CN108994809A - 一种机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人，包括底盘、升降机构、机械手和具有视觉功能的机器人头部；所述升降机构包括：升降电机、升降平台、升降平台安装座和固定于所述底盘上的背板；所述升降平台固定于升降平台安装座上；所述升降平台安装座中沿竖直方向贯穿有丝杠，所述升降电机通过同步带驱动丝杠旋转，与所述丝杠螺纹连接的升降平台安装座带动升降平台上下运动；所述机械手和机器人头部分别设于升降平台上。本发明设置了机械手和升降机构，可以实现不同高度物品的抓取、呈递，应用于家庭、福利院、养老院等场所能够实现助残助幼助老。

Description

一种机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，属于机械自动化技术领域。

背景技术

陪护机器人目前尚无明确的定义和应用范围，现有的用于陪护的机器人通常只具备聊天功能，不具备辅助取物、呈递功能，也不具备远程监护功能，功能较为单一、无法满足多样化需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种机器人，能够辅助用户实现物品抓取、呈递。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种机器人，包括底盘、升降机构、机械手和具有视觉功能的机器人头部；

所述升降机构包括：升降电机、升降平台、升降平台安装座和固定于所述底盘上的背板；所述升降平台固定于升降平台安装座上；

所述升降平台安装座中沿竖直方向贯穿有丝杠，所述升降电机通过同步带驱动丝杠旋转，与所述丝杠螺纹连接的升降平台安装座带动升降平台上下运动；

所述机械手和机器人头部分别设于升降平台上。

进一步的，所述底盘包括底盘本体和驱动机构，所述驱动机构通过减震机构连接于底盘本体上；

所述减震机构包括：减震上板、驱动机构安装板、导向柱以及套装于导向柱上的减震弹簧；

所述驱动机构安装板上还开设有轴承孔，所述轴承孔内设有线性轴承，所述减震弹簧支撑于减震上板与线性轴承上端盖之间；

所述导向柱的上端与减震上板固定连接，导向柱的下端贯穿线性轴承的轴孔与所述底盘本体固定连接。

进一步的，所述减震弹簧与减震上板之间还设有调节块，所述调节块与导向柱螺纹连接。

进一步的，所述底盘本体包括上底板、下底板和支撑于上底板和下底板之间的支撑柱。

进一步的，所述底盘本体还包括连接于上底板和下底板之间的支撑侧板，所述减震机构固定于支撑侧板上。

进一步的，所述驱动机构包括驱动轮和横向设置于下底板上的驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过轴承组件与所述驱动轮连接，所述轴承组件通过连接架与所述驱动机构安装板固定连接。

进一步的，所述机器人头部包括：顶部视觉装置、旋转电机、俯仰电机和固定于升降平台上的连接架；

所述连接架上设有旋转座，所述俯仰电机通过俯仰电机座固定于旋转座上，所述顶部视觉装置设于俯仰支架上；

所述旋转电机通过驱动旋转座带动顶部视觉装置左右旋转，所述俯仰电机通过驱动俯仰支架调节顶部视觉装置的俯仰角。

进一步的，所述丝杠的上下两端还分别设有对所述升降平台安装座进行上下限位的限位块，限位块固定于所述背板上。

进一步的，所述背板上还设有对所述升降平台安装座进行升降导向的导轨，所述导轨与丝杠相平行。

进一步的，所述升降电机的两侧还分别设有与背板固定连接的固定板，所述升降平台安装座与固定板之间连接有走线坦克链。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

设置了机械手和升降机构，可以实现不同高度物品的抓取、呈递，应用于家庭、福利院、养老院等场所能够实现助残助幼助老；

设置了具有视觉功能的机器人头部，能够自由旋转，不仅可以实现自主避障、远程监控还有助于提高物品抓取精度；

设置了具有减震功能的底盘，可以保证驱动轮在地面不平整、有较小坡度的情况下紧紧抓地，防止空转；

设置了固定板、走线坦克链、限位块，有助于提高机器人的安全性能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中升降机构的结构示意图；

图3是图1中升降机构的另一结构示意图；

图4是图1中底盘的结构示意图；

图5是图4中底盘本体的结构示意图；

图6是图4中减震机构的结构示意图；

图7是图4中驱动机构的结构示意图；

图8是图1中机器人头部的结构示意图；

图中：1、底盘本体；1a、上底板；1b、上底板；1c、支撑柱；1d、支撑侧板；

2、减震机构；2a、减震上板；2b、驱动机构安装板；2c、导向柱；2d、减震弹簧；2e、线性轴承；2f、调节块；2g、减震支撑侧板；

3、驱动机构；3a、驱动轮；3b、驱动电机；3c、轴承；3d、轴承座；3e、驱动轮法兰；3f、连接架；

4a、电池；4b、电池安装板；

5、机械手；

6、升降机构；6a、升降平台；6b、背板；6c、升降电机；6d、升降平台安装座；6e、丝杠；6f、同步带；6g、限位块；6x、固定板；6y、走线坦克链；

7、机器人头部；7a、连接架；7b、顶部视觉装置；7c、旋转电机；7d、俯仰电机；7e、旋转座；7f、俯仰支架；7g、俯仰电机座；

8a、底部视觉装置；8b、容置框；

9a、超声波雷达；9b、第一支架；

10a、激光雷达；10b、第二支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，是本发明的结构示意图，包括：底部连接驱动机构的底盘、设于底盘上的升降机构6、设于升降机构6上的机械手5和机器人头部。

