具有拟人化视角的特种机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种具有拟人化视角的特种机器人。


背景技术：

2.特种机器人是近年来得到快速发展和广泛应用的一类机器人，在我国国民经济各行业均有应用，其应用范围主要包括：农业、电力、建筑、物流、医疗、护理、康复、安防与救援、军用、核工业、矿业、石油化工、市政工程等。
3.特种机器人(special robot；professional service robot)是指应用于专业领域，一般由经过专门培训的人员操作或使用的，辅助和/或代替人执行任务的机器人。
4.请参考图1，申请号为“201810739677.5”的中国发明专利，提供一种高自由度排爆机器人及其控制方法的技术方案。该高自由度排爆机器人包括移动底盘1和多自由度机械臂2，移动底盘1设置有行驶轮10和纵向支架31，全局视觉传感器3连接于纵向支架31，多自由度机械臂2的前端均连接有末端执行器 21和末端视觉传感器22。全局视觉传感器3用于全局环境的感知，末端视觉传感器22用于操作空间的环境感知。然而，单个末端视觉传感器22观察到的视角范围受限，造成操作者使用该高自由度排爆机器人进行作业时，由于视野问题容易出现操作失误的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种特种机器人，旨在解决现有的特种机器人由于视野问题容易导致操作者操作失误的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种特种机器人，包括：
7.移动底盘；
8.身部主体，安装于所述移动底盘；
9.两个机械臂，分别安装于所述身部主体的两侧；
10.第一摄像装置，围绕第一竖直轴线可旋转地安装于所述身部主体的顶部；以及
11.第二摄像装置，围绕第二竖直轴线可旋转地安装于所述移动底盘。
12.在其中一个实施例中，所述第一摄像装置通过第一电动云台安装于所述身部主体的顶部，所述第一电动云台用于驱动所述第一摄像装置围绕所述第一竖直轴线做旋转运动，以及用于驱动所述第一摄像装置围绕第一水平轴线做俯仰运动。
13.在其中一个实施例中，所述特种机器人还包括安装于所述移动底盘的立柱，所述第二摄像装置围绕所述第二竖直轴线可旋转地安装于所述立柱的顶部。
14.在其中一个实施例中，所述第二摄像装置通过第二电动云台安装于所述立柱的顶部，所述第二电动云台用于驱动所述第二摄像装置围绕所述第二竖直轴线做旋转运动，以及用于驱动所述第二摄像装置围绕第二水平轴线做俯仰运动。
15.在其中一个实施例中，所述机械臂的一端安装于所述身部主体的侧部，所述机械
臂的另一端安装有末端执行器，所述末端执行器安装有第三摄像装置。
16.在其中一个实施例中，所述末端执行器包括执行器安装部、第一夹指和第二夹指，所述第一夹指和所述第二夹指分别可转动安装于所述执行器安装部，以使所述第一夹指和所述第二夹指可相互合拢或分离，所述第三摄像装置倾斜安装于所述执行器安装部，以使所述第三摄像装置朝向所述第一夹指和所述第二夹指的合拢位置。
17.在其中一个实施例中，所述执行器安装部的内部具有供所述第三摄像装置倾斜安装的安装槽。
18.在其中一个实施例中，所述机械臂具有多个关节。
19.在其中一个实施例中，所述特种机器人还包括第四摄像装置，所述第四摄像装置安装于所述移动底盘的前侧。
20.在其中一个实施例中，所述特种机器人还包括第五摄像装置，所述第五摄像装置安装于所述移动底盘的后侧。
21.在其中一个实施例中，所述特种机器人还包括控制器和通信单元，所述控制器分别与所述第一摄像装置、所述第二摄像装置和所述通信单元电性连接，所述控制器用于接收所述第一摄像装置和所述第二摄像装置拍摄的图像信息，并通过所述通信单元发送至外部的操控装置。
