CN206154290U - 一种智能移动式机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能移动式机器人，包括底盘以及设在底盘工作台上的控制箱，还包括：转向机构、夹持机构、抓取机构和存取机构，本实用新型的机器人具有半机械箱半机械手的整体结构，可实现收取物品与夹取物品多功能融于一体，不仅可以根据抓取情况使用不同的机械手帮助老年人便捷抓取物品并运送，而且还可以对大质量、体积的物品实现平稳搬运，同时对老人具有远程看护功能，本实用新型具有普适性好，安全性强，人性化高的特点，特别适合在市场上推广应用。

Description

一种智能移动式机器人

技术领域

本实用新型涉及机械自动化技术领域，具体涉及一种适用于家庭中、可以帮助老人递送物品、辅助远程看护的智能移动式机器人。

背景技术

随着人们生活水平的提高，健康保健意识的增强，医疗卫生事业的不断发展，人类的寿命在近百年来得到了很大的延长，老年人在社会人口中的比重越来越大。据统计，截至2015年底，我国60岁及以上老年人口22200万人，占总人口16.1％，其中65岁及以上人口14386万人，占总人口10.5％。在老年人口比例增加的同时，青壮年人口比例相应减少，两个独生子女的家庭常需要照顾四位老人。同时，在现代社会中人们的生活节奏变快，工作压力加大，竞争强度也越发激烈，子女在繁忙工作的同时无法顾及老年人的生活需要。因此提高老年人的生活质量，保障和照顾老年人的生活已经成为了一个继续解决的社会性问题。

众所周知，腿脚不便，腰肢酸软，无法弯腰是许多老年人的通病，对于他们，去拿、捡一些地下或低处的东西是相当困难与痛苦的。更有一些老人，还要照顾他们的孙子，孙女，外孙等等，要经常拾起地上的玩具对于他们来说更是苦不堪言。随着时代的发展，时间的前进，中国已经不知不觉的进入老龄化时代，这也将必定会导致老年人数量的激增。对于腿脚不便，腰肢无力的老人来说要经常走动去拿东西无疑会增加摔倒，磕碰的几率，继而更可能造成一些不可挽回的损伤，对于被疾病困扰的老人，如果没有看护人的监护甚至会发生生命危险。

发明内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种智能移动式机器人，该机器人不仅可以根据抓取情况使用不同的机械手帮助老年人便捷抓取物品并运送，而且还可以对大质量、体积的物品实现平稳搬运，同时对老人具有远程看护功能，本实用新型具有普适性好，安全性强，人性化高的特点，特别适合在市场上推广应用。

一种智能移动式机器人，包括底盘以及设在底盘工作台上的控制箱，还包括：转向机构、夹持机构、抓取机构和存取机构，所述的转向机构包括经直流低速电机驱动的电动万向轮、固定在轮轴上的万向轮支架和转动盘，所述的转动盘固定在底盘的底部，转动盘内设有一转轴，转轴的一端经联轴器与舵机的输出轴相连接，转轴的另外一端与万向轮支架相连接；所述的夹持机构包括第一升降机、夹持底座和平移型的夹持式机械手，所述的第一升降机固定在底盘上，第一升降机包括相互配合的丝杠和丝母，所述的丝杠经第一电机控制转动，所述的夹持底座固定在丝母上随丝母在丝杠上作升降运动，夹持底座上安装有夹持式机械手；所述的抓取机构包括转动支架平台、机械臂底座、机械大臂、机械小臂和抓取式机械手，所述的转动支架平台固定在底盘上，转动支架平台经转轴与机械臂底座转动连接，其中转动支架平台的转轴由舵机控制转动角度，机械臂底座经第一关节与机械大臂连接，机械大臂经第二关节与机械小臂连接，机械小臂前端设有抓取式机械手，第一关节驱动装置与所述第一关节结构连接以驱动所述第一关节结构运动，第二关节驱动装置与所述第二关节结构连接以驱动所述第二关节结构运动；所述的存取机构包括第二升降机和机械箱，所述的第二升降机固定在底盘上，第二升降机包括相互配合的丝杠和丝母，所述的丝杠经第二电机控制转动，所述的机械箱固定在丝母上随丝母在丝杠上作升降运动，机械箱的前端开设有供物品进出的存取口；所述的直流低速电机、舵机、第一电机、第二电机、第一关节驱动装置、第二关节驱动装置分别与控制箱内的微控制器电连接，所述的控制箱内还设有第一信号接收器，所述的第一信号接收器与微控制器电连接。

