CN209717730U - 一种具有行走和搬运功能的家用服务机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有行走和搬运功能的家用服务机器人，包括由骨架及车轮组成的移动底盘、固定在移动底盘外侧的壳体、设置在壳体上方的控制柜、通过调整机构固定在控制柜上方的双目摄像头以及与调整机构相连的抓取机构，车轮包括主动轮及从动轮，主动轮由设置在骨架上的第一直流电机驱动，从动轮上连接有绝对编码器，骨架上还设有激光雷达、超声波传感器、红外热释电传感器、碰撞传感器及陀螺仪，抓取机构包括对称设置的左机械臂及右机械臂，左机械臂及右机械臂分别具有四个自由度。由上述技术方案可知，本实用新型所提供的家用服务机器人转向灵活，可实现全方位的移动，同时还具有行走、抓取及搬运功能，可满足复杂多样的家庭事务。

Description

一种具有行走和搬运功能的家用服务机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种具有行走和搬运功能的家用服务机器人。

背景技术

我国服务机器人行业处于初级发展阶段，已投入使用的服务机器人大多功能单一，应用场景不够宽广，包括扫地机器人，迎宾机器人，移动机器人等。现有的扫地或移动机器人大多采用两个主动轮带万向轮的结构，这种结构转向不灵活，难以实现全方的自由移动，不能满足家庭复杂的室内情况。迎宾机器人大多不能够移动，缺乏搬运和抓取物体的能力，一些服务机器人采用单轴或两轴的机械臂和两爪的机械夹爪，因为机械臂的自由度不高且夹爪结构简单，无法灵活地完成复杂的操作工作。工业机械臂自由度高可灵活工作，但关节处使用外挂电机导致结构庞大无法适应狭小的室内环境。因此，需要研究和开发一款具有行走和搬运功能的家用服务机器人，从而满足家庭事务的复杂性和多样性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有行走和搬运功能的家用服务机器人，该家用服务机器人集成抓取和搬运等功能，并可进行全方位的灵活移动，从而满足家庭事务的复杂性和多样性。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：包括由骨架及车轮组成的移动底盘、固定在移动底盘外侧的壳体、设置在壳体上方的控制柜、通过调整机构固定在控制柜上方的双目摄像头以及与调整机构相连的抓取机构，所述的车轮包括主动轮及从动轮，所述的主动轮由设置在骨架上的第一直流电机驱动，所述的从动轮上连接有绝对编码器，所述的骨架上还设有激光雷达、超声波传感器、红外热释电传感器、碰撞传感器及陀螺仪，所述的抓取机构包括对称设置的左机械臂及右机械臂，所述的左机械臂及右机械臂分别具有四个自由度。

所述的骨架包括自上向下依次平行设置的第一板体、第二板体、第三板体以及连接第一板体与第二板体的第一支撑板、连接第二板体与第三板体的第二支撑板，所述的第一板体、第二板体及第三板体的外形均为圆形且直径依次递增，所述的第一支撑板、第二支撑板呈竖直方向布置；

所述的车轮包括安装在第三板体上的主动轮及从动轮，所述的主动轮及从动轮均为全向轮，所述的主动轮设置三组，三组所述的主动轮沿第三板体的周向均匀间隔布置，且三组主动轮的运动轴心夹角为120度，三组所述的主动轮分别与三组第一直流电机相连，三组所述的第一直流电机均与第三板体的下板面相固定；所述的从动轮设置两组，两组所述的从动轮位于其中两组主动轮之间，且从动轮的运动轴心夹角为120度，所述的从动轮通过从动轮架与第三板体的下板面相固定，所述的从动轮架上设有绝对编码器，所述的绝对编码器通过联轴器与从动轮的轮轴连接。

所述第三板体的上板面设有直流电机驱动器及电池，所述的直流电机驱动器分别与三组第一直流电机相连，所述第三板体的侧面设有碰撞传感器，所述的碰撞传感器沿第三板体的周向均布三组；

所述第二板体的上板面固定有激光雷达、下位机及陀螺仪，所述的第一支撑板均布四组，四组所述的第一支撑板的外侧板面上均设有超声波传感器；

所述第一板体的侧面设有红外热释电传感器，所述的红外热释电传感器沿第一板体的周向均布四组，四组红外热释电传感器与四组超声波传感器间隔布置。

所述的壳体为分体式结构，包括上壳体及下壳体，所述的上壳体在与红外热释电传感器位置相吻合的地方开设有方形通孔，所述上壳体的底端位置高于第二板体上激光雷达的位置；所述下壳体的顶端设有向内的翻边，该翻边卡合在第二板体上板面的边缘处，所述的下壳体上固定有碰撞传感器。

