CN114367998B - 机器人标准交互工具开发系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机器人标准交互工具开发系统，包括：应用工具，其依据使用人的意愿或者机器人控制指令完成不同场景下指定作业；快换装置，其至少具有一个腔体以便于连接至机器人末端或者手持手柄，以及一个定位连接杆以便于快速连接或者替换所述应用工具；机器人末端适配装置，其至少具有一个连接至所述快换装置的机器人适配组件以示教机器人运动轨迹、实现所述应用工具自适应于不同场景和状态以及缓解对机器人的冲击；多器具置装装置，其连接机器人末端和所述机器人末端适配装置，并置装多个辅助器具。本发明是一个高度开放的机器人标准交互工具开发系统，具有高度适景性、通用性强、人机交互性强、高效快速的特点。

Description

机器人标准交互工具开发系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域。更具体地说，本发明涉及一种机器人标准交互工具开发系统。

背景技术

随着服务机器人逐渐进入人类生活，不难发现服务机器人的多领域应用趋势越来越使得个人个性化需求日趋膨胀，而服务机器人依旧沿袭工业机器人单一自动化的技术路线，导致很多人认为服务机器人没有实现其彻底解放双手的预期效果，就快速进入了无法突破的发展瓶颈期。现有的服务机器人无论是消费型服务机器人，如：小度、天猫精灵类型的语音类智能机器人，扫地机器人类型的单机式机器人；还是商业型服务机器人，如：商场智能引导机器人、餐饮行业自动点菜上菜机器人，其共同的特征就是依旧沿袭单一自动化的发展模式，不能顺应服务机器人走近家庭走向全领域的发展趋势，每一个服务机器人研发人员应当将开拓健康的、赋能赋加的新发展模式和新技术路径为己任，充分利用人民群众的智慧，革新服务机器人发展生态圈。

现有服务机器人单一自动化的发展模式，不能满足发展的要求：服务机器人想要发展，依靠少数专业人才的努力是不够的，必须依靠普通大众的实践经验，其单一自动化的发展理念需要向赋能赋加的发展理念转变；也不能满足个性的需求：现代人注重宣扬自己独特的个性，不愿与别人雷同，可以说现代人的个性获得了巨大的膨胀，人人都有热情去改造或改变人类生活方式；更不能满足应用的需求：没有任何机器人标准交互工具开发平台可以使得人人将现实的工具和现有的工作经验转换成机器人的末端和机器人的应用。

想要开拓健康的、赋能赋加的新服务机器人发展模式和新技术路径，就必须有对普通大众高度开放的机器人标准交互工具开发平台及系统以群智拓展创新，持续扩展场景设计，拓宽机器人应用，至今还没有对普通大众高度开放的机器人标准交互工具开发平台及系统的原因是因为机器人行业，特别是小型家用或者商用机器人行业仍有几大技术难点阻碍机器人标准交互工具开发平台及系统的诞生：

其一、现有机器人末端快换装置与末端工具的连接具有众多形式，无法提供标准化的连接方式（接口）以连接机器人末端快换装置和末端工具；

其二、现有机器人适配装置的适景性不足以应对场景的开发延展；

其三、现有机器人及其末端装置经济性差，不被个人或者单个家庭接受；

其四、现有机器人及其末端装置的安全性也不能满足将其开发平台及系统开放给大众的要求；

其五、现有机器人末端工具不具备高交互性，不能适应家庭或者个人的需求。

因此，一个具备高度开放性的机器人标准交互工具开发平台及系统的开发研究迫在眉睫，所述具备高度开放性的机器人标准交互工具开发平台及系统，其快换装置与末端工具可以迅速连接和更换，所述快换装置上具备标准接头以供大众开放拓展场景，其机器人适配器具有强大的适景能力，足以应对不同场景的开发延展，其具有绝大的安全性以满足大众开发延展的需求，且其价格是个人或者家庭可以接受的。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种人机交互应用系统，其是一个高度开放的机器人标准交互工具开发系统，所述人机交互应用系统的快换装置与末端工具的连接方式简便可迅速更换，且本发明基于这种简便快换的连接方式，提供了一个具有标准接头的快换装置；所述人机交换应用系统的机器人末端适配装置具有强大的适景能力，足以应对不同应用工具不同应用场景的开发延展。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种机器人标准交互工具开发系统，包括：

应用工具，其依据使用人的意愿或者机器人控制指令完成不同场景下指定作业；

快换装置，其至少具有一个腔体以便于连接至机器人末端或者手持手柄，以及一个定位连接杆以便于快速连接或者替换所述应用工具；

机器人末端适配装置，其至少具有一个连接至所述快换装置的机器人适配组件以示教机器人运动轨迹、实现所述应用工具自适应于不同场景和状态以及缓解对机器人的冲击；

多器具置装装置，其连接机器人末端和所述机器人末端适配装置，并置装多个辅助器具。

优选的是，所述应用工具包括作业工具，所述作业工具包括具有与所述定位连接杆适配的第一孔道且自身可相互组合的第一骨架，以及附加在所述第一骨架上的作业器材；所述机器人适配组件包括一侧连接所述多器具置装装置和拖拽手柄、另一侧连接缓冲调节组件的第二骨架，所述缓冲调节组件与所述快换装置连接；所述多器具置装装置包括具有多个置装面和控制面板的第三骨架，以及多个置装在所述置装面上的多个辅助器具，所述控制面板的数量与所述拖拽手柄的数量对应设置。

