CN210589302U - 一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人 - Google Patents

Abstract

一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人，属于机器人与人工智能领域，该机器人包括全向移动底盘、升降机构、四自由度轻量化机械臂、二自由度云台、控制与显示模块、电气模块和连接与固定装置。本实用新型通过全向移动底盘、升降机构以及四轴机械臂共同组成类斯坦福臂，能够达到六自由度机械臂的工作空间与抓取能力，同时大大地降低了设计的成本；本设计利用伺服电机结合增量式编码器实现闭环控制，控制精度更高，并可以进行反馈调节。本实用新型基于模块化的设计思想，全向移动底盘、升降机构、四自由度轻量化机械臂、二自由度云台、都是独立的模块，方便加工与装配，并可以根据客户不同的要求进行相应配置的选择。

Description

一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人

技术领域

本实用新型属于机器人领域，涉及一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人。

背景技术

目前，市场上被广泛应用的机器人，基本都是针对特定的工作任务开发而来，如工业机器人、水下机器人及特种机器人等，然而随着世界人口老龄化趋势明显，劳动人口占人口总数的比例逐年减少，一款具有多种功能的手臂可升降式全向移动复合型护理机器人越来越受到研究者的关注。手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的研究贯穿了生物力学、机械学、人工智能、电子学、材料学、计算机科学以及机器人学等诸多领域，该机器人优点在于：集成移动、抓取、视觉识别以及智能导航的功能于一身，是人工智能和机器人技术结合的产物，能够在不同的环境下使用，帮助人完成端水、开门等任务。

现有的移动底盘大多数为双轮差速，存在转弯半径大，自由度少的缺点，机械臂使用舵机搭建且不具有抱闸功能，存在抓取精度不高，系统安全性不足等问题，而且大部分的产品是通过移动底盘上安装6轴或7轴机械臂，这样虽然能使抓取范围达到要求，但是重量大，成本高是不可避免的问题。在机器人的设计过程中，模块化的思想被广泛使用，但是现有的机器人各个模块并未完全独立，并未实现真正的模块化结构，不能实现快速简便地拆装。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人，该机器人能够实现自主移动，智能识别，与自适应抓取，为残疾人与老年人提供智能服务，并且通过类斯坦福臂的结构设计，将底盘、升降与机械臂结合，以更低的成本实现更大的抓取范围，整机采用模块化设计思想，方便装配与拆装。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

所述一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人，该机器人包括全向移动底盘1、升降机构2、四自由度轻量化机械臂3、二自由度云台4、控制与显示模块5、电气模块6和连接与固定装置7；所述全向移动底盘1装有三个全向轮110-5，间隔120°均匀布置在全向移动底盘1底部，全向移动底盘1具有三个自由度，用于手臂可升降式全向移动复合型护理机器人在工作平面上的移动；所述升降机构2通过连接与固定装置7安装在全向移动底盘1上侧，实现竖直方向的二级升降；所述四自由度轻量化机械臂3安装在升降机构2的二级升降机构209上，通过四个一体化关节的特定连接，实现两个俯仰和两个绕自身旋转的自由度；所述二自由度云台4安装在一级与二级升降机构连接板208上部，采用电机直连的驱动方式和俯仰与水平旋转串联的连接方式，用于图像采集；所述控制与显示模块5安装在升降机构2后侧，用于手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的控制及数据显示；所述全向移动底盘1、升降机构2以及四轴机械臂3共同组成类斯坦福臂，在二自由度云台4、控制与显示模块5和电气模块6的配合下实现六自由度机械臂的功能，并且通过改变二级升降机构的高度来调节视觉传感器的视野范围和工作范围。

所述全向移动底盘1包括下层安装板101、中层安装板103、上层安装板108、下连接柱102、上连接柱112、电机模组110、超声波传感器104、激光测距传感器105、惯性测量单元116、48V电池109、12V电池115、控制器A111和12V电池安装板113。所述下层安装板101、中层安装板103和上层安装板108均为圆形板，下层安装板101和中层安装板103通过三个下连接柱102连接，中层安装板103和上层安装板108通过三个上连接柱112连接；所述电机模组110共有三个，安装在下层安装板101上侧，每个电机模组110的轴线夹角为120°；所述控制器A111安装在下层安装板101上，用于控制电机模组；所述电机模组110包括编码器110-1、直流伺服电机110-2、电机座110-3、联轴器110-4、全向轮110-5、连接轴110-6、一体化轴承座110-7和驱动器A114；所述电机座110-3安装在下层安装板101上；所述直流伺服电机110-2安装在电机座110-3上；所述编码器110-1安装在直流伺服电机110-2上；所述驱动器A114安装在包括下层安装板101上；所述连接轴110-6一端通过联轴器110-4与直流伺服电机110-2的转轴相连，另一端安装有全向轮110-5，连接轴110-6通过一体化轴承座110-7安装在下层安装板101上；所述一体化轴承座110-7用于支撑连接轴110-6转动；所述惯性测量单元116安装在下层安装板101中心处，用于惯性测量；所述12V电池安装板113为∏型，安装在下层安装板101上；所述12V电池115安装在电池安装板113上侧，用于给控制器A111及激光测距传感器105供电；所述超声波传感器104共有六个均匀分布在中层安装板103上侧边缘，用于自主运动过程中感知障碍物的距离；所述激光测距传感器105通过激光传感器安装板106安装在上层安装板108下方，用于测量机器人与目标物体的距离；所述48V电池109通过电池夹板107固定在中层安装板103上侧；所述电气模块6通过各个电气元件的协调配合对48V电池109进行变压，通过此模块电池输出多个24V线路分别为电机模组110、一级升降机构步进电机202、二级升降机构步进电机201、水平旋转电机401-1、俯仰电机402-10供电，以及一个48V线路为四自由度轻量化机械臂3的第Ⅰ关节302、第Ⅱ关节303、第Ⅲ关节304和第Ⅳ关节305供电，除此之外还为机器人系统提供电路保护作用。

