CN214383143U - 一种家用球形轮机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种家用球形轮机器人，包括依次连接的上部服务结构、中部控制结构和下层移动结构，上部服务结构包括载物平台，载物平台上设有显示屏和机械手组件，中部控制结构包括控制模组、分隔板和支撑架，控制模组包括处理控制器和传感器，传感器包括雷达、陀螺仪和速度计，分隔板固定在支撑架中，处理控制器和传感器设于分隔板上，下层移动结构包括球形轮和多个全向轮，全向轮贴合于球形轮的上端，全向轮连接有运动控制电机。与现有技术相比，本实用新型具有不易倾倒、全方位移动、噪音小、抓取范围大、方便拆卸维修等优点。

Description

一种家用球形轮机器人

技术领域

本实用新型涉及一种机器人，尤其是涉及一种家用球形轮机器人。

背景技术

普通的多轮驱动机器人在人机交互时常遇到一个问题，由于人体的身高较高，重心升高后的机器人非常容易翻到，为了解决这个问题，多轮驱动机器人需要调整其重心或者增大底盘面积，但使得其在使用时产生了诸多不便。并且在家庭等狭小区域，多轮驱动的机器人很少能达到全向移动的功能。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的易倾倒、不能全向移动的缺陷而提供一种家用球形轮机器人。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种家用球形轮机器人，包括依次连接的上部服务结构、中部控制结构和下层移动结构，所述上部服务结构包括载物平台，所述载物平台上设有显示屏和机械手组件，所述中部控制结构包括控制模组、分隔板和支撑架，所述控制模组包括处理控制器和传感器，所述传感器包括雷达、陀螺仪和速度计，所述分隔板固定在支撑架中，所述处理控制器和传感器设于分隔板上，所述下层移动结构包括球形轮和多个全向轮，所述全向轮贴合于球形轮的上端，所述全向轮连接有运动控制电机。

所述支撑架包括多个支撑柱，所述支撑柱上设有第一固定螺栓座、撑脚和第二固定螺栓座，所述第一固定螺栓座设于支撑柱的中部，第二固定螺栓座设于支撑柱的底端，所述撑脚的一端与支撑柱活动连接。

进一步地，所述载物平台固定在支撑柱的顶端，具体为可伸缩的上下层结构，所述上下层结构之间设有多个伸缩杆。

进一步地，所述第一固定螺栓座上固定有分隔板，第二固定螺栓座上固定有球形轮限位架。

进一步地，所述分隔板的底面上固定有球形轮保护架。

进一步地，所述球形轮保护架位于球形轮的上半部分，球形轮限位架位于球形轮的下半部分。

进一步地，所述撑脚与支撑柱之间设有连接杆，所述连接杆的两端分别与撑脚和支撑柱活动连接，所述连接杆还连接有绕杆驱动电机。

所述全向轮的数量为3个，3个全向轮之间的间距相等。

所述机械手组件包括机械爪、第一控制电机、机械臂和第二控制电机，所述第二控制电机固定在载物平台上，机械臂的一端与第二控制电机活动连接，另一端固定有第一控制电机，第一控制电机上连接有机械爪，所述第一控制电机和第二控制电机中设有蓝牙模块，通过蓝牙模块与移动终端相连接。

进一步地，所述机械臂的中端设有红外测距仪。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型采用球形轮进行移动，有效避免了传统类型轮子在使用时噪音较大和转向时需要较大空间的缺点，本实用新型噪音极小，且球形的运动底盘可以全方位地进行移动，为在狭小的家庭环境中进行使用创造了条件。

2.本实用新型采用球形运动，使机器人在同样水平大小中拥有更高的机身并且保持更高的稳定性，自动伸缩的上下层结构提高了机械手组件的抓取范围，中间层的大容量隔层可以摆放老年人日常生活用具如手机、遥控器、药品。

3.本实用新型的第一控制电机和第二控制电机中设有蓝牙模块，通过蓝牙模块与移动终端相连接，使用者可以通过移动终端对机械手组件进行远程控制，使机器人的操作进行简便，提升了使用者的使用体验。

4.本实用新型的具体结构是依次连接的上部服务结构、中部控制结构和下层移动结构，结构灵活，层次合理，方便进行拆装检修。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型支撑柱的结构示意图。

附图标记：

1-机械爪；2-第一控制电机；3-第二控制电机；4-伸缩杆；5-载物平台；6-控制模组；7-分隔板；8-运动控制电机；9-全向轮；10-球形轮保护架；11-支撑架；12-球形轮限位架；13-球形轮；14-机械臂；111-支撑柱；112-第一固定螺栓座；113-连接杆；114-撑脚；115-第二固定螺栓座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种家用球形轮机器人，包括依次连接的上部服务结构、中部控制结构和下层移动结构，上部服务结构包括载物平台5，载物平台5上设有显示屏和机械手组件，中部控制结构包括控制模组6、分隔板7和支撑架11，控制模组6包括处理控制器和传感器，传感器包括雷达、陀螺仪和速度计，通过传感器获取机器人本体的倾斜角度、速度、加速度、周围环境和附近障碍物的信息，分隔板7固定在支撑架11中，处理控制器和传感器设于分隔板7上，下层移动结构包括球形轮13和多个全向轮9，全向轮9贴合于球形轮13的上端，全向轮9连接有运动控制电机8，运动控制电机8用于控制全向轮9的转向和速度，由此控制球形轮13的转向和速度，以此实现机器人的稳定站立和全向移动。

支撑架11包括多个支撑柱111，如图2所示，支撑柱111上设有第一固定螺栓座112、撑脚114和第二固定螺栓座115，第一固定螺栓座112设于支撑柱111的中部，第二固定螺栓座115设于支撑柱111的底端，撑脚114的一端与支撑柱111活动连接。