通过上述技术方案本实用新型的智能移动式机器人主要由底盘、控制箱、转向机构、夹持机构、抓取机构和存取机构几个模块组成。夹持机构中的夹持式机械手是一种独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手，该机械手通过第一升降机的升降找到合适的作用高度，然后使用低转速电机驱动平移型夹持式机械手的夹持动作，结构简单，运行稳定，控制精度高，维护和使用方便，可实现对水杯等形状相对规整物品的夹取；本技术方案中还可以将夹持式机械手配合触力传感系统使用，触力传感系统的核心是一种电子触力传感设备——触力传感器，目前被广泛应用在机器人端部感应器等设备中，用于灵活控制机械手的抓取力，防止物品滑落或抓坏，机械手与触力传感器配合使用可实现对物品的平稳夹取。

抓取机构中的抓取式机械手是一种由低速直流电机驱动手指收合的装置，该机械手配有经第一关节驱动装置和第二关节驱动装置驱动的机械大臂与机械小臂，再配合转动支架平台的平面内转动效果，使该机械手具有角度多样化，活动范围广泛，结构简单使用可靠，成本低的特点，可完成对不规则形状的物品的抓取；同样本技术方案中也可以将抓取式机械手配合触力传感系统使用，平稳、安全抓取不规则形状的物品，可特别是对地面上的物的抓取品，可以帮助老人缓解因行动不便以及弯腰困难带来的困扰。

本实用新型还设计了一个存取机构，存取机构由一个可以在第二升降机作升降运动的机械箱组成，当使用者需要远距离运送大质量、大体积、形状不规整的物品时，仅靠夹持式机械手抓和取式机械手很难保证物品的安全平稳运动，因此本实用新型设计了一个机械箱结构，当需要运送较大物品时，可以控制抓取式机械手配合将物品放入机械箱中，实现对大件物品的远距离运送，从而使其功能更加完备。

转向机构中的电动万向轮胎经轮轴固定在万向轮支架上，而万向轮支架由于底盘上固定的转动盘连接，因此通过对舵机的驱动可以实现电动万向轮胎的原地转动，帮助小车原地改变运动方向，通过直流低速电机的驱动，实现低速度前进，避免与家具的高速冲撞，可增加小车的活动范围；同时为了适应老年人的使用特点，本实用新型根据微控制器内部程序设定实现小车轮胎的原地90度转动，使小车只具有前进，后退，左转，右转四个运行方式，直来直去运动不用转弯的小车大大降低了运行的操作难度，更适合于老年人的操作。

进一步，本实用新型所述的机械箱顶部设有机械推手，所述的机械推手包括基座、大臂、小臂和推板，所述的基座固定在机械箱顶部，基座与大臂之间经大臂关节连接，大臂与小臂之间经小臂关节连接，小臂的前端设有推板，所述的大臂关节和小臂关节分别经大臂关节驱动装置和小臂关节驱动装置驱动作结构运动，所述的大臂关节驱动装置和小臂关节驱动装置分别与控制箱内的微控制器电连接。

通过上述技术方案，本实用新型的机械箱顶部设有机械推手，该机械推手可以与抓取式机械手配合更好的实现对大尺寸物品的收取，使用时控制万向轮使本实用新型的机器人接近桌旁，控制机械箱的升降高度，使机械箱的下沿与桌面平齐，使用者通过遥控器控制机械推手的大臂与小臂的运动，由于本技术方案机械推手仅用于方便收纳水平桌面上的物体，因此可以通过内部程序控制大臂和小臂在大臂关节驱动装置和小臂关节驱动装置的控制下完成既定的展开和收纳动作，将桌面上的物品通过小臂前端的推板直接推进机械箱中。

