一种家用和医用服务机器人及其工作方法

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一种家用和医用服务机器人及其工作方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及自动化机器人，特别是涉及一种家用和医用服务机器人及其工作方法。\n背景技术\n[0002] 随着现代社会物质需求和生存压力的不断提高，青年人将越来越多的精力用于赚取金钱，相应的，家庭工作所投入的时间则越来越少，特别是家中有老年人需要照顾的家庭，如何进行取舍成个一个难以决定的问题。而同时，在现代社会中，随着出生率的不断下降和医疗体系的发展，人口老龄化问题越来越严重。截止2013年底，我国60周岁及以上人口占总人口的14.9%，65周岁及以上人口占总人口的9.7%。中国现有老龄人口已超过2亿，且每年以近1000万的速度增加，有关专家预测，到2050年，中国老龄人口将达到总人口的三分之一。但我国现有的各类老年福利机构所能提供的服务，甚至不足老龄人口的1.5%，远远不能满足需要。由此，利用机器人弥补人手不足正成为一个新的解决途径。家用和医用服务机器人是一种为人类服务的特种机器人，可以代替人工或护理人员（或护士）完成家庭服务工作。\n发明内容\n[0003] 本发明旨在提供一种能够向老年人提供服务的家用和医用机器人及其工作方法，以替代人工服务，同时满足照顾老年人的日常所需。\n[0004] 本发明所述的家用和医用服务机器人，包括机器人的机体，机体的底部装有带动其移动的行走机构，机体上设有放置物品的容纳腔，和可从容纳腔内将物品取出的抓取装置；还有检测机器人所在位置的定位机构，包括安装在房间内或佩戴在人体上的定位仪，和安装在机器人上的检测仪，检测仪检测机器人与定位仪的相对位置而确认当前位置。\n[0005] 本发明所述的家用和医用服务机器人的工作方法，包括以下过程：机器人上的检测仪检测定位仪的位置，从而计算出两者间的相对位置关系，然后行走机构带动机体移动至所需的位置，如老人所在的位置，此后，行走机构停止，抓取装置工作并将容纳腔内的物品取出，老人即可将该物品从机器人的抓取装置上取下。\n[0006] 本发明所述的家用和医用服务机器人及其工作方法，机器人通过定位机构确认其与被服务人的相对位置，通过行走机构的带动，即可移动至被服务人之处，而抓取装置则可以方便地将物品送至被服务人的手上；容纳腔内可以放置各种物品，例如老人所需的各种药物、老花镜、水杯等，可以满足老人的日常所需，特别善于照顾行动不便或记忆力较差的老人。该种家庭服务机器人可以很好地替代人工，弥补了人工不足的问题，也可以对老人进行日常的照顾和帮助，减缓社会老龄人所带来的问题。\n附图说明\n[0007] 图1是家用和医用服务机器人的结构示意图。\n[0008] 图2是图1所示家用和医用服务机器人容置腔打开的状态图。\n[0009] 图3-5是图1所示家用和医用服务机器人的行走机构的结构示意图。\n[0010] 图6是图1所示家用和医用服务机器人的机体内部的结构示意图。\n[0011] 图7是图1所示家用和医用服务机器人的转盘的结构示意图。\n[0012] 图8是图1所示家用和医用服务机器人的机罩打开的状态图。\n[0013] 图9是图1所示家用和医用服务机器人的窗口板的结构示意图。\n[0014] 图10是图1所示家用和医用服务机器人的抓取装置的结构示意图。\n[0015] 图11是图1所示家用和医用服务机器人的摄像仪的不同旋转状态示意图。\n[0016] 图12是图1所示家用和医用服务机器人的wifi天线的结构示意图。\n[0017] 图13、14是一种收音机的结构示意图。\n[0018] 图15是一种收音机的结构示意图。