CN107838932A - 一种具有多自由度机械臂的陪护机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有多自由度机械臂的陪护机器人，包括机器人本体、机械臂以及设置在所述机械臂上的执行单元；所述机器人本体包括移动底盘以及可相对于所述移动底盘升降、以及旋转的上躯干，所述机械臂安装在所述上躯干上；所述机器人本体上还设置有人机交互单元以及信息采集单元。本发明的具有多自由度机械臂的陪护机器人具有机械臂以及执行单元，可以在用户的操控下替代用户完成一定的任务，且可通过人机交互单元与用户交流，功能多，适合病人、老人、瘫痪用户使用。

Description

一种具有多自由度机械臂的陪护机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种陪护机器人。

背景技术

当前市面上机器人种类繁多，陪护机器人作为机器人的一个细分门类也正逐渐进入家庭、医院、养老院等地方，但是目前市面上的陪护机器人的形态都比较初级，大部分只能陪人进行简单的交互，如查天气、放音乐、查股票信息、简单聊天，属于比较鸡肋的产品，往往新鲜劲一过，用户就失去了使用动力，根本原因还是因为陪护机器人的作用太过单一，无法替代用户完成更多任务。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种带有机械臂、可执行一定操作的具有多自由度机械臂的陪护机器人。

技术方案：为实现上述目的，本发明的具有多自由度机械臂的陪护机器人，包括机器人本体、机械臂以及设置在所述机械臂上的执行单元；所述机器人本体包括移动底盘以及可相对于所述移动底盘升降、以及旋转的上躯干，所述机械臂安装在所述上躯干上；所述机器人本体上还设置有人机交互单元以及信息采集单元。

进一步地，所述机械臂包括大臂以及小臂，所述大臂与所述升降旋转单元之间为可控转动连接，所述小臂与大臂之间为可控转动连接，所述大臂以及小臂均在竖直平面内运动，所述执行单元安装在所述小臂上。

进一步地，所述移动底盘上设置有下躯干，所述下躯干上安装有相对其可控升降的升降座，所述上躯干安装在所述升降座上，且其可相对于所述升降座可控转动。

进一步地，所述下躯干内设置有升降套筒，所述升降座安装在所述升降套筒的上端，所述升降套筒的下端连接有驱动螺母，且下躯干上设置有配合所述驱动螺母使用的丝杠，所述丝杠由升降电机驱动转动。

进一步地，所述上躯干与升降座之间设置有回转轴承，且所述升降座上安装有旋转电机，所述旋转电机的输出轴连接所述上躯干。

进一步地，所述人机交互单元包括设于所述上躯干上的显示屏以及扬声器；所述信息采集单元包括设于所述上躯干上的摄像头，还包括用于采集环境信息的传感器以及用于采集声音的麦克风。

进一步地，所述上躯干上端设有多轴云台；所述摄像头安装在所述多轴云台上，多轴云台可带动所述摄像头作俯仰运动以及沿竖直轴旋转。

进一步地，所述执行单元包括爪手部分以及设置在爪手部分两侧的吸盘，所述爪手部分包括爪手基座，所述爪手基座上对称设置有两个爪手手指，两个爪手手指可相对于所述爪手基座平行开合；每个所述爪手手指与所述基座之间均设有一个从动连杆以及一个带有齿轮的主动连杆，所述主动连杆与从动连杆相互平行；两个爪手手指对应的齿轮相互啮合，且其中一个主动连杆由爪手电机驱动转动；所述爪手手指可运动至完全位于吸盘的吸口后的位置，所述吸盘通过气管连接气源产生元件，且气管上设有电磁阀。

进一步地，每个所述爪手手指的端部均设有橡胶块。

有益效果：本发明的具有多自由度机械臂的陪护机器人具有机械臂以及执行单元，可以在用户的操控下替代用户完成一定的任务，且可通过人机交互单元与用户交流，功能多，适合病人、老人、瘫痪用户使用。

附图说明

附图1为具有多自由度机械臂的陪护机器人的第一视角立体图；

附图2为具有多自由度机械臂的陪护机器人的第二视角立体图；

附图3为具有多自由度机械臂的陪护机器人的剖视图；

附图4为小臂与执行单元的组成结构图；

附图5为执行单元的立体图；

附图6为执行单元的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1-附图3为具有多自由度机械臂的陪护机器人，包括机器人本体1、机械臂2以及设置在所述机械臂2上的执行单元3；所述机器人本体1包括移动底盘1-1以及可相对于所述移动底盘1-1升降、以及旋转的上躯干1-2，所述机械臂2安装在所述上躯干1-2上；所述机器人本体1上还设置有人机交互单元6以及信息采集单元4。

所述移动底盘1-1包括底盘本体1-1-1，底盘本体1-1-1上设有两个主动轮1-1-2以及一个从动轮1-1-3，通过控制两个主动轮1-1-2的差速可实现机器人前进、后退、转弯等动作。

