CN111283692B - 一种婴儿服务机器人机械臂结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种婴儿服务机器人机械臂结构，包括依次活动连接的肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节和手掌部，所述小臂上沿轴线方向设置有若干个承托装置；所述承托装置包括设置在小臂上的承托座和固定连接在承托座两侧的两个支座，每个所述支座上均通过第一定位销活动连接有承托爪，每个所述承托爪上均通过第二定位销活动连接有推杆，所述承托座内开设有压力腔，本发明利用承托爪和推杆在第一气缸的推动下转动，在婴儿姿势改变后能够通过改变压力腔内压力大小，快速改变对承托爪和推杆的状态，适应婴儿的不同姿势，提升婴儿使用的舒适感，避免了长时间使用单一姿势对婴儿生理发育造成伤害。

Description

一种婴儿服务机器人机械臂结构

技术领域

本发明涉及服务机器人技术领域，具体涉及一种婴儿服务机器人机械臂结构。

背景技术

服务机器人，包括专利领域服务机器人和个人/家庭服务机器人，服务机器人的应用范围很广，主要包括维护保养、修理、清洗、保安、救援和监护等工作，例如导游机器人、迎宾机器人、清扫机器人等。

现有的婴儿服务机器人一般使用通过摇篮或机械臂摇摆安抚婴儿的情绪或者使婴儿快速入睡，，但由于每个婴儿身体发育的不同以及对于舒适度的要求不同，且婴儿不能长时间保持一个动作不动，机械臂需要执行不同的姿势去抱住婴儿，现有的婴儿服务机器人由于机械臂结构的限制，并不能在短时间内改变抱婴儿的姿势使得婴儿拥有舒适的体验，且长时间单一姿势会对婴儿生理发育造成一定影响，因此，需要设计一种婴儿服务机器人机械臂结构。

发明内容

为此，本发明提供一种婴儿服务机器人机械臂结构，解决了现有的婴儿服务机器人由于机械臂结构的限制，导致无法根据婴儿姿势的改变在短时间内改变机械臂抱住婴儿的动作，以致于长时间单一姿势影响婴儿舒适感和生理发育的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种婴儿服务机器人机械臂结构，包括表面覆盖有硅胶的肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节和手掌部，且所述肩关节和大臂、肘关节和小臂、腕关节和手掌部之间均通过摆动装置活动连接，所述大臂和肘关节、小臂和腕关节之间通过轴向转动装置连接，所述小臂上沿轴线方向设置有若干个承托装置；

所述承托装置包括设置在小臂上的承托座和固定连接在承托座两侧的两个支座，且两个支座以小臂的轴线为对称轴对称设置，每个所述支座上均通过第一定位销活动连接有承托爪，每个所述承托爪上均通过第二定位销活动连接有推杆，所述承托座内开设有压力腔，且所述压力腔通过通气软管连接有第一气缸，所述压力腔相对的两个内侧壁上均开设有以第一定位销为圆心且向着承托座外部延伸的弧形压力通道，且所述推杆插设在对应的弧形压力通道内。

作为本发明的一种优选方案，所述手掌部包括与腕关节活动连接的活动座和与活动座远离腕关节的一端活动连接的握持部，所述活动座与握持部的连接处共同连接有气动柔性扇形关节，且所述气动柔性扇形关节的窄端安装在活动座与握持部的连接处，所述气动柔性扇形关节的内部开设有密封腔，且所述密封腔通过通气软管连接有第二气缸。

作为本发明的一种优选方案，所述活动座的一侧固定连接活动拇指，所述活动拇指包括若干个也通过气动柔性扇形关节连接的拇指部，且其中一个拇指部固定连接在活动座上，若干个气动柔性扇形关节内部设置的密封腔也通过通气软管与第二气缸连接。

作为本发明的一种优选方案，相邻的两个所述压力腔之间连通，且若干个所述压力腔连接的气缸数量为一个。

作为本发明的一种优选方案，所述承托座的底部安装在小臂的内部，所述承托座的顶部位于小臂的外部，且所述支座安装在承托座位于小臂外的侧壁上。

作为本发明的一种优选方案，所述推杆位于弧形压力通道内的一端固定连接有密封活塞，且所述密封活塞的侧壁与弧形压力通道的内壁相抵。

作为本发明的一种优选方案，所述支座上对称固定连接有两个限位杆，所述承托爪上对称设置有两个以对应的限位杆固定点为圆心的弧形限位槽，且每个所述限位杆的一端均滑动连接于对应的弧形限位槽内。