\n[0019] 图16、17是图1所示家用和医用服务机器人的充电装置的结构示意图。\n[0020] 图18是家用和医用机器人的行走方法示意图。\n[0021] 图19是图1所示家用和医用服务机器人的坐标定位原理示意图。\n具体实施方式\n[0022] 如图1所示，一种家用和医用服务机器人，包括机器人的机体1，机体的底部装有带动其移动的行走机构2，机体上设有放置物品的容纳腔3，和可从容纳腔内将物品取出的抓取装置4；还有检测机器人所在位置的定位机构，包括安装在房间内或佩戴在人体上的定位仪，和安装在机器人上的检测仪，检测仪检测机器人与定位仪的相对位置而确认当前位置。\n[0023] 如图2-5所示，行走机构2包括安装在机体1底部的底盘21，和装有滚轮22的行走单元23，底盘21上还装有探测障碍物和判定位置的探测装置24，若底盘为四边形结构，则多个探测装置分别安装在底盘的四周外壁上；若底盘为圆形结构，则多个探测装置可以均匀地设置于底盘的外壁上。其中，探测装置24包括一个或多个红外探测器25。当机器人移动时，行走单元驱动滚轮运动以带动底盘机器上的机体运动，此过程中，底盘上的探测装置对周边环境进行扫描，避开障碍物以顺利行走至被服务人处，其工作安全、稳定，极为便于老年人的使用；而红外探测器的应用则更为成熟、安全，且成本低廉。行走结构上还可以设置减震弹簧，以方便机器人跨过门槛。\n[0024] 如图2、6所示，机体1包括外壳11，外壳的内部装有支架12，支架上设有托盘13，托盘包括上部的上托盘和下部的下托盘；还有处理机器人程序和控制机器人的计算机51，计算机固定安装在支架12上。托盘可以用于放置物品，当需要使用时只需通过抓取装置取出即可，且为了放置更多的物品，可以设置分层地设置两个托盘，甚至是多个托盘。而计算机则用于接收和处理发送机器人的数据，控制各部件之间的配合和工作，将其设置于机体内部，可以有效地对其进行保护。\n[0025] 如图2、7所示，机体1的托盘13上装有可旋转的转盘14（或托盘13即为转盘14），转盘内设有多个放置物品的固定座15；固定座15可以是设置在转盘内的不同的分隔区，也可以是多个用于放置药瓶的底座。转盘的设置可以在放入多个物品的同时，方便地对所需要的物品进行选择，另外，机器人可以在其中一个托盘上设置转盘，另一个托盘则用于放置其它物品，也可以同时在两个托盘上设置转盘。\n[0026] 如图8、9所示，机体1的外壳11上开有连通内部的窗口，且窗口所在的位置正对外壳内部的转盘14；机体1的窗口处装有可遮盖或打开窗口的窗口板16，窗口板通过导轨副17安装在外壳11或支架12上，窗口板上固定安装有齿条18，还有驱动齿条运动的齿轮19。窗口的设置可便于抓取装置将转盘内的物品取出，而窗口板则可以在非抓取状态下有效保护内部的物品和设备；窗口板可以设置为透明，以便于观察机器人的内部情况和转盘上的物品；\n而导轨副的使用效果更为安全和安静，齿轮与齿条的配合运动则可以快速、安全地使窗口板进行开合，且由于该种设备用到的电机驱动力非常小，另外因齿轮与齿条是非自锁机构，可避免夹手，也可增加传感器避免夹手。\n[0027] 如图10所示，抓取装置4包括固定安装在机体1上的安装座41，安装座上装有可开合地抓取物品的抓手42，和驱动抓手开合的推杆43；抓手42包括左、右两只夹手，夹手的一端设有齿轮，且该端部可转动地安装在安装座41上，推杆43的杆体设置于两夹手之间，且其上设有与夹手的端部齿轮相配合的齿条。工作时，转盘将所需的物品转动至抓取装置处，推杆再带动抓手将物品从转盘上取出，其结构简单，且工作安全、快捷。\n[0028] 如图2、8、11、19所示，所述的家用和医用服务机器人，有可拍摄影像的摄像仪61，和可水平旋转的机座62，机座上装有可绕水平轴线旋转的旋转轴63，摄像仪安装在旋转轴上并随其转动；摄像仪61安装在机器人的顶部，其上覆盖有机罩64，且机罩是半圆球状的透明罩。