所述连接与固定装置7包括角铝701、加强板702和型材703。所述型材703通过角铝701和加强板702垂直安装在上层安装板108上。

所述升降机构2包括二级升降机构步进电机201、一级升降机构步进电机202、一级升降机构203、二级升降机构209、升降机构驱动控制单元204、拖链固定件205、拖链206、升降机构固定板207和一级与二级升降机构连接板208。所述升降机构固定板207安装在连接与固定装置7中型材703前侧；所述一级升降机构203安装在升降机构固定板207上；所述一级升降机构步进电机202安装在一级升降机构203下侧，用于驱动一级升降机构203升降；所述一级与二级升降机构连接板208安装在一级升降机构203上；所述二级升降机构209安装在一级与二级升降机构连接板208上；所述二级升降机构步进电机201安装在二级升降机构209的侧，用于驱动二级升降机构209升降；所述拖链206通过拖链固定件205一端固定于一级升降机构203上，另一端固定于型材703上；所述二级升降机构209的线缆放置于拖链206内，达到保护作用；所述升降机构驱动控制单元204安装在连接与固定装置7侧面，内部含有一级升降机构203、二级升降机构209的驱动器与控制器，通过升降机构驱动控制单元204对一级升降机构步进电机202、二级升降机构步进电机201的控制，达到升降机构二级升降的要求。

所述四自由度轻量化机械臂3包括机械臂底座309，伺服驱动器301，第Ⅰ关节302、第Ⅱ关节303、第Ⅰ关节与第Ⅱ关节连接件308、第Ⅲ关节304、第Ⅱ关节与第Ⅲ关节连接件307、第Ⅳ关节305和第Ⅲ关节与第Ⅳ关节连接件306。所述机械臂底座309包括底座连接板309-1、第一关节固定件A309-2和第一关节固定件B 309-3；所述底座连接板309-1由两个L型板组成，通过螺钉对称安装在二级升降机构209上；所述底座连接板309-1外侧装有伺服驱动器301，用于驱动第Ⅰ关节302；所述第Ⅰ关节302通过第一关节固定件A309-2和第一关节固定件B 309-3固定在底座连接板309-1上；所述第Ⅰ关节与第Ⅱ关节连接件308包括第Ⅰ关节转接板308-1、第Ⅰ连接件308-3、加强筋308-2、第Ⅱ关节固定件A308-4、第Ⅱ关节固定件B308-5、第Ⅱ关节固定件C308-6、第Ⅱ关节固定件D 308-7和第Ⅱ关节固定件E308-8；所述第Ⅰ关节转接板308-1为L型板，一端与第Ⅰ关节302的输出端固定连接，另一端与第Ⅰ连接件308-3固定连接，并由加强筋308-2加固；所述第Ⅰ连接件308-3外侧装有伺服驱动器301，用于驱动第Ⅱ关节303；所述第Ⅱ关节303通过第Ⅱ关节固定件A308-4、第Ⅱ关节固定件B308-5、第Ⅱ关节固定件C308-6、第Ⅱ关节固定件D 308-7和第Ⅱ关节固定件E308-8安装在第Ⅰ连接件308-3上；所述第Ⅰ连接件308-3外侧安装有伺服驱动器301，用于驱动第Ⅱ关节303；所述第Ⅱ关节与第Ⅲ关节连接件307包括第Ⅱ关节转接板307-1、第Ⅱ连接件307-2、第Ⅲ关节固定件A307-3、第Ⅲ关节固定件B307-4和第Ⅲ关节固定件C307-5；所述第Ⅱ连接件307-2通过第Ⅱ关节转接板307-1安装在第Ⅱ关节303的输出端；所述第Ⅲ关节304通过、第Ⅲ关节固定件A307-3、第Ⅲ关节固定件B307-4以及第Ⅲ关节固定件C307-5安装在第Ⅱ连接件307-2末端；所述第Ⅲ关节与第Ⅳ关节连接件306包括第Ⅲ关节转接板306-1、第Ⅲ连接件306-2、第Ⅳ关节固定件A306-3、第Ⅳ关节固定件B306-4和第Ⅳ关节固定件C306-5；所述第Ⅲ连接件306-2通过第Ⅲ关节转接板306-1安装在第Ⅲ关节304的输出端；所述第Ⅲ连接件306-2外侧装有伺服驱动器301，用于驱动第Ⅳ关节305；所述第Ⅳ关节305通过第Ⅳ关节固定件A306-3、第Ⅳ关节固定件B306-4和第Ⅳ关节固定件C306-5安装在第Ⅲ连接件306-2上；

