家居服务机器人

技术领域

本发明涉及家居机器人技术领域，尤其涉及一种家居服务机器人。

背景技术

当前家居机器人种类繁多，但家居机器人的功能还不够强大，虽然在独立性、适应性等方面已经有了一定的发展，但距离人们的生活需要还存在着相当大的距离。例如，智能扫地机器人可以借助内置的电子地图程序，在进入陌生的家庭环境后自主进行周边环境的探索，并将探索过程反馈到数据库当中，逐渐适应家庭环境。当主人发出扫地或者拖地指令时，智能机器人可以在全屋范围内自行进行相应的清洁操作，并且对照环境的变化进行电子地图的修正与调整，保持良好的智能服务状态。然而智能扫地机器人的局限性也非常明显，除了清扫功能外，它并不能从事其他家庭生活服务，也不具备与人类沟通交流的语言能力，功能十分单一。

根据最新的全国人口普查，中国的老年人口已经达到1.78亿，且我国老龄化趋势加快，这对家居生活的方便性提出更大的要求，老年人行动不便，不方便随意取放物品，目前并没有适用于老年人代步夹取物品的家居机器人。

发明内容

发明目的：

本发明提出一种家居服务机器人，其目的在于解决现有机器人不适用于老年人代步夹取物品的问题。

技术方案：

一种家居服务机器人，该机器人的整体底盘上设置有支撑架和升降储物机构，支撑架中部设置有中层固定板，中层固定板上设置有两个机械手，整体底盘下方设置有全向轮。

升降储物机构包括多个储物盒和储物盒升降机构，储物盒升降机构包括丝杠和光轴，储物盒的两侧设置丝杠，丝杆与第一电机相连，第一电机固定于整体底盘上，丝杠上螺纹连接有丝杠螺母，丝杠螺母与储物盒固定连接，储物盒的另两侧设置光轴，光轴上滑动连接有直线轴承，直线轴承与储物盒固定连接。

储物盒升降机构还包括行程开关，行程开关分别位于储物盒正下方的整体底盘上和储物盒正上方的上层固定板上，上层固定板固定于支撑架上。

储物盒包括下层储物盒、中层储物盒和上层储物盒，下层储物盒上方设置有中层储物盒，下层储物盒与中层储物盒通过中连杆连接，中层储物盒上方设置有上层储物盒，中层储物盒与上层储物盒通过短连杆连接，下层储物盒、中层储物盒和上层储物盒上连接有长连杆，长连杆的底端固定连接有不完全齿轮，不完全齿轮啮合有小齿轮，小齿轮与固定在下层储物盒外侧的第二电机连接。

整体底盘包括下层固定板和底层固定板，下层固定板和底层固定板固定连接，底层固定板的圆周均布多个全向轮，全向轮与第三电机连接，第三电机固定于底层固定板上。

底层固定板的圆周均布三个全向轮，全向轮相互成60°角分布。

机械手包括机械臂和臂爪，机械臂由上下摆动舵机组件、左右摆动舵机组件和旋转舵机组件组成，上下摆动舵机组件、左右摆动舵机组件和旋转舵机组件依次连接，机械臂一端固定在中层固定板上，另一端与臂爪连接。

该机器人还设置有外壳和旋转顶盖，外壳固定于底层固定板、下层固定板、中层固定板和上层固定板的外周圈，外壳上方设置有旋转顶盖。

旋转顶盖一端的凹槽内固定放置有滚针轴承，滚针轴承与上层固定板上设置的舵机连接。

中层固定板的底部安装有远程无线摄像头。

优点及效果

本发明的一种家居服务机器人，通过机械手代替取放生活所用物品，适用于老年人代步夹取物品，让家居生活更加简单方便。本发明的升降储物机构具有自锁功能，可防止中途断电储物盒滑落；储物盒可以上下升降和前后伸缩，极大节约了空间，使机器人结构精简；机械手活动灵活自如。

