双足行走推餐车式机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种仿人行走的送餐机器人。

背景技术：

随着经济社会的发展，机器人得到了日益广泛的应用。虽然目前我国还处于机器人应用的初始阶段，但机器人的应用已经能为各行各业带来巨大的经济利益。

在餐饮业，机器人还是一个新鲜事物。个别餐厅应用了送餐机器人，起到了极大的吸引消费者的作用，提高了餐厅的效益。

现有的送餐机器人具有两方面的不足，一是不能仿人行走，二是当地面不平整或者经过的地面上有垃圾时，出现送餐不稳的现象，不能保证托盘一直处于基本水平的状态，甚至可能将食品倾洒出去。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双足行走推餐车机器人，既能仿人行走，又能避免送餐不稳的现象，且结构简单、造价较低。

为实现上述目的，本发明的双足行走推餐车式机器人包括上身结构、腰板、下身结构和餐车；

上身结构为框架式结构，包括外形模拟人体上半身形状的主框架，主框架包括头部、肩部和胸腹部，肩部左侧连接有左后臂杆，肩部右侧连接有右后臂杆，左后臂杆的底端连接有左前臂杆，右后臂杆的底端连接有右前臂杆；

餐车包括框架式车身，车身上由上至下均匀间隔设有三层承载架，车身底部四角处设有车轮；车身后部顶部连接有扶手；各双层承载架上均承托有双重稳定送餐装置；

双重稳定送餐装置包括放置在所述承载架上的送餐底板，送餐底板的顶面为水平面；送餐底板上表面中心处固定嵌设有第一圆球，送餐底板上设有竖向截面呈弓形的主容器；主容器设有顶部敞口的内腔，内腔底部固定连接有铅块；主容器的底端设有与所述第一圆球相适配的第一连接槽，第一圆球的下半部分固定嵌设于送餐底板内，第一圆球的上半部分设于第一连接槽内并与所述第一连接槽的槽壁转动配合；铅块的重心位于所述第一圆球的正上方；

铅块上方的主容器的内腔内设有盛水板，盛水板与主容器的内壁密封连接；盛水板中心向上连接有弹性伸缩杆，弹性伸缩杆的顶端固定连接有第二圆球；盛水板与主容器围成水槽，水槽中盛有水，水面上飘浮有餐具托盘，餐具托盘包括呈圆盘状的托盘底板，托盘底板的外缘向上连接有托盘挡环，托盘挡环沿径向倾斜向上伸出主容器；

托盘底板的下表面中心处设有与所述第二圆球相适配的第二连接槽，第二圆球的上半部分设于第二连接槽内并与第二连接槽的槽壁转动配合；

所述承载架的顶面前高后低设有坡度，且所述坡度小于等于3度；所述送餐底板的底面与所述承载架的顶面相贴合；所述承载架的后端向上凸起设有挡檐；所述主容器的水平截面呈圆形，所述主容器中心处的竖向截面呈劣弧弓形；

左、右前臂杆向前伸出且二者的前端部分别设有卡钩，卡钩卡接在所述扶手上；所述腰板水平设置，上身结构中的胸腹部的底端连接所述腰板；

所述下身结构左右对称设置，包括大腿结构、小腿结构和脚部结构；

大腿结构包括左大腿结构和右大腿结构，小腿结构包括左小腿结构和右小腿结构，脚部结构包括左脚部结构和右脚部结构；左大腿结构与右大腿结构左右对称设置，左小腿结构和右小腿结构左右对称设置，左脚部结构和右脚部结构左右对称设置；左大腿结构、右大腿结构、左小腿结构和右小腿结构均为框架式结构；

左大腿结构的顶部与所述腰板的左端部相连接，右大腿结构的顶部与所述腰板的右端部相连接；

所述左大腿结构的底部通过左销轴与左小腿结构的顶部转动连接，右大腿结构的底部通过右销轴与右小腿结构的顶部转动连接；所述左销轴与左小腿结构固定连接且左销轴与左大腿结构转动连接，所述右销轴与右小腿结构固定连接且右销轴与右大腿结构转动连接；

所述左大腿结构上设有左膝盖电机，左膝盖电机连接所述左销轴；所述右大腿结构上设有右膝盖电机，右膝盖电机连接所述右销轴；

所述脚部结构包括左右对称设置的左脚部结构和右脚部结构；左脚部结构包括左脚框架，左脚框架内设有左固定板，左固定板前方和后方的左脚框架分别安装有左行走轮，各左行走轮的轮轴上分别安装有左从动皮带轮；左固定板上安装有左行走电机，左行走电机的输出轴上安装有左主动皮带轮；左主动皮带轮与左从动皮带轮之间通过左传动皮带传动连接；左行走轮的底端向下伸出左脚框架并支撑在地面上，左脚框架内设有与左行走电机相连接的左蓄电池；

右脚部结构包括右脚框架，右脚框架内设有右固定板，右固定板前方和后方的右脚框架分别安装有右行走轮，各右行走轮的轮轴上分别安装有右从动皮带轮；右固定板上安装有右行走电机，右行走电机的输出轴上安装有右主动皮带轮；右主动皮带轮与右从动皮带轮之间通过右传动皮带传动连接；右行走轮的底端向下伸出右脚框架并支撑在地面上，右脚框架内设有与右行走电机相连接的右蓄电池。