实现上躯干1-2相对移动底盘1-1升降以及旋转的具体结构为：所述移动底盘1-1上设置有下躯干1-3，所述下躯干1-3上安装有相对其可控升降的升降座1-4，所述上躯干1-2安装在所述升降座1-4上，且其可相对于所述升降座1-4可控转动。

所述下躯干1-3内设置有升降套筒1-5，且下躯干1-3上固定有直线轴承1-11，所述升降套筒1-5与直线轴承1-11滑动配合，所述升降座1-4安装在所述升降套筒1-5的上端，所述升降套筒1-5的下端连接有驱动螺母1-6，且下躯干1-3上设置有配合所述驱动螺母1-6使用的丝杠1-7，所述丝杠1-7由升降电机1-8驱动转动。

所述上躯干1-2与升降座1-4之间设置有回转轴承1-9，且所述升降座1-4上安装有旋转电机1-10，所述旋转电机1-10的输出轴连接所述上躯干1-2。

采用上述结构，能够使上躯干1-2具有较好的灵活性，从而使机械臂2可以跟着升降旋转，实现机械臂2的更大的灵活性，特别是升降功能，可以大大拓展机械臂2的工作空间。

所述机械臂2包括大臂2-1以及小臂2-2，所述大臂2-1与所述升降旋转单元1-2之间为可控转动连接，其转动由大臂电机2-3驱动，所述小臂2-2与大臂2-1之间为可控转动连接，其转动由小臂电机2-4驱动，且小臂电机2-4安装在大臂2-1的根部位置，其动力通过同步带2-5传递至小臂2-2，这样可以避免小臂电机2-3带来额外扭矩；所述大臂2-1以及小臂2-2均在竖直平面内运动，加上上躯干1-2的自身旋转，所述执行单元3安装在所述小臂2-2上。

如附图4-6所示，所述执行单元3包括爪手部分以及设置在爪手部分两侧的吸盘3-1，所述爪手部分包括爪手基座3-1，所述爪手基座3-1上对称设置有两个爪手手指3-2，两个爪手手指3-2可相对于所述爪手基座3-1平行开合；每个所述爪手手指3-2与所述基座3-1之间均设有一个从动连杆3-3以及一个带有齿轮3-5的主动连杆3-4，所述主动连杆3-4与从动连杆3-3相互平行，主动连杆3-4、从动连杆3-3、爪手手指3-2以及爪手基座3-1四者的铰接点形成平行四边形；两个爪手手指3-2对应的齿轮3-5相互啮合，且其中一个主动连杆3-5由爪手电机3-6驱动转动，采用这样的结构，爪手手指3-2之间有很大的开合范围，适用于抓取不同的物品；所述爪手手指3-2可运动至完全位于吸盘3-1的吸口后的位置，所述吸盘3-1通过气管连接气源产生元件(图中未示出)，且气管上设有电磁阀，机器人的控制系统通过控制气源产生元件的启动关闭以及电磁阀的通断对吸盘3-1的吸放动作进行控制。每个所述爪手手指3-2的端部均设有橡胶块3-7。

优选地，执行单元3还包括转动架3-8，所述转动架3-8可在回转电机3-9驱动下相对于所述小臂2-2旋转，旋转轴平行于小臂2-2的长度方向，所述爪手基座3-1可相对于转动架3-8转动，其转动由安装在转动架3-8上的第二回转电机3-10驱动转动。

执行单元3采用这种结构，可以实现更多场景下的抓取，当目标对象适合用吸盘3-1吸取时，机器人的控制系统先控制爪手电机3-6转动使爪手手指3-2运动至完全位于吸盘3-1的吸口后的位置，然后采用吸盘3-1吸取，当目标对象适合用爪手部分抓取时，控制系统控制爪手电机3-6可爪手手指3-2合拢抓取，爪手手指3-2的夹持部位可设置压力传感器以实现合适力度抓取物品；当目标对象需要用爪手手指3-2抓取，但是爪手手指3-2找不到合适角度抓取时，控制系统先控制爪手电机3-6转动使爪手手指3-2运动至完全位于吸盘3-1的吸口后的位置，再控制吸盘3-1吸取物品将其调整至合适角度进行抓取，或者也可用让吸盘先将物品吸起来，再控制爪手手指3-2闭合抓取；吸盘与爪手本体的这种布局方式，可大大提高执行单元3的抓取能力，拓展其使用场景。

所述人机交互单元6包括设于所述上躯干1-2上的显示屏6-1以及扬声器；所述信息采集单元4包括所述信息采集单元4包括设于所述上躯干1-2上的摄像头4-1，还包括用于采集环境信息的传感器以及用于采集声音的麦克风。本实施例中用于采集环境信息的传感器为激光雷达4-2。