附图说明

图1为家居机器人的整体结构示意图；

图2为图1A-A截面的结构示意图；

图3为家居机器人内部结构示意图；

图4为家居机器人内部结构侧面结构示意图；

图5为家居机器人整体底盘结构示意图；

图6为家居机器人机械手结构示意图；

图中标注：1、机械手抓，2、平行短条，3、带齿轮条，4、机械爪上板，5，旋转连接件，6、第一舵机长U支架，7、齿轮副，8、外壳，9、旋转顶盖，10、舵机固定件，11、上层储物盒，12、第二电机，13、第二舵机长U支架，14、第二舵机长U支架，15、丝杆，16、支撑架，17、中层储物盒，18、短连杆，19、长连杆，20、中连杆，21、机械爪下板，22、下层储物盒，23、丝杠螺母，24、储物盒连接板，25、全向轮，26、电池，27、第三电机，28、摄像头，29、滚针轴承，30、第一舵机，31、光轴，32、上层固定板，34、中层固定板，35、不完全齿轮，36、小齿轮，37、直线轴承，38、卧式光轴支架，39、下层固定板，40、底层固定板，41、铜柱，42、行程开关固定板，43、主控板，44、电机座，45、行程开关固定件，46、第一电机，48、行程开关，49、主控板，50、第二舵机，51、第三舵机，52、第一舵机支架，53、第四舵机，54、第二舵机支架，55、第五舵机，56、第二舵机支架，57、第六舵机。

具体实施方式：

以下结合说明书附图更详细的说明本发明。

实施例一

如图1和2所示，一种家居服务机器人，该机器人的整体底盘上通过支撑架固定件固定有支撑架16，支撑架16上部通过支撑架固定件固定于上层固定板32上，支撑架16中部通过支撑架固定件固定于中层固定板34上，中层固定板34上设置有多个机械手，整体底盘下方设置有全向轮25；整体底盘上设置有升降储物机构。整体底盘上设置有电池26，电池26与机器人中用电设备连接，用以提供电源。电池26采用现有的自动无线充电电池，自动检测所剩电量、无线充电，摆脱反复人为充电烦恼。

如图3和4所示，升降储物机构包括多个储物盒和储物盒升降机构，储物盒升降机构包括丝杠15和光轴31，本实施例中，储物盒升降机构包括两组丝杠模组、两组光轴滑块和两个行程开关。储物盒的一组对角线两侧设置丝杠15，丝杆15通过联轴器25与第一电机46相连，第一电机46固定于整体底盘的下层固定板39上，丝杠15上螺纹连接有丝杠螺母23，丝杠螺母23与储物盒的下层储物盒22底部通过储物盒连接板24固定连接，储物盒的另两侧方设置有光轴31，光轴31通过卧式光轴支架38固定在下层固定板39上，光轴31上滑动连接有直线轴承37，直线轴承37与储物盒的下层储物盒22底部通过储物盒连接板24固定连接。丝杠15顶端与上层固定板32通过微型带挡边圈法兰小轴承连接。

储物盒升降机构还包括行程开关48，行程开关48通过行程开关固定板42和行程开关固定件45，分别位于下层储物盒22正下方的整体底盘上和位于上层储物盒11正上方的上层固定板32上，上层固定板32固定于支撑架16上。即储物盒运动的起始位置各有一个行程开关，用于限制储物盒上下运动的位置，便于更流畅的实现储物盒的复位与开启。

储物盒上升，第一电机46通过联轴器25驱动丝杆15转动，丝杆15转动带动储物盒向上运动，至上部的行程开关48停止；储物盒回收，第一电机46再驱动丝杠15反向转动，将储物盒收入外壳8内，当下层储物盒22运行至下部设置的行程开关48停止。本实施实例中驱动丝杆15采用梯形丝杆，具有自锁功能，可防止中途断电储物盒滑落。