进一步，本实用新型所述的机械箱存取口的开口处设有方便物品推进的坡度板。

进一步，本实用新型所述的夹持式机械手包括主体、滑轨、左夹持部、右夹持部、连杆和曲柄，所述主体的上端设有一滑轨，滑轨的两端分别设有沿滑轨作相对移动的左夹持部和右夹持部，所述主体的中部经中心轴设有一曲柄，曲柄的左右两端分别与两个连杆在同一平面内转动连接，连接在曲柄左端的连杆与所述的左夹持部转动连接，连接在曲柄右端的连杆与所述的右夹持部转动连接，控制曲柄转动的中心轴经舵机驱动，所述的舵机与控制箱内的微控制器电连接。

上述技术方案是本实用新型中夹持式机械手夹取动作的一种实现形式，本技术方案将两个夹持机构通过相对安装在滑轨上，左夹持部和右夹持部分别与一个连杆连接，连杆与中心的曲柄连接，实际上分别形成了曲柄滑块机构，用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换，该机构中与滑轨配合构成移动副的构件是两个夹持部，通过转动副连接曲柄和夹持机构的构件是连杆，舵机驱动中心曲柄转动后，中心曲柄通过连杆带动左右两侧的夹持部同时向内或向外平移，完成夹持动作。

进一步，本实用新型所述的底盘上经支柱还设有用于定位老人位置并进行监控拍摄的自动跟踪摄像头。

本技术方案所述的自动跟踪摄像头可以识别老人的位置进行拍摄，并网络传输将拍摄视频发送到远程电脑页面中，便于子女实时了解家中老人的情况。

进一步，在上述技术方案中本实用新型所述的自动跟踪摄像头包括摄像头、转动底座、信号接收装置和舵机，所述的摄像头安装在可360度旋转的转动底座上，所述的转动底座内设有第二信号接收器，转动底座的转轴经联轴器与舵机相连接，所述的第二信号接收器和舵机与控制箱内的微控制器电连接。

上述技术方案是本实用新型的所安装的自动跟踪摄像头一种实现形式，本实用新型在老人携带的遥控器上安装红外发射装置，或者为了方便使用单独在老人身上安装简易小巧的红外发射装置，同时在自动跟踪摄像头上安装第二信号接收装置，值得注意的是第二信号接收装置是独立于控制箱内的第一信号接受装置而存在的，第二信号接收装置实时独立地接收使用者身上发射的红外信号微控制器根据接收到的信号驱动舵机，调整摄像头的角度进行拍摄。

本实用新型的有益效果在于：1. 该智能机器人集多个功能于一机，具有两种机械手，一个机械箱，该机器人通过夹持式机械手对水杯等物品的夹取以及机械箱对药箱等物品的收取来帮助老人收取桌面上的物品，通过抓取式驱动机械手来抓取或者通过机械手上的电磁铁来吸取地面上的物品，从而帮助老人缓解因行动不便以及弯腰困难带来的困扰，通过对机械手、机械箱多角度的的位置控制，可以针对不同形状不同大小的物品进行递送，适用面更广，功能更齐全。2. 该机器人人配有自动跟踪摄像头，将家中老人的情况以视频形式通过网络传输到远程电脑中，帮助在外的子女了解家中老人的情况，可以有效地解决在外上班的子女对家中老人的担忧。 3. 该机器人借助电动万向轮原地变向，通过内部程序设定实现小车轮胎的原地90度转动，使小车只具有前进，后退，左转，右转四个运行方式，直来直去运动不用转弯的小车大大降低了运行的操作难度，更适合于老年人的操作。