摄像仪通过机座和旋转轴的作用，可利用房间坐标定位原理对环境进行扫描摄像定位，通过其配合定位机构和探测装置可以更进一步地提高定位功能，如图19所示；除此之外，摄像仪还可以拍摄影像，与计算机和显示屏组合后能够提供视讯功能，方便被服务人与他人或与他人进行远程通讯和视频联系。\n[0029] 如图2、12所示，机器人上装有显示屏52，显示屏可以与计算机51连接，由计算机控制显示屏显示服务提示信息，例如“请喝水”、“请吃药”等信息，并可实现远程视频通话（比如安装ipad类显示触摸屏），也可以作为平板电脑供被服务人使用，还可以与摄像仪和计算机连接，提供视讯功能。为便于机器人的联网，机器人上还装有外设的wifi天线53。而为了一步提高服务质量，机器人上还可以设置放置水杯的水杯座54，和测量血压的血压计55。显示屏可以输入文字或信号以提示不同的工作状态，但这可能不太适合老龄人使用，所以可以在机体1或窗口板16上设置显示不同工作状态的状态指示灯56，取得更直观的视觉效果；\n除此之外，状态指示灯56也可以设置于窗口板16，用于提示窗口板打开后的工作状态。\n[0030] 如图2、8所示，设置有收音机，收音机的外置天线71设置于机体1上。相比起电视、计算机等娱乐用的电器，老龄人更加热衷于收音机的使用，另一方面则是老龄人的视力较差，容易疲劳，而收音机则便于老龄人使用，极大地增加了老龄人的生活乐趣，同时，将收音机设置于机器人上，可免除老龄人携带和寻找的不便。\n[0031] 如图2、8、13、14所示，收音机为圆柱体形状，喇叭72设置于圆柱体的两侧并露出于机器人壳体的外部，且其中一侧上装有外盖73，控制收音机的操作盘74则设置于外盖73上。\n该结构可以使得机器人的结构更加平衡、紧凑，同时取得良好的音效。\n[0032] 如图15所示，收音机还可以设置为球状，外置天线71的一端安装在球状机体上，另一端伸出至机器人壳体的外部，喇叭72设置于球状上且露出于机器人壳体的外部。该结构可以使得收音机的体积更为小巧，便于机器人内部元件的布局。\n[0033] 如图16、17所示，所述的家用和医用机器人设有充电装置，包括固定放置的充电座\n81，机器人上装有充电电极82，充电电极连接计算机51，当机器人电能不足时，计算机控制机器人自动返回充电座处进行充电。因老龄人行动不便且难于使用高科技产品，机器人的自动充电设计则可以自动返回充电，极大地提高了便利性。\n[0034] 一种家用和医用机器人的工作方法，包括以下过程：机器人上的检测仪检测定位仪的位置，从而计算出两者间的相对位置关系，然后行走机构带动机体移动至所需的位置，如老人所在的位置，此后，行走机构停止，抓取装置工作并将容纳腔内的物品取出，老人即可将该物品从机器人的抓取装置上取下。\n[0035] 所述的工作方法，在机器人定位的过程中，摄像仪先对房间进行扫描定位，从而计算自身的位置点，并预设充电座位置为home位，机器人上的检测仪（如集成为家用GPS的位置传感器）检测定位仪的位置，从而计算出两者间的相对位置关系。\n[0036] 所述的工作方法，机器人在行走的过程中，探测装置探测障碍物的信息，将信息通过控制放大电路送至计算机，计算机处理后再控制行走机构绕过障碍物。如图18所示。\n[0037] 所述的工作方法，抓取装置取出物品的过程中，由计算机程序确定所需的物品，然后装载有该物品的转盘通过升降和转动将该物品送至抓取装置处，抓取装置再取出该物品。\n[0038] 所述的工作方法，在计算机中设定各项服务的时间，当到达时间点后，机器人移动至被服务人处，显示屏上则显示服务提示信息。\n[0039] 所述的工作方法，当机器人的电量达到设定的下限时，则自动返回充电座处进行充电。