所述二自由度云台4包括水平旋转单元401、俯仰旋转单元402、控制单元403和云台连接板401-2。所述云台连接板401-2为Г型，述云台连接板401-2竖直端一侧安装在一级与二级升降机构连接板208，另一侧安装有安装版403-2，云台连接板401-2水平端安装有水平座401-3；所述控制单元403包括驱动器B403-1和控制器C403-3；所述括驱动器B403-1和控制器C403-3安装在安装版403-2外侧，用于控制二自由度云台4；所述水平旋转单元401包括水平旋转电机401-1、云台连接板401-2、水平座401-3、通过挡圈a401-4、轴承座401-5、挡圈b401-6、轴承401-7、水平旋转输出端401-8、水平旋转轴承座固定板401-9和水平限位销401-10；所述水平旋转电机401-1安装在水平座401-3下侧，水平旋转电机401-1的转轴穿过水平座401-3上的通孔；所述水平旋转轴承座固定板401-9安装在水平座401-3上侧；所述轴承座401-5安装在水平旋转轴承座固定板401-9上侧；所述轴承401-7共有两个，通过挡圈a401-4和挡圈b401-6固定安装在轴承座401-5内表面；所述水平旋转输出端401-8穿过轴承401-7与水平旋转电机401-1的转轴相连；所述轴承401-7用于支撑水平旋转输出端401-8在水平面的转动；所述水平限位销401-10安装在水平座401-3上侧，用于限制二自由度云台4在水平内的转动角度；所述俯仰旋转单元402包括基座402-1、旋转轴402-2、限位挡块402-3、右垫片402-4、右支撑杆402-5、带座轴承402-6、云台输出端402-7、左支撑杆402-8、左垫片402-9和俯仰电机402-10；所述基座402-1为凹型，两个竖直端一端开有通孔，另一端开有U型槽，水平安装在水平旋转输出端401-8上，并可随水平旋转输出端401-8在水平面内转动；所述俯仰电机402-10固定安装在基座402-1开有同孔的竖直端内侧，俯仰电机402-10的转轴与通孔的轴线重合，俯仰电机402-10的转轴穿过另一个竖直端的U型槽；所述左支撑杆402-8通过左垫片402-9与俯仰电机402-10的转轴连接，可以随俯仰电机402-10做俯仰转动；所述带座轴承402-6安装在基座402-1开有通孔的竖直端外侧，其轴承的轴线与通孔的轴线重合；所述旋转轴402-2安装在带座轴承402-6的内表面；所述右支撑杆402-5通过右垫片402-4与旋转轴402-2连接，所述云台输出端402-7两端分别安装在左支撑杆402-和右支撑杆402-5的顶端；所述限位挡块402-3安装在基座402-1开有U型槽的竖直端外侧，用于限制二自由度云台4在竖直面内的转动角度；所述云台输出端402-7可以在俯仰电机402-10和水平旋转电机401-1的带动下在水平面和竖直面内转动。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)在智能机器人移动底盘的设计过程中，将三个90°的全向轮均匀布置在全向移动底盘1上，通过运动控制算法实现全向移动，相比于差速移动底盘，本实用新型的机器人转弯半径小、自由度多运动灵活相比于四轮移动底盘，本实用新型的机器人避免了路面不平引起的与地面接触问题，减少了结构设计的复杂度。

(2)从斯坦福臂的结构形式获取灵感，本实用新型设计了四轴机械臂，通过其与升降机构、移动底盘配合运动，实现六自由度机械臂的抓取能力，此设计在满足功能需求的前提下，减少成本，方便设计与控制。

(3)本实用新型采用模块化结构，首先使用模块化关节设计机械臂，其次在控制系统设计方面使用模块化设计，每个模块单独成为一个系统，可以独立控制，这样的设计使得加工、装配和维修更加方便，并且机器人的稳定性更高，价格也更便宜。

附图说明

图1是本实用新型实例中所用手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的整体结构图。

图2是本实用新型实例中所用手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的全向移动底盘的整体结构图。

图3是本实用新型实例中所用手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的全向移动底盘布置形式结构图。

图4是本实用新型实例中所用手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的升降机构结构图。

图5是本实用新型实例中所用手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的四自由度轻量化机械臂结构图。

图6是本实用新型实例中所用手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的四自由度轻量化机械臂结构爆炸视图。

图7是本实用新型实例中所用手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的二自由度云台结构图。

图8是本实用新型实例中所用手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的二自由度云台水平旋转单元爆炸视图。

图9是本实用新型实例中所用手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的二自由度云台俯仰旋转单元爆炸视图。

图中：全向移动底盘1；升降机构2；四自由度轻量化机械臂3；二自由度云台4；控制与显示模块5；电气模块6；连接与固定装置7；

下层安装板101；下连接柱102；中层安装板103；超声波传感器104；激光测距传感器105；激光传感器安装板106；电池夹板107；上层安装板108；48V电池109；电机模组110；控制器A111；上连接柱112；12V电池安装板113；驱动器A114；12V电池115；惯性测量单元116；

编码器110-1；直流伺服电机110-2；电机座110-3；联轴器110-4；全向轮110-5、连接轴110-6和一体化轴承座110-7；

二级升降机构步进电机201；一级升降机构步进电机202；一级升降机构203；升降机构驱动控制单元204；拖链固定件205；拖链206；升降机构固定板207；一级与二级升降机构连接板208；二级升降机构209；