所述的调整机构包括用于调整抓取机构水平旋转角度的第一转动机构、用于调整双目摄像头水平旋转角度的第二转动机构以及用于调整双目摄像头俯仰角度的俯仰调节机构，所述的第一转动机构包括与控制柜顶部形成转动配合的第一转台，所述的第一转台在其侧壁靠下的位置设有沿第一转台周向布置的第一蜗轮，所述控制柜的顶部还设有第二直流电机，所述第二直流电机的输出轴与第一蜗杆相连，所述的第一蜗杆与第一蜗轮形成蜗轮蜗杆传动以驱动第一转台转动；所述第一转台的侧壁上对称设有用于连接抓取机构的左连接臂及右连接臂，所述左连接臂与右连接臂的中心轴线相吻合。

所述的第二转动机构包括设置在第一转台上方且与第一转台转动连接的第二转台，所述第二转台的中心轴线与第一转台的中心轴线相吻合，所述第二转台的侧壁设有沿第二转台周向布置的第二蜗轮，所述的第一转台上还设有第三直流电机，所述第三直流电机的输出轴与第二蜗杆相连，所述的第二蜗杆与第二蜗轮形成蜗轮蜗杆传动以驱动第二转台转动。

所述的俯仰调节机构包括用于连接双目摄像头及第二转台的固定架，所述固定架的底部设有第一耳座，所述的第一耳座与设置在第二转台上的第二耳座铰接相连，所述的第二耳座上固定有第四直流电机，所述第四直流电机的输出轴与第一齿轮同轴连接，所述的第一齿轮与设置在第一耳座与第二耳座之间的第二齿轮相啮合，所述第二齿轮的轮轴贯穿第一耳座及第二耳座设置，且第二齿轮的轮轴与第二耳座及第一耳座分别形成间隙配合和过盈配合。

所述的抓取机构包括分别与调整机构中的左连接臂及右连接臂相连的左机械臂及右机械臂，所述的左机械臂及右机械臂均包括依次设置且连接的第一关节模组、第二关节模组、第一连接臂、第三关节模组、第二连接臂、第三连接臂、第四关节模组及五指灵巧手，所述的第一关节模组、第二关节模组、第三关节模组及第四关节模组的结构相同，所述的第一关节模组、第二关节模组、第三关节模组及第四关节模组均包括一端敞口布置的外壳以及与外壳的敞口端相配合的端盖，所述的外壳上还设有用于连接相邻部件的连接孔，所述连接孔的轴线与端盖的轴线相垂直，所述外壳的内部设有力矩电机及行星减速器，所述力矩电机的输出轴通过联轴器与行星减速器的输入轴相连，所述的力矩电机通过螺栓固定在外壳上，且力矩电机的输出轴上设有编码器，所述的编码器包括通过卡簧安装在力矩电机输出轴上的编码盘以及安装在力矩电机壳体上的编码传感器，所述的编码盘位于编码传感器的工作区域内，所述的编码器与直流电机驱动器相连。

所述的行星减速器包括设置在行星减速器输入轴上的太阳轮、与太阳轮外啮合的行星轮、分别与行星轮内啮合的固定内齿轮和转动内齿轮以及用来固定行星轮的行星轮架，所述的固定内齿轮通过第一连接销与力矩电机的壳体锁紧固定，所述的转动内齿轮通过第二连接销与端盖相固定，所述的转动内齿轮与外壳之间通过轴承相连，所述行星减速器的输入轴上还设有自锁机构，所述的自锁机构包括自锁盘及挡板，所述的自锁盘通过第一卡簧安装在行星减速器的输入轴上，所述的挡板固定在固定内齿轮上，所述的自锁盘上缠绕有线圈。

所述第一关节模组的连接孔与左连接臂或右连接臂固定连接，第一关节模组的端盖与第二关节模组的连接孔固定连接，第二关节模组的端盖与第一连接臂的一端固定连接，第一连接臂的另一端与第三关节模组的连接孔固定连接，第三关节模组的端盖与第二连接臂的一端固定连接，第二连接臂的另一端与第三连接臂的一端固定连接，第三连接臂的另一端与第四关节模组的连接孔固定连接，第四关节模组的端盖与五指灵巧手固定连接，其中，第一连接臂、第三连接臂均为直筒臂，第二连接臂为直角状的弯折臂。

由上述技术方案可知，本实用新型所提供的家用服务机器人转向灵活，可实现全方位的移动，同时还具有行走、抓取及搬运功能，可满足复杂多样的家庭事务。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型移动底盘的结构示意图；