优选的是，所述第一骨架上设嵌入式螺母或者盲孔，两个第一骨架上对应位置上的嵌入式螺母或盲孔通过过渡连接件实现其自身的相互连接。

优选的是，所述第一骨架内还设有端部封堵、底部具有多个分流孔的流体通道和与所述流体通道连通的流体接入口以外接至流体源。

优选的是，所述流体接入口处通过外壁设有燕尾键的弯形接头外接至流体源，所述弯形接头的水平端与所述流体接入口连通、竖直端可以通过管体连接至流体源；所述第一骨架上还设有与所述燕尾键适配的卡扣以将所述弯形接头与所述流体接入口密封连接，所述第一骨架和所述燕尾键、所述燕尾键和所述燕尾键适配的卡扣的接触面上均设有配对的凸圆和凹圆。

优选的是，所述作业器材为柔性刮刀，其与所述第一骨架粘接；或者所述作业器材为毛体或丝体刷具，其嵌入所述第一骨架。

优选的是，所述应用工具还包括多效载具以实现多个作业工具的组合使用，所述多效载具包括第四骨架，所述第四骨架的一侧设有供所述定位连接杆插入的第二孔道、另一侧设有多条供所述第一骨架插入的甬道。

优选的是，第四骨架上设有具有所述第二孔道的转向装置以实现X、Y轴的双向转动，所述第四骨架上设有供所述转向装置套设的弹性卡爪，所述转向装置包括套设在所述弹性卡爪上的X轴转动座以实现水平方向的圆周转动，以及与所述X轴转动座通过销轴转动连接的Y轴转动座以实现竖直方向的转动；所述X轴转动座上设有所述第二孔道，所述Y轴转动座上设有所述第二孔道以及供大直径杆件使用的大直径孔道。

优选的是，所述第二骨架为中部具有通孔的面板，其一侧的中部与所述多器具置装装置可拆卸连接、同一侧的两端部设有拖拽手柄、另一侧连接所述缓冲调节组件。

优选的是，所述缓冲调节组件包括设置在所述第二骨架另一侧并与所述通孔贯通的第二弹性元件、卡设在所述通孔中并伸入所述第二弹性元件的立轴、与所述第二弹性元件另一端连接的活动端板、穿过所述活动端板并伸入所述立轴里的限位轴板以及连接在所述活动端板外侧的连接端板；所述第二骨架、所述活动端板上均设有位于第二弹性元件两侧对应位置处的限位柱以便于通过销钉固定所述第二弹性元件的端部；所述限位轴板通过与之垂直的销钉与所述立轴固定，所述限位轴板的端面板的面径及高度均略小于所述活动端板上的通孔孔径及端面高度以达到实现所述活动端板相对于所述限位轴板可多自由度活动；所述活动端板与所述连接端板通过螺纹连接；所述连接端板上设有电极以实现所述快换装置与所述机器人末端适配装置的电连接，所述连接端板上还设有螺栓孔以实现所述快换装置与所述机器人末端适配装置的机械连接。

本发明至少包括以下有益效果：

其一、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统具备高度再开发性，促进现实工具、现有实践经验向机器人末端应用工具的转变进程，彻底变革人类生活方式；

其二、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统改变了现有服务机器人单一自动化的发展模式，提供了可实现服务机器人赋能赋加发展模式推行的高度开放平台及系统，建设服务机器人良性赋能赋加生态圈；

其三、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中的快换装置与末端应用工具的连接方式简便可迅速更换，基于这种简便快换的连接方式，本发明提供了一个具有标准接头的快换装置，使得具有实践经验的人员均可参与机器人末端应用工具的开发和延展，促进服务机器人普及化、家庭化的进程；

其四、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中的机器人末端适配装置具有强大的自适应能力，足以应对不同应用工具不同应用场景的开发延展。

其五、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中提供了基于清洁的两种作业工具可自组合或者相互组合属性，极大地提高了清洁洁净度和清洁效率；

其六、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中提供了基于清洁的作业工具具备干、湿双模式，可外接雾化流体源或液体流体源为作业器材加湿；

其七、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中提供了组合不同作业工具的多效载具，所述多效载具既实现了不同作业工具的组合作业形式，又提升了不同作业工具组合作业的灵活性，还实现了标准作业工具和非标准作业工具的组合作业形式；

其八、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中多器具置装装置及多效载具实现了服务机器人与辅助设备的连接，保证服务机器人连贯完成多级任务需求；

其九、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中各模块灵活轻巧，不需要过大容置空间，为服务机器人普及化，家庭化排除了容置障碍，其价格也亲民，为服务机器人普及化，家庭化排除了经济障碍。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一个技术方案中所述快换装置、机器人末端适配装置及多器具置装装置的结构示意图；

图2为本发明另一个技术方案中所述机器人末端适配装置和多器具置装装置的组装结构示意图；

图3为本发明另一个技术方案中所述机器人末端适配装置和多器具置装装置的剖面示意图；

图4为本发明另一个技术方案中所述机器人末端适配装置的结构示意图；

图5为本发明另一个技术方案中所述一种作业工具未连接流体接头时的结构示意图

图6为本发明另一个技术方案中所述一种作业工具的结构示意图；

图7为本发明另一个技术方案中所述一种作业工具的剖面示意图；

图8为本发明另一个技术方案中所述另一种作业工具未连接流体接头时的结构示意图；

图9为本发明另一个技术方案中所述另一种作业工具的结构示意图；

图10为本发明另一个技术方案中所述另一种作业工具的剖面示意图；

图11为本发明另一个技术方案中所述多效载具的结构示意图；

图12为本发明另一个技术方案中所述多效载具的底部示意图；

图13为本发明另一个技术方案中所述多效载具上的弹性卡爪及圆周滑道的示意图；

图14为本发明另一个技术方案中所述X轴转动座的结构示意图；

图15为本发明另一个技术方案中所述Y轴转动座的结构示意图；

图16为本发明另一个技术方案中一种所述快换装置的结构示意图；

图17为本发明另一个技术方案中一种所述快换装置的剖面示意图；

图18为本发明另一个技术方案中另一种所述快换装置的结构示意图；

图19为本发明另一个技术方案中另一种所述快换装置的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供了一种机器人标准交互工具开发系统，包括：

