CN114408046A - 一种轮式双足机器人 - Google Patents

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石光明
白洁
李旭阳
谢雪梅
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Abstract

本发明涉及机器人技术领域，公开了一种轮式双足机器人，包括躯干，所述躯干的上端转动连接有头部，所述躯干的两侧转动连接有手臂，所述躯干的下端设有胯部，所述胯部的两端连接有腿部；所述头部的内部设有与医疗服务系统电讯连接的生命体征探测雷达；所述手臂包括依次连接的连接臂、大臂连杆、小臂连杆及机械手，所述连接臂的一端连接所述躯干，所述连接臂的另一端与所述大臂连杆之间转动连接，所述大臂连杆与所述小臂连杆之间、所述小臂连杆与所述机械手之间均转动连接；所述腿部包括相铰接的大腿及小腿，所述大腿的另一端转动连接所述胯部，所述小腿的另一端连接滚轮。本发明是一种具备医疗服务功能的家庭服务机器人。

Description

一种轮式双足机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种轮式双足机器人。
背景技术
随着人工智能的发展，机器人领域进入高速发展期，服务型的机 器人日益融入到人类的生活当中。其中，服务型机器人又可以分为专 业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人。众所周知，越来越多的 老人独居在家，生活孤单；或者有的病人行动不便，需要专人照料。 然而目前的家庭服务机器人主要从事清洁房间的工作，例如扫地机器 人，又或者是针对小孩的学习娱乐型机器人；医疗服务机器人主要从 事引导病人寻找科室以及挂号的工作，有时还需要人工指导服务过程， 服务机器人不能完全无人工作，远不能达到我们的使用要求。
而目前的家庭服务机器人主要从事简单的工作，功能比较单一，无法完成看护老人的工作；同时存在运动不灵活，不适应室内复杂的家居环境的问题，从而影响服务质量；最重要的是现有的家庭服务机器人无法在室外工作，应用场景受限。而医疗服务机器人仅仅起到引导病人或者挂号等工作。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种轮式双足机器人，可对居家老人进行无接触生命体征探测，实现对老年人的快速诊断治疗，可以实现上下楼梯的动作，提高机器人在各种地形的通过能力，可以在室内进行居家服务，还可以适应室外复杂多变的环境与地形。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种轮式双足机器人，包括躯干，所述躯干的上端转动连接有头部，所述躯干的两侧转动连接有手臂，所述躯干的下端设有胯部，所述胯部的两端连接有腿部；
所述头部的内部设有与医疗服务系统电讯连接的生命体征探测雷达；
所述手臂包括依次连接的连接臂、大臂连杆、小臂连杆及机械手，所述连接臂的一端连接所述躯干，所述连接臂的另一端与所述大臂连杆之间转动连接，所述大臂连杆与所述小臂连杆之间、所述小臂连杆与所述机械手之间均转动连接；
所述腿部包括相铰接的大腿及小腿，所述大腿的另一端转动连接所述胯部，所述小腿的另一端连接滚轮。
优选地，所述大腿包括第一大腿组件和第二大腿组件，所述第一大腿组件的上端与所述胯部铰接，所述第一大腿组件的下端与所述小腿的上端铰接，所述胯部内设有腿部伸缩电机，所述腿部伸缩电机的输出轴连接所述第二大腿组件的上端，所述第二大腿组件的下端与所述小腿的中部铰接。
优选地，所述小腿包括相对设置的两个连杆，两个所述连杆的下端连接第一安装座，所述滚轮的内部设有轮毂电机，所述轮毂电机的输出轴连接所述第一安装座，所述第一安装座与所述第二大腿组件之间连接液压杆。
优选地，所述连接臂为第一电机，所述第一电机的输出轴连接第二安装座，所述第二安装座与所述大臂连杆通过第一转轴连接，所述第一转轴上套接有第一带轮，所述第二安装座的内部设有第二电机，所述第二电机与所述第一带轮通过第一同步轮连接。