图3是本实用新型车轮的结构示意图；

图4是本实用新型从动轮的结构示意图；

图5是本实用新型左机械臂的结构示意图；

图6是图5的分解结构示意图；

图7是本实用新型第一关节模组的结构示意图；

图8是图7的内部结构示意图；

图9是本实用新型第一关节模组去除壳体及转动内齿轮后的立体结构示意图；

图10是本实用新型行星减速器的结构示意图；

图11是本实用新型调整机构的结构示意图；

图12是本实用新型的使用状态图；

图13是本实用新型的控制框图。

附图中的标记为：

移动底盘1、第一板体11、红外热释电传感器111、第二板体12、激光雷达121、下位机122、陀螺仪123、第三板体13、直流电机驱动器131、电池132、碰撞传感器133、第一支撑板14、超声波传感器141、第二支撑板15、主动轮16、第一直流电机161、从动轮17、从动轮架171、绝对编码器172、壳体2、上壳体21、下壳体22、方形通孔23、控制柜3、调整机构4、第一转动机构41、第一转台411、第一蜗轮412、第二直流电机413、第一蜗杆414、第二转动机构42、第二转台421、第二蜗轮422、第三直流电机423、第二蜗杆424、俯仰调节机构43、固定架431、第一耳座432、第二耳座433、第四直流电机434、第一齿轮435、第二齿轮436、左连接臂44、右连接臂45、双目摄像头5、抓取机构6、第一关节模组61、第二关节模组62、第一连接臂63、第三关节模组64、第二连接臂65、第三连接臂66、第四关节模组67、五指灵巧手68、外壳611、端盖612、连接孔613、力矩电机614、联轴器615、输入轴616、螺栓617、卡簧618、编码盘619、编码传感器620、太阳轮621、行星轮622、固定内齿轮623、转动内齿轮624、行星轮架625、第一连接销626、第二连接销627、轴承628、自锁盘629、挡板630、第一卡簧631。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1所示的一种具有行走和搬运功能的家用服务机器人，包括由骨架及车轮组成的移动底盘1、固定在移动底盘1外侧的壳体2、设置在壳体2上方的控制柜3、通过调整机构4固定在控制柜3上方的双目摄像头5以及与调整机构4相连的抓取机构6，车轮包括主动轮16及从动轮17，主动轮16由设置在骨架上的第一直流电机161驱动，从动轮17上连接有绝对编码器172，骨架上还设有激光雷达121、超声波传感器141、红外热释电传感器111、碰撞传感器133及陀螺仪123，抓取机构6包括对称设置的左机械臂及右机械臂，左机械臂及右机械臂分别具有四个自由度。

进一步的，如图2、图3、图4所示，骨架包括自上向下依次平行设置的第一板体11、第二板体12、第三板体13以及连接第一板体11与第二板体12的第一支撑板14、连接第二板体12与第三板体13的第二支撑板15，第一板体11、第二板体12、第三板体13之间分别通过第一支撑板14及第二支撑板15连接，使移动底盘1整体结构简单且空间充足，便于前期的安装和后期的检修以及相关零部件的更换；第一板体11、第二板体12及第三板体13的外形均为圆形且直径依次递增，第一支撑板14、第二支撑板15呈竖直方向布置。本实施例中，第一支撑板14与第二支撑板15分别设置四组，优选的，四组第一支撑板14与四组第二支撑板15错位摆放。

进一步的，车轮包括安装在第三板体13上的主动轮16及从动轮17，主动轮16及从动轮17均为全向轮。具体的，主动轮16采用两个全向轮并排安装的方式，且两个全向轮错开角度安装，以使每个全向轮的形状更接近于整圆，增加其负载能力。主动轮16的轮轴通过联轴器与第一直流电机115的输出轴相连，第一直流电机115通过螺钉固定在第三板体13的底面。本实施例中，主动轮16设置三组，三组主动轮16沿第三板体13的周向均匀间隔布置，且三组主动轮16的运动轴心夹角为120度，三组主动轮16分别与三组第一直流电机161相连，三组第一直流电机161均与第三板体13的下板面相固定，也就是三组主动轮16分别由三个独立的第一直流电机161驱动，使移动底盘1可以进行灵活地移动和转向。

本实施例中，从动轮17设置两组，两组从动轮17位于其中两组主动轮16之间，且从动轮17的运动轴心夹角为120度，从动轮17通过从动轮架171与第三板体13的下板面相固定，从动轮架171上设有绝对编码器172，绝对编码器172通过联轴器与从动轮17的轮轴连接，也就是从动轮架171通过螺钉固定在第三板体13的底面，绝对编码器172通过螺钉安装在从动轮架171上，同时绝对编码器172通过联轴器与从动轮17的轮轴连接。直流电机驱动器131将控制信号传递给三组第一直流电机161，从而驱动三个主动轮16动作，使家用服务机器人可进行全方位移动，进而带动两个从动轮动作，从动轮上的绝对编码器172读取从动轮的角度信号并反馈给下位机。