作为本发明的一种优选方案，所述承托爪的表面为弧形，且所述承托爪与支座连接的一端为圆柱状，且所述承托爪的圆柱状端部与承托座顶部表面所在平面为相切关系。

作为本发明的一种优选方案，所述承托爪和承托座之间填充有软质弹性材料，且所述软质弹性材料胶接在承托座和支座的侧壁上，所述软质弹性材料包括软质聚氨酯泡沫塑料。

作为本发明的一种优选方案，所述承托座和承托爪的表面胶接有弹性橡胶。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明利用承托爪和推杆在第一气缸的推动下转动，在婴儿姿势改变后能够通过改变压力腔内压力大小，快速改变对承托爪和推杆的状态，适应婴儿的不同姿势，提升婴儿使用的舒适感，避免了长时间使用单一姿势对婴儿生理发育造成伤害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中一种婴儿服务机器人机械臂结构的结构示意图；

图2为本发明实施方式中一种婴儿服务机器人机械臂结构的整体结构示意图；

图3为本发明实施方式中手掌部的结构示意图；

图4为本发明实施方式中气动柔性扇形关节的结构示意图。

图中：

1-肩关节；2-大臂；3-肘关节；4-小臂；5-腕关节；6-手掌部；7-承托装置；

601-活动座；602-握持部；603-气动柔性扇形关节；604-密封腔；605-活动拇指；606-拇指部；

701-承托座；702-支座；703-承托爪；704-推杆；705-压力腔；706-弧形压力通道；707-密封活塞；708-限位杆；709-弧形限位槽。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。

如图1至图4所示，本发明提供了一种婴儿服务机器人机械臂结构，包括表面覆盖有硅胶的肩关节1、大臂2、肘关节3、小臂4、腕关节5和手掌部6，且肩关节1和大臂2、肘关节3和小臂4、腕关节5和手掌部6之间均通过摆动装置活动连接，大臂2和肘关节3、小臂4和腕关节5之间通过轴向转动装置连接，小臂4上沿轴线方向设置有若干个承托装置7；

承托装置7包括设置在小臂4上的承托座701和固定连接在承托座701两侧的两个支座702，且两个支座702以小臂的轴线为对称轴对称设置，每个支座702上均通过第一定位销活动连接有承托爪703，每个承托爪703上均通过第二定位销活动连接有推杆704，承托座701内开设有压力腔705，且压力腔705通过通气软管连接有第一气缸，压力腔705相对的两个内侧壁上均开设有以第一定位销为圆心且向着承托座701外部延伸的弧形压力通道706，且推杆704插设在对应的弧形压力通道706内。

肩关节1、大臂2、肘关节3、小臂4、腕关节5和手掌部6是机器人机械臂的组成部分，通过驱动装置驱动摆动装置和轴向转动装置控制肩关节1、大臂2、肘关节3、小臂4、腕关节5和手掌部6进行运动抱住婴儿，表面设置的硅胶对婴儿来说有一个较好的舒适度。

机器人抱住婴儿后，婴儿身体由小臂4部分进行支撑，且与承托装置7相抵。

当婴儿与承托装置7相抵后，第一气缸开始工作，压力腔705内的压力提高，推动推杆704沿着弧形压力通道706运动，承托爪703在推杆704的推动下转动，逐渐与婴儿接触相抵，当承托爪703刚好与婴儿身体贴合时，第一气缸停止工作，推杆704在压力腔705内的压缩气体的压力下保持位置不变。

婴儿长时间保持单一姿势，由于婴儿的天性，婴儿会不自主的摆动身体，改变自身的姿势寻求舒适。

婴儿改变身体姿势时，由于气动压力在不同的压力下可以进行不同程度的压缩，因此会改变承托爪703的状态，适应婴儿改变姿势后的身体状态，且第一气缸启动，改变压力腔705内的气体压力，使得承托爪703更好的与婴儿身体贴合。

且承托爪703在压力腔705内的气体压力的推动下所呈现出来的状态并不是对称的，而是根据不同的承托爪703承受婴儿的重力不同而呈现不同的状态。

在承托座701一侧的承托爪承受的婴儿重力较另一侧大时，承托爪703对推杆704的反作用力也更大，而另一侧承托爪703对推杆704的反作用则小一点，承受较大反作用力的推杆704的一端则距离压力腔705内部更近一点，另一侧的推杆704则距离压力腔705内部更远，这是由于承受较大反作用力的推杆704压缩空气对另一侧的推杆704进行推动。