如图2、图3所示，升降机构6包括：升降电机6c、升降平台6a、升降平台安装座6d和竖直设置于底盘上的背板6b，升降平台6a设于升降平台安装座6d上。

升降平台安装座6d中沿竖直方向贯穿有丝杠6e，丝杠6e与升降平台安装座6d螺纹连接。背板6b上设有对升降平台安装座6d进行运动导向的导轨，丝杠6e和导轨相平行；丝杠6e的上下两端还分别设有对升降平台安装座6d进行上下限位的限位块6g，限位块6g固定于背板6b上。升降平台安装座6d和升降电机6c分设于背板6b两侧，升降电机6c通过同步带6f驱动丝杠6e旋转，从而带动升降平台安装座6d沿导轨上下运动。

升降电机6c的两侧还分别设有固定板6x，固定板6x固定于背板6b上，升降平台安装座6d上连接有走线坦克链6y，走线坦克链6y的两端分别固定于升降平台安装座6d和固定板6x上。

如图4所示，是本发明的结构示意图，包括底盘本体1、减震机构2、驱动机构3、供电组件和传感器机构。

如图5所示，底盘本体1包括：上底板1a、下底板1b、支撑柱1c和支撑侧板1d。下底板1b上开设有与驱动机构3相适应的缺口。上底板1a、下底板1b与支撑柱1c可拆卸连接，便于安装调试；上底板1a上可以开设若干安装孔，还可进行二次加工，当需要在上底板1a上加装设备时，仅需要对上底板1a稍作加工即能满足大部分要求。

支撑侧板1d用于安装减震机构2，同样支撑于上底板1a和下底板1b之间，支撑侧板1d的数量应不少于减震机构2的数量。作为本发明的较佳实施例，驱动机构3设置有两组，则相应的减震机构2、支撑侧板1d也分别设置有两组。

如图6所示，减震机构2包括：减震上板2a、驱动机构3安装板2b、导向柱2c、减震弹簧2d、调节块2f和线性轴承2e。

导向柱2c的上下两端分别设有外螺纹，导向柱2c的上端与减震上板2a螺纹连接，下端与下底板1b螺纹连接。驱动机构3安装板2b上设置有轴承孔，线性轴承2e设于轴承孔内。导向柱2c贯穿线性轴承2e的轴孔，通过线性轴承2e与驱动机构安装板2b上下滑动连接。减震弹簧2d套设于导向柱2c上，并支撑于减震上板2a和线性轴承2e上端盖之间。对于高低不平的路面，驱动机构3能够通过驱动机构安装板2b调节减震弹簧2d的压缩量，从而减少底盘本体1的颠簸，达到减震的目的。

减震弹簧2d与减震上板2a之间还设有调节块2f，调节块2f与导向柱2c通过螺纹连接。用户可根据机器人负载情况，调节减震弹簧2d的压缩量，以使底盘具备更大的越障性能和抓地能力，提高机器人的稳定性能。

为了进一步提高减震机构2的稳定性，减震上板2a的两侧还分别设有减震支撑侧板2g，减震支撑侧板2g支撑于减震上板2a与下底板1b之间。

如图7所示，驱动机构3包括：驱动轮3a、轴承组件和横向设置于下底板1b上的驱动电机3b，轴承组件包括轴承3c和轴承座3d，驱动电机3b的输出轴通过轴承3c与驱动轮3a连接，驱动轮3a的外侧设有驱动轮法兰3e，以固定驱动轮3a。轴承3c固定于轴承座3d上，轴承座3d通过连接架3f与所述驱动机构安装板2b固定连接。下底板1b上还连接有万向轮。

供电组件包括：电池4a和电池安装板4b，电池安装板4b连接于底盘本体1的两支撑侧板1d之间，电池4a固定于电池安装板4b上。

传感器机构可供机器人自主移动和避障使用，主要包括：底部视觉组件、超声波雷达组件、激光雷达组件。

底部视觉组件包括：底部视觉装置8a和连接于上底板1a上的底部视觉装置容置框8b，底部视觉装置8a设置于底部视觉装置容置框8b内。底部视觉装置容置框8b可以设置于上底板1a的上表面也可以设置于上底板1a的下表面，前后位置可根据实际需求调整。所述底部视觉装置8a可以是深度相机。

