接弹性插件44可拆卸连接并进行电信号传输；机器人的身体部分可通过底盘本体41进行移动、旋转、避障等，操作方便，使用灵活。

另外，如图1所示，本发明还在头部外壳的顶部设置了麦克风阵列5，考虑到头部外壳的空间位置以及智能机器人的使用场景，麦克风的个数以五个为佳，其中腰部外壳上设有扬声器(未在图中示出)，以两个为佳，对称的设于腰部外壳的背部，麦克风阵列5与扬声器分别与微控制器连接，当使用者的声音经麦克风传输至微控制器时，微控制器便可控制扬声器进行发声，从而实现了使用者与智能机器人的语音交互。

除此之外，如图2所示，头部外壳向下延伸并与腰部外壳相连，头部外壳的延伸部位形成颈部6，颈部6为半透明件，一般为硬质塑料，对应颈部6的内侧设有LED表情阵列61，LED表情阵列61与微控制器连接，微控制器控制LED表情阵列61中不同LED灯的明灭，从而在颈部6上呈现出多种表情；

而且在头部外壳的前方设置还有摄像头7，在腰部外壳上设有显示器8和触摸屏9，摄像头7、显示器8和触摸屏9分别与微控制器连接，用户可以通过摄像头7和触摸屏9将视频信息传输至微处理器，微处理器接收到信号后通过显示器8将信号展示出来，从而实现了使用者与智能机器人之间的视频交互，另外用户还可以通过移动终端如手机客户端软件或者专用的遥控器(未在图中示出)，控制摄像头7进行转动，找寻使用者，当锁定目标后，变可通过微控制器控制底盘行走机构4跟随使用者，在跟随的过程中做出如前进、后退、旋转等动作，并在跟随的过程中进行避障和防跌落，产品启动跟随模式后，可以自动跟在使用者身后一定的距离，例如1m，直到退出跟随模式，本发明的遥控器设置为可穿戴式的结构，例如手环的形式，当儿童将遥控器穿戴在身上时，家长可以开启智能机器人的自动找寻模式，智能机器人通过探测遥控器，来探测使用者的位置，从而实现自动找寻的目的。

由上可知，本发明相对于现有产品来说，不仅可以与使用者进行语音交互、视频交互，而且还可以做出多种表情，同时还能进行多维运动，实现与使用者之间的运动交互，更加的生动有趣。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种智能机器人，无线连接于外部的移动终端，其特征在于，包括微控制器、头部转动机构、头部及腰部伸缩机构、手臂摆动机构以及底盘行走机构，其中，所述微控制器与所述移动终端交互，其接收所述移动终端的指令，驱动所述头部转动机构、头部及腰部伸缩机构、手臂摆动机构以及底盘行走机构中的一个或多个同时或分别动作；

所述头部转动机构包括转动轴座以及分别与所述微控制器连接的第一舵机和第二舵机；所述转动轴座内水平穿设有头部支撑轴，所述头部支撑轴上连接有向上延伸的摆杆，所述摆杆与智能机器人的头部外壳固定连接；所述第一舵机的输出轴与所述转动轴座相连接，并控制所述转动轴座在水平面上进行旋转，所述转动轴座控制所述摆杆进行旋转，完成所述头部的旋转动作；所述第二舵机的输出轴与所述头部支撑轴轴向连接，所述头部支撑轴随所述第二舵机输出轴进行旋转并带动所述摆杆进行摆动，完成所述头部的俯仰动作；

头部及腰部伸缩机构包括上轴座、下轴座和用于安装所述上轴座和所述下轴座的固定架，所述上轴座与所述转动轴座相连接，所述下轴座与腰部外壳相连接，所述固定架由上支撑板、下支撑板和支撑柱组成，所述固定架的下支撑板上分别设有带动所述上轴座伸缩的第一升降机构以及带动所述下轴座伸缩的第二升降机构，所述第一升降机构与所述第二升降机构间设有联动装置；

所述联动装置包括：

驱动机构，设于所述第一升降机构和所述第二升降机构之间的下支撑板上，并与所述微控制器线路连接；

主动齿轮，与所述驱动机构相连接；

第一从动齿轮，与所述主动齿轮相啮合，安装于所述下支撑板的下表面并带动所述第一升降机构进行运动；

第二从动齿轮，与所述第一从动齿轮相啮合，安装于所述下支撑板的下表面并带动所述第二升降机构进行运动；

所述第一升降机构包括第一升降螺旋杆以及与所述第一升降螺旋杆相配合的第一螺母，所述第一升降螺旋杆穿过所述下支撑板与所述第一从动齿轮相啮合，所述第一螺母与所述上轴座固定连接；所述第一升降螺旋杆随所述第一从动齿轮进行旋转，所述第一螺母随所述第一升降螺旋杆的旋转进行升降运动，从而带动所述上轴座进行伸缩；

所述第二升降机构包括第二升降螺旋杆以及与所述第二升降螺旋杆相配合的第二螺母，所述第二升降螺旋杆穿过所述下支撑板与所述第二从动齿轮相啮合，所述第二螺母与所述下轴座固定连接；所述第二升降螺旋杆随所述第二从动齿轮进行旋转，所述第二螺母随所述第二升降螺旋杆的旋转进行升降运动，从而带动所述下轴座进行伸缩。

2.根据权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，所述固定架的上下两侧分别设有与所述微控制器线路连接的第一光耦和第二光耦，所述上轴座上设有一与所述第一光耦和所述第二光耦相配合的光耦挡片，所述第一光耦和所述第二光耦分别通过所述光耦挡片的运动控制所述上轴座和所述下轴座的升降行程。

3.根据权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，所述手臂摆动机构为相对所述腰部外壳两侧的手臂舵机，所述手臂舵机与所述微控制器线路连接，所述手臂舵机的输出轴与所述腰部外壳可转动连接。

4.根据权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，所述底盘行走机构包括底盘本体、超声波模块和红外模块，其中，

所述底盘本体设于所述腰部外壳的下方，所述底盘本体底部设有驱动轮以及随所述驱动轮滚动的万向轮；

所述超声波模块设于所述底盘本体内，用于探测运动方向是否有障碍并发送第一探测信号给所述微控制器；

所述红外模块为多个，多个红外模块沿所述底盘本体的内周壁均匀设置，用于探测所述底盘本体是否伸出台面并发送第二探测信号给所述微控制器；

所述微控制器接收所述第一探测信号和所述第二探测信号，并控制所述驱动轮停止或改变方向以避障或防跌落。

5.根据权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，所述头部外壳的顶部设有麦克风阵列，所述腰部外壳上设有扬声器，所述麦克风阵列与所述扬声器分别与所述微控制器连接，实现语音交互。

6.根据权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，所述头部外壳向下延伸并与所述腰部外壳相连，所述头部外壳的延伸部位形成颈部，所述颈部设有LED表情阵列，所述LED表情阵列与所述微控制器连接实现表情的变化；所述头部外壳的前方设置有摄像头，所述腰部外壳上设有显示器和触摸屏，所述摄像头、显示器和触摸屏分别与微控制器连接，实现视频交互。