22.本实用新型提供的特种机器人的有益效果是：在作业过程中，采用可旋转的第一摄像装置感知位于该特种机器人前方的操作空间，呈拟人化视角，符合操作者作业时的习惯视角，采用可旋转的第二摄像装置同时感知位于该特种机器人两侧或后侧的周边环境，提高作业安全性，解决了现有的特种机器人由于视野容易导致操作者操作失误的技术问题，从而操作者能够感知特种机器人的操作空间和周围环境，能够安全地进行作业。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为现有技术中的特种机器人的结构示意图；
25.图2为本实用新型实施例提供的特种机器人的主视图；
26.图3为图1的左视图；
27.图4为图1中的特种机器人的立体图；
28.图5为图1中的特种机器人的又一立体图；
29.图6为图1中的特种机器人的身部主体的安装示意图；
30.图7为图6中的特种机器人的末端执行器的结构示意图；
31.图8为图7中的末端执行器的分解视图；
32.图9为图8中的末端执行器的上盖的结构示意图；
33.图10为图6中的特种机器人的机械臂的结构示意图；
34.图11为图6中的机械臂的第四旋转关节的结构示意图；
35.图12为用于操控图1中的特种机器人的操控装置的结构示意图。
36.其中，图中各附图标记：
37.1—移动底盘，10—行驶轮，2—多自由度机械臂，21—末端执行器，22—末端视觉传感器，3—全局视觉传感器，31—纵向支架；
38.100—移动底盘，x1—第一竖直轴线，x2—第二竖直轴线，y1—第一水平轴线，y2—第二水平轴线；
39.200—身部主体；
40.300—机械臂，301—第一旋转关节，302—第一摆动关节，303—第二旋转关节，304—第二摆动关节，305—第三旋转关节，306—第三摆动关节，307—第四旋转关节，310—肩部，320—大臂，330—肘部，340—小臂，350—腕部， 361—编码器，362—电机，363—减速器，364—力传感器，365—制动器；
41.410—第一摄像装置，411—第一电动云台，420—第二摄像装置，421—立柱，422—第二电动云台，430—第三摄像装置，440—第四摄像装置，450—第五摄像装置；
42.500—末端执行器，501—安装槽，502—通孔，510—执行器安装部，511—上盖，512—上板，513—安装主体，514—下板，515—下盖，520—第一夹指， 530—第二夹指；
43.600—通信单元；
44.700—操控装置，710—第一显示屏，720—第二显示屏，730—3d鼠标，740 —第一操纵杆，750—第二操纵杆。
具体实施方式
45.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
46.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
47.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
48.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
49.在本实用新型提供的一个具体实施例中，请参考图2至图5，一种特种机器人，包括移动底盘100、身部主体200、机械臂300、第一摄像装置410和第二摄像装置420，身部主体
200安装于移动底盘100，机械臂300的数量为两个，两个机械臂300分别安装于身部主体200的两侧，第一摄像装置410围绕第一竖直轴线x1可旋转地安装于身部主体200的顶部，第二摄像装置420围绕第一竖直轴线x2可旋转地安装于移动底盘100。
50.操作者在使用该特种机器人进行作业过程中，通过可旋转的第一摄像装置 410直观地感知位于该特种机器人前方的操作空间，更符合操作者作业时的习惯视角，无需进行视角转换思考，通过可旋转的第二摄像装置420同时感知位于该特种机器人两侧或后侧的周边环境，提高作业安全性，解决了现有的特种机器人容易导致操作者操作失误的技术问题，从而操作者能够直观地感知特种机器人的操作空间和周围环境，能够安全地进行作业。