应用工具，其依据使用人的意愿或者机器人控制指令完成不同场景下指定作业；

快换装置，其至少具有一个腔体以便于连接至机器人末端或者手持手柄，以及一个定位连接杆11以便于快速连接或者替换所述应用工具；

机器人末端适配装置，其至少具有一个连接至所述快换装置的机器人适配组件以示教机器人运动轨迹、实现所述应用工具自适应于不同场景和状态以及缓解对机器人的冲击；

多器具置装装置，其连接机器人末端和所述机器人末端适配装置，并置装多个辅助器具。

在上述技术方案中，本发明仅涉及所述机器人标准交互工具开发系统的硬件部分，对其控制部分不过多讨论，所述机器人标准交互工具开发系统提供了高度开放性的机器人标准交互工具开发平台和系统，包括快速拆卸连接的快换装置和应用工具，其中快换装置提供了与所述应用工具连接的标准连接件（定位连接杆11），本发明仅提供了两种类型的应用工具作为示例，更多的应用工具需要在本申请所述机器人标准交互工具开发系统的约束下，将现实工具、现有实践经验进一步转变成机器人末端应用工具，或者在实际使用中，根据应用工具的拓展需要，进一步在本申请所述机器人标准交互工具开发系统的约束下开发不同多效载具等，本申请中所提供的应用工具为注塑体，也可以是3D打印产品；所述机器人标准交互工具开发系统还包括机器人末端适配装置，其具有高度的自适应性，既能降低机器人本身的精度要求，又能满足应用工具无限扩展的要求，所述机器人末端适配装置是本系统中为适应所述应用工具无限扩展的另一标准件，其与所述快换装置的连接也简单快捷易拆卸；所述机器人标准交互工具开发系统还包括多器具置装装置，其提供了多个置装面，是本申请所述机器人标准交互工具开发系统中另一个开放口，在多器具置装装置上可以根据需要置装不同的辅助器具，如探知手段器具、柔性夹具、辅助工装等。所述机器人标准交互工具开发系统可加快机器人赋能赋加发展模式推行，创造服务机器人良性赋能赋加生态圈。

如图1~19所示，在其中一个技术方案中，所述应用工具包括作业工具，所述作业工具包括具有与所述定位连接杆11适配的第一孔道13且自身可相互组合的第一骨架15，以及附加在所述第一骨架15上的作业器材；所述机器人适配组件包括一侧连接所述多器具置装装置和拖拽手柄4、另一侧连接缓冲调节组件的第二骨架1，所述缓冲调节组件与所述快换装置连接；所述多器具置装装置包括具有多个置装面2和控制面板3的第三骨架，以及多个置装在所述置装面上的多个辅助器具，所述控制面板3的数量与所述拖拽手柄4的数量对应设置。

在上述技术方案中，所示应用工具包括作业工具和多效载具，所示作业工具均具有与所述快换装置上定位连接杆11适配的第一孔道13，从功能来说，所述作业工具既可以是单功能作业工具，也可以是多功能作业工具；从作业领域来说，所述作业工具既可以是清洁类作业工具，也可以是服务类作业工具；从作业方式来说，所述作业工具既可以是直接作业工具，也可以是间接作业工具。所述机器人适配组件中的拖拽手柄4的作用是示教机器人运动轨迹，且其符合人体工学设计要求；所述机器人适配组件中的缓冲组件的作用是实现了所述应用工具自适应于不同场景和状态、缓解对机器人的冲击、降低对机器人本身的精度要求。所述多器具置装装置是本申请所述机器人标准交互工具开发系统中第二开放口，在一定的约束条件下，自由置装不同辅助器具以完成服务机器人多级任务的流畅执行。所述多器具置装装置上的控制面板3上设置多个功能选择按钮和确认按钮，以便于将机器人上的按键下沉至所述控制面板3上。

如图16~图19所示，在上述技术方案中，所述快换装置包括：

注塑主体，其包括腔体和嵌入所述腔体的定位连接杆11；所述腔体至少具有一个容纳空腔和一个可连接至机器人末端或手持手柄的外接端面；所述定位连接杆11至少具有可活动连接至应用工具的第一杆件。所述标准快换装置包括腔体和嵌入所述腔体的定位连接杆11，所述定位连接杆11特有的被插接特征赋予了所述快换装置快速替换应用工具的功能，且所述定位连接杆11的插接位置可以起到定位作用，便于机器人识别；所述定位连接杆11的插接结构实现了快换装置的标准化模式，是本申请所述机器人标准交互工具开发系统中第一开放口，为机器人交互应用工具的开发提供了一个标准化平台，根据实际应用领域，持续拓展创新，扩展机器人末端应用工具种类，从而为机器人赋加更广泛的功能，拓展机器人的应用领域；所述定位连接杆11可以是单个独立设置，也可以是多个组合设置以便于多个应用工具的多效组合应用；所述腔体为注塑体，其极大地减少了快换装置的重量，所述腔体内部可以设置元器件以实现定位连接杆11与应用工具间的快速插接，在图15或者17中，所述腔体的外接端面可设置嵌入螺母以机械连接至手持手柄11，或者通过机器人适配组件间接连接至服务机器人，所述腔体及外接端面上可以设置配对嵌入电极图中42和43分别为嵌入正电极和嵌入负电极，保证其电连接性。所述外接端面可直接连接至手持手柄或机器人末端，也可以通过机器人适配组件或者其他连接组件间接连接至机器人末端。根据本发明所述注塑主体的腔体和插接杆可以分体设置，也可以一体成型，所述腔体设置为注塑体，可以极大地减少快换装置的重量，对于本领域的技术人员而言，所述腔体和插接杆结构的其他实现方式是显而易见的，不需要任何创造性劳动，所述其他实现方式包括但不限于压铸成型、粉末冶金注射以及3D打印。