伺服驱动器301；第Ⅰ关节302；第Ⅱ关节303；第Ⅲ关节304；第Ⅳ关节305；第Ⅰ关节与第Ⅱ关节连接件308；第Ⅱ关节与第Ⅲ关节连接件307；第Ⅲ关节与第Ⅳ关节连接件306；第Ⅰ关节转接板308-1；第Ⅰ连接件308-3；加强筋308-2；第Ⅱ关节固定件A308-4；第Ⅱ关节固定件B 308-5；第Ⅱ关节固定件C308-6；第Ⅱ关节固定件D 308-7和第Ⅱ关节固定件E308-8；第Ⅱ关节转接板307-1；第Ⅱ连接件307-2；第Ⅲ关节固定件A307-3；第Ⅲ关节固定件B307-4；第Ⅲ关节固定件C307-5；第Ⅲ关节转接板306-1；第Ⅲ连接件306-2；第Ⅳ关节固定件A306-3；第Ⅳ关节固定件B306-4；第Ⅳ关节固定件C306-5；机械臂底座309；底座连接板309-1；第一关节固定件309-2和309-3；

水平旋转单元401；俯仰旋转单元402；控制单元403；水平旋转电机401-1；云台连接板401-2；水平座401-3；轴承座401-5；挡圈a401-4；挡圈b401-6；轴承401-7；；水平旋转输出端401-8；水平旋转轴承座固定板401-9；水平限位销401-10；基座402-1；旋转轴402-2；限位挡块402-3；右垫片402-4；右支撑杆402-5；带座轴承402-6；云台输出端402-7；左支撑杆402-8；左垫片402-9；俯仰电机402-10；驱动器B403-1；安装版403-2和控制器C403-3；

角铝701；加强板702；型材703。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人，该机器人包括全向移动底盘1、升降机构2、四自由度轻量化机械臂3、二自由度云台4、控制与显示模块5、电气模块6和连接与固定装置7；所述全向移动底盘1装有三个全向轮，间隔120°均匀布置在全向移动底盘1底部，全向移动底盘1具有三个自由度，用于手臂可升降式全向移动复合型护理机器人在工作平面上的移动；所述升降机构通过连接与固定装置7安装在全向移动底盘1上侧，实现竖直方向的二级升降；所述四自由度轻量化机械臂3安装在升降机构2的二级升降机构209上，通过四个一体化关节的特定连接，实现两个俯仰和两个绕自身旋转的自由度；所述二自由度云台4安装在一级与二级升降机构连接板208上部，采用电机直连的驱动方式和俯仰与水平旋转串联的连接方式，用于图像采集；所述控制与显示模块5安装在升降机构2后侧，用于手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的控制及数据显示；所述全向移动底盘1、升降机构2以及四轴机械臂3共同组成类斯坦福臂，在二自由度云台4、控制与显示模块5和电气模块6的配合下实现六自由度机械臂的功能，并且通过改变二级升降机构的高度来调节视觉传感器的视野范围和工作范围。

如图2、图3所示，所述全向移动底盘1包括下层安装板101、中层安装板103、上层安装板108、下连接柱102、上连接柱112、电机模组110、超声波传感器104、激光测距传感器105、惯性测量单元116、48V电池109、12V电池115、控制器A111和12V电池安装板113。所述下层安装板101、中层安装板103和上层安装板108均为圆形板，下层安装板101和中层安装板103通过三个下连接柱102连接，中层安装板103和上层安装板108通过三个上连接柱112连接；所述电机模组110共有三个，安装下层安装板101上侧，每个电机模组110的轴线夹角为120°；所述控制器A111安装在下层安装板101上，用于控制电机模组；所述电机模组110包括编码器110-1、、直流伺服电机110-2电机座110-3、联轴器110-4、全向轮110-5、连接轴110-6、一体化轴承座110-7和驱动器A114；所述电机座110-3安装在下层安装板101上；所述直流伺服电机110-2安装在电机座110-3上；所述编码器110-1安装在直流伺服电机110-2上；所述驱动器A114安装在包括下层安装板101上；所述连接轴110-6一端通过联轴器110-4与直流伺服电机110-2的转轴相连，另一端安装有全向轮110-5，连接轴110-6通过一体化轴承座110-7安装在下层安装板101上；所述一体化轴承座110-7用于支撑连接轴110-6转动；所述惯性测量单元116安装在下层安装板101中心处，用于惯性测量；所述12V电池安装板113为∏型，安装在下层安装板101上；所述12V电池115安装在电池安装板113上侧，用于给控制器A111及激光测距传感器105供电；所述超声波传感器104共有六个均匀分布在中层安装板103上侧边缘，用于自主运动过程中感知障碍物的距离；所述激光测距传感器105通过激光传感器安装板106安装在上层安装板108下方，用于测量机器人与目标物体的距离；所述48V电池109通过电池夹板107固定在中层安装板103上侧；所述电气模块6通过各个电气元件的协调配合对48V电池109进行变压，通过此模块电池输出多个24V线路分别为电机模组110、一级升降机构步进电机202、二级升降机构步进电机201、水平旋转电机401-1、俯仰电机402-10供电，以及一个48V线路为四自由度轻量化机械臂3的第Ⅰ关节302、第Ⅱ关节303、第Ⅲ关节304和第Ⅳ关节305供电，除此之外还为机器人系统提供电路保护作用。