载物平台5固定在支撑柱111的顶端，具体为可伸缩的上下层结构，上下层结构之间设有多个伸缩杆4。

第一固定螺栓座112上固定有分隔板7，第二固定螺栓座115上固定有球形轮限位架12。

分隔板7的底面上固定有球形轮保护架10，球形轮保护架10用以保护球形轮13的位置，起到安全保险的作用。

球形轮保护架10位于球形轮13的上半部分，球形轮限位架12位于球形轮13的下半部分。

撑脚114与支撑柱111之间设有连接杆113，连接杆113的两端分别与撑脚114和支撑柱111活动连接，连接杆113还连接有绕杆驱动电机。

全向轮9的数量为3个，3个全向轮9之间的间距相等，本实施例中，全向轮9为90°麦克纳姆轮，采用金属材料轮毂；球形轮13采用金属材料加喷漆或非金属材料。

机械手组件包括机械爪1、第一控制电机2、机械臂14和第二控制电机3，第二控制电机3固定在载物平台5上，机械臂14的一端与第二控制电机3活动连接，另一端固定有第一控制电机2，第一控制电机2上连接有机械爪1，第一控制电机2和第二控制电机3中设有蓝牙模块，通过蓝牙模块与移动终端相连接。

机械臂14的中端设有红外测距仪，自动控制与障碍物的距离进行准确抓取。

本实施例中，机械爪1为6自由度的机械抓手，第二控制电机3的数量为3个，具体为12V工业级大推力电机，进行机械臂14的抓取和抬升，机械臂14的总体长度伸长达到600mm，机械手组件的重量为115g，在移动时减小惯性力，机械爪1的扭矩达到15N/m，可以抓取物品的最大重量为6kg。

本实用新型的机器人通过传感器获取自身的倾斜角、速度和加速度，通过处理控制器分析后传输至运动控制电机8，运动控制电机8带动全向轮9的运动。本实用新型通过3个全向轮9的三个方向的驱动使球形轮13沿任意方向以给定的速度转动，通过控制球形轮13的转动使机器人本体保持稳定并朝任意方向移动。

本实用新型的机器人在移动过程中通过传感器实时激光扫描建图，当路径规划途中出现移动或静止的新障碍物，雷达扫描得到新的点云信息，处理控制器会重新进行路径规划，从而达到自主避障的功能。

当机器人需要关机或长时间静止时，绕杆驱动电机控制连接杆113转动而打开，使撑脚114与支撑柱111之间形成一定的夹角，从而使撑脚114支撑在地面上来稳定机器人本体。

此外，需要说明的是，本说明书中描述的具体实施例，其零部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所做的举例说明。凡依据本实用新型构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种家用球形轮机器人，其特征在于，包括依次连接的上部服务结构、中部控制结构和下层移动结构，所述上部服务结构包括载物平台(5)，所述载物平台(5)上设有显示屏和机械手组件，所述中部控制结构包括控制模组(6)、分隔板(7)和支撑架(11)，所述控制模组(6)包括处理控制器和传感器，所述传感器包括雷达、陀螺仪和速度计，所述分隔板(7)固定在支撑架(11)中，所述处理控制器和传感器设于分隔板(7)上，所述下层移动结构包括球形轮(13)和多个全向轮(9)，所述全向轮(9)贴合于球形轮(13)的上端，所述全向轮(9)连接有运动控制电机(8)。

2.根据权利要求1所述的一种家用球形轮机器人，其特征在于，所述支撑架(11)包括多个支撑柱(111)，所述支撑柱(111)上设有第一固定螺栓座(112)、撑脚(114)和第二固定螺栓座(115)，所述第一固定螺栓座(112)设于支撑柱(111)的中部，第二固定螺栓座(115)设于支撑柱(111)的底端，所述撑脚(114)的一端与支撑柱(111)活动连接。

3.根据权利要求2所述的一种家用球形轮机器人，其特征在于，所述载物平台(5)固定在支撑柱(111)的顶端，具体为可伸缩的上下层结构，所述上下层结构之间设有多个伸缩杆(4)。

4.根据权利要求2所述的一种家用球形轮机器人，其特征在于，所述第一固定螺栓座(112)上固定有分隔板(7)，第二固定螺栓座(115)上固定有球形轮限位架(12)。

5.根据权利要求4所述的一种家用球形轮机器人，其特征在于，所述分隔板(7)的底面上固定有球形轮保护架(10)。

6.根据权利要求5所述的一种家用球形轮机器人，其特征在于，所述球形轮保护架(10)位于球形轮(13)的上半部分，球形轮限位架(12)位于球形轮(13)的下半部分。

7.根据权利要求2所述的一种家用球形轮机器人，其特征在于，所述撑脚(114)与支撑柱(111)之间设有连接杆(113)，所述连接杆(113)的两端分别与撑脚(114)和支撑柱(111)活动连接，所述连接杆(113)还连接有绕杆驱动电机。

8.根据权利要求1所述的一种家用球形轮机器人，其特征在于，所述全向轮(9)的数量为3个，3个全向轮(9)之间的间距相等。

9.根据权利要求1所述的一种家用球形轮机器人，其特征在于，所述机械手组件包括机械爪(1)、第一控制电机(2)、机械臂(14)和第二控制电机(3)，所述第二控制电机(3)固定在载物平台(5)上，机械臂(14)的一端与第二控制电机(3)活动连接，另一端固定有第一控制电机(2)，第一控制电机(2)上连接有机械爪(1)，所述第一控制电机(2)和第二控制电机(3)中设有蓝牙模块，通过蓝牙模块与移动终端相连接。

10.根据权利要求9所述的一种家用球形轮机器人，其特征在于，所述机械臂(14)的中端设有红外测距仪。

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