更进一步的，通过测量从动轮的速度(从动轮的速度可由下位机通过绝对编码器172读出的角度信号根据现有公式计算得出)，可以推出移动底盘1在X、Y方向的速度，移动底盘1在X、Y方向的速度可通过以下公式计算得出：

其中：V_x及V_y为移动底盘X、Y方向的移动速度；v₁，v₂分别为两组从动轮的速度；θ和ω分别为陀螺仪检测的角度及角速度；l₁及l₂分别为移动底盘的运动轴心到两组从动轮中分面的垂直距离。

从动轮17采用全向轮结构，可以适应移动底盘1全方位移动的特点，并可通过上述公式实现移动底盘1速度的调节，避免了绝对编码器安装在主动轮上产生的弊端。

进一步的，第三板体13的上板面设有直流电机驱动器131及电池132，直流电机驱动器131分别与三组第一直流电机161相连，在直流电机驱动器131中可以进行位置、速度、电流的三环控制，实现直流电机的启停和精确定位、精确调速。第三板体13的侧面设有碰撞传感器133，碰撞传感器133沿第三板体13的周向均布三组，碰撞传感器133用于检测碰撞信息。

第二板体12的上板面固定有激光雷达121、下位机122及陀螺仪123，第一支撑板14均布四组，四组第一支撑板14的外侧板面上均设有超声波传感器141。具体的，激光雷达121的测量精度高，实时性好，不受光照影响，利用激光雷达121可构建室内地图，并可实现精准的地图定位；超声波传感器141一共设置四个，间隔90度排列，超声波传感器141采用超声波回波测距原理，可检测超声波传感器141与目标物体之间的距离；陀螺仪123水平固定在第二板体12上，用来获取移动底盘1的角度信息。绝对编码器172和陀螺仪123将采集到的从动轮17的角度信号和移动底盘1的偏转角度信号发给下位机122，下位机122进过计算，传输信号给直流电机驱动器131，直流电机驱动器131控制第一直流电机161，进而调整移动底盘1的速度及位置。

第一板体11的侧面设有红外热释电传感器111，红外热释电传感器111沿第一板体11的周向均布四组，四组红外热释电传感器111与四组超声波传感器141间隔布置。出于家用服务机器人避障的要求，使用超声波传感器141、红外热电释传感器111、碰撞传感器133共同工作，可实现服务机器人的自主避障功能。

进一步的，壳体2为分体式结构，包括上壳体21及下壳体22，上壳体21在与红外热释电传感器111位置相吻合的地方开设有方形通孔23，上壳体21的底端位置高于第二板体12上激光雷达121的位置；下壳体22的顶端设有向内的翻边，该翻边卡合在第二板体12上板面的边缘处，下壳体22上固定有碰撞传感器。

进一步的，如图11所示，调整机构4包括用于调整抓取机构水平旋转角度的第一转动机构41、用于调整双目摄像头5水平旋转角度的第二转动机构42以及用于调整双目摄像头5俯仰角度的俯仰调节机构43，第一转动机构41包括与控制柜3顶部形成转动配合的第一转台411，第一转台411在其侧壁靠下的位置设有沿第一转台411周向布置的第一蜗轮412，控制柜3的顶部还设有第二直流电机413，第二直流电机413的输出轴与第一蜗杆414相连，第一蜗杆414与第一蜗轮412形成蜗轮蜗杆传动以驱动第一转台411转动；第一转台411的侧壁上对称设有用于连接抓取机构6的左连接臂44及右连接臂45，左连接臂44与右连接臂45的中心轴线相吻合。

进一步的，第二转动机构42包括设置在第一转台411上方且与第一转台411转动连接的第二转台421，第二转台421的中心轴线与第一转台411的中心轴线相吻合，第二转台421的侧壁设有沿第二转台421周向布置的第二蜗轮422，第一转台411上还设有第三直流电机423，第三直流电机423的输出轴与第二蜗杆424相连，第二蜗杆424与第二蜗轮422形成蜗轮蜗杆传动以驱动第二转台421转动。