优选地，所述大臂连杆与所述小臂连杆通过肘部连接，所述肘部包括第三安装座和第四安装座，所述第三安装座的内部设有第三电机，所述第三安装座的一端连接所述大臂连杆，所述第三安装座的另一端连接第二转轴，所述第四安装座的一端设有第二带轮，所述第二带轮及所述第四安装座均插接在所述第二转轴上，且所述第三电机与所述第二带轮通过第二同步带连接，所述第四安装座上固设有第一舵机，所述第一舵机连接所述小臂连杆。
优选地，所述小臂连杆与所述机械手通过腕部连接，所述腕部包括第五安装座和设置在所述第五安装座内部的第六安装座，所述第六安装座的内部设有第二舵机，所述第二舵机的输出端连接所述机械手，所述第五安装座的外壁设有第三舵机，所述第三舵机的输出端连接所述第六安装座。
优选地，所述机械手包括与所述小臂连杆连接的手掌，所述手掌的上表面的一端设有第一手指，所述手掌的上表面的另一端相对设有两个第二手指，两个所述第二手指可相向或相背地移动，所述手掌的内部设有用于驱动所述第一手指及所述第二手指运动的驱动组件。
优选地，所述第一手指及所述第二手指与所述手掌连接的一端均设有涡轮，所述手掌的内部对应每根手指均设有握持电机，所述握持电机的输出轴连接蜗杆，所述蜗杆与所述涡轮相配合；
所述第二手指的下端还设有扇形齿轮，两根所述第二手指的所述扇形齿轮相啮合。
优选地，所述头部包括头部骨架，所述头部骨架与所述躯干通过云台电机连接，所述头部骨架的中部设有语音模块，所述语音模块的后端设有陀螺仪，所述头部骨架的前端设有深度相机，所述深度相机的一侧设有广角摄像头。
优选地，所述躯干、所述头部、所述手臂、所述胯部及所述腿部均包覆有外壳，位于所述躯干的所述外壳内嵌设有显示屏。
本发明实施例的一种轮式双足机器人，与现有技术相比，其有益效果在于：通过在机器人头部的内部设置与医疗服务系统电讯连接的生命体征探测雷达，可对居家老人进行无接触生命体征探测，实时生成诊断报告，上传至医疗服务系统，完成对老年人的快速诊断治疗。通过采用双足，且双足与胯部可转动连接，双足的底部采用滚轮，使得机器人不仅具有双足结构，可以实现上下楼梯的动作，而且可采用滚轮的方式的行进，确保机器人的行进速度，提高了机器人在各种地形的通过能力。同时，大臂连杆与小臂连杆之间、小臂连杆与机械手之间均转动连接，机器人不仅可以在室内进行居家服务，还可以适应室外复杂多变的环境与地形，稳定地进行室外作业，如收取快递等任务，使得机器人的应用场景变得更加广泛。本发明结构简单，使用效果好，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明的轮式双足机器人的结构示意图。
图2为本发明的轮式双足机器人的腿部的结构示意图。
图3为本发明的轮式双足机器人的手臂的结构示意图。
图4为本发明的轮式双足机器人的机械手的结构示意图。
图5为本发明的机械手的扇形齿轮的结构示意图。
图6为本发明的轮式双足机器人的头部结构示意图。
其中：1-躯干，2-头部，21-云台电机，22-深度相机，23-广角摄像头，3-手臂，31-连接臂，32-大臂连杆，33-小臂连杆，34-机械手， 341-手掌，342-第一手指，343-第二手指，344-涡轮，35-第二安装座，36-第一转轴，37-第二电机，38-肘部，381-第三安装座，382-第四安装座，383-第三电机，384-第二转轴，385-第一舵机，39-腕部，391- 第五安装座，392-第六安装座，393-第三舵机，4-胯部，5-腿部，51- 大腿，511-第一大腿组件，512-第二大腿组件，513-腿部伸缩电机， 52-小腿，521-连杆，522-第一安装座，53-液压杆，6-滚轮，7-显示屏。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-6所示，本发明实施例优选实施例的一种轮式双足机器人，包括躯干1，所述躯干1的上端转动连接有头部2，所述躯干1的两侧转动连接有手臂3，所述躯干1的下端设有胯部4，所述胯部4与所述躯干 1之间连接腰部，所述胯部4的两端连接有腿部5；
所述头部2的内部设有与医疗服务系统电讯连接的生命体征探测雷达；
所述手臂3包括依次连接的连接臂31、大臂连杆32、小臂连杆33 及机械手34，所述连接臂31的一端固定连接所述躯干1，所述连接臂 31的另一端与所述大臂连杆32之间转动连接，所述大臂连杆32与所述小臂连杆33之间、所述小臂连杆33与所述机械手34之间均转动连接；