在上述技术方案中，所述定位连接杆11上设有顶珠孔34和设置在定位连接杆11内腔的可以顶出所述顶珠孔34及复位的顶珠以实现所述定位连接杆11和应用工具的可活动连接，所述应用工具具有与所述顶珠适配的第一孔道13，定位连接杆11采用可以顶出、复位的顶珠结构来实现其与应用工具的快速连接，其相对于螺纹连接结构，更有利于机器人完成应用工具识别、插接和替换的工作；其相对于磁吸结构，稳定性更强。定位连接杆11采用可以顶出、复位的顶珠结构来实现其与应用工具的快速连接还有一个作用是便于做成标准件，凡尺寸与之匹配、具备与所述顶珠适配的标准应用工具均能与之连接使用。

如图16~19所示，在上述技术方案中，所述腔体包括活塞腔体10、驱动腔体8、控制腔体9；所述驱动腔体8和所述控制腔体9并排设置、所述驱动腔体8和所述活塞腔体10贯通形成所述顶部敞开的空腔，所述控制腔体9的一个外端面即为所述外接端面，以便于连接至机器人末端或手持手柄。所述活塞腔体10和所述驱动腔体8贯通，分别用来放置顶出、复位所述顶珠的驱动总成；所述驱动腔体8与所述控制腔体9并排设置，可以设置分隔板，也可以不设置分隔板，所述控制腔体9用来置装嵌入电极及导线，所述嵌入电极可设置多组，除通过机器人适配组件间接与机器人电连接外，还可以实现与其他元器件的电连接，如紫外消毒灯、吸尘器等，当驱动腔体8内设置电驱动元件时，所述驱动腔体8与所述控制腔体9之间还设有连接导线。如图18所示，所述驱动腔体8和控制腔体9上还设有顶盖48，所述顶盖48正对所述控制腔体9处设有向所述控制腔体9内部延伸的控制板41，区别不同的动力源，所述顶盖48也区分镂空和不镂空的结构；所述活塞腔体10上也设有燕尾插接结构的端盖40。

如图16~19所示，在上述技术方案中，所述快换装置还包括驱动总成使得所述顶珠实现自动顶出或者复位，所述驱动总成包括活塞体和驱动所述活塞体的驱动体；所述活塞体设置于所述活塞腔体10内并插入所述定位连接杆11内，其包括活塞杆35、被驱动座39以及套设在所述活塞杆35上的复位弹性元件38；所述活塞杆35设置于所述被驱动座39上并可插入所述定位连接杆11并顶出所述顶珠，所述复位弹性元件38限制在所述被驱动座39与活塞腔体10内置的限位挡板之间；所述驱动体设置于所述驱动腔体8、所述活塞腔体10内，包括动力源和驱动柄37，所述动力源驱动所述驱动柄37运动使得所述活塞杆35在所述定位连接杆11内部作往复运动以顶出或复位所述顶珠。所述顶珠的顶出、复位是通过可伸缩的活塞体和驱动所述活塞体的驱动体实现的，将驱动总成分成活塞体和驱动体两部分的作用是更方便设置机器人用和人工用的驱动体，人工用时，既可以采用手动按压式动力驱动体，也可以用直流电机动力驱动体，而机器人用时，直流电机动力驱动体更为方便。

根据本发明所述活塞体的活塞杆35和被驱动座39可以分体设置，也可以一体成型，所述活塞体设置为注塑体，可以极大地减少快换装置的重量，对于本领域的技术人员而言，所述活塞杆35和被驱动座39的其他实现方式是显而易见的，不需要任何创造性劳动，所述其他实现方式包括但不限于压铸成型、粉末冶金注射以及3D打印。

如图16~19所示，在上述技术方案中，所述控制腔体9内及外接端面上设有一对嵌入电极，分别为嵌入正电极42和嵌入负电极43，用来实现所述注塑主体与所述机器人末端间接电连接或者与手持手柄直接电连接；所述外端面上还设有嵌入螺母以实现所述注塑主体与所述机器人末端间接机械连接或者于手持手柄直接机械连接，所述控制腔体9内及外接端面上设有成对嵌入电极和嵌入螺母（图中未画出），使得所述快换装置既可以直接连接至手持手柄，供人工使用，又可以间接连接至机器人末端，供智能机器人使用，实现了人工、机器人的柔性交互。所述定位连接杆11、所述注塑体、嵌入电极以及嵌入螺母通过嵌入式注塑方法一体成型，所述活塞杆35与所述被驱动座39也通过嵌入式注塑方法一体成型，采用注塑材质可以极大地减轻快换装置的重量，实现了快换装置从笨重到轻巧的飞跃，也更方便小空间的家庭使用。

如图16~19所示，在上述技术方案中，所述顶珠孔34的边缘为圆弧形和锥形平滑合成一体；所述活塞杆35的自由前端设有与所述顶珠孔34适配的平滑凹圆；所述平滑凹圆为圆弧体和锥形体平滑合成一体，增大了顶珠运动的自由度，减少了顶珠运动的阻尼，相对于圆弧形顶珠孔34和平滑凹圆，本申请的技术方案可以极大地延长所述顶珠的使用寿命。

如图16~19所示，在上述技术方案中，所述驱动柄37至少具备一个锥形端面和一个供所述动力源插入的内腔，所述驱动柄37上还设有第一销钉孔和限位燕尾键，所述驱动腔体8内设有与所述燕尾键配合的燕尾槽以防止所述驱动柄37转动，驱动柄37设置成锥形端面，其在上下运动时与所述被驱动座39之间的摩擦更小，所述驱动柄37上设置的第一销钉孔便于将所述驱动柄37与动力源端部固定，限位燕尾键和燕尾槽的配合可以防止驱动柄37的旋转。

