CN110026991A - 一种家庭服务机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种家庭服务机器人，包括本体、爪体、飞行单元和信号接收单元，所述爪体、飞行单元和信号接收单元均设置在所述本体上。所述信号接收单元，用于接收来自终端的控制信号，并将所述控制信号传输到所述爪体和所述飞行单元；所述飞行单元，根据所述控制信号带动所述本体执行飞行动作；所述爪体，数量至少为一，包括爪座和爪手，所述爪座铰接在所述本体上，所述爪手固定在所述爪座上。本发明的家庭服务机器人仅通过设置一个可翻转的爪体，就能实现运送物品和不使用时挂在墙壁上的功能，具有结构简单、成本低、不占用室内使用空间且不容易被误碰而损坏的优点。

Description

一种家庭服务机器人

技术领域

本发明属于智能机器人领域，尤其涉及一种家庭服务机器人。

背景技术

随着科技的飞速进步，机器人领域的应用也越来越广泛，家庭服务机器人也成了一个不可避免的研究方向。家庭服务机器人是为人类服务的特种机器人，能够代替人完成家庭服务工作的机器人。家庭服务机器人可以简单分为家务机器人、娱乐机器人、家庭教育机器人和家庭医护机器人等，越来越多的消费者对家庭服务机器人心驰神往，家庭服务机器人对我们生活的影响也越来越大。随着智能工业的快速发展，人工智能正慢慢走入我们的生活，家庭服务机器人也不再只是存在于电影中，而是慢慢成为了我们家庭中的一员。

现有的家庭服务机器人大多为直立式类人机器人，存在占用面积大、运动不灵活且成本很高的不足之处。为了克服直立式类人机器人中存在的不足之处，人们开始想到利用飞行式的家庭服务机器人来进行家庭服务的工作。虽然飞行式的家庭服务机器人可以克服上述占用面积大、运动不灵活且成本很高的不足之处，但是像直立式类人机器人一样，在不使用时，该飞行式的家庭服务机器人仍需通过放置在地面或桌面上来进行安放，这种放置方式不仅会占用一定的室内使用空间，还存在容易被使用者或其它物品误碰到而损坏的风险。因此，该飞行式的家庭服务机器人同样不具有很宽泛的实用性，尤其不适用于大城市里狭小的室内空间环境中。

例如，中国专利公开号为CN208005686U一种分体式居家康护机器人中公开了“所述机器人包括固定部和活动部，所述固定部设置于活动部上方，所述固定部和活动部通过连接装置连接，所述活动部包括行走装置，当所述固定部和活动部分离后，所述活动部在行走装置的作用下可独立行走。所述固定部包括处理器一，所述活动部包括处理器二，所述连接装置包括接触装置，当所述固定部和活动部通过连接装置连接时，所述活动部的数据可通过所述接触装置传送到所述处理器一。所述活动部包括飞行装置。通过上述的技术方案，本发明的机器人不仅能作为老年人家庭身体状况监护的手段，更能使得机器人作为一台投影仪进行使用，必要时，可以将机器人的活动部变成一台无人机，对家庭环境进行全方位监控”。虽然该机器人的活动部可以变成一台无人机执行家庭服务动作，但在不使用时，仍需和固定部一起放置在地面或桌面上，这种放置方式不仅会占用一定的室内使用空间，还存在容易被使用者或其它物品误碰到而损坏的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种家庭服务机器人，旨在解决现有直立式类人机器人和飞行式机器人会占用一定的室内使用空间，以及容易被使用者和其它物品误碰而损坏的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种家庭服务机器人，包括本体、爪体、飞行单元和信号接收单元，所述爪体、飞行单元和信号接收单元均设置在所述本体上；

所述信号接收单元，用于接收来自终端的控制信号，并将所述控制信号传输到所述爪体和所述飞行单元；

所述飞行单元，根据所述控制信号带动所述本体执行飞行动作；

所述爪体，数量至少为一，包括爪座和爪手，所述爪座铰接在所述本体上，所述爪手固定在所述爪座上；

所述爪座根据所述控制信号转动到第一状态，则所述爪手的爪尖朝上用于挂设物品；

所述爪座根据所述控制信号转动到第二状态，则所述爪手的爪尖朝下，所述本体通过所述爪手挂在悬挂壁上。

本发明的家庭服务机器人仅通过设置一个可翻转的爪体，就能实现运送物品和不使用时挂在墙壁上的功能，具有结构简单、成本低、不占用室内使用空间且不容易被误碰而损坏的优点。