如图4所示，所述升降机构2包括二级升降机构步进电机201、一级升降机构步进电机202、一级升降机构203、二级升降机构209、升降机构驱动控制单元204、拖链固定件205、拖链206、升降机构固定板207和一级与二级升降机构连接板208。所述升降机构固定板207安装在连接与固定装置7中型材703前侧；所述一级升降机构203安装在升降机构固定板207上；所述一级升降机构步进电机202安装在一级升降机构203的下侧，用于驱动一级升降机构203升降；所述一级与二级升降机构连接板208安装在一级升降机构203；所述二级升降机构209安装在一级与二级升降机构连接板208上；所述二级升降机构步进电机201安装在二级升降机构209的下侧，用于驱动二级升降机构209升降；所述拖链206通过拖链固定件205一端固定于一级升降机构203上，另一端固定于型材703上；所述二级升降机构209的线缆放置于拖链206内，达到保护作用；所述升降机构驱动控制单元204安装在连接与固定装置7侧面，内部含有一级升降机构203、二级升降机构209的驱动器与控制器，通过升降机构驱动控制单元204对一级升降机构步进电机202、二级升降机构步进电机201的控制，达到升降机构二级升降的要求。

如图5、图6所示，所述四自由度轻量化机械臂3包括机械臂底座309，伺服驱动器301，第Ⅰ关节302、第Ⅱ关节303、第Ⅰ关节与第Ⅱ关节连接件308、第Ⅲ关节304、第Ⅱ关节与第Ⅲ关节连接件307、第Ⅳ关节305和第Ⅲ关节与第Ⅳ关节连接件306。所述机械臂底座309包括底座连接板309-1、第一关节固定件A309-2和第一关节固定件B 309-3；所述底座连接板309-1由两个L型板组成，通过螺钉对称安装在二级升降机构209上；所述底座连接板309-1外侧装有伺服驱动器301，用于驱动第Ⅰ关节302；所述第Ⅰ关节302通过第一关节固定件A309-2和第一关节固定件B 309-3固定在底座连接板309-1上；所述第Ⅰ关节与第Ⅱ关节连接件308包括第Ⅰ关节转接板308-1、第Ⅰ连接件308-3、加强筋308-2、第Ⅱ关节固定件A308-4、第Ⅱ关节固定件B 308-5、第Ⅱ关节固定件C308-6、第Ⅱ关节固定件D 308-7和第Ⅱ关节固定件E308-8；所述第Ⅰ关节转接板308-1为L型板，一端与第Ⅰ关节302的输出端固定连接，另一端与第Ⅰ连接件308-3固定连接，并由加强筋308-2加固；所述第Ⅰ连接件308-3外侧装有伺服驱动器301，用于驱动第Ⅱ关节303；所述第Ⅱ关节303通过第Ⅱ关节固定件A308-4、第Ⅱ关节固定件B 308-5、第Ⅱ关节固定件C308-6、第Ⅱ关节固定件D 308-7和第Ⅱ关节固定件E308-8安装在第Ⅰ连接件308-3上；所述第Ⅰ连接件308-3外侧安装有伺服驱动器301，用于驱动第Ⅱ关节303；所述第Ⅱ关节与第Ⅲ关节连接件307包括第Ⅱ关节转接板307-1、第Ⅱ连接件307-2、第Ⅲ关节固定件A307-3、第Ⅲ关节固定件B307-4和第Ⅲ关节固定件C307-5；所述第Ⅱ连接件307-2通过第Ⅱ关节转接板307-1安装在第Ⅱ关节303的输出端；所述第Ⅲ关节304通过、第Ⅲ关节固定件A307-3、第Ⅲ关节固定件B307-4以及第Ⅲ关节固定件C307-5安装在第Ⅱ连接件307-2末端；所述第Ⅲ关节与第Ⅳ关节连接件306包括第Ⅲ关节转接板306-1、第Ⅲ连接件306-2、第Ⅳ关节固定件A306-3、第Ⅳ关节固定件B306-4和第Ⅳ关节固定件C306-5；所述第Ⅲ连接件306-2通过第Ⅲ关节转接板306-1安装在第Ⅲ关节304的输出端；所述第Ⅲ连接件306-2外侧装有伺服驱动器301，用于驱动第Ⅳ关节305；所述第Ⅳ关节305通过第Ⅳ关节固定件A306-3、第Ⅳ关节固定件B306-4和第Ⅳ关节固定件C306-5安装在第Ⅲ连接件306-2上。