承托装置7设置的数量多少取决于机器人小臂4的长度，小臂4长度越长，承托装置7设置的数量越多。

手掌部6包括与腕关节5活动连接的活动座601和与活动座601远离腕关节5的一端活动连接的握持部602，活动座601与握持部602的连接处共同连接有气动柔性扇形关节603，且气动柔性扇形关节603的窄端安装在活动座601与握持部602的连接处，气动柔性扇形关节603的内部开设有密封腔604，且密封腔604通过通气软管连接有第二气缸。

手掌部6上的活动座601和握持部602在气动柔性扇形关节603的连接下可以实现对婴儿的轻拍动作，提供一种简单的安抚动作。

第二气缸工作，密封腔604内的空气压力提升，气动柔性扇形关节603是围绕着活动座601和握持部602连接处安装的扇形部件，具有一定的收缩性，在密封腔604内的气体压力的作用下，气动柔性扇形关节603开始逐渐展开，带动握持部602转动。

由于气动柔性扇形关节603具有一定的收缩性，且空气也可以进行压缩，在握持部602与婴儿身体接触后，不会因为冲击力对婴儿身体造成伤害。

在第二气缸的工作过程中，密封腔604内的气体压力不断变化，气动柔性扇形关节603不断收缩伸展，形成一个对婴儿施加的轻拍动作，进行简单的安抚。

在握持部602接触婴儿身体时，也可以关闭第二气缸，使得握持部602的状态保持不变，形成一个对婴儿进行护持的动作，用以保护婴儿防止其从边缘滑落。

优选的，第一气缸和第二气缸的参数和型号均相同。

活动座601的一侧固定连接活动拇指605，活动拇指605包括若干个也通过气动柔性扇形关节603连接的拇指部606，且其中一个拇指部606固定连接在活动座601上，若干个气动柔性扇形关节603内部设置的密封腔604也通过通气软管与第二气缸连接。

设置的活动拇指605也可以对婴儿身体起到一个护持的作用，工作原理与握持部602相同，均是通过第二气缸工作进行驱动。

相邻的两个压力腔705之间连通，且若干个压力腔705连接的气缸数量为一个。

多个压力腔705使用一个气缸可以保证小臂4上的承托装置7提供支持力相同。

承托座701的底部安装在小臂4的内部，承托座701的顶部位于小臂4的外部，且支座702安装在承托座701位于小臂4外的侧壁上。

推杆704位于弧形压力通道706内的一端固定连接有密封活塞707，且密封活塞707的侧壁与弧形压力通道706的内壁相抵。

使得压力腔705内的气体在对推杆704做功时不会产生泄漏。

支座702上对称固定连接有两个限位杆708，承托爪703上对称设置有两个以对应的限位杆708固定点为圆心的弧形限位槽709，且每个限位杆708的一端均滑动连接于对应的弧形限位槽709内。

通过限位杆708在长度固定的弧形限位槽709的内滑动来限制承托爪703的最大转动角度，避免承托爪703在转动过程中推杆704与弧形压力通道706脱离导致承托装置7故障。

承托爪703的表面为弧形，且承托爪703与支座702连接的一端为圆柱状，且承托爪703的圆柱状端部与承托座701顶部表面所在平面为相切关系。

当承托爪703的圆柱状端部低于承托座701的顶部时，婴儿的身体会被承托座701的边缘硌伤，影响使用，只有处于同一平面，婴儿才有更好的使用体验。

承托爪703和承托座701之间填充有软质弹性材料，且软质弹性材料胶接在承托座701和支座702的侧壁上，软质弹性材料包括软质聚氨酯泡沫塑料。

承托爪703与承托座701之间有缝隙，由于承托爪703会不断转动。有可能在转动过程中依靠摩擦力将婴儿衣服或者皮肤卡入缝隙内，对婴儿衣服或者婴儿身体造成伤害，影响使用体验，通过填充物来避免这种伤害，软质聚氨酯泡沫塑料是具有弹性的泡沫塑料，在变形后也能恢复，适合用作此处的填充物。