附图说明

图1为本实用新型的整体构示意图。

图2为本实用新型抓取式机械手的结构示意图。

图3为本实用新型夹持式机械手的结构示意图。

图4为本实用新型机械推手的结构示意图。

图5为本实用新型电动万向轮的结构示意图。

图6为本实用新型的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1-图6所示一种智能移动式机器人，包括底盘1以及设在底盘工作台上的控制箱2，还包括：转向机构、夹持机构、抓取机构和存取机构，所述的转向机构包括经直流低速电机C驱动的电动万向轮3a、固定在轮轴上的万向轮支架3b和转动盘3c，所述的转动盘3c固定在底盘的底部，转动盘3c内设有一转轴，转轴的一端经联轴器与舵机3d的输出轴相连接，转轴的另外一端与万向轮支架相连接；所述的夹持机构包括第一升降机4、夹持底座5和平移型的夹持式机械手6，所述的第一升降机4固定在底盘1上，第一升降机4包括相互配合的丝杠4a和丝母4b，所述的丝杠经第一电机4c控制转动，所述的夹持底座5固定在丝母上随丝母在丝杠上作升降运动，夹持底座5上安装有夹持式机械手6；所述的抓取机构包括转动支架平台7a、机械臂底座7b、机械大臂7c、机械小臂7d和抓取式机械手7，所述的转动支架平台7a固定在底盘1上，转动支架平台7a经转轴与机械臂底座7b转动连接，其中转动支架平台7的转轴由舵机7e控制转动角度，机械臂底座7b经第一关节与机械大臂7c连接，机械大臂7c经第二关节与机械小臂7d连接，机械小臂7d前端设有抓取式机械手7，第一关节驱动装置A与所述第一关节结构连接以驱动所述第一关节结构运动，第二关节驱动装置B与所述第二关节结构连接以驱动所述第二关节结构运动；所述的存取机构包括第二升降机8和机械箱9，所述的第二升降机8固定在底盘1上，第二升降机8包括相互配合的丝杠8a和丝母8b，所述的丝杠经第二电机8c控制转动，所述的机械箱9固定在丝母8b上随丝母在丝杠8a上作升降运动，机械箱9的前端开设有供物品进出的存取口；所述的直流低速电机C、舵机3d、第一电机4c、第二电机8c、第一关节驱动装置A、第二关节驱动装置B分别与控制箱2内的微控制器2a电连接，本实施例中使用的控制器是STM32系列微控制器，其时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品，本实用新型的智能移动式机器人是配合遥控装置进行使用的，因此所述的控制箱内还设有第一信号接收器，所述的第一信号接收器12与微控制器2a电连接，第一信号接收器接收到遥控器发射而来的电信号，由解码芯片翻译成不同操作指令后，然后传递给微控制器经驱动不同的机构执行相应的动作。

本实施例机械箱顶部设有机械推手10，所述的机械推手包括基座10a、大臂10b、小臂10c和推板10d，所述的基座10a固定在机械箱9顶部，基座10a与大臂10b之间经大臂关节连接，大臂10b与小臂10c之间经小臂关节连接，小臂10c的前端设有推板10d，所述的大臂关节和小臂关节分别经大臂关节驱动装置D和小臂关节驱动装置E驱动作结构运动，所述的大臂关节驱动装置和小臂关节驱动装置分别与控制箱内的微控制器2a电连接。为了方便机械推手10将物品推入机械箱9，机械箱9存取口的开口处设有方便物品推进的坡度板9b。

本实施例中的夹持式机械手包括主体6a、滑轨6b、左夹持部6c、右夹持部6d、连杆6e和曲柄6f，所述主体6a的上端设有一滑轨6b，滑轨的两端分别设有沿滑轨作相对移动的左夹持部6c和右夹持部6d，所述主体的中部经中心轴设有一曲柄6f，曲柄6f的左右两端分别与两个连杆6e在同一平面内转动连接，连接在曲柄左端的连杆6e与所述的左夹持部6c转动连接，连接在曲柄右端的连杆6e与所述的右夹持部6d转动连接，控制曲柄6f转动的中心轴经舵机6g驱动，所述的舵机6g与控制箱内的微控制器电连接。

本实施例的第二支撑柱上还设有用于定位老人位置并进行监控拍摄的自动跟踪摄像头11，所述的自动跟踪摄像头包括摄像头11、转动底座、信号接收装置和舵机，所述的摄像头安装在可360度旋转的转动底座上，所述的转动底座内设有第二信号接收器，转动底座的转轴经联轴器与舵机相连接，所述的第二信号接收器和舵机与控制箱内的微控制器电连接。