超声波雷达组件包括：超声波雷达9a和高度可调的用于安装超声波雷达9a的第一支架9b。超声波雷达组件通常设置有四组，下底板1b的前后位置各设置两个。

激光雷达组件包括：激光雷达10a和用于安装激光雷达10a的第二支架10b。第二支架10b包括：两块相对立设置的第二侧板和连接于两第二侧板之间的第二横板，所述激光雷达固定于第二横板上。两第二侧板上均开设有多个高度不同的横板安装孔，用户可通过选择横板安装孔的位置调节第二横板的高度和倾斜角度，实现激光雷达高度和倾角的调节。

如图8所示，机器人头部7包括：顶部视觉装置7b、旋转电机7c、俯仰电机7d和固定于升降平台6a上的连接架7a。连接架7a上设有旋转座7e，俯仰电机7d通过俯仰电机座7g固定于旋转座7e上，顶部视觉装置7b设于俯仰支架7f上；旋转电机7c通过驱动旋转座7e带动顶部视觉装置7b左右旋转，俯仰电机7d通过驱动俯仰支架7f调节顶部视觉装置7b的俯仰角。顶部视觉装置7b可以选用深度相机。

本发明提供的机器人具有CanOpen、TCP/IP、Modbus 等通信接口，用于接收控制指令等，具体可以实现下述功能或者可通过外接扩展模块实现下述功能：

语音交互：通过在机器人上安装语音模块，可进行语音交互聊天，通过语音对机器人进行运动操作等。

自主导航和避障：可以通过app或者语音模块控制机器人前往预先设置好的目标点；机器人会自主导航到目标点，运动过程中可主动躲避行人和桌椅等障碍物。具体可通过驱动电机自带的编码器计算获取里程计信息，通过激光雷达、IMU等传感器信息进行定位，采用数据融合算法，融合三种来源的传感器信息，以保证导航过程的定位精度及准确性；通过激光雷达、超声波雷达和深度相机等传感器进行避障，三种传感器覆盖了较大的空间范围，能够减少避障盲区。

远程监控和操作：可在机器人头部、躯干或底盘上安装单独的远程视频监控模块，可远程登录机器人实时查看机器人所处环境，并操纵机器人移动，查看周边环境。

机械手相关功能：机械手可进行抓取、呈递等动作；可通过预先设定好的程序或者操作手柄对机械手进行指令下发和控制。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人，其特征在于，包括底盘、升降机构、机械手和具有视觉功能的机器人头部；

所述升降机构包括：升降电机、升降平台、升降平台安装座和固定于所述底盘上的背板；所述升降平台固定于升降平台安装座上；

所述升降平台安装座中沿竖直方向贯穿有丝杠，所述升降电机通过同步带驱动丝杠旋转，与所述丝杠螺纹连接的升降平台安装座带动升降平台上下运动；

所述机械手和机器人头部分别设于升降平台上。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述底盘包括底盘本体和驱动机构，所述驱动机构通过减震机构连接于底盘本体上；

所述减震机构包括：减震上板、驱动机构安装板、导向柱以及套装于导向柱上的减震弹簧；

所述驱动机构安装板上还开设有轴承孔，所述轴承孔内设有线性轴承，所述减震弹簧支撑于减震上板与线性轴承上端盖之间；

所述导向柱的上端与减震上板固定连接，导向柱的下端贯穿线性轴承的轴孔与所述底盘本体固定连接。

3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，所述减震弹簧与减震上板之间还设有调节块，所述调节块与导向柱螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，所述底盘本体包括上底板、下底板和支撑于上底板和下底板之间的支撑柱。

5.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于，所述底盘本体还包括连接于上底板和下底板之间的支撑侧板，所述减震机构固定于支撑侧板上。

6.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于，所述驱动机构包括驱动轮和横向设置于下底板上的驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过轴承组件与所述驱动轮连接，所述轴承组件通过连接架与所述驱动机构安装板固定连接。

7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人头部包括：顶部视觉装置、旋转电机、俯仰电机和固定于升降平台上的连接架；

所述连接架上设有旋转座，所述俯仰电机通过俯仰电机座固定于旋转座上，所述顶部视觉装置设于俯仰支架上；

所述旋转电机通过驱动旋转座带动顶部视觉装置左右旋转，所述俯仰电机通过驱动俯仰支架调节顶部视觉装置的俯仰角。

8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述丝杠的上下两端还分别设有对所述升降平台安装座进行上下限位的限位块，限位块固定于所述背板上。

9.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述背板上还设有对所述升降平台安装座进行升降导向的导轨，所述导轨与丝杠相平行。

10.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述升降电机的两侧还分别设有与背板固定连接的固定板，所述升降平台安装座与固定板之间连接有走线坦克链。