如图7、图8、图9所示，所述二自由度云台4包括水平旋转单元401、俯仰旋转单元402、控制单元403和云台连接板401-2。所述云台连接板401-2为Г型，述云台连接板401-2竖直端一侧安装在一级与二级升降机构连接板208，另一侧安装有安装版403-2，云台连接板401-2水平端安装有水平座401-3；所述控制单元403包括驱动器B403-1和控制器C403-3；所述括驱动器B403-1驱动器B403-1和控制器C403-3安装在安装版403-2外侧，用于控制二自由度云台4；所述水平旋转单元401包括水平旋转电机401-1、云台连接板401-2、水平座401-3、通过挡圈a401-4、轴承座401-5、挡圈b401-6、轴承401-7、水平旋转输出端401-8、水平旋转轴承座固定板401-9和水平限位销401-10；所述水平旋转电机401-1安装在水平座401-3下侧，水平旋转电机401-1的转轴穿过水平座401-3上的通孔；所述水平旋转轴承座固定板401-9安装在水平座401-3上侧；所述轴承座401-5安装在水平旋转轴承座固定板401-9上侧；所述轴承401-7共有两个，通过挡圈a401-4和挡圈b401-6固定安装在轴承座401-5内表面；所述水平旋转输出端401-8穿过轴承401-7与水平旋转电机401-1的转轴相连；所述轴承401-7用于支撑水平旋转输出端401-8在水平面的转动；所述水平限位销401-10安装在水平座401-3上侧，用于限制二自由度云台4在水平内的转动角度；所述俯仰旋转单元402包括基座402-1、旋转轴402-2、限位挡块402-3、右垫片402-4、右支撑杆402-5、带座轴承402-6、云台输出端402-7、左支撑杆402-8、左垫片402-9和俯仰电机402-10；所述基座402-1为凹型，两个竖直端一端开有通孔，另一端开有U型槽，水平安装在水平旋转输出端401-8上，并可随水平旋转输出端401-8在水平面内转动；所述俯仰电机402-10固定安装在基座402-1开有同孔的竖直端内侧，俯仰电机402-10的转轴与通孔的轴线重合，俯仰电机402-10的转轴穿过另一个竖直端的U型槽；所述左支撑杆402-8通过左垫片402-9与俯仰电机402-10的转轴连接，可以随俯仰电机402-10做俯仰转动；所述带座轴承402-6安装在基座402-1开有通孔的竖直端外侧，其轴承的轴线与通孔的轴线重合；所述旋转轴402-2安装在带座轴承402-6的内表面；所述右支撑杆402-5通过右垫片402-4与旋转轴402-2连接，所述云台输出端402-7两端分别安装在左支撑杆402-和右支撑杆402-5的顶端；所述限位挡块402-3安装在基座402-1开有U型槽的竖直端外侧，用于限制二自由度云台4在竖直面内的转动角度；所述云台输出端402-7可以在俯仰电机402-10和水平旋转电机401-1的带动下在水平面和竖直面内转动。

为了更好的解释本实用新型，现以机器人执行昏迷病人氧气机供氧速度的调节为例介绍本实用新型：工作时，医护人员通过安装在二自由度云台4上的相机观察机器人的工作环境情况；医护人员向机器人发送远程工作指令，全向移动底盘1带动机器人向目标区域移动；随后升降机构2、四自由度轻量化机械臂3共同工作带动第Ⅳ关节305接近操作台，第Ⅳ关节305的输出端专有夹指；夹指夹住氧气机的供氧速度调节旋钮，在医护人员的控制下增大氧气供给速度。

虽然上文中已经结合附图和实例对本实用新型进行了描述，然而在不脱离本实用新型范围的情况下，可对其进行各种改进，且可以用等效物替换其中的部件。因此，本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人，其特征在于，该机器人包括全向移动底盘（1）、升降机构（2）、四自由度轻量化机械臂（3）、二自由度云台（4）、控制与显示模块（5）、电气模块（6）和连接与固定装置（7）；

所述全向移动底盘（1）装有三个全向轮（110-5），间隔120°均匀布置在全向移动底盘（1）底部，全向移动底盘（1）具有三个自由度，用于手臂可升降式全向移动复合型护理机器人在工作平面上的移动；所述升降机构（2）通过连接与固定装置（7）安装在全向移动底盘（1）上侧，实现竖直方向的二级升降；所述四自由度轻量化机械臂（3）安装在升降机构（2）的二级升降机构（209）上，能够实现两个俯仰和两个绕自身旋转的自由度；所述二自由度云台（4）安装在升降机构（2）的一级与二级升降机构连接板（208）上部，采用电机直连的驱动方式和俯仰与水平旋转串联的连接方式，用于图像采集；所述控制与显示模块（5）安装在升降机构（2）后侧，用于手臂可升降式全向移动复合型护理机器人的控制及数据显示；所述全向移动底盘（1）、升降机构（2）以及四轴机械臂3共同组成类斯坦福臂，在二自由度云台（4）、控制与显示模块（5）和电气模块（6）的配合下实现六自由度机械臂的功能，并且通过改变二级升降机构的高度来调节视觉传感器的视野范围和工作范围。