进一步的，俯仰调节机构43包括用于连接双目摄像头5及第二转台421的固定架431，固定架431的底部设有第一耳座432，第一耳座432与设置在第二转台421上的第二耳座433铰接相连，第二耳座433上固定有第四直流电机434，第四直流电机434的输出轴与第一齿轮435同轴连接，第一齿轮435与设置在第一耳座432与第二耳座433之间的第二齿轮436相啮合，第二齿轮436的轮轴贯穿第一耳座432及第二耳座433设置，且第二齿轮436的轮轴与第二耳座433及第一耳座432分别形成间隙配合和过盈配合。

具体地，即第二直流电机413驱动第一蜗杆414带动第一蜗轮412转动，从而带动第一转台411转动以调整家用服务机器人抓取机构的方位；第三直流电机423驱动第二蜗杆424带动第二蜗轮422转动，从而带动第二转台421转动以调整双目摄像头5的方位；第四直流电机434驱动第一齿轮435带动第二齿轮436转动，从而调整双目摄像头5的俯仰角度，使双目摄像头5正对用户或抓取目标，提高抓取精度和目标识别率。第二直流电机413、第三直流电机423、第四直流电机434分别内置有编码器。

进一步的，如图5～图10所示，抓取机构6包括分别与调整机构中的左连接臂44及右连接臂45相连的左机械臂及右机械臂，左机械臂及右机械臂均包括依次设置且连接的第一关节模组61、第二关节模组62、第一连接臂63、第三关节模组64、第二连接臂65、第三连接臂66、第四关节模组67及五指灵巧手68。

第一关节模组61、第二关节模组62、第三关节模组64及第四关节模组67的结构相同，第一关节模组61、第二关节模组62、第三关节模组64及第四关节模组67均包括一端敞口布置的外壳611以及与外壳611的敞口端相配合的端盖612，外壳611上还设有用于连接相邻部件的连接孔613，连接孔613的轴线与端盖612的轴线相垂直，也就是每一个关节模组都有两个连接端口，一个是端盖612，一个是连接孔613，端盖612及连接孔613分别通过螺钉与相邻部件连接；端盖612在内部力矩电机614的驱动下可带动与其连接的相邻部件转动。

进一步的，外壳611的内部设有力矩电机614及行星减速器，力矩电机614的输出轴通过联轴器615与行星减速器的输入轴616相连，力矩电机614通过螺栓617固定在外壳611上，且力矩电机614的输出轴上设有编码器，编码器包括通过卡簧618安装在力矩电机614输出轴上的编码盘619以及安装在力矩电机614壳体上的编码传感器620，编码盘619位于编码传感器620的工作区域内，编码器与直流电机驱动器131相连。编码盘619用于测量力矩电机614的角度信息，通过编码器将力矩电机614的实时状态传给直流电机驱动器131，实现力矩电机614的调速和启停。

进一步的，行星减速器包括设置在行星减速器输入轴616上的太阳轮621、与太阳轮621外啮合的行星轮622、分别与行星轮622内啮合的固定内齿轮623和转动内齿轮624以及用来固定行星轮622的行星轮架625，固定内齿轮623通过第一连接销626与力矩电机614的壳体锁紧固定，转动内齿轮624通过第二连接销627与端盖612相固定，转动内齿轮624与外壳611之间通过轴承628相连。

行星减速器的输入轴616上还设有自锁机构，自锁机构包括自锁盘629及挡板630，自锁盘629通过第一卡簧631安装在行星减速器的输入轴616上，挡板630固定在固定内齿轮623上，自锁盘629上缠绕有线圈。即自锁盘629通过第一卡簧631安装在行星减速器的输入轴616上，限制自锁盘629一侧的轴向移动，挡板630为永磁体，挡板630固定在固定内齿轮623上，自锁盘629上缠有线圈，当力矩电机614通电工作时，线圈通电产生磁场，自锁盘629在磁力的作用下远离挡板630，当力矩电机614断电时，自锁盘629失电，通过轴上滑轨与挡板630上的挡块锁死，实现机械臂停止运动时的自锁，保证安全性。

具体的，左机械臂及右机械臂的连接结构为：第一关节模组61的连接孔与左连接臂44或右连接臂45固定连接，第一关节模组61的端盖与第二关节模组62的连接孔固定连接，第二关节模组62的端盖与第一连接臂63的一端固定连接，第一连接臂63的另一端与第三关节模组64的连接孔固定连接，第三关节模组64的端盖与第二连接臂65的一端固定连接，第二连接臂65的另一端与第三连接臂66的一端固定连接，第三连接臂66的另一端与第四关节模组67的连接孔固定连接，第四关节模组67的端盖与五指灵巧手68固定连接，其中，第一连接臂63、第三连接臂66均为直筒臂，第二连接臂65为直角状的弯折臂。左机械臂及右机械臂的四个自由度分别指第二关节模组62相对于第一关节模组61的转动、第一连接臂63相对于第二关节模组62的转动、第二连接臂65相对于第三关节模组64的转动以及五指灵巧手68相对于第四关节模组67的转动，可使抓取机构实现拿起对象、将其提起、水平移动、并将其设置或呈现在X、Y、Z空间内以及改变对象偏航角的动作。