51.在本实用新型提供的又一具体实施例中，请参考图3和图4，第一摄像装置 410通过第一电动云台411安装于身部主体200的顶部，第一电动云台411用于驱动第一摄像装置410围绕第一竖直轴线x1做旋转运动，以及用于驱动第一摄像装置410围绕第一水平轴线y1做俯仰运动。如此，第一摄像装置410通过第一电动云台411能够实现左右旋转，并能够围绕第一水平轴线y1实现前后俯仰，视角范围更广。
52.在本实用新型提供的又一具体实施例中，请参考图3至图5，特种机器人还包括安装于移动底盘100的立柱421，第二摄像装置420围绕第一竖直轴线x2 可旋转地安装于立柱421的顶部，使得第二摄像装置420的安装高度高，视线好，更清楚地视觉感知周围环境。
53.具体地，第二摄像装置420通过第二电动云台422安装于立柱421的顶部，第二电动云台422用于驱动第二摄像装置420围绕第二竖直轴线x2做旋转运动，以及用于驱动第二摄像装置420围绕第二水平轴线y2做俯仰运动。如此，第二摄像装置420通过第二电动云台422能够实现左右旋转，并能够围绕第二水平轴线y2实现前后俯仰，视角范围更广。
54.在前述实施例中，第一摄像装置410和第二摄像装置420能够左右180度旋转，且能够上下不小于45度俯仰，主要用于引导机械臂300精细操作及感知特种机器人的周围环境。
55.可选地，第一摄像装置410和第二摄像装置420均为高清红外摄像头。
56.在本实用新型的又一具体实施例中，请参考图6和图7，机械臂300的一端安装于身部主体200的侧部，机械臂300的另一端安装有末端执行器500，末端执行器500安装有第三摄像装置430。第三摄像装置430能够用于辅助引导机械臂300及末端执行器500的精细操作，用于近景观察监控。
57.具体地，请参考图7，末端执行器500包括执行器安装部510、第一夹指520 和第二夹指530，第一夹指520和第二夹指530分别可转动安装于执行器安装部 510，以使第一夹指520和第二夹指530可相互合拢或分离，第三摄像装置430 倾斜安装于执行器安装部510，以使第三摄像装置430朝向第一夹指520和第二夹指530的合拢位置，从而第一夹指520和第二夹指530夹持的物体位于第三摄像装置430拍摄图像的中心，而不是位于图像的边缘，更便于操作者近景观察及精细操控末端执行器500。
58.进一步地，请参考图8和图9，执行器安装部510的内部具有供第三摄像装置430倾斜安装的安装槽501。如此，第三摄像装置430安装到该安装槽501后，准确定位地倾斜安装到执行器安装部510。同时，执行器安装部510还能够保护第三摄像装置430。
59.可选地，为了便于第三摄像装置430拍摄图像，执行器安装部510还具有与安装槽501连通的通孔502，或者，执行器安装部510具有与第三摄像装置 430的朝向相对应的透光板。
60.具体地，请参考图8，执行器安装部510包括上盖511、上板512、安装主体513、下板514和下盖515。第一夹指520和第二夹指530可转动地安装于安装主体513，安装主体513具有中空结构，上板512和下板514分别封闭安装主体513的上下两端。上盖511安装于上板512的上侧，下盖515安装于下板514 的下侧。上盖511形成该安装槽501，从而第三摄像头在空间上相对独立地安装于上盖511和上板512之间。
61.可选地，机械臂300的另一端通过快拆接口与末端执行器500连接。操作者根据现场工况能够快速更换末端执行器500，如夹爪、剪钳、破拆器和激光头等。
62.具体地，请参考图10，机械臂300具有多个关节。如此，机械臂300能够自由活动，进而带动第三摄像装置430移动，从而第三摄像装置430能够到达不同的位置，获取特殊角度的监控图像，便于操作者进行精细操作。