承托座701和承托爪703的表面胶接有弹性橡胶。

弹性橡胶用于提升婴儿身体在接触承托座701和承托爪703舒适度。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种婴儿服务机器人机械臂结构，其特征在于，包括肩关节(1)、大臂(2)、肘关节(3)、小臂(4)、腕关节(5)和手掌部(6)，所述肩关节(1)、大臂(2)、肘关节(3)、小臂(4)、腕关节(5)和手掌部(6)的表面均覆盖有硅胶，且所述肩关节(1)和大臂(2)、肘关节(3)和小臂(4)、腕关节(5)和手掌部(6)之间均通过摆动装置活动连接，所述大臂(2)和肘关节(3)、小臂(4)和腕关节(5)之间通过轴向转动装置连接，所述小臂(4)上沿轴线方向设置有若干个承托装置(7)；

所述承托装置(7)包括设置在小臂(4)上的承托座(701)和固定连接在承托座(701)两侧的两个支座(702)，且两个支座(702)以小臂的轴线为对称轴对称设置，每个所述支座(702)上均通过第一定位销活动连接有承托爪(703)，每个所述承托爪(703)上均通过第二定位销活动连接有推杆(704)，所述承托座(701)内开设有压力腔(705)，且所述压力腔(705)通过通气软管连接有第一气缸，所述压力腔(705)相对的两个内侧壁上均开设有以第一定位销为圆心且向着承托座(701)外部延伸的弧形压力通道(706)，且所述推杆(704)插设在对应的弧形压力通道(706)内。

2.根据权利要求1所述的一种婴儿服务机器人机械臂结构，其特征在于，所述手掌部(6)包括与腕关节(5)活动连接的活动座(601)和与活动座(601)远离腕关节(5)的一端活动连接的握持部(602)，所述活动座(601)与握持部(602)的连接处共同连接有气动柔性扇形关节(603)，且所述气动柔性扇形关节(603)的窄端安装在活动座(601)与握持部(602)的连接处，所述气动柔性扇形关节(603)的内部开设有密封腔(604)，且所述密封腔(604)通过通气软管连接有第二气缸。

3.根据权利要求2所述的一种婴儿服务机器人机械臂结构，其特征在于，所述活动座(601)的一侧固定连接活动拇指(605)，所述活动拇指(605)包括若干个也通过气动柔性扇形关节(603)连接的拇指部(606)，且其中一个拇指部(606)固定连接在活动座(601)上，若干个气动柔性扇形关节(603)内部设置的密封腔(604)也通过通气软管与第二气缸连接。

4.根据权利要求1所述的一种婴儿服务机器人机械臂结构，其特征在于，相邻的两个所述压力腔(705)之间连通，且若干个所述压力腔(705)连接的气缸数量为一个。

5.根据权利要求1所述的一种婴儿服务机器人机械臂结构，其特征在于，所述承托座(701)的底部安装在小臂(4)的内部，所述承托座(701)的顶部位于小臂(4)的外部，且所述支座(702)安装在承托座(701)位于小臂(4)外的侧壁上。

6.根据权利要求1所述的一种婴儿服务机器人机械臂结构，其特征在于，所述推杆(704)位于弧形压力通道(706)内的一端固定连接有密封活塞(707)，且所述密封活塞(707)的侧壁与弧形压力通道(706)的内壁相抵。

7.根据权利要求1所述的一种婴儿服务机器人机械臂结构，其特征在于，所述支座(702)上对称固定连接有两个限位杆(708)，所述承托爪(703)上对称设置有两个以对应的限位杆(708)固定点为圆心的弧形限位槽(709)，且每个所述限位杆(708)的一端均滑动连接于对应的弧形限位槽(709)内。

8.根据权利要求1所述的一种婴儿服务机器人机械臂结构，其特征在于，所述承托爪(703)的表面为弧形，且所述承托爪(703)与支座(702)连接的一端为圆柱状，且所述承托爪(703)的圆柱状端部与承托座(701)顶部表面所在平面为相切关系。

9.根据权利要求8所述的一种婴儿服务机器人机械臂结构，其特征在于，所述承托爪(703)和承托座(701)之间填充有软质弹性材料，且所述软质弹性材料胶接在承托座(701)和支座(702)的侧壁上，所述软质弹性材料包括软质聚氨酯泡沫塑料。

10.根据权利要求9所述的一种婴儿服务机器人机械臂结构，其特征在于，所述承托座(701)和承托爪(703)的表面胶接有弹性橡胶。

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