上述技术方案是本实用新型的所安装的自动跟踪摄像头一种实现形式，本实用新型在老人携带的遥控器上安装红外发射装置，在自动跟踪摄像头上这只了信号接收装置，根据老人身上发射的红外信号可以驱动舵机，调整摄像头位置进行拍摄。

本实施例的工作流程如下：

首先对与本实用新型配合的遥控作如下说明：

遥控器上分左右两个控制区：

1.遥控器左侧为机器人移动控制区，分为车轮模式，底盘模式。

2.选择为车轮模式，则下方四个键分别控制小车的前后左右运动；选择为底盘模式，则下方的两个键分别控制小车底盘转盘的左右转动。

3.遥控器右侧的控制区分为夹持机构升降控制模块，抓取机构升降控制模块，夹持式机械手控制模块，抓取式机械手控制模块和机械箱控制模块供5个控制模块。

4.夹持机构升降控制模块，抓取机构升降控制模块上分别配制上升按钮和下降按钮以及工作指示灯。

5.夹持式机械手控制模块，配制控制转动支架左转和右转的转动按钮，以及控制抓取式机械手完成抓取动作的抓取按钮。

6.机械箱控制模块，设定机械推手控制按钮，为机械推手通过大臂和小臂做出指定动作收取物品，另外还设定了机械推手回位按钮。

使用时，遥控器发出指令，机器人控制箱中第一信号接收器接收来自遥控的信号，经过微控制器处理后做出指定动作，其中车轮的转向由舵机3d控制，车轮的运动由直流低速电机C控制，第一升降机和第二升降机使用为丝杠升降结构，第一电机4c和第二电机8c分别控制丝杆的正反转从而带动升降机上升下降。

遥控发出指令，机器人控制箱中通信模块接收来自遥控的信号，经过stm32控制器处理后做出指定动作，其中车轮的转向由舵机控制，车轮的运动由电机控制，升降机为丝杠结构，电机转动控制丝杠正反转从而带动升降机上升下降。

夹持式机械手由舵机6g驱动控制夹紧或松开；抓取式机械手由舵机7e控制转角，到达指定抓取物品处按动抓取按钮，第一关节驱动装置A和第二关节驱动装置B按照既定程序骄角度控制机械大臂和机械小臂以及机械手完成抓取动作。机械箱上的机械推手由大臂关节驱动装置D和小臂关节驱动装置E按照内部程序控制作出指定动作收取物品。

工作过程如下：

该智能机器人能够接收遥控指令抓取物品，待电源开关打开，机器人启动并进入待命状态，通过遥控将机器人移动到地面上的物体旁，控制抓取式机械手向下抓取物品，同时借助触力传感器系统的压力分析，使抓取式机械手将物品抓紧，放入机械箱中，机械箱也可以通过箱体上部的机械推手对抓取式机械手无法抓取的物品实现推进功能；夹持机械手借助升降系统下降到合适高度，完成夹取动作后，小车移动到老人旁边，借助升降系统机械箱和机械手上升到合适高度，便于老人拿取物品。

该智能机器人具有远程看护老人的功能，在外上班的子女通过网络连接，打开视频页面。该机器人的摄像头通过转动识别自动锁定老人的位置并通过网络传输将拍摄视频发送到远程电脑页面中，便于子女了解家中老人的情况。

本实用新型的该智能机器人运用电动方向轮胎，根据内部程序设定实现小车轮胎的原地90度转动，使小车只具有前进，后退，左转，右转四个运行方式，直来直去运动不用转弯的小车大大降低了运行的操作难度，低难度的遥控运行更适合于老年人的操作。

该智能机器人具有半机械箱半机械手的整体结构，可实现收取物品与夹取物品多功能融于一体，能够通过机械手对水杯等规则形状物品的夹取以及机械箱对不规则较大物品的收取，来实现对家中大部分物品的运送，从而使其功能更加完备。