如图18、19所示，所述动力源为电动力源，其包括直流电机44和设置在所述直流电机输出轴56上的蜗杆55；所述蜗杆55驱动设置在驱动柄37内腔内的涡轮57，所述涡轮57上设有与所述第一销钉孔对应的第三销钉孔使得所述驱动柄37随所述电机轴做伸缩运动，直流电机动力源既可以用在与人工用手持手柄连接时，也可以用在与所述机器人末端间接连接时，图中螺钉46的作用是将所述直流电机44与所述驱动腔体8固定。本发明所述的电动力源为以电能设备为驱动器的动力系统，所述电能设备包括但不限于直流电机、步进电机、直线电机和电磁类动力设备。本发明公开了将一种将电能转换成旋转机械能的电能设备（直流电机）如何实现驱动柄竖直方向运动的结构，对于本领域的技术人员而言，根据本发明，其他将电能转换成旋转机械能的电能设备如何实现驱动柄竖直方向运动的结构是容易想到的，本发明不再赘述，根据本发明及本领域的常规技术手段，将电能直接转换成直线运动机械能的电能设备如何实现驱动柄竖直方向运动的结构是显而易见的，本发明也不再赘述。本发明首次提出了快换装置电驱动模式的实现方法和结构，相对于现有的液压驱动模式和气压驱动模式，解决了家庭环境应用的机器人两大难点：第一、普通家庭不能普遍配备液压设备或者气压设备，第二、液压设备所用油液不可避免因密封件老化带来泄露，极易造成家庭环境的污染，气压设备也不可避免少量泄露气体对家庭环境造成影响。所述动力源还有一个延伸款，用于将所述应用工具转为人工使用，其动力源还可以是手动按压式动力源，如图16、17所示，在其包括按压件36、套设在所述按压件上的第一弹性元件47；所述按压件36穿过固定在所述驱动腔体8内壁上的固定圆环柱54并伸入至所述驱动柄37的内腔内，所述第一弹性元件47位于所述固定圆环柱54上部，所述固定圆环柱54通过螺钉45固定在所述驱动腔体8内壁上，这里螺钉45的替代手段不再赘述；所述按压件36上设有与所述第一销钉孔对应的第二销钉孔使得所述驱动柄37随所述按压件做伸缩运动，手动按压式动力源仅用于所述快换装置连接至人工用手持手柄时使用。

如图16~19所示，在上述技术方案中，所述被驱动座39包括被驱动体和与所述被驱动体一体注塑成型的平衡支撑体，所述活塞杆35设置在所述被驱动体上，所述平衡支撑体底部设有多个支撑柱，以减少被驱动座39在所述活塞腔体10内的摩擦。

在上述技术方案中，本发明提供的人工、机器人柔性交换应用的标准快换装置上还设有RFID，自动采集记录快换装置的标识信息，实现所述快换装置的溯源功能，所述标识信息包括但不限于快换装置的故障维修信息、使用信息（使用时间、使用频率、载重信息等）、再制造信息。本发明提供的标准快换装置首次攻克了协作机器人家庭化应用的几大难点，适应家庭环境中电能充沛、无法普遍配备气压或者液压设备的实际情况，并史无前例地提出了机器人末端快换装置电驱动模式的实现方法和结构，采用电驱动方式实现应用工具的快速交互和替换，既快速又环保；且所述标准快换装置可作为机器人拟人化应用示范的基础模块，其通用性强，可作为标准模块，为机器人应用开发爱好者提供了一个标准化平台，根据实际应用领域，持续拓展创新，扩展机器人末端应用工具种类，从而为机器人赋加更广泛的功能，拓展机器人的应用领域，领先性地提供了顺应机器人持续赋能赋加发展模式的标准模块；本发明首度创造性地将注塑技术应用到机器人末端的快换装置制造上，在不折损甚至超越现有快换装置性能的基础上，注塑材料还能使得人工、机器人柔性交互应用的标准快换装置重量仅为现有快换装置的20%，其结构紧凑、体量轻巧，适应小空间的应用场景，为协作机器人家庭化应用奠定了基石；所述快换装置彻底改变了现有快换装置的卡盘结构，采用插接杆插接结构，其人机交互效率高、应用工具替换效率高，极大地提高了机器人的工作效率，为机器人赋加赋能提供了便利条件；所述快换装置解决了人工与机器人无法兼顾系统性、兼容性、拓展性、安全性的柔性交互难题，推进服务机器人持续赋能赋加的发展模式，符合可持续发展型和节约型社会建设的要求。

如图5~10所示，在其中一个技术方案中，所述第一骨架15上设嵌入式螺母19或者盲孔，两个第一骨架15上对应位置上的嵌入式螺母19或盲孔通过过渡连接件实现其自身的相互连接。

在上述技术方案，所述连嵌入式螺母19或盲孔位于所述第一骨架15的侧面，当所述第一骨架15上设置的是嵌入式螺母或者螺纹孔时，所述过渡连接件的两端部设有反旋螺纹，当所述第一骨架15上设置的是盲孔时，所述过渡连接件为连接柱体即可。所述第一孔道13内壁还设有凹圆61，所述凹圆61具有定位和固定的双重作用，既限制了所述作业工具的插接深度，又通过与所述顶珠适配将所述作业工具固定在定位连接杆11特定位置处。这里凹圆61和顶珠的组合适配方式的替代方案对本领域的技术人员而言是容易想到的，如凹圆和弹性凸圆的组合，其适配柔性不如本方案的提供的凹圆61和顶珠的组合。

如图5~10所示，在其中一个技术方案中，所述第一骨架15内还设有端部封堵、底部具有多个分流孔的流体通道22和与所述流体通道22连通的流体接入口16以外接至流体源。