进一步地，所述爪体还包括爪心，所述爪心固定在所述爪座上，所述爪手固定在所述爪心的外沿上，所述爪心具有一基面，所述爪手的爪尖朝上则所述基面用于承托物品。具有挂绳的物品可直接挂在所述爪手上，不具有挂绳的物品则可以通过放置在爪心的基面上来进行传送，适用范围变广。

进一步地，所述爪体数量为二，对称设置在所述本体中轴线的两端。这种设置方式，不仅可以一次性传送更多物品，而且能够更稳定地挂在悬挂壁上。

进一步地，所述爪座通过转动180度而在第一状态和第二状态间切换。通过爪座转动180度来实现两种模式的转换，具有结构简单和操作简单的优点。

更进一步地，所述爪体还包括爪臂，所述爪臂一端设置在所述本体上，所述爪座铰接在所述爪臂的另一端上。优选地，所述爪臂铰接在所述本体上。所述爪臂可以固定在所述本体上，不过更好的安装方式为爪臂铰接在所述本体上，之所以将爪臂设置成铰接形式，还是基于使用者在直接操作该家庭服务机器人时，容易被爪手误抓伤，故将其折叠起来。

进一步地，所述本体上固定设置有一平板，所述爪体和所述信号接收单元均设置在所述平板上。

更进一步地，所述家庭服务机器人还包括智能服务单元和显示屏，所述显示屏和所述智能服务单元均设置在所述平板上，所述智能服务单元根据所述控制信号执行家居服务动作，并将服务项目显示在所述显示屏上。

进一步地，所述飞行单元为扑翼式的飞行结构，所述飞行单元包括芯片、传感器、扑翼和无刷直流电机，所述传感器根据所述控制信号实时监测所述扑翼的拍打角度，并将实时监测到的信息传输到所述芯片中，所述信号接收单元将接收到的所述控制信号传输到所述芯片中，所述芯片根据所述监测到的信息和所述控制信号对所述无刷直流电机进行控制，所述无刷直流电机驱动所述扑翼进行上下运动。扑翼式的飞行结构具有速度快、灵活、可以依靠较少的能量进行长时间飞行、以及不使用高速转动的机翼从而不会发出很响亮的声音以降噪的优点。

更进一步地，所述扑翼包括骨架和安装在所述骨架上的翅膀，所述骨架包括相对于所述本体的中轴线对称设置的两部分，这两部分均包括上臂段、前臂段和指段，所述指段和所述上臂段的连接处为腕部，所述上臂段和所述前臂段的连接处为肘部，所述前臂段通过肩部和腿部而与所述本体连接，所述翅膀为软性材料。所述翅膀的材质为软性，在人误碰到该翅膀时也不会伤害人，具有很好的安全性，适用于家庭服务中。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的家庭服务机器人仅通过设置一个可翻转的爪体，就能实现运送物品和不使用时挂在墙壁上的功能，具有结构简单、成本低、不占用室内使用空间且不容易被误碰而损坏的优点。

附图说明

图1是本发明实施例1的第一状态示意图。

图2是本发明实施例1的第二状态示意图。

图3是本发明实施例1的骨架结构示意图。

在附图中，各附图标记表示：

10、本体；11、爪体；12、飞行单元；13、物品；14、悬挂壁；15、智能服务单元；101、平板；102、显示屏；111、爪座；112、爪手；113、爪心；114、爪臂；121、上臂段；122、前臂段；123、指段；124、腕部；125、肘部；126、肩部；127、腿部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1：

如图1-图3所示，本实施例提供的一种家庭服务机器人，包括本体10、爪体11、飞行单元12和信号接收单元，所述爪体11、飞行单元12和信号接收单元均设置在所述本体10上；

