本發(fā)明涉及一種服務機器人領域，具體涉及一種低重心、高運動穩(wěn)定性的服務機器人。

背景技術：

服務機器人是機器人家族中一個年輕的成員，它能完成有益于人類健康的服務工作，如維護保養(yǎng)、修理、運輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護等方面的工作。目前的數(shù)據(jù)顯示，世界上至少有48個國家在發(fā)展機器人，其中25個國家已涉足服務機器人的開發(fā)。在日本、北美和歐洲，迄今已有7種類型共計40余款服務型機器人進入實驗和半商業(yè)化應用。“人形服務機器人”可以被定義為具有人類的外觀和功能(例如頭部、軀干、手臂、腿部)的某些屬性，使用語音交互以及肢體動作來與人類進行溝通的一種服務機器人。

一種輪式移動服務機器人(cn201210173481.7)，它由底盤、機座、兩條手臂等部件組成。其中，單個手臂具有四個主動自由度：大臂俯仰，大臂旋轉(zhuǎn)，肘關節(jié)俯仰，腕關節(jié)俯仰，另外，還包括一個欠驅(qū)動自由度－腕關節(jié)轉(zhuǎn)動。

在機器人視覺控制的前提下，通過驅(qū)動四個主動自由度的手臂，可使機械臂末端工作點達到三維工作空間中的目的位置，并且手臂的末端保持一定位姿。在執(zhí)行具體任務時，機器人雙臂的協(xié)作控制，進而完成協(xié)作動作。另外，機器人的關節(jié)肘關節(jié)與腕關節(jié)的旋轉(zhuǎn)采用渦輪-蝸桿的形式，手臂上的手爪張開閉合采用繩索驅(qū)動。

一種輪式智能自主移動服務機器人(cn200910089837.7)，它主要由下部具有4個輪的底盤、機架以及兩個2自由度的手臂等組成。其中，運動機構通過電機驅(qū)動和/或控制器進行控制，工控機通過串口連接電機驅(qū)動和/或控制器，云臺攝像機通過串口控制云臺攝像機的方位和角度，提供機器人周圍的環(huán)境信息，并將其采集的信息通過圖像采集卡連接到嵌入式計算機；傳感器設置在機器人的上部與下部，通過信息處理后連接到嵌入式計算機；機器人上部和下部通過上連接板和下連接板進行折疊連接，在上下連接板之間設有橫向折疊軸和/或抽插；本機器人能夠根據(jù)超聲傳感器實現(xiàn)自主避障，提高了在一些非人造環(huán)境中的定位導航以及地圖構建的能力。

服務機器人(cn201620821615.5)，它由下部具有3個輪的底盤、機架、電池箱、顯示屏組件等組成。其中，電源箱安裝在底盤上，顯示屏組件安裝在機架上，外殼與機架相連。該機器人結構簡單且穩(wěn)定性好。另外，還有利于底盤、電源箱等零件的布局，并且組裝、拆卸方便。

一種家庭服務機器人(cn201510190846.0)，它由軀干，頭部，上肢和底盤等部件組成，其中，頭部安裝在軀體上，并且可以繞軀體的中軸線旋轉(zhuǎn)，面部前端安裝有采集外界環(huán)境信息的視覺傳感器，兩個具有2個自由度的手臂分別安裝在軀干的兩側，視覺傳感器將信息傳送到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制軀干、頭部、上肢和底盤的運動。家庭服務機器人通過視覺傳感器采集外界的環(huán)境信息，通過控制系統(tǒng)的處理，驅(qū)動底盤實現(xiàn)前后左右移動以及旋轉(zhuǎn)等運動，也可以驅(qū)動軀干彎曲以及上肢手臂運動，實現(xiàn)機器人各種仿人動作。在處理目標追蹤過程中，機器人能夠?qū)崿F(xiàn)對目標的追蹤，適用于家庭服務以及其他服務場合，尤其能夠完成對獨居老人或病人進行仿人的陪伴和照顧工作。