第一关节模组61、第二关节模组62、第三关节模组64及第四关节模组67为一种一体化的小型关节模组，弥补了传统机械臂关节“肥大”的缺点，双臂协作的设置使家用服务机器人更加的灵巧，并且能够与人接触，使机器人可在家庭中灵活地协助用户完成各种操作。五指灵巧手68具有多个关节手指，能够和人手一样具有很高的灵巧性和适应性，执行不同的抓取和操作任务，可实现灵活、精细地抓取操作。在远指节上安装有触觉传感器传感器，实现对于不同物体使用不同力进行抓取操作。同时，使用一体化的关节模组，省去了大量零散组件的设计、安装、集成和测试等一系列步骤和流程，不仅使外观变得十分简洁，还减轻了机械臂的重量，从而提高了机器人的工作效率。

如图13所示，本实用新型还包括一套控制系统，控制系统包括控制柜3及下位机122，控制柜3与下位机122通过RS232接口实现通讯连接；控制柜3将控制信号分别发送给五指灵巧手68以及第一关节模组61、第二关节模组62、第三关节模组64、第四关节模组67中的力矩电机614，各关节模组内的编码器将采集到的角度信号反馈给控制柜3,控制柜3根据反馈信号调节抓取机构的空间位置，实现抓取工作；控制柜3同时将控制信号传送给第二直流电机413、第三直流电机423以及第四直流电机434，分别内置在第二直流电机413、第三直流电机423以及第四直流电机434内部的编码器将采集到的角度信号反馈给控制柜3，控制柜3根据反馈信号实现调整机构对各角度的调节；

下位机122用于采集超声波传感器141、红外热释电传感器111、碰撞传感器133以及陀螺仪123传送的信号，并将控制信号传送给直流电机驱动器131，直流电机驱动器131控制第一直流电机161的启停，第一直流电机161驱动主动轮16动作，从而带动从动轮17动作，绝对编码器172读取从动轮17的角度信号并反馈给下位机122，下位机122根据反馈信号将控制信号传送给直流电机驱动器131，直流电机驱动器131控制第一直流电机161调整其转速，实现移动底盘1的移动和定位。

本实用新型的工作过程及工作原理如下：

如图12所示，当机器人接受到搬运指令后，激光雷达121扫描周围环境，构建室内地图，并将地图信息发给控制柜3，控制柜3将控制信号发给下位机122，下位机122将控制信号传送给直流电机驱动器131，直流电机驱动器131控制第一直流电机161开启，驱动主动轮16动作，使移动底盘1移动到目标附近，并通过超声波传感器141、红外热释电传感器111和碰撞传感器133实现避障，同时通过调整机构4来调整抓取机构和双目摄像头5的角度和方位，使双目摄像头5正对抓取目标并实现抓取和搬运工作。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型移动底盘的主动轮及从动轮均采用全向轮的结构，同时在从动轮上单独安装绝对编码器，此结构适应了移动底盘全方位移动的特点，且消除了绝对编码器直接安装在驱动轮上对于传动效率的影响，同时减小了移动底盘的整体尺寸。

2)本实用新型的移动底盘设有三组全向轮，三组全向轮的运动轴心夹角按照120°进行设计，并由三组第一直流电机分别驱动，可实现室内的灵活转向及全方位移动。

3)本实用新型的关节模组采用一体化小型设计，使用力矩电机加上行星减速器的结构具有传动平稳、传动效率高、体积小、结构简单等优点；当关节模组停机，机械臂停止运动时，自锁装置可实现自锁，保证工作的安全性。

4)本实用新型的调整机构可调整机器人抓取机构和双目摄像头的角度及方位，使双目摄像头正对用户、抓取机构正对目标物体，进而进行人脸识别或手势和动作的识别，实现物体的抓取、搬运等一系列功能。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有行走和搬运功能的家用服务机器人，其特征在于：包括由骨架及车轮组成的移动底盘(1)、固定在移动底盘(1)外侧的壳体(2)、设置在壳体(2)上方的控制柜(3)、通过调整机构(4)固定在控制柜(3)上方的双目摄像头(5)以及与调整机构(4)相连的抓取机构(6)，所述的车轮包括主动轮(16)及从动轮(17)，所述的主动轮(16)由设置在骨架上的第一直流电机(161)驱动，所述的从动轮(17)上连接有绝对编码器(172)，所述的骨架上还设有激光雷达(121)、超声波传感器(141)、红外热释电传感器(111)、碰撞传感器(133)及陀螺仪(123)，所述的抓取机构(6)包括对称设置的左机械臂及右机械臂，所述的左机械臂及右机械臂分别具有四个自由度。