所述信号接收单元，用于接收来自终端的控制信号，并将所述控制信号传输到所述爪体11和所述飞行单元12；本实施例中的终端可以是手机或电脑等设备，但不局限于此，在此不再详述。

所述飞行单元12，根据所述控制信号带动所述本体10执行飞行动作；

所述爪体11，数量为二，对称设置在所述本体10中轴线的两端。所述爪体11包括爪座111和爪手112，所述爪座111铰接在所述本体10上，所述爪手112固定在所述爪座111上；

所述爪座111根据所述控制信号转动到第一状态，则所述爪手112的爪尖朝上用于挂设物品；

所述爪座111根据所述控制信号转动到第二状态，则所述爪手112的爪尖朝下，所述本体10通过所述爪手112挂在悬挂壁14上。本实施例中的悬挂壁14为墙壁，但不局限于此，在其它实施例中，还可以是柜子侧壁或者其它壁，在此不再详述。

本发明的家庭服务机器人仅通过设置一个可翻转的爪体11，就能实现运送物品13和不使用时挂在墙壁上的功能，具有结构简单、成本低、不占用室内使用空间且不容易被误碰而损坏的优点。

如图1和图2所示，所述爪体11还包括爪心113，所述爪心113固定在所述爪座111上，所述爪手112固定在所述爪心113的外沿上，所述爪心113具有一基面，所述爪手112的爪尖朝上则所述基面用于承托物品13。具有挂绳的物品13可直接挂在所述爪手112上，不具有挂绳的物品13则可以通过放置在爪心113的基面上来进行传送，适用范围变广。通过爪心113的基面来承托物品13，传送过程中，设置在爪心113外沿的爪手112可以起到阻挡而防止物品13掉出的作用。本发明可将具有挂绳的物品直接挂在所述爪手上，不具有挂绳的物品则可以通过放置在爪心的基面上来进行传送，适用范围广。

本实施例中，所述爪座111通过转动180度而在第一状态和第二状态间切换。通过爪座111转动180度来实现两种模式的转换，具有结构简单和操作简单的优点。当然，在其它实施例中，爪座111的转动角度可以根据实际需求来调整，并不局限于刚好两次翻转都是翻转180度，在此不再详述。

如图1和图2所示，所述爪体11还包括爪臂114，所述爪臂114一端铰接设置在所述本体10上，所述爪座111铰接在所述爪臂114的另一端上。在本实施例中，爪臂114与本体10之间可采用轴铰接也可以采用球铰接，爪座111与爪臂114之间可采用轴铰接也可以采用球铰接。当爪座111与爪臂114采用轴铰接时，爪座111在第一状态和第二状态间切换则是绕铰接轴的中心轴线转动180度；当爪座111与爪臂114采用球铰接时，爪座111在第一状态和第二状态间切换则是绕爪臂114的中心轴线转动180度。之所以将爪臂114设置成铰接形式，还是基于使用者在直接操作该家庭服务机器人时，容易被爪手112误抓伤，故将其折叠起来。所述爪臂铰接在所述本体上，之所以将爪臂设置成铰接形式，还是基于使用者在直接操作该家庭服务机器人时，容易被爪手误抓伤，故将其折叠起来。

本实施例中，所述飞行单元12为扑翼式的飞行结构，所述飞行单元包括芯片、传感器、扑翼和无刷直流电机，所述传感器根据所述控制信号实时监测所述扑翼的拍打角度，并将实时监测到的信息传输到所述芯片中，所述信号接收单元将接收到的所述控制信号传输到所述芯片中，所述芯片根据所述监测到的信息和所述控制信号对所述无刷直流电机进行控制，所述无刷直流电机驱动所述扑翼进行上下运动。所述芯片型号为STM31F429Zi，所述传感器(包括惯性测量装置和五个位于左肘、右肘、左腿、右腿和翅膀关节处的磁霍尔编码器及安全数字卡存储)，脉冲宽度调制控制的四个无刷直流电机。扑翼式的飞行结构具有速度快、灵活、可以依靠较少的能量进行长时间飞行、以及不使用高速转动的机翼从而不会发出很响亮的声音以降噪的优点。