在上述技术方案中，所示第一骨架内设置的端部封堵的流体通道22可实现所述作业工具湿度的调节以及对应用场景的加湿，为所述作业工具提供了两种作业模式：干燥作业和加湿作业，所述流体通道22与所述流体接入口16连通，以外接流体源，这里所述的流体可以是液状流体也可以是雾状流体，所述分流孔具有多个以将流体快速分散在作业工具底部的作业器材上，快速湿润所述作业器材，为清洁作业增效。为减轻所述作业工具的重量，所述第一骨架15上可设置多个圆孔；为方便机器人装配，所述第一骨架15上可设置多个横插孔。

如图5~10所示，在其中一个技术方案中，所述流体接入口16处通过外壁设有燕尾键的弯形接头21外接至流体源，所述弯形接头21的水平端与所述流体接入口16连通、竖直端可以通过管体连接至流体源；所述第一骨架15上还设有与所述燕尾键适配的卡扣17以将所述弯形接头与所述流体接入口16密封连接，所述第一骨架15和所述燕尾键、所述燕尾键和所述燕尾键适配的卡扣17的接触面上均设有配对的凸圆和凹圆，以增强弯形接头21和流体接入口16的密封性，防止流体泄漏，也起到强弯形接头21和流体接入口16的柔性连接作用。

在上述技术方案中，所述流体接入口16和流体源通过弯形接头21连接，所述弯形接头21的优选结构为一体注塑成型的弯形接头21，所述弯形接头21的水平端连接所述流体接入口16，且所述燕尾键设置在水平端，所述竖直端可以外接管体连接至流体源，所述竖直端内壁上设有防止管体脱落的倒刺，弯形接头21的好处是连接稳定，密封性好，燕尾键和燕尾卡扣17的连接形式对尺寸小的物体也适用。

如图5~10所示，在其中一个技术方案中，所述作业器材为柔性刮刀20，其与所述第一骨架15粘接；或者所述作业器材为毛体或丝体刷具23，其嵌入所述第一骨架15。在本申请中，所述作业工具是无限可能的，其作业器材也具有多样性，为具备实践经验的人员进一步开发应用工具又拓宽了道路。

如图11~图13所示，在其中一个技术方案中，所述应用工具还包括多效载具以实现多个作业工具的组合使用，所述多效载具包括第四骨架24，所述第四骨架24的一侧设有供所述定位连接杆11插入的第二孔道29、另一侧设有多条供所述第一骨架15插入的甬道30。

在上述技术方案中，所述应用工具既包括作业工具，也包括协助、增强或者扩充所述作业工具的其他工具，在本申请中，对其他工具的阐述仅以多效载具为示例，不做过多扩展。所述多效载具的作用是对所述作业工具在使用时作出量的扩充，实现所述作业工具的组合使用，所述多效载具必须具备与所述定位连接杆11适配的第二孔道29，也就是说，对其他工具的开发延展，唯一不变的是其必须具有与所述定位连接杆11适配的孔道，所述多效载具上还具有多条供所述第一骨架15插入的甬道30，以便于多个作业工具同时作业，对作业效果起到增强作用。如图12所示，在上述技术方案中，所述甬道30与甬道30之间还设有多个卡爪夹持件31以夹持所述过渡连接件，所述作业工具上设有可相互连接的嵌入螺纹或盲孔，以实现两个作业工具的组合使用，两个作业工具组合使用时，所述卡爪夹持件32可卡住两个作业工具之间连接的过渡连接件，也为所述作业工具提供一定的支撑作用；为了方便识别所述作用工具是否在所述多效载具上装配到位，所述多效载具底部还设有装配弹性片32，其在作业工具装配到位时，可发出明显的碰撞音；为了实现所述多效载具更多的功能性，在所述多效载具的底部预留了备用夹持件33以外接其他器具、器材。所述多效载具上还预留多个贯穿口49，所述贯穿口49内设有弹性片，即为本申请所述机器人标准交互工具开发系统提供了第三个开放口，所述贯穿口49可卡持现有的或者自制的器具、器件等，又可以作为流体管体的走线通道。

如图11和图13所示，在其中一个技术方案中，第四骨架24上设有具有所述第二孔道29的转向装置以实现X、Y轴的双向转动，所述第四骨架24上设有供所述转向装置套设的弹性卡爪25，所述转向装置包括套设在所述弹性卡爪上的X轴转动座26以实现水平方向的圆周转动，以及与所述X轴转动座26通过销轴转动连接的Y轴转动座27以实现竖直方向的转动；所述X轴转动座26上设有所述第二孔道29，所述Y轴转动座27上设有所述第二孔道52以及供大直径杆件使用的大直径孔道28。

在上述技术方案中，所述第四骨架24上设有转向装置既便于所述作业工具多维度作业，又为本申请所述机器人标准交互工具开发系统提供了第四个开放口，所述大直径孔道28即为第四个开放口，可直接插接现实具有杆件结构的工具使用，现实具有杆件结构的工具包括但不限于可伸缩或一段式的撑衣杆、具有杆体的扫帚拖把等。

如图14和图15所示，在上述技术方案中，为了避免所述转向装置无数次转动产生较大磨损，本申请进一步提出了如下优选方案：所述第四骨架24上设有环所述弹性卡爪25的圆周滑道53，所述圆周滑道53上设有多对圆周排列的角度定位凹圆，所述X轴转动座26底部设有与所述角度定位凹圆适配的一对弹性顶珠，这样设置的好处是：既能避免所述X轴转动座26和所述第四骨架24的磨损，也能固定所述X轴转动座的几个常用转动角度，这里的凹圆的布置可修订，也可以等距布置。所述Y轴转动座27和X轴转动座的旋转接触处也设置相应的圆周滑道和弹性顶珠。所述圆周滑道53与第四骨架24可一体注塑成型，同理，所述Y轴转动座27和其上设置的圆周滑道也可一体注塑成型。