2.根据权利要求1所述的具有行走和搬运功能的家用服务机器人，其特征在于：所述的骨架包括自上向下依次平行设置的第一板体(11)、第二板体(12)、第三板体(13)以及连接第一板体(11)与第二板体(12)的第一支撑板(14)、连接第二板体(12)与第三板体(13)的第二支撑板(15)，所述的第一板体(11)、第二板体(12)及第三板体(13)的外形均为圆形且直径依次递增，所述的第一支撑板(14)、第二支撑板(15)呈竖直方向布置；

所述的车轮包括安装在第三板体(13)上的主动轮(16)及从动轮(17)，所述的主动轮(16)及从动轮(17)均为全向轮，所述的主动轮(16)设置三组，三组所述的主动轮(16)沿第三板体(13)的周向均匀间隔布置，且三组主动轮(16)的运动轴心夹角为120度，三组所述的主动轮(16)分别与三组第一直流电机(161)相连，三组所述的第一直流电机(161)均与第三板体(13)的下板面相固定；所述的从动轮(17)设置两组，两组所述的从动轮(17)位于其中两组主动轮(16)之间，且从动轮(17)的运动轴心夹角为120度，所述的从动轮(17)通过从动轮架(171)与第三板体(13)的下板面相固定，所述的从动轮架(171)上设有绝对编码器(172)，所述的绝对编码器(172)通过联轴器与从动轮(17)的轮轴连接。

3.根据权利要求2所述的具有行走和搬运功能的家用服务机器人，其特征在于：所述第三板体(13)的上板面设有直流电机驱动器(131)及电池(132)，所述的直流电机驱动器(131)分别与三组第一直流电机(161)相连，所述第三板体(13)的侧面设有碰撞传感器(133)，所述的碰撞传感器(133)沿第三板体(13)的周向均布三组；

所述第二板体(12)的上板面固定有激光雷达(121)、下位机(122)及陀螺仪(123)，所述的第一支撑板(14)均布四组，四组所述的第一支撑板(14)的外侧板面上均设有超声波传感器(141)；

所述第一板体(11)的侧面设有红外热释电传感器(111)，所述的红外热释电传感器(111)沿第一板体(11)的周向均布四组，四组红外热释电传感器(111)与四组超声波传感器(141)间隔布置。

4.根据权利要求1所述的具有行走和搬运功能的家用服务机器人，其特征在于：所述的壳体(2)为分体式结构，包括上壳体(21)及下壳体(22)，所述的上壳体(21)在与红外热释电传感器(111)位置相吻合的地方开设有方形通孔(23)，所述上壳体(21)的底端位置高于第二板体(12)上激光雷达(121)的位置；所述下壳体(22)的顶端设有向内的翻边，该翻边卡合在第二板体(12)上板面的边缘处，所述的下壳体(22)上固定有碰撞传感器。

5.根据权利要求1所述的具有行走和搬运功能的家用服务机器人，其特征在于：所述的调整机构(4)包括用于调整抓取机构水平旋转角度的第一转动机构(41)、用于调整双目摄像头(5)水平旋转角度的第二转动机构(42)以及用于调整双目摄像头(5)俯仰角度的俯仰调节机构(43)，所述的第一转动机构(41)包括与控制柜(3)顶部形成转动配合的第一转台(411)，所述的第一转台(411)在其侧壁靠下的位置设有沿第一转台(411)周向布置的第一蜗轮(412)，所述控制柜(3)的顶部还设有第二直流电机(413)，所述第二直流电机(413)的输出轴与第一蜗杆(414)相连，所述的第一蜗杆(414)与第一蜗轮(412)形成蜗轮蜗杆传动以驱动第一转台(411)转动；所述第一转台(411)的侧壁上对称设有用于连接抓取机构(6)的左连接臂(44)及右连接臂(45)，所述左连接臂(44)与右连接臂(45)的中心轴线相吻合。

6.根据权利要求5所述的具有行走和搬运功能的家用服务机器人，其特征在于：所述的第二转动机构(42)包括设置在第一转台(411)上方且与第一转台(411)转动连接的第二转台(421)，所述第二转台(421)的中心轴线与第一转台(411)的中心轴线相吻合，所述第二转台(421)的侧壁设有沿第二转台(421)周向布置的第二蜗轮(422)，所述的第一转台(411)上还设有第三直流电机(423)，所述第三直流电机(423)的输出轴与第二蜗杆(424)相连，所述的第二蜗杆(424)与第二蜗轮(422)形成蜗轮蜗杆传动以驱动第二转台(421)转动。