如图1和图3所示，所述扑翼包括骨架和安装在所述骨架上的翅膀，所述骨架包括相对于所述本体10的中轴线对称设置的两部分，这两部分均包括上臂段121、前臂段122和指段123，所述指段123和所述上臂段121的连接处为腕部124，所述上臂段121和所述前臂段122的连接处为肘部125，所述前臂段122通过肩部126和腿部127而与所述本体10连接，所述翅膀为软性材料。所述翅膀的材质为软性，在人误碰到该翅膀时也不会伤害人，具有很好的安全性，适用于家庭服务中。

本实施例中，所述飞行单元12只有9个关节连接处，其骨架是用碳素纤维制成的，翼膜采用了硅基碳纤维加强膜。一共有这9个生物意义的自由度，通过机械耦合等物理约束，其中4个自由度被耦合，剩下5个机构(右肘部、左肘部、右腿、左腿、拍打角度)，分别有磁霍尔效应传感器进行检测。每个翅膀激活单个执行器，可产生3个自由度(其中2个被机械耦合)。四个无刷直流电机分别位于两个翅膀和两个腿部，直流无刷电机驱动左右翼进行扑翼飞行。而余下自由度的调整也通过电机来执行。在5个关节处放置的霍尔编码器以监测关节的运动角度，利用惯性测量装置来监测飞行的姿态信息(欧拉角)。整个唤醒机器人通过DSM2接收机和蓝牙与地面基站通信，可达到10Hz的扑翼频率，还采用了机载定制电子部件，导航和控制算法在主控板上实时运行，而处理传感器数据和控制制动器用的则是单独的数据采集器。

本发明扑翼式的飞行结构具有速度快、灵活、可以依靠较少的能量进行长时间飞行、以及不使用高速转动的机翼从而不会发出很响亮的声音以降噪的优点。

如图1所示，所述本体10上固定设置有一平板101，所述爪体11和所述信号接收单元均设置在所述平板101上。

如图1所示，所述家庭服务机器人还包括智能服务单元15和显示屏102，所述显示屏102和所述智能服务单元15均设置在所述平板101上，所述智能服务单元15根据所述控制信号执行家居服务动作，并将服务项目显示在所述显示屏102上。

本实施例提出适用于家庭室内环境的家庭服务机器人结构，通过路径规划算法进行自主导航，实现智能家居、语音交互、叼携物品、传话、高处拿物品、远程操作等功能。

本实施例的个人/家庭服务类机器人主要包括智能家居、娱乐教育、安全健康和信息服务这四大类，技术相对简单，应用场景明确。本发明的服务功能主要有以下几种但不局限于以下这几种：

1.声音定位

用户发出声音，如果传递到本实施例的家庭服务机器人的音量检测值过小，则本实施例的家庭服务机器人进行声音定位并移动到用户所在位置的房间或附近。

2.语音交互

语音交互可分为两类，一为基本指令的执行，用户发出相应指令，本实施例的家庭服务机器人可立即执行；二为语音聊天，与用户进行简单的交流聊天，人性化的倾听和安慰给用户带来家庭体验。

3.智能家居

(1)闹钟唤醒、日常行程的智能提醒；

(2)天气信息、穿衣指数、推荐饮食、新闻等的每日播报；

(3)睡眠模式、清晨模式、日间模式、夜间模式的设定与选择；

(4)窗帘、窗户、各类家电的开关；

(5)生活用品、食物余量等的提醒与APP的网上自动采购。

4.安防监控

本实施例的家庭服务机器人具有与其它家庭服务机器人相同的安防监控部分。其中包括远程监控、远程视频、远程电话等，例如老人在家跌倒，可主动识别出老人跌倒，然后打电话通知用户，并且立刻报警；有陌生人进来的话它会给用户报警；家中煤气泄露它会提醒。

5.跑腿神器

本实施例的家庭服务机器人穿梭于家中不同房间，帮助家庭成员传递讯息或传送物品。

6.百科知识

本实施例的家庭服务机器人还是一个百科知识库，儿童或成人有问题就可以直接和它交流；它会英语，营造一个很好的英语学习的家庭环境。

7.休闲娱乐

用户说出电影、音乐或节目名称本实施例的家庭服务机器人会自动查找；还具有遥控器的功能，并在播放音乐时飞来飞去跳舞。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于：所述爪体11的数量为一，在该实施例中，将该爪体11的体积做得相对大些，以满足能够挂设在悬挂壁14上的要求即可。但不局限于此，在其它实施例中，所述爪体11的数量还可以是三或四等，具体数量和位置排布根据实际需求来定，在此不再详述。