所述腿部5包括相铰接的大腿51及小腿52，所述大腿51的另一端转动连接所述胯部4，所述小腿52的另一端连接滚轮6，所述滚轮 6通过电机驱动。
基于上述技术特征的轮式双足机器人，通过在机器人头部2的内部设置与医疗服务系统电讯连接的生命体征探测雷达，可对居家老人进行无接触生命体征探测，实时生成诊断报告，上传至医疗服务系统，完成对老年人的快速诊断治疗。通过采用双足，且双足与胯部4可转动连接，双足的底部采用滚轮6，使得机器人不仅具有双足结构，可以实现上下楼梯的动作，而且可采用滚轮6的方式的行进，确保机器人的行进速度，提高了机器人在各种地形的通过能力。同时，大臂连杆32与小臂连杆33之间、小臂连杆33与机械手34之间均转动连接，机器人不仅可以在室内进行居家服务，还可以适应室外复杂多变的环境与地形，稳定地进行室外作业，如收取快递等任务，使得机器人的应用场景变得更加广泛。本发明结构简单，使用效果好，易于推广使用。
请参阅附图2，本实施例中，所述大腿51包括第一大腿组件511 和第二大腿组件512，所述第一大腿组件511的上端与所述胯部4铰接，所述第一大腿组件511的下端与所述小腿52的上端铰接，所述胯部4内设有腿部伸缩电机513，所述腿部伸缩电机513的输出轴连接所述第二大腿组件512的上端，所述第二大腿组件512的下端与所述小腿52的中部铰接。当所述腿部伸缩电机513转动时，带动所述第二大腿组件512绕所述腿部伸缩电机513的输出轴转动，从而改变机器人整体的高度，使机器人满足不同的场景下的行走需求。所述第一大腿组件511可以采用一根杆件即可，所述第二大腿组件512采用个相对设置的两根杆件，提高其强度。
所述小腿52包括相对设置的两个连杆521，两个所述连杆521的下端连接第一安装座522，所述滚轮6的内部设有轮毂电机，所述轮毂电机的输出轴连接所述第一安装座522，所述第一安装座522与所述第二大腿组件512之间连接液压杆53。从而使得所述第二大腿组件512与小腿52之间固定安装有液压杆53，从而使机器人腿部结构整体呈三角形结构，不仅连接稳定，而且液压杆53可以达到缓震，减少行进过程中的杆向冲击力对机器人和电机冲击的效果，同时能够吸收和储存能量，在行进过程中适时地释放能量，提高能量利用率。
请参阅附图3，本实施例中，所述连接臂31为第一电机，两个所述连接臂31与X轴正方向夹角分别为20度、160度，所述第一电机驱动所述手臂3相对于身体躯干1，分别以与X轴正方向夹角为20 度、160度的转动轴转动。所述第一电机的输出轴连接第二安装座35，所述第二安装座35与所述大臂连杆32通过第一转轴36连接，所述第一转轴36上套接有第一带轮，所述第二安装座35的内部设有第二电机37，所述第二电机37与所述第一带轮通过第一同步轮连接，在所述第二电机37的驱动作用下，所述大臂连杆32绕所述第一转轴 36的轴线转动。
所述大臂连杆32与所述小臂连杆33通过肘部38连接，所述肘部38包括第三安装座381和第四安装座382，所述第三安装座381 的内部设有第三电机383，所述第三安装座381的一端连接所述大臂连杆32，所述第三安装座381的另一端连接第二转轴384，所述第四安装座382的一端设有第二带轮，所述第二带轮及所述第四安装座 382均插接在所述第二转轴384上，且所述第三电机383与所述第二带轮通过第二同步带连接，当所述第三电机383启动时，带动所述第二带轮驱动所述小臂连杆33绕所述第二转轴384的轴线转动。同时，所述第四安装座382上固设有第一舵机385，所述第一舵机385连接所述小臂连杆33，当所述第一舵机385转动时，其驱动所述小臂连杆33绕所述第一舵机385的轴线转动。所述第一舵机385的轴线与所述第二转轴384的轴线垂直，从而使得所述小臂连杆33绕相对所述大臂连杆32转动。