如图1到图4所示，在其中一个技术方案中，所述第二骨架1为中部具有通孔的面板，其一侧的中部与所述多器具置装装置可拆卸连接、同一侧的两端部设有拖拽手柄4、另一侧连接所述缓冲调节组件。在上述技术方案中，所述第二骨架1一侧两端部设置拖拽手柄4以示教机器人运动轨迹，为减轻所述机器人末端适配装置的重量，所述第二骨架1可尽可能地做镂空处理，所述多器具置装装置与所述第二骨架1通过螺栓实现两者之间的活连接。所述多器具置装装置设置在两拖拽手柄4之间，除结构紧凑外，还能将拖拽手柄4的控制按钮上移至所述多器具置装装置上的控制面板上以方便操作。

如图1~4所示，在其中一个技术方案中，所述缓冲调节组件包括设置在所述第二骨架1另一侧并与所述通孔贯通的第二弹性元件12、卡设在所述通孔中并伸入所述第二弹性元件12的立轴50、与所述第二弹性元件12另一端连接的活动端板6、穿过所述活动端板6并伸入所述立轴50内的限位轴板51以及连接在所述活动端板6外侧的连接端板7；所述第二骨架1、所述活动端板6上均设有位于第二弹性元件12两侧对应位置处的限位柱以便于通过销钉固定所述第二弹性元件12的端部；所述限位轴板51通过与之垂直的销钉与所述立轴50固定，所述限位轴板51的端面面径及高度均略小于所述活动端板6上的通孔孔径及端面高度以达到实现所述活动端板6相对于所述限位轴板51可多自由度活动；所述活动端板6与所述连接端板7通过螺纹连接；所述连接端板7上设有电极以实现所述快换装置与所述机器人末端适配装置的电连接，所述连接端板7上还设有螺栓孔以实现所述快换装置与所述机器人末端适配装置的机械连接。所述第二骨架1与所述多器具置装装置可拆卸连接的实现方式包括但不限于销轴连接、螺栓连接以及卡扣连接。

在上述技术方案中，在所述机器人末端适配装置和所述快换装置之间设置有缓冲调节组件，这是申请人首次提出的结构部分，是现有服务机器人均不具有的。所述缓冲调节组件包括通过销轴固定在所述活动端板6和所述第二骨架1之间的第二弹性元件12，所述第二弹性元件12优先为弹簧，其他具有弹性伸缩性能的材料也可以，如果是其他具有弹性伸缩性能的材料，其中间需设有允许所述立轴50通过的通道；所述第二弹性元件12的一个端部通过设置在所述第二骨架1上的限位固定柱固定在所述第二骨架1上，所述限位固定柱上设有销轴孔以便于利用销轴将所述弹性元件1一个端部固定在所述第二骨架上，所述限位固定柱为两道圆周排列，内道柱外径等于所述第二弹性元件内径，外道柱内径等于第二弹性元件外径；同理，所述第二弹性元件12的另一个端部通过设置在所述活动端板6上的限位固定柱固定在所述活动端板上。所述立轴50从设置多器具置装装置的一侧穿过所述第二骨架1上的通孔，所述立轴50为两端部分别做缩径和扩径加工的轴体，与所述第二骨架1上的通孔连接端部做锥形扩径加工，使得所述立轴50从多器具置装装置侧穿过所述通孔且与所述通孔紧密配合，所述立轴50的端面与所述第二骨架的端面对齐，与所述限位轴板51的连接端部做缩径加工，使得其与所述限位轴板51的端板紧密配合（所述限位轴板51的端板内侧设有与所述缩径端配合的凹孔）；所述限位轴板51的端面高度略小于所述活动端板6的端面高度，且所述限位轴板51的端面面径略小于所述活动端板上6的通孔孔径，从而当所述快换装置连接的应用工具在作业时对所述连接端面7不同点产生撞击时，所述活动端面6所具有的多自由度活动性使得其均具有缓冲作用，这是本申请所述机器人标准交互工具开发系统之所以能无限开放应用工具开发口的重要原因，缓冲组件的设置使得所述应用工具具备了强大的自适应性，这里所述限位轴板51的端部可以是分体式圆形端帽或者一体式圆柱形端帽，为了减少其重量，可对限位轴板51的重量，其圆柱形端帽可做镂空处理。在本技术方案中，所述第二弹性元件12外侧还设有保护套5对所述弹性元件起到保护作用，也保障了安全性。这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明机器人标准交互工具开发系统的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

在本申请中所有孔道，包括作业工具上的第一孔道13、多效载具上的多个第二孔道，其内部均设有凹圆，所述凹圆与所述定位连接杆11上的顶珠适配，以起到定位固定的作用。另外，在本申请中所有孔道，包括作业工具上的第一孔道13、多效载具上的多个第二孔道的端部均设有键槽62，所述驱动腔体8上与所述定位连接杆11接触的外壁上设有于所述键槽对应的键轴63，以防止所述应用工具在使用过程中旋转。

如上所述，根据本发明，本发明至少包括以下有益效果：

其一、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统设置了四个开放口，分别为定位连接杆处、多器具置装装置处、Y轴转动座处以及多效载具底部备用夹持件处，因此本申请所述机器人标准交互工具开发系统具有极高度的再开发性，有利于加快现实工具、现有实践经验向机器人末端应用工具的转变进程，快速变革人类生活方式；

其二、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统有望改变现有服务机器人单一自动化的发展模式，所提供的高度开放机器人标准交互工具开发平台及系统可实现服务机器人赋能赋加发展模式的推行、服务机器人良性赋能赋加生态圈的建成；

其三、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中的快换装置与末端应用工具的连接结构为插接结构，便于迅速人机交互或更换，基于这种简便快换的连接结构，本发明提供了一个具有标准接头的快换装置，使得具有实践经验的人员均可参与机器人末端应用工具的开发，促进服务机器人普及化、家庭化的进程；