現(xiàn)有的服務機器人頭部的點頭動作機制大多采用電機齒輪嚙合的方式、渦輪蝸桿的方式，導致機器人的頭部質(zhì)量過大重心偏高，使得其在運行的過程中，容易發(fā)生跌倒。另外，有些服務機器人底盤的驅(qū)動輪是固定的，不能根據(jù)具體的路況進行調(diào)整驅(qū)動輪之間的距離或者底盤距離地面的高度，還有所采用的零部件較多，成本較高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出了一種通過采用繩索驅(qū)動頭部實現(xiàn)點頭動作，并且通過調(diào)整驅(qū)動輪支架相對于軀干的角度，在運動中調(diào)整服務機器人的高度的低重心、高運動穩(wěn)定性的服務機器人。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種低重心、高運動穩(wěn)定性的服務機器人，其特征在于：它包括頭部、軀體框架、頭部連接桿和多個驅(qū)動輪支架，其中所述頭部通過第一銷軸連接所述頭部連接桿的頂部，所述第一銷軸通過帶傳動機構連接設置在所述軀體框架下部的第一驅(qū)動電機的輸出軸；所述驅(qū)動輪支架通過第二銷軸對稱地設置在軀體框架的底部，各驅(qū)動輪支架結構相同；所述第二銷軸附近設置第三驅(qū)動電機，用于同步調(diào)整所述驅(qū)動輪支架相對于軀體框架的角度。

所述帶傳動機構包括上傳動輪、下傳動輪和傳動帶，所述上傳動輪的中心穿過所述第一銷軸，所述下傳動輪的中心連接所述第一驅(qū)動電機的輸出軸，所述傳動帶連接所述上傳動輪和下傳動輪；所述第一驅(qū)動電機的輸出軸平行于地面。

所述頭部連接桿為中空管狀，所述傳動帶從所述頭部連接桿的中部穿過；所述第一驅(qū)動電機設置在所述軀體框架的側壁上。

所述軀體框架為矩形框架，所述軀體框架中部設置平行于底板的定位板；所述頭部連接桿依次穿過軀體框架的上板和定位板中間的通孔。

所述上板和定位板中間的通孔與所述頭部連接桿之間分別設置第一軸承和第二軸承。

所述頭部連接桿位于第一軸承和第二軸承上部設置臺階面。

所述軀體框架下部設置第二驅(qū)動電機，所述第二驅(qū)動電機的輸出軸連接一主動齒輪的中軸，所述頭部連接桿的下部外周上設置與所述主動齒輪嚙合的被動齒輪。

所述驅(qū)動輪支架內(nèi)側安裝驅(qū)動輪支撐桿。

所述驅(qū)動輪支架未與軀體框架連接的一端與一擋泥板組件相連，所述擋泥板組件內(nèi)部安裝驅(qū)動輪。

所述驅(qū)動輪由同處于擋泥板組件內(nèi)部的驅(qū)動電機驅(qū)動。

本發(fā)明的技術效果如下：

本發(fā)明的一種低重心、高運動穩(wěn)定性的服務機器人，其中頭部通過第一銷軸連接頭部連接桿的頂部，經(jīng)由帶傳動機構的傳動帶將位于軀體框架下部第一驅(qū)動電機輸出的轉(zhuǎn)矩傳遞給上部的上傳動輪，帶動頭部能夠繞著傳動輪(第一銷軸)的軸線轉(zhuǎn)動，來完成機器人的點頭動作。

通過第二驅(qū)動電機帶動主動齒輪，間接帶動位于頭部連接桿下方的被動齒輪轉(zhuǎn)動，使得頭部連接桿能夠繞著自身的軸線轉(zhuǎn)動，進而帶動頭部同樣繞著頭部連接桿的軸線轉(zhuǎn)動，來完成機器人的搖頭動作。

由于第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機均位于軀體框架的下部，因此減輕服務機器人上部重量，使整體重心下移，增加了服務機器人在運動中的穩(wěn)定性。

驅(qū)動輪支架通過第二銷軸對稱地設置在軀體框架的底部，各驅(qū)動輪支架結構相同；第二銷軸附近設置第三驅(qū)動電機，用于同步調(diào)整驅(qū)動輪支架相對于軀體框架的角度。這樣可以根據(jù)具體的路面情況，調(diào)整機器人的底盤高度或者驅(qū)動輪之間的距離，來避免發(fā)生碰撞，或者能夠順利通過不規(guī)則的路徑。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖

圖2是本發(fā)明的軀體框架內(nèi)部結構示意圖

圖3是本發(fā)明的頭部與頭部連接桿的連接結構示意圖

圖4本發(fā)明的軀體框架下部結構示意圖

圖5是本發(fā)明的外部整體示意圖

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種低重心、高運動穩(wěn)定性的服務機器人，它包含頭部1、軀體框架2、驅(qū)動輪支架3、驅(qū)動輪4、頭部連接桿5。其中頭部1通過頭部連接桿5與軀體框架2連接，三個驅(qū)動輪支架3結構相同，兩個驅(qū)動輪支架3連接在軀體框架2的兩側，一個驅(qū)動輪支架3連接在軀體框架2的后部，驅(qū)動輪支架3末端連接驅(qū)動輪4。通過同步調(diào)整三個驅(qū)動輪支架3相對于軀體框架2的角度，實現(xiàn)軀體框架2的上升和下降，進而實現(xiàn)在運動中實時對服務機器人整體高度的調(diào)整。

如圖2所示，軀體框架2優(yōu)選一矩形框架，包括頂部的上板6、兩側的側板7和底部的底板8，中部設置定位板9。頭部連接桿5為中空結構，依次從上板6和定位板9中間的通孔10、11穿過。

如圖3所示，頭部連接桿5頂端通過第一銷軸12與頭部1連接，第一銷軸12中部設置上傳動輪13。如圖4所示，軀體框架2的側板7上設置第一電機14，第一電機14的輸出軸通過聯(lián)軸器連接下傳動輪15的中軸，下傳動輪15正對于上傳動輪13的下方。上傳動輪13與下傳動輪15通過傳動帶16連接，傳動帶16自頭部連接桿5的頂端穿過其中空的內(nèi)部，用于將設置在下方的第一驅(qū)動電機14輸出的力矩傳遞至頭部1，實現(xiàn)頭部1的點頭動作。

軀體框架2的底板8上設置第二驅(qū)動電機17，第二驅(qū)動電機17的輸出軸通過聯(lián)軸器連接主動齒輪18的中軸，頭部連接桿5的下部外周上設置與主動齒輪18嚙合的被動齒輪19，用于驅(qū)動頭部連接桿5的周向轉(zhuǎn)動，從而帶動頭部1一同轉(zhuǎn)動實現(xiàn)搖頭動作。

為了保證頭部連接桿5周向轉(zhuǎn)動的平滑度和同心度，在軀體框架2的上板6和定位板9中間的通孔10、11上分別安裝上軸承27和下軸承28。且頭部連接桿5位于上軸承27和下軸承28的上方部分均設置與軸承配合的臺階面，即位于軸承上方的部分半徑大于位于下方的半徑，防止頭部連接桿5向下移動。通過軀體框架2的上板6對上軸承27進行限位，防止頭部連接桿5向上移動。

如圖2所示，每個驅(qū)動輪支架3與軀體框架2通過第二銷軸20連接，連接的一端均裝有第三驅(qū)動電機21。各第三驅(qū)動電機21同步啟動和停止，使驅(qū)動輪支架3圍繞第三驅(qū)動電機21的輸出軸轉(zhuǎn)動。第三驅(qū)動電機21安裝在驅(qū)動輪支架3上，第三驅(qū)動電機21的輸出軸連接第二銷軸20。第三驅(qū)動輪電機21的控制信號輸入端連接機器人內(nèi)部的計算單元，這樣可以根據(jù)具體的路面情況，調(diào)整機器人的整體高度或者驅(qū)動輪之間的距離，來避免發(fā)生碰撞，或者能夠順利通過不規(guī)則的路徑。

驅(qū)動輪支架3內(nèi)側安裝有驅(qū)動輪支撐桿22，用來增加驅(qū)動輪支架3的強度。驅(qū)動輪支架3未與軀體框架2連接的一端與擋泥板組件23相連，擋泥板組件23內(nèi)部安裝有驅(qū)動輪24。驅(qū)動輪24由同處于擋泥板組件23內(nèi)部的驅(qū)動電機驅(qū)動，使得機器人能夠沿著地面任意方向的移動或者轉(zhuǎn)動。

如圖5所示，頭部1上可設置顯示屏25和麥克風等外部交互裝置，用于接收用戶的實時指令或向用戶發(fā)布信息，軀體框架2外部可套裝外殼26，起到保護和美觀的作用。

應當指出，以上所述具體實施方式可以使本領域的技術人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本發(fā)明創(chuàng)造已進行了詳細的說明，但是，本領域技術人員應當理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護范圍當中。