机器人可通过麦克风可采集用户的声音，并通过扬声器发出语音与用户交流，用户可通过语音或其他方式指导机器人去某个位置抓取某个东西，机器人运动时可通过摄像头4-1采集图像，用户可通过手机、平板或专用外设设备根据机器人采集的图像控制机器人运动或执行抓取操作。

所述上躯干1-2上端设有多轴云台5；所述摄像头4-1安装在所述多轴云台5上，多轴云台5可带动所述摄像头4-1作俯仰运动以及沿竖直轴旋转。这样可以方便机器人各处采集图像。

本发明的具有多自由度机械臂的陪护机器人具有机械臂以及执行单元，可以在用户的操控下替代用户完成一定的任务，且可通过人机交互单元与用户交流，功能多，适合病人、老人、瘫痪用户使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有多自由度机械臂的陪护机器人，其特征在于：包括机器人本体(1)、机械臂(2)以及设置在所述机械臂(2)上的执行单元(3)；所述机器人本体(1)包括移动底盘(1-1)以及可相对于所述移动底盘(1-1)升降、以及旋转的上躯干(1-2)，所述机械臂(2)安装在所述上躯干(1-2)上；所述机器人本体(1)上还设置有人机交互单元(6)以及信息采集单元(4)。

2.根据权利要求1所述的一种具有多自由度机械臂的陪护机器人，其特征在于：所述机械臂(2)包括大臂(2-1)以及小臂(2-2)，所述大臂(2-1)与所述升降旋转单元(1-2)之间为可控转动连接，所述小臂(2-2)与大臂(2-1)之间为可控转动连接，所述大臂(2-1)以及小臂(2-2)均在竖直平面内运动，所述执行单元(3)安装在所述小臂(2-2)上。

3.根据权利要求1所述的一种具有多自由度机械臂的陪护机器人，其特征在于：所述移动底盘(1-1)上设置有下躯干(1-3)，所述下躯干(1-3)上安装有相对其可控升降的升降座(1-4)，所述上躯干(1-2)安装在所述升降座(1-4)上，且其可相对于所述升降座(1-4)可控转动。

4.根据权利要求3所述的一种具有多自由度机械臂的陪护机器人，其特征在于：所述下躯干(1-3)内设置有升降套筒(1-5)，所述升降座(1-4)安装在所述升降套筒(1-5)的上端，所述升降套筒(1-5)的下端连接有驱动螺母(1-6)，且下躯干(1-3)上设置有配合所述驱动螺母(1-6)使用的丝杠(1-7)，所述丝杠(1-7)由升降电机(1-8)驱动转动。

5.根据权利要求3所述的一种具有多自由度机械臂的陪护机器人，其特征在于：所述上躯干(1-2)与升降座(1-4)之间设置有回转轴承(1-9)，且所述升降座(1-4)上安装有旋转电机(1-10)，所述旋转电机(1-10)的输出轴连接所述上躯干(1-2)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种具有多自由度机械臂的陪护机器人，其特征在于：所述人机交互单元(6)包括设于所述上躯干(1-2)上的显示屏(6-1)以及扬声器；所述信息采集单元(4)包括设于所述上躯干(1-2)上的摄像头(4-1)，还包括用于采集环境信息的传感器以及用于采集声音的麦克风。

7.根据权利要求6所述的一种具有多自由度机械臂的陪护机器人，其特征在于：所述上躯干(1-2)上端设有多轴云台(5)；所述摄像头(4-1)安装在所述多轴云台(5)上，多轴云台(5)可带动所述摄像头(4-1)作俯仰运动以及沿竖直轴旋转。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一种具有多自由度机械臂的陪护机器人，其特征在于：所述执行单元(3)包括爪手部分以及设置在爪手部分两侧的吸盘(3-1)，所述爪手部分包括爪手基座(3-1)，所述爪手基座(3-1)上对称设置有两个爪手手指(3-2)，两个爪手手指(3-2)可相对于所述爪手基座(3-1)平行开合；每个所述爪手手指(3-2)与所述基座(3-1)之间均设有一个从动连杆(3-3)以及一个带有齿轮(3-5)的主动连杆(3-4)，所述主动连杆(3-4)与从动连杆(3-3)相互平行；两个爪手手指(3-2)对应的齿轮(3-5)相互啮合，且其中一个主动连杆(3-5)由爪手电机(3-6)驱动转动；所述爪手手指(3-2)可运动至完全位于吸盘(3-1)的吸口后的位置，所述吸盘(3-1)通过气管连接气源产生元件，且气管上设有电磁阀。

9.根据权利要求8所述的一种具有多自由度机械臂的陪护机器人，其特征在于：每个所述爪手手指(3-2)的端部均设有橡胶块(3-7)。