其四、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中的机器人末端适配装置与所述快换装置之间还特别设置了缓冲组件，使得所述应用工具端具有强大的自适应能力，足以应对不同应用工具、不同应用场景的开发延展。

其五、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中提供了清洁领域使用的两种作业工具，两者作业工具之间可自组合或者相互组合属性，可以极大提高了清洁洁净度和清洁效率；

其六、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中提供了清洁领域使用的作业工具具备干、湿双模式，可外接雾化流体源或液体流体源为作业器材加湿；

其七、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中提供了组合不同作业工具的多效载具，所述多效载具上具有Y轴转动座处的开放口，和底部备用夹持件处的开放口，使得所述多效载具既实现了不同作业工具的组合作业形式，又提升了不同作业工具组合作业的灵活性，还实现了标准作业工具和非标准作业工具的组合作业形式；

其八、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中多器具置装装置及多效载具实现了服务机器人与辅助设备的连接，在预设程序的基础上可保证服务机器人连贯完成多级任务需求；

其九、本发明提供的机器人标准交互工具开发系统中各模块灵活轻巧，不需要过大容置空间，为服务机器人普及化，家庭化排除了容置障碍；其快换装置、多效载具及作用工具均为注塑体，极大地减轻了机器人末端负重，价格也亲民，为服务机器人普及化，家庭化排除了经济障碍。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.机器人标准交互工具开发系统，其特征在于，包括：

应用工具，其依据使用人的意愿或者机器人控制指令完成不同场景下指定作业；

快换装置，其至少具有一个腔体以便于连接至机器人末端或者手持手柄，以及一个定位连接杆以便于快速连接或者替换所述应用工具；

机器人末端适配装置，其至少具有一个连接至所述快换装置的机器人适配组件以示教机器人运动轨迹、实现所述应用工具自适应于不同场景和状态以及缓解对机器人的冲击；

多器具置装装置，其连接机器人末端和所述机器人末端适配装置，并置装多个辅助器具；

其中，所述应用工具包括作业工具，所述作业工具包括具有与所述定位连接杆适配的第一孔道且自身可相互组合的第一骨架，以及附加在所述第一骨架上的作业器材；所述机器人适配组件包括一侧连接所述多器具置装装置和拖拽手柄、另一侧连接缓冲调节组件的第二骨架，所述缓冲调节 组件与所述快换装置连接；所述多器具置装装置包括具有多个置装面和控制面板的第三骨架，以及多个置装在所述置装面上的多个辅助器具，所述控制面板的数量与所述拖拽手柄的数量对应设置；

所述第二骨架为中部具有通孔的面板，其一侧的中部与所述多器具置装装置可拆卸连接、同一侧的两端部设置有拖拽手柄、另一侧连接所述缓冲调节组件；

所述缓冲调节组件包括设置在所述第二骨架另一侧并与所述通孔贯通的第二弹性元件、卡设在所述通孔中并伸入所述第二弹性元件的立轴、与所述第二弹性元件另一端连接的活动端板、穿过所述活动端板并伸入所述立轴里的限位轴板以及连接在所述活动端板外侧的连接端板；所述第二骨架、所述活动端板上均设有位于第二弹性元件两侧对应位置处的限位柱以便于通过销钉固定所述第二弹性元件的端部；所述限位轴板通过与之垂直的销钉与所述立轴固定，所述限位轴板的端面板的面径及高度均略小于所述活动端板上的通孔孔径及端面高度以达到实现所述活动端板相对于所述限位轴板可多自由度活动；所述活动端板与所述连接端板通过螺纹连接；所述连接端板上设有电极以实现所述快换装置与所述机器人末端适配装置的电连接，所述连接端板上还设有螺栓孔以实现所述快换装置与所述机器人末端适配装置的机械连接。

2.如权利要求1所述的机器人标准交互工具开发系统，其特征在于，所述第一骨架上设嵌入式螺母或者盲孔，两个第一骨架上对应位置上的嵌入式螺母或盲孔通过过渡连接件实现其自身的相互连接。

3.如权利要求2所述的机器人标准交互工具开发系统，其特征在于，所述第一骨架内还设有端部封堵、底部具有多个分流孔的流体通道和与所述流体通道连通的流体接入口以外接至流体源。

4.如权利要求3所述的机器人标准交互工具开发系统，其特征在于，所述流体接入口处通过外壁设有燕尾键的弯形接头外接至流体源，所述弯形接头的水平端与所述流体接入口连通、竖直端可以通过管体连接至流体源；所述第一骨架上还设有与所述燕尾键适配的卡扣以将所述弯形接头与所述流体接入口密封连接，所述第一骨架和所述燕尾键、所述燕尾键和所述燕尾卡扣的接触面上均设有配对的凸圆和凹圆。

5.如权利要求4所述的机器人标准交互工具开发系统，其特征在于，所述作业器材为柔性刮刀，其与所述第一骨架粘接；或者所述作业器材为毛体或丝体刷具，其嵌入所述第一骨架。

6.如权利要求5所述的机器人标准交互工具开发系统，其特征在于，所述应用工具还包括多效载具以实现多个作业工具的组合使用，所述多效载具包括第四骨架，所述第四骨架的一侧设有供所述定位连接杆插入的第二孔道、另一侧设有多条供所述第一骨架插入的甬道。

7.如权利要求6所述的机器人标准交互工具开发系统，其特征在于，第四骨架上设有具有所述第二孔道的转向装置以实现X、Y轴的双向转动，所述第四骨架上设有供所述转向装置套设的弹性卡爪，所述转向装置包括套设在所述弹性卡爪上的X轴转动座以实现水平方向的圆周转动，以及与所述X轴转动座通过销轴转动连接的Y轴转动座以实现竖直方向的转动；所述X轴转动座上设有所述第二孔道，所述Y轴转动座上设有所述第二孔道以及供大直径杆件使用的大直径孔道。

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