本發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、修理、運輸、清洗、保安、救援、監護等方面的工作。目前的數據顯示，世界上至少有48個國家在發展機器人，其中25個國家已涉足服務機器人的開發。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，肘關節俯仰，腕關節俯仰，另外，還包括一個欠驅動自由度－腕關節轉動。

在機器人視覺控制的前提下，通過驅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。在執行具體任務時，機器人雙臂的協作控制，進而完成協作動作。另外，機器人的關節肘關節與腕關節的旋轉采用渦輪-蝸桿的形式，手臂上的手爪張開閉合采用繩索驅動。

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動和/或控制器進行控制，工控機通過串口連接電機驅動和/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；本機器人能夠根據超聲傳感器實現自主避障，提高了在一些非人造環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，面部前端安裝有采集外界環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，控制系統控制軀干、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境信息，通過控制系統的處理，驅動底盤實現前后左右移動以及旋轉等運動，也可以驅動軀干彎曲以及上肢手臂運動，實現機器人各種仿人動作。在處理目標追蹤過程中，機器人能夠實現對目標的追蹤，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量過大重心偏高，使得其在運行的過程中，容易發生跌倒。另外，有些服務機器人底盤的驅動輪是固定的，不能根據具體的路況進行調整驅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。

技術實現要素：

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

本發明的技術方案如下：

一種低重心、高運動穩定性的服務機器人，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動電機的輸出軸；所述驅動輪支架通過第二銷軸對稱地設置在軀體框架的底部，各驅動輪支架結構相同；所述第二銷軸附近設置第三驅動電機，用于同步調整所述驅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動電機，所述第二驅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。

所述驅動輪支架內側安裝驅動輪支撐桿。

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

所述驅動輪由同處于擋泥板組件內部的驅動電機驅動。

本發明的技術效果如下：

本發明的一種低重心、高運動穩定性的服務機器人，其中頭部通過第一銷軸連接頭部連接桿的頂部，經由帶傳動機構的傳動帶將位于軀體框架下部第一驅動電機輸出的轉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)的軸線轉動，來完成機器人的點頭動作。

通過第二驅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動，使得頭部連接桿能夠繞著自身的軸線轉動，進而帶動頭部同樣繞著頭部連接桿的軸線轉動，來完成機器人的搖頭動作。

由于第一驅動電機和第二驅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定性。

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

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖

圖2是本發明的軀體框架內部結構示意圖

圖3是本發明的頭部與頭部連接桿的連接結構示意圖

圖4本發明的軀體框架下部結構示意圖

圖5是本發明的外部整體示意圖

具體實施方式

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

如圖1所示，本發明的一種低重心、高運動穩定性的服務機器人，它包含頭部1、軀體框架2、驅動輪支架3、驅動輪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，三個驅動輪支架3結構相同，兩個驅動輪支架3連接在軀體框架2的兩側，一個驅動輪支架3連接在軀體框架2的后部，驅動輪支架3末端連接驅動輪4。通過同步調整三個驅動輪支架3相對于軀體框架2的角度，實現軀體框架2的上升和下降，進而實現在運動中實時對服務機器人整體高度的調整。

如圖2所示，軀體框架2優選一矩形框架，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部，用于將設置在下方的第一驅動電機14輸出的力矩傳遞至頭部1，實現頭部1的點頭動作。

軀體框架2的底板8上設置第二驅動電機17，第二驅動電機17的輸出軸通過聯軸器連接主動齒輪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，用于驅動頭部連接桿5的周向轉動，從而帶動頭部1一同轉動實現搖頭動作。

為了保證頭部連接桿5周向轉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動電機21。各第三驅動電機21同步啟動和停止，使驅動輪支架3圍繞第三驅動電機21的輸出軸轉動。第三驅動電機21安裝在驅動輪支架3上，第三驅動電機21的輸出軸連接第二銷軸20。第三驅動輪電機21的控制信號輸入端連接機器人內部的計算單元，這樣可以根據具體的路面情況，調整機器人的整體高度或者驅動輪之間的距離，來避免發生碰撞，或者能夠順利通過不規則的路徑。

驅動輪支架3內側安裝有驅動輪支撐桿22，用來增加驅動輪支架3的強度。驅動輪支架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內部安裝有驅動輪24。驅動輪24由同處于擋泥板組件23內部的驅動電機驅動，使得機器人能夠沿著地面任意方向的移動或者轉動。

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明創造，但不以任何方式限制本發明創造。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本發明創造已進行了詳細的說明，但是，本領域技術人員應當理解，仍然可以對本發明創造進行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本發明創造的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發明創造專利的保護范圍當中。