7.根据权利要求5所述的具有行走和搬运功能的家用服务机器人，其特征在于：所述的俯仰调节机构(43)包括用于连接双目摄像头(5)及第二转台(421)的固定架(431)，所述固定架(431)的底部设有第一耳座(432)，所述的第一耳座(432)与设置在第二转台(421)上的第二耳座(433)铰接相连，所述的第二耳座(433)上固定有第四直流电机(434)，所述第四直流电机(434)的输出轴与第一齿轮(435)同轴连接，所述的第一齿轮(435)与设置在第一耳座(432)与第二耳座(433)之间的第二齿轮(436)相啮合，所述第二齿轮(436)的轮轴贯穿第一耳座(432)及第二耳座(433)设置，且第二齿轮(436)的轮轴与第二耳座(433)及第一耳座(432)分别形成间隙配合和过盈配合。

8.根据权利要求1所述的具有行走和搬运功能的家用服务机器人，其特征在于：所述的抓取机构(6)包括分别与调整机构中的左连接臂(44)及右连接臂(45)相连的左机械臂及右机械臂，所述的左机械臂及右机械臂均包括依次设置且连接的第一关节模组(61)、第二关节模组(62)、第一连接臂(63)、第三关节模组(64)、第二连接臂(65)、第三连接臂(66)、第四关节模组(67)及五指灵巧手(68)，所述的第一关节模组(61)、第二关节模组(62)、第三关节模组(64)及第四关节模组(67)的结构相同，所述的第一关节模组(61)、第二关节模组(62)、第三关节模组(64)及第四关节模组(67)均包括一端敞口布置的外壳(611)以及与外壳(611)的敞口端相配合的端盖(612)，所述的外壳(611)上还设有用于连接相邻部件的连接孔(613)，所述连接孔(613)的轴线与端盖(612)的轴线相垂直，所述外壳(611)的内部设有力矩电机(614)及行星减速器，所述力矩电机(614)的输出轴通过联轴器(615)与行星减速器的输入轴(616)相连，所述的力矩电机(614)通过螺栓(617)固定在外壳(611)上，且力矩电机(614)的输出轴上设有编码器，所述的编码器包括通过卡簧(618)安装在力矩电机(614)输出轴上的编码盘(619)以及安装在力矩电机(614)壳体上的编码传感器(620)，所述的编码盘(619)位于编码传感器(620)的工作区域内，所述的编码器与直流电机驱动器(131)相连。

9.根据权利要求8所述的具有行走和搬运功能的家用服务机器人，其特征在于：所述的行星减速器包括设置在行星减速器输入轴(616)上的太阳轮(621)、与太阳轮(621)外啮合的行星轮(622)、分别与行星轮(622)内啮合的固定内齿轮(623)和转动内齿轮(624)以及用来固定行星轮(622)的行星轮架(625)，所述的固定内齿轮(623)通过第一连接销(626)与力矩电机(614)的壳体锁紧固定，所述的转动内齿轮(624)通过第二连接销(627)与端盖(612)相固定，所述的转动内齿轮(624)与外壳(611)之间通过轴承(628)相连，所述行星减速器的输入轴(616)上还设有自锁机构，所述的自锁机构包括自锁盘(629)及挡板(630)，所述的自锁盘(629)通过第一卡簧(631)安装在行星减速器的输入轴(616)上，所述的挡板(630)固定在固定内齿轮(623)上，所述的自锁盘(629)上缠绕有线圈。

10.根据权利要求9所述的具有行走和搬运功能的家用服务机器人，其特征在于：所述第一关节模组(61)的连接孔与左连接臂(44)或右连接臂(45)固定连接，第一关节模组(61)的端盖与第二关节模组(62)的连接孔固定连接，第二关节模组(62)的端盖与第一连接臂(63)的一端固定连接，第一连接臂(63)的另一端与第三关节模组(64)的连接孔固定连接，第三关节模组(64)的端盖与第二连接臂(65)的一端固定连接，第二连接臂(65)的另一端与第三连接臂(66)的一端固定连接，第三连接臂(66)的另一端与第四关节模组(67)的连接孔固定连接，第四关节模组(67)的端盖与五指灵巧手(68)固定连接，其中，第一连接臂(63)、第三连接臂(66)均为直筒臂，第二连接臂(65)为直角状的弯折臂。