利用顶部摄像头拍摄视频的网络传输实现远程看护老人的功能，摄像头可进行360度旋转，扫描角度全覆盖，可以准确的锁定老人位置，借助网络，传输视频到远程电脑中,便于在外子女对家中老人的情况的了解。

Claims (6)

1.一种智能移动式机器人，包括底盘以及设在底盘工作台上的控制箱，其特征在于还包括：转向机构、夹持机构、抓取机构和存取机构，所述的转向机构包括经直流低速电机驱动的电动万向轮、固定在轮轴上的万向轮支架和转动盘，所述的转动盘固定在底盘的底部，转动盘内设有一转轴，转轴的一端经联轴器与舵机的输出轴相连接，转轴的另外一端与万向轮支架相连接；所述的夹持机构包括第一升降机、夹持底座和平移型的夹持式机械手，所述的第一升降机固定在底盘上，第一升降机包括相互配合的丝杠和丝母，所述的丝杠经第一电机控制转动，所述的夹持底座固定在丝母上随丝母在丝杠上作升降运动，夹持底座上安装有夹持式机械手；所述的抓取机构包括转动支架平台、机械臂底座、机械大臂、机械小臂和抓取式机械手，所述的转动支架平台固定在底盘上，转动支架平台经转轴与机械臂底座转动连接，机械臂底座经第一关节与机械大臂连接，机械大臂经第二关节与机械小臂连接，机械小臂前端设有抓取式机械手，第一关节驱动装置与所述第一关节结构连接以驱动所述第一关节结构运动，第二关节驱动装置与所述第二关节结构连接以驱动所述第二关节结构运动；所述的存取机构包括第二升降机和机械箱，所述的第二升降机固定在底盘上，第二升降机包括相互配合的丝杠和丝母，所述的丝杠经第二电机控制转动，所述的机械箱固定在丝母上随丝母在丝杠上作升降运动，机械箱的前端开设有供物品进出的存取口；所述的直流低速电机、舵机、第一电机、第二电机、第一关节驱动装置、第二关节驱动装置分别与控制箱内的微控制器电连接，所述的控制箱内还设有第一信号接收器，所述的第一信号接收器与微控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能移动式机器人，其特征在于：所述的机械箱顶部设有机械推手，所述的机械推手包括基座、大臂、小臂和推板，所述的基座固定在机械箱顶部，基座与大臂之间经大臂关节连接，大臂与小臂之间经小臂关节连接，小臂的前端设有推板，所述的大臂关节和小臂关节分别经大臂关节驱动装置和小臂关节驱动装置驱动作结构运动，所述的大臂关节驱动装置和小臂关节驱动装置分别与控制箱内的微控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的一种智能移动式机器人，其特征在于：所述的机械箱存取口的开口处设有方便物品推进的坡度板。

4.根据权利要求1或2所述的一种智能移动式机器人，其特征在于：所述的夹持式机械手包括主体、滑轨、左夹持部、右夹持部、连杆和曲柄，所述主体的上端设有一滑轨，滑轨的两端分别设有沿滑轨作相对移动的左夹持部和右夹持部，所述主体的中部经中心轴设有一曲柄，曲柄的左右两端分别与两个连杆在同一平面内转动连接，连接在曲柄左端的连杆与所述的左夹持部转动连接，连接在曲柄右端的连杆与所述的右夹持部转动连接，控制曲柄转动的中心轴经舵机驱动，所述的舵机与控制箱内的微控制器电连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种智能移动式机器人，其特征在于：所述的底盘上经支柱还设有用于定位老人位置并进行监控拍摄的自动跟踪摄像头。

6.根据权利要求5所述的一种智能移动式机器人，其特征在于：所述的自动跟踪摄像头包括摄像头、转动底座、信号接收装置和舵机，所述的摄像头安装在可360度旋转的转动底座上，所述的转动底座内设有第二信号接收器，转动底座的转轴经联轴器与舵机相连接，所述的第二信号接收器和舵机与控制箱内的微控制器电连接。