储物盒包括下层储物盒22、中层储物盒17和上层储物盒11，储物盒开闭装置将下层储物盒22、中层储物盒17和上层储物盒11用由短连杆18、长连杆19和中连杆20组成的平行四边形机构连接，下层储物盒22上方设置有中层储物盒17，下层储物盒22与中层储物盒17通过微型深沟球轴承连接的中连杆20连接，即中连杆20的一端连接下层储物盒22，中连杆20的另一端连接中层储物盒17；中层储物盒17上方设置有上层储物盒11，中层储物盒17与上层储物盒11通过微型深沟球轴承连接的短连杆18连接，即短连杆18的一端连接中层储物盒17，短连杆18的另一端连接上层储物盒11，下层储物盒22、中层储物盒17和上层储物盒11上微型深沟球轴承连接有长连杆19，即长连杆19的下端连接下层储物盒22，长连杆19的中部连接中层储物盒17，长连杆19的上端连接上层储物盒11。长连杆19的底端固定连接有不完全齿轮35，不完全齿轮35啮合有小齿轮36，小齿轮36通过联轴器与固定在下层储物盒22外侧的第二电机12连接。本实施例中，下层储物盒22空间较大，适合放置体积较大的物品，具体可以根据需求，设置不同储物盒的大小；本实施实例中，三个储物盒可以上下升降和前后伸缩，极大节约了空间，使机器人结构精简。并便于物品的分类，而且储物盒没有设置盖子，便于老年人取放物品。

第二电机12通过联轴器驱动小齿轮36转动，小齿轮36转动带动不完全齿轮35转动，不完全齿轮35转动带动长连杆19以不完全齿轮35为圆心，长连杆19为半径的弧线进行后移打开或者向前收回的运动，即实现三层储物盒的开关，无需设置储物盒的盖子，便于存放拿取物品。

如图5所示，整体底盘包括下层固定板39和底层固定板40，下层固定板39和底层固定板40用铜柱41固定连接，底层固定板40的圆周均布多个全向轮25，全向轮25与第三电机27连接，第三电机27通过电机座44固定于底层固定板40上。

底层固定板40的圆周均布三个全向轮25，全向轮25相互成60°角分布。可以实现机器人在任何一个方向自由运动。

下层固定板39和底层固定板40之间设有正交摆放的激光，用于实现机器人定位，进而实现机器人自由到达任一目标位置。

如图1和6所示，机械手包括机械臂和臂爪，机械臂可上下、左右摆动，机械臂由四个舵机进行方位控制，而臂爪由一个舵机控制其开闭。机械臂由上下摆动舵机组件、左右摆动舵机组件和旋转舵机组件组成，上下摆动舵机组件、左右摆动舵机组件和旋转舵机组件依次连接，机械臂一端的第一舵机支架52通过螺栓固定在中层固定板34上，另一端与臂爪连接。通过增加或者减少舵机和舵机架可以调整机械臂的长短以适应机械臂拿取储物盒的距离与连贯性。上下摆动舵机组件、左右摆动舵机组件和旋转舵机组件依次连接的设置顺序不限定，可以任何排列。

本实施例中，上下摆动舵机组件用于控制机械手上下摆动，上下摆动舵机组件包括第三舵机51、第一舵机支架52、第四舵机53和第二舵机支架54，第三舵机51的底部与第一舵机支架52固定，第一舵机支架52固定在中层支撑板34上，从而实现机械臂固定在机器人的中层支撑板34上；第三舵机51的输出轴通过联轴器与第二舵机长U支架13固定；第二舵机长U支架13与第二舵机长U支架14的一端固定。第四舵机53的输出轴通过舵盘与第二舵机长U支架14的另一端固定，第四舵机53的底部与第二舵机支架54固定，第二舵机支架54与第一舵机长U支架6的一端固定。

左右摆动舵机组件用于控制机械手左右摆动，左右摆动舵机组件包括第五舵机55和第二舵机支架56，第五舵机55的输出轴通过舵盘与第一舵机长U支架6的另一端固定，第五舵机55的底部与第二舵机支架56固定，第二舵机支架56与第六舵机57固定。