63.可选地，本具体实施例中，请参考图10，机械臂300包括依次连接的肩部 310、大臂320、肘部330、小臂340和腕部350，关节共有七个，依次分别为连接身部主体200和肩部310的第一旋转关节301、肩部310具有的第一摆动关节 302、连接大臂320和肘部330的第二旋转关节303、肘部330具有的第二摆动关节304、连接小臂340和腕部350的第三旋转关节305、腕部350具有的第三摆动关节306、以及腕部350末端具有的第四旋转关节307。如此，机械臂300 具有七个关节，既能摆动，又能旋转，大大提高了机械臂300的灵活性，扩大了作业空间和作业范围。
64.可选地，七个关节均包括电机。以第四旋转关节307为例，请参考图11，第四旋转关节307包括依次连接的编码器361、电机362和减速器363。减速器 363用于与末端执行器500连接，从而带动末端执行器500旋转。
65.具体地，请参考图11，每个电机362上均安装有制动器365，制动器365 用于控制电机362机械锁定。当特种机器人发生断电或意外报警时，制动器实现机械强制锁死电机362。其中，图11中的编码器361和制动器365集成在一起。
66.特别地，第四旋转关节307还包括分别与电机362的输出轴和末端执行器 500连接的力传感器364，力传感器364用于检测电机362和末端执行器500之间的连接应力，以将应力信息反馈至外部的操控装置700。
67.在本实用新型的又一具体实施例中，请参考图4，身部主体200摆动安装于移动底盘100，从而扩大特种机器人的作业空间。
68.在本实用新型的又一具体实施例中，请参考图2和图4，特种机器人还包括第四摄像装置440，第四摄像装置440安装于移动底盘100的前侧，第四摄像装置440用于观察特种机器人的前进以及近地面作业任务的辅助引导。
69.可选地，第四摄像装置440为红外夜视摄像头。
70.在本实用新型的又一具体实施例中，请参考图5，特种机器人还包括第五摄像装置450，第五摄像装置450安装于移动底盘100的后侧，第五摄像装置450 用于观察特种机器人的后退以及近地面作业任务的辅助引导。
71.可选地，第五摄像装置450为红外夜视摄像头。
72.在前述实施例的基础上，第三摄像装置430的数量与机械臂300的数量相同，均为两个。因此，该特种机器人具有至少包含六路摄像装置构成的多视角视觉系统。多视角视觉系统用于监测特种机器人的机械臂300关节运动、末端执行器500状态和周围环境信息，并
将信息以实时图像形式传输至下述的操控装置20，并在操控装置20的第一显示屏21上按需实时显示多路或放大显示某一路的图像信息。
73.在本实用新型的又一具体实施例中，请参考图3和图4，特种机器人还包括控制器和通信单元600，控制器分别与第一摄像装置410、第二摄像装置420和通信单元600电性连接，控制器用于接收第一摄像装置410和第二摄像装置420 拍摄的图像信息，并通过通信单元600发送至外部的操控装置700。
74.在前述实施例的基础上，请参考图12，外部的操控装置700包括第一显示屏710、第二显示屏720、3d鼠标730、第一操纵杆740和第二操纵杆750。
75.第一显示屏710用于显示摄像装置拍摄的图像，诸如第一摄像装置410、第二摄像装置420、第三摄像装置430、第四摄像装置440或第五摄像装置450。当然，第一显示屏710还可以同时显示几个摄像装置拍摄的图像。第二显示屏 720用于显示各个关节处的电机状态。
76.其中，3d鼠标730根据操作人员输入的操作动作，向操控装置700的操控系统输出多维数据。操控装置700的操控系统根据多维数据生成控制指令，并将控制指令发送至控制器。控制器接收到控制指令后，结合机械臂300实时状态进行解析计算后，将所得的机械臂300的各关节控制数据传输至机械臂300，控制机械臂300按预期需求运动，实现对机械臂300的实时控制。
77.3d鼠标730的数量和机械臂300的数量一一对应。
78.第一操纵杆740用于控制第一摄像装置410围绕第一竖直轴线x1旋转，以及围绕第一水平轴线y1旋转。第二操纵杆750用于控制第二摄像装置420围绕第一竖直轴线x2旋转，以及围绕第二水平轴线y2旋转。
79.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。