所述小臂连杆33与所述机械手34通过腕部39连接，所述腕部 39包括第五安装座391和设置在所述第五安装座391内部的第六安装座392，所述第六安装座392的内部设有第二舵机，所述第二舵机的输出端连接所述机械手34，当所述第二舵机转动时，其驱动所述机械手34绕所述第二舵机的轴线转动。同时，所述第五安装座391 的外壁设有第三舵机393，所述第三舵机393的输出端连接所述第六安装座392。当所述第三舵机393启动时，其驱动所述第二舵机与所述机械手34一起绕所述第三舵机393的轴线转动，从而实现了所述机械手34相对所述小臂连杆33的自由转动。
请参阅附图4，所述机械手34包括与所述小臂连杆33连接的手掌 341，所述手掌341的上表面的一端设有第一手指342，所述手掌341 的上表面的另一端相对设有两个第二手指343，两个所述第二手指343 可相向或相背地移动，所述手掌341的内部设有用于驱动所述第一手指342及所述第二手指343运动的驱动组件。当所述驱动组件启动时，其驱动相应的手指运动，实现对物品的抓取。具体地，所述第一手指 342及所述第二手指343与所述手掌341连接的一端均设有涡轮344，所述手掌341的内部对应每根手指均设有握持电机，所述握持电机的输出轴连接蜗杆，所述蜗杆与所述涡轮344相配合；当所述握持电机启动时，其驱动所述蜗杆转动，所述蜗杆与所述涡轮344配合，即可驱动手指移动，实现对物品的抓取。
请参阅附图5，另外，所述第二手指343的下端还设有扇形齿轮，两根所述第二手指343的所述扇形齿轮相啮合。所述扇形齿轮通过动力机构驱动，动力机构连接在所述扇形齿轮的一端，在两个所述扇形齿轮相啮合转动的时候两个所述第二手指343即可实现相向或相背移动，从而扩大所述机械手34的抓取范围。
三个手指的结构基本相同，以所述第一手指342为例，手指主体结构仿人手结构设计，包括三个指节和三个关节，从指尖开始依次为第一、二、三指节以及第一、二、三关节，第一关节包括关节组件一和拉簧一，通过轴连接第一指节和第二指节，第二关节包括关节组件二、关节组件三和拉簧二，通过轴连接第二指节和第三指节，第三关节包括关节组件四和涡轮344，涡轮344下端与蜗杆啮合，蜗杆与电机输出轴同轴，手指外侧共设有四个连杆，连杆一与连杆二并列设置，上端均与手指第一关节铰接，下端均与手指第二关节铰接，连杆三与连杆四并列设置，上端均与手指第二关节铰接，下端均与手指第三关节铰接。
请参阅附图6，本实施例中，所述头部2包括头部骨架，所述头部骨架与所述躯干1通过云台电机21连接，所述头部骨架的中部设有语音模块，可以实现语音控制，实现麦克风的功能，通过与机器人躯干1内部设置的扬声器实现语音播报。所述语音模块的后端设有陀螺仪，所述头部骨架的前端设有深度相机22，所述深度相机22的一侧设有广角摄像头23，方便拍摄。
本实施例中，为保证机器人外观的美观性，所述躯干1、所述头部2、所述手臂3、所述胯部4及所述腿部5均包覆有外壳。同时，位于所述躯干1的所述外壳内嵌设有显示屏7，所述躯干1的内部设有电池仓安装位，用于安装电池，电池仓的上端固定有屏幕安装支架，屏幕安装支架前端安装有屏幕外壳，屏幕外壳可以带动所述显示屏7 相对于所述躯干1以X轴为转动轴转动。
本发明的机器人采用轮式双足结构，对复杂地形具有较高的通过能力，同时机器人使用一种六自由度机械臂，机械臂末端安装有三指机械爪，可以完成许多复杂任务。此种结构决定了机器人不仅可以在室内服务，还可以在室外作业，大大提高了家庭服务机器人的应用场景。我们的家庭生活场景不仅仅局限于室内，有许多工作需要我们到室外进行，如收取快递、外卖等，此时，本专利提供的机器人就可以代替人类去完成这些工作。
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替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轮式双足机器人，其特征在于：包括躯干，所述躯干的上端转动连接有头部，所述躯干的两侧转动连接有手臂，所述躯干的下端设有胯部，所述胯部的两端连接有腿部；
所述头部的内部设有与医疗服务系统电讯连接的生命体征探测雷达；
所述手臂包括依次连接的连接臂、大臂连杆、小臂连杆及机械手，所述连接臂的一端连接所述躯干，所述连接臂的另一端与所述大臂连杆之间转动连接，所述大臂连杆与所述小臂连杆之间、所述小臂连杆与所述机械手之间均转动连接；
所述腿部包括相铰接的大腿及小腿，所述大腿的另一端转动连接所述胯部，所述小腿的另一端连接滚轮。