2.根据权利要求1所述的一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人，其特征在于，所述全向移动底盘（1）包括下层安装板（101）、中层安装板（103）、上层安装板（108）、下连接柱（102）、上连接柱（112）、电机模组（110）、超声波传感器（104）、激光测距传感器（105）、惯性测量单元（116）、48V电池（109）、12V电池（115）、控制器A（111）和12V电池安装板（113）；所述下层安装板（101）、中层安装板（103）和上层安装板（108）均为圆形板，下层安装板（101）和中层安装板（103）通过三个下连接柱（102）连接，中层安装板（103）和上层安装板（108）通过三个上连接柱（112）连接；所述电机模组（110）共有三个，安装在下层安装板（101）上侧，每个电机模组（110）的轴线夹角为120°；所述控制器A（111）安装在下层安装板（101）上，用于控制电机模组；所述惯性测量单元（116）安装在下层安装板（101）中心处，用于惯性测量；所述12V电池安装板（113）为∏型，安装在下层安装板（101）上；所述12V电池（115）安装在电池安装板（113）上侧，用于给控制器A（111）及激光测距传感器（105）供电；所述超声波传感器（104）共有6个均匀分布在中层安装板（103）上侧边缘，用于自主运动过程中感知障碍物的距离；所述激光测距传感器（105）通过激光传感器安装板（106）安装在上层安装板（108）下方，用于测量机器人与目标物体的距离；所述48V电池（109）通过电池夹板107固定在中层安装板（103）上侧；所述电气模块（6）通过各个电气元件的协调配合对48V电池（109）进行变压，通过此模块电池输出多个24V线路分别为电机模组（110）、一级升降机构步进电机（202）、二级升降机构步进电机（201）、水平旋转电机（401-1）、俯仰电机（402-10）供电，以及一个48V线路为四自由度轻量化机械臂（3）的第Ⅰ关节（302）、第Ⅱ关节（303）、第Ⅲ关节（304）和第Ⅳ关节（305）供电，除此之外还为机器人系统提供电路保护作用。

3.根据权利要求2所述的一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人，其特征在于，所述全向移动底盘（1）中电机模组（110）包括编码器（110-1）、直流伺服电机（110-2）、电机座（110-3）、联轴器（110-4）、全向轮（110-5）、连接轴（110-6）、一体化轴承座（110-7）和驱动器A（114）；所述电机座（110-3）安装在下层安装板（101）上；所述直流伺服电机（110-2）安装在电机座（110-3）上；所述编码器（110-1）安装在直流伺服电机（110-2）上；所述驱动器A（114）安装在包括下层安装板（101）上；所述连接轴（110-6）一端通过联轴器（110-4）与直流伺服电机（110-2）的转轴相连，另一端安装有全向轮（110-5），连接轴（110-6）通过一体化轴承座（110-7）安装在下层安装板（101）上；所述一体化轴承座（110-7）用于支撑连接轴（110-6）转动。

4.根据权利要求1所述的一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人，其特征在于，所述连接与固定装置（7）包括角铝（701）、加强板（702）和型材（703）；所述型材（703）通过角铝（701）和加强板（702）垂直安装在上层安装板（108）上。

5.根据权利要求1所述的一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人，其特征在于，所述升降机构（2）包括二级升降机构步进电机（201）、一级升降机构步进电机（202）、一级升降机构（203）、二级升降机构（209）、升降机构驱动控制单元（204）、拖链固定件（205）、拖链（206）、升降机构固定板（207）和一级与二级升降机构连接板（208）；所述升降机构固定板（207）安装在连接与固定装置（7）中型材（703）前侧；所述一级升降机构（203）安装在升降机构固定板（207）上；所述一级升降机构步进电机（202）安装在一级升降机构（203）下侧，用于驱动一级升降机构（203）升降；所述一级与二级升降机构连接板（208）安装在一级升降机构（203）的上；所述二级升降机构（209）安装在一级与二级升降机构连接板（208）上；所述二级升降机构步进电机（201）安装在二级升降机构（209）的下侧，用于驱动二级升降机构（209）升降；所述拖链（206）通过拖链固定件（205）一端固定于一级升降机构（203）上，另一端固定于型材（703）上；所述二级升降机构（209）的线缆放置于拖链（206）内；所述升降机构驱动控制单元（204）安装在连接与固定装置（7）侧面，内部含有一级升降机构（203）、二级升降机构（209）的驱动器与控制器，通过升降机构驱动控制单元（204）对一级升降机构步进电机（202）、二级升降机构步进电机（201）的控制，达到升降机构二级升降的要求。