实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于：所述爪臂114的一端固定设置在所述本体10上。

实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处在于：所述飞行单元12为固定翼或旋翼式的飞行结构。

以上所述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。

Claims (10)

1.一种家庭服务机器人，其特征在于，包括本体(10)、爪体(11)、飞行单元(12)和信号接收单元，所述爪体(11)、飞行单元(12)和信号接收单元均设置在所述本体(10)上；

所述信号接收单元，用于接收来自终端的控制信号，并将所述控制信号传输到所述爪体(11)和所述飞行单元(12)；

所述飞行单元(12)，根据所述控制信号带动所述本体(10)执行飞行动作；

所述爪体(11)，数量至少为一，包括爪座(111)和爪手(112)，所述爪座(111)铰接在所述本体(10)上，所述爪手(112)固定在所述爪座(111)上；

所述爪座(111)根据所述控制信号转动到第一状态，则所述爪手(112)的爪尖朝上用于挂设物品(13)；

所述爪座(111)根据所述控制信号转动到第二状态，则所述爪手(112)的爪尖朝下，所述本体(10)通过所述爪手(112)挂在悬挂壁(14)上。

2.如权利要求1所述的家庭服务机器人，其特征在于，所述爪体(11)还包括爪心(113)，所述爪心(113)固定在所述爪座(111)上，所述爪手(112)固定在所述爪心(113)的外沿上，所述爪心(113)具有一基面，所述爪手(112)的爪尖朝上则所述基面用于承托物品(13)。

3.如权利要求1所述的家庭服务机器人，其特征在于，所述爪体(11)数量为二，对称设置在所述本体(10)中轴线的两端。

4.如权利要求1所述的家庭服务机器人，其特征在于，所述爪座(111)通过转动180度而在第一状态和第二状态间切换。

5.如权利要求1-4中任一所述的家庭服务机器人，其特征在于，所述爪体(11)还包括爪臂(114)，所述爪臂(114)一端设置在所述本体(10)上，所述爪座(111)铰接在所述爪臂(114)的另一端上。

6.如权利要求5所述的家庭服务机器人，其特征在于，所述爪臂(114)铰接在所述本体(10)上。

7.如权利要求1中所述的家庭服务机器人，其特征在于，所述本体(10)上固定设置有一平板(101)，所述爪体(11)和所述信号接收单元均设置在所述平板(101)上。

8.如权利要求7所述的家庭服务机器人，其特征在于，所述家庭服务机器人还包括智能服务单元(15)和显示屏(102)，所述显示屏(102)和所述智能服务单元(15)均设置在所述平板(101)上，所述智能服务单元(15)根据所述控制信号执行家居服务动作，并将家居服务项目显示在所述显示屏(102)上。

9.如权利要求1所述的家庭服务机器人，其特征在于，所述飞行单元(12)为扑翼式的飞行结构，所述飞行单元包括芯片、传感器、扑翼和无刷直流电机，所述传感器根据所述控制信号实时监测所述扑翼的拍打角度，并将实时监测到的信息传输到所述芯片中，所述信号接收单元将接收到的所述控制信号传输到所述芯片中，所述芯片根据所述监测到的信息和所述控制信号对所述无刷直流电机进行控制，所述无刷直流电机驱动所述扑翼进行上下运动。

10.如权利要求9所述的家庭服务机器人，其特征在于，所述扑翼包括骨架和安装在所述骨架上的翅膀，所述骨架包括相对于所述本体(10)的中轴线对称设置的两部分，这两部分均包括上臂段(121)、前臂段(122)和指段(123)，所述指段(123)和所述上臂段(121)的连接处为腕部(124)，所述上臂段(121)和所述前臂段(122)的连接处为肘部(125)，所述前臂段(122)通过肩部(126)和腿部(127)而与所述本体(10)连接，所述翅膀为软性材料。