2.如权利要求1所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述大腿包括第一大腿组件和第二大腿组件，所述第一大腿组件的上端与所述胯部铰接，所述第一大腿组件的下端与所述小腿的上端铰接，所述胯部内设有腿部伸缩电机，所述腿部伸缩电机的输出轴连接所述第二大腿组件的上端，所述第二大腿组件的下端与所述小腿的中部铰接。
3.如权利要求2所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述小腿包括相对设置的两个连杆，两个所述连杆的下端连接第一安装座，所述滚轮的内部设有轮毂电机，所述轮毂电机的输出轴连接所述第一安装座，所述第一安装座与所述第二大腿组件之间连接液压杆。
4.如权利要求1所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述连接臂为第一电机，所述第一电机的输出轴连接第二安装座，所述第二安装座与所述大臂连杆通过第一转轴连接，所述第一转轴上套接有第一带轮，所述第二安装座的内部设有第二电机，所述第二电机与所述第一带轮通过第一同步轮连接。
5.如权利要求1所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述大臂连杆与所述小臂连杆通过肘部连接，所述肘部包括第三安装座和第四安装座，所述第三安装座的内部设有第三电机，所述第三安装座的一端连接所述大臂连杆，所述第三安装座的另一端连接第二转轴，所述第四安装座的一端设有第二带轮，所述第二带轮及所述第四安装座均插接在所述第二转轴上，且所述第三电机与所述第二带轮通过第二同步带连接，所述第四安装座上固设有第一舵机，所述第一舵机连接所述小臂连杆。
6.如权利要求1所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述小臂连杆与所述机械手通过腕部连接，所述腕部包括第五安装座和设置在所述第五安装座内部的第六安装座，所述第六安装座的内部设有第二舵机，所述第二舵机的输出端连接所述机械手，所述第五安装座的外壁设有第三舵机，所述第三舵机的输出端连接所述第六安装座。
7.如权利要求1所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述机械手包括与所述小臂连杆连接的手掌，所述手掌的上表面的一端设有第一手指，所述手掌的上表面的另一端相对设有两个第二手指，两个所述第二手指可相向或相背地移动，所述手掌的内部设有用于驱动所述第一手指及所述第二手指运动的驱动组件。
8.如权利要求7所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述第一手指及所述第二手指与所述手掌连接的一端均设有涡轮，所述手掌的内部对应每根手指均设有握持电机，所述握持电机的输出轴连接蜗杆，所述蜗杆与所述涡轮相配合；
所述第二手指的下端还设有扇形齿轮，两根所述第二手指的所述扇形齿轮相啮合。
9.如权利要求1所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述头部包括头部骨架，所述头部骨架与所述躯干通过云台电机连接，所述头部骨架的中部设有语音模块，所述语音模块的后端设有陀螺仪，所述头部骨架的前端设有深度相机，所述深度相机的一侧设有广角摄像头。
10.如权利要求1所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述躯干、所述头部、所述手臂、所述胯部及所述腿部均包覆有外壳，位于所述躯干的所述外壳内嵌设有显示屏。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024054059A1 (ko) * 2022-09-07 2024-03-14 엘지전자 주식회사 로봇
WO2024080447A1 (ko) * 2022-10-14 2024-04-18 엘지전자 주식회사 로봇

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