6.根据权利要求1所述的一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人，其特征在于，所述四自由度轻量化机械臂（3）包括机械臂底座（309），伺服驱动器（301），第Ⅰ关节（302）、第Ⅱ关节（303）、第Ⅰ关节与第Ⅱ关节连接件（308）、第Ⅲ关节（304）、第Ⅱ关节与第Ⅲ关节连接件（307）、第Ⅳ关节（305）和第Ⅲ关节与第Ⅳ关节连接件（306）；机械臂底座（309）包括底座连接板（309-1）、第一关节固定件A（309-2）和第一关节固定件B（309-3）；所述底座连接板（309-1）由两个L型板组成，通过螺钉对称安装在二级升降机构（209）上；所述底座连接板（309-1）外侧装有伺服驱动器（301），用于驱动第Ⅰ关节（302）；所述第Ⅰ关节（302）通过第一关节固定件A（309-2）和第一关节固定件B（309-3）固定在底座连接板（309-1）上；所述第Ⅰ关节与第Ⅱ关节连接件（308）包括第Ⅰ关节转接板（308-1）、第Ⅰ连接件（308-3）、加强筋（308-2）、第Ⅱ关节固定件A（308-4）、第Ⅱ关节固定件B（308-5）、第Ⅱ关节固定件C（308-6）、第Ⅱ关节固定件D（308-7）和第Ⅱ关节固定件E（308-8）；所述第Ⅰ关节转接板（308-1）为L型板，一端与第Ⅰ关节（302）的输出端固定连接，另一端与第Ⅰ连接件（308-3）固定连接，并由加强筋（308-2）加固；所述第Ⅰ连接件（308-3）外侧装有伺服驱动器（301），用于驱动第Ⅱ关节（303）；所述第Ⅱ关节（303）通过第Ⅱ关节固定件A（308-4）、第Ⅱ关节固定件B（308-5）、第Ⅱ关节固定件C（308-6）、第Ⅱ关节固定件D（308-7）和第Ⅱ关节固定件E（308-8）安装在第Ⅰ连接件（308-3）上；所述第Ⅱ关节与第Ⅲ关节连接件（307）包括第Ⅱ关节转接板（307-1）、第Ⅱ连接件（307-2）、第Ⅲ关节固定件A（307-3）、第Ⅲ关节固定件B（307-4）和第Ⅲ关节固定件C（307-5）；所述第Ⅱ连接件（307-2）通过第Ⅱ关节转接板（307-1）安装在第Ⅱ关节（303）的输出端；所述第Ⅲ关节（304）通过以及第Ⅲ关节固定件A（307-3）、第Ⅲ关节固定件B（307-4）以及第Ⅲ关节固定件C（307-5）安装在第Ⅱ连接件（307-2）末端；所述第Ⅲ关节与第Ⅳ关节连接件（306）包括第Ⅲ关节转接板（306-1）、第Ⅲ连接件（306-2）、第Ⅳ关节固定件A（306-3）、第Ⅳ关节固定件B（306-4）和第Ⅳ关节固定件C（306-5）；所述第Ⅲ连接件（306-2）通过第Ⅲ关节转接板（306-1）安装在第Ⅲ关节（304）的输出端；所述第Ⅲ连接件（306-2）外侧装有伺服驱动器（301），用于驱动第Ⅳ关节（305）；所述第Ⅳ关节（305）通过第Ⅳ关节固定件A（306-3）、第Ⅳ关节固定件B（306-4）和第Ⅳ关节固定件C（306-5）安装在第Ⅲ连接件（306-2）上。

7.根据权利要求1所述的一种手臂可升降式全向移动复合型护理机器人，其特征在于，所述二自由度云台（4）包括水平旋转单元（401）、俯仰旋转单元(402）、控制单元（403）和云台连接板（401-2）；所述云台连接板（401-2）为Г型，云台连接板（401-2）竖直端一侧安装在一级与二级升降机构连接板（208），另一侧安装有安装版（403-2），云台连接板（401-2）水平端安装有水平座（401-3）；所述控制单元（403）包括驱动器B（403-1）和控制器C（403-3）；所述驱动器B（403-1）和控制器C（403-3）安装在安装版（403-2）外侧，用于控制二自由度云台（4）；所述水平旋转单元（401）包括水平旋转电机（401-1）、云台连接板（401-2）、水平座（401-3）、通过挡圈a（401-4）、轴承座（401-5）、轴承（401-7）、水平旋转输出端（401-8）、水平旋转轴承座固定板（401-9）和水平限位销（401-10）；所述水平旋转电机（401-1）安装在水平座（401-3）下侧，水平旋转电机（401-1）的转轴穿过水平座（401-3）上的通孔；所述水平旋转轴承座固定板（401-9）安装在水平座（401-3）上侧；所述轴承座（401-5）安装在水平旋转轴承座固定板（401-9）上侧；所述轴承（401-7）共有两个，通过挡圈a（401-4）和轴承（401-7）固定安装在轴承座（401-5）内表面；所述水平旋转输出端（401-8）穿过轴承（401-7）与水平旋转电机（401-1）的转轴相连；所述轴承（401-7）用于支撑水平旋转输出端（401-8）在水平面的转动；所述水平限位销（401-10）安装在水平座（401-3）上侧，用于限制二自由度云台（4）在水平内的转动角度；所述俯仰旋转单元(402）包括基座（402-1）、旋转轴（402-2）、限位挡块（402-3）、右垫片（402-4）、右支撑杆（402-5）、带座轴承（402-6）、云台输出端（402-7）、左支撑杆（402-8)、左垫片（402-9）和俯仰电机（402-10）；所述基座（402-1）为凹型，两个竖直端一端开有通孔，另一端开有U型槽，水平安装在水平旋转输出端（401-8）上，并可随水平旋转输出端（401-8）在水平面内转动；所述俯仰电机（402-10）固定安装在基座（402-1）开有同孔的竖直端内侧，俯仰电机（402-10）的转轴与通孔的轴线重合，俯仰电机（402-10）的转轴穿过另一个竖直端的U型槽；所述左支撑杆（402-8）通过左垫片（402-9）与俯仰电机（402-10）的转轴连接，可以随俯仰电机（402-10）做俯仰转动；所述带座轴承（402-6）安装在基座（402-1）开有通孔的竖直端外侧，其轴承的轴线与通孔的轴线重合；所述旋转轴（402-2）安装在带座轴承（402-6）的内表面；所述右支撑杆（402-5）通过右垫片（402-4）与旋转轴（402-2）连接，所述云台输出端（402-7）两端分别安装在左支撑杆402-和右支撑杆（402-5）的顶端；所述限位挡块（402-3）安装在基座（402-1）开有U型槽的竖直端外侧，用于限制二自由度云台（4）在竖直面内的转动角度；所述云台输出端（402-7）在俯仰电机（402-10）和水平旋转电机（401-1）的带动下在水平面和竖直面内转动。

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