旋转舵机组件用于控制臂爪旋转运动，旋转舵机组件包括第六舵机57和旋转连接件5，第六舵机57的输出轴通过舵盘与旋转连接件5连接，旋转连接件5与臂爪固定连接，控制臂爪的旋转。

臂抓主要由第二舵机50、齿轮副7、机械手抓1组成，旋转连接件5上固定有机械爪上板4，机械爪上板4对应设置有机械爪下板21，二者扣合，机械爪上板4和机械爪下板21之间固定有齿轮副7，第二舵机50通过联轴器与齿轮副7固定，从而第二舵机50控制齿轮副7的旋转运动，实现臂爪的旋转运动。齿轮副7上的两个齿轮分别对称啮合有带齿轮条3，带齿轮条3的端部与机械手抓1铰接，机械爪上板4上对称设置有平行短条2，平行短条2的端部也与机械手抓1铰接，通过第二舵机50驱动齿轮副7转动，齿轮副7转动带动带齿轮条3移动，从而带动机械手抓1实现闭合，即夹取和松开物品的运动。

如图1和2所示，该机器人还设置有圆弧形外壳8和弧形旋转顶盖9，外壳8固定于底层固定板40、下层固定板39、中层固定板34和上层固定板32的外周圈，外壳8上方设置有旋转顶盖9。外壳8和旋转顶盖9均为弧形结构，能够有效避免磕碰，且行动灵活。

为了顺利实现旋转顶盖9的旋转，如图2所示，旋转顶盖9一端的凹槽内固定放置有滚针轴承29，滚针轴承29与上层固定板32上设置的舵机30的舵盘连接。舵机30通过舵机固定件10固定于上层固定板32上，舵机30控制旋转顶盖9以滚针轴承29为圆心水平转动以实现旋转顶盖9的开闭。

中层固定板34的底部通过摄像头固定件安装有远程无线摄像头28。如图4所示，采用360°全景无线监控，便于远程观察家庭室内环境。摄像头固定座的安装角度可以任意改变，从而能够满足各种视觉范围要求。同时，该远程摄像头可以与手机app配合使用，在手机上观看直播或者录播情况。在执行夹取命令时，位于中层固定板底部的摄像头28判断物品所在位置，控制机械臂移动，在机械臂到达合适位置时，舵机旋转，舵机带动一对啮合的齿轮旋转，实现机械手抓的闭合。

机器人前方外加感应照明系统，人来即亮人走即灭，感应模式在有光线的环境自动进入休眠，生活更节约。

操作者通过第三电机27驱动全向轮25移动，实现机器人的移动，机器人移动至待取物品处，舵机30控制旋转顶盖9转动开启，第一电机46驱动丝杠15转动，丝杆15转动带动储物盒向上运动，至上部的行程开关48停止，第二电机12驱动小齿轮36转动，小齿轮36转动带动不完全齿轮35转动，不完全齿轮35转动带动长连杆19移动，从而打开三层储物盒，机械手通过机械臂的灵活移动，通过臂爪抓取物品，并放置于储物盒内，第二电机12驱动小齿轮36反向转动，带动不完全齿轮35转动，通过长连杆19的反向移动，收回三层储物盒，即关闭储物盒；第一电机46再驱动丝杠15反向转动，将储物盒收入外壳8内，当下层储物盒22运行至下部设置的行程开关48停止，在完成下降运动后，舵机30旋转，带动旋转顶盖9运动，实现复位动作。第三电机27驱动全向轮25移动至操作者处，再将取到的物品取出递给操作者。

本实施例中，操作者可以根据现有技术通过按钮开关、遥控器开关或者手机APP，进行控制各电机等电器件的运行。

实施例二

在实施例一的基础上，在旋转顶盖9上设置有红外开关感应区，通过红外开关感应区控制机器人的开关，使用无需用手触摸储物盒，自动升降和开闭，轻松便捷。并根据现有技术通过手机APP、电脑控制端等方式操控本机器人，使本机器人的控制更人性化。

本发明通过机械手代替取放生活所用物品，适用于老年人代步夹取物品，让家居生活更加简单方便。