所述左大腿结构的顶部与所述腰板的左端部固定连接；所述左小腿结构内安装有用于监测左大腿结构与左小腿结构之间的相对角度的左角位移传感器，所述左大腿结构的底部向下铰接有第一左铰接杆，第一左铰接杆的底端铰接有第二左铰接杆，第二左铰接杆的底端连接所述左角位移传感器；

所述右小腿结构内安装有用于监测右大腿结构与右小腿结构之间的相对角度的右角位移传感器，所述右大腿结构的底部向下铰接有第一右铰接杆，第一右铰接杆的底端铰接有第二右铰接杆，第二右铰接杆的底端连接所述右角位移传感器。

所述腰板的左端部向下连接有左连接块，腰板的右端部向下连接有右连接块；大腿结构与小腿结构之间设有用于稳定大腿结构和小腿结构的两套连杆机构；两套连杆机构为左连杆机构和右连杆机构，左连杆机构和右连杆机构对称设置；

左连杆机构包括左上连杆和左下连杆，左上连杆的顶部与左连接块的后端部相铰接，左上连杆的底部与左下连杆相铰接；左小腿结构的顶部向后连接有凸出左小腿结构的左连接座，左下连杆的底部与左连接座相铰接；

右连杆机构包括右上连杆和右下连杆，右上连杆的顶部与右连接块的后端部相铰接，右上连杆的底部与右下连杆相铰接；右小腿结构的顶部向后连接有凸出右小腿结构的右连接座，右下连杆的底部与右连接座相铰接。

所述送餐底板的外缘处沿周向向上连接有环形板，环形板与送餐底板的上表面之间围成收集槽；托盘挡环的直径小于送餐底板的直径。

本发明具有如下的优点：

本发明能够实现仿人行走，在行走的过程中模拟人膝盖弯曲（抬腿）的动作，并且进一步能够模拟膝盖弯曲一侧的腿向前行走、另一侧的腿暂时不向前行走的动作，实现两条腿交替向前移动，仿人程度较以往得到了质的提高，且送餐非常稳定。本发明结构较为简单，便于加工制作，成本较低，适于餐馆饭店使用，既节省人力，又能吸引更多的食客。

上连杆、下连杆、左大腿结构和左小腿结构组成了一个平行四边行拉杆机构，从而使大腿结构与小腿结构之间的连接更为稳定可靠。

本发明利用不倒翁的原理和水面始终具有保持水平状态的原理，通过相应的铅块、圆球水槽、餐具托盘等结构，实现了双重稳定，使餐具托盘最大程度地保持水平位置，极大提高了送餐的稳定性，避免了食品倾洒等不稳定现象，提高了送餐质量。

承载架的顶面前高后低设有坡度，从而能够防止在向前行走时送餐底板向前滑落，保证送餐稳定。当送餐底板向后滑动时，遇到挡檐后会被阻挡住，进一步保证了送餐底板不会离开承载架。当然，这种结构在保证送餐底板在送餐时不易离开承载架的同时，也保证了送餐底板可以非常方便地向上抬起，从而方便在不用的时候，将双重稳定送餐装置从机器人的承载架上取下来，也方便了更换双重稳定送餐装置。

环形板与送餐底板的上表面之间围成收集槽，收集槽能够收集食品或溢出的水，防止洒出的水或食品污染机器人的表面，也防止污染地面。

主容器中心处的竖向截面呈劣弧弓形，相较于呈优弧弓形时具有更好的稳定度。水槽内的水位降低时，弹性伸缩杆被压缩而长度缩短；水槽内的水位较高时，弹性伸缩杆在自身弹力的作用下伸长，从而使第二圆球始终与第二连接槽的槽壁之间具有一定的顶压力，进而定位托盘底板的位置，防止正常使用时餐具托盘与主容器的内壁之间发生碰撞，进一步保证了送餐的稳定。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是去掉餐车后图1的左视图；

图3是双重稳定送餐装置的结构示意图；

图4是图3中Ａ处的放大图；

图5是图2中Ｂ处的放大图；

图6是图2中Ｃ处的放大图；

图7是图1中Ｄ处的放大图；

图8是右脚部结构的示意图。

具体实施方式

如图1至图8所示，本发明的双足行走推餐车式机器人包括上身结构、腰板1、下身结构和餐车；

上身结构为框架式结构，包括外形模拟人体上半身形状的主框架，主框架包括头部2、肩部3和胸腹部4，肩部3左侧连接有左后臂杆5，肩部3右侧连接有右后臂杆6，左后臂杆5的底端连接有左前臂杆7，右后臂杆6的底端连接有右前臂杆8；

餐车包括框架式车身58，车身58上由上至下均匀间隔设有三层承载架59，车身58底部四角处设有车轮60；车身58后部顶部连接有扶手61；各双层承载架59上均承托有双重稳定送餐装置；

双重稳定送餐装置10包括放置在所述承载架59上的送餐底板11，送餐底板11的顶面为水平面；送餐底板11上表面中心处固定嵌设有第一圆球12，送餐底板11上设有主容器13；主容器13中心处的竖向截面呈弓形。主容器13设有顶部敞口的内腔14，内腔14底部固定连接有铅块15；主容器13的底端设有与所述第一圆球12相适配的第一连接槽，第一圆球12的下半部分固定嵌设于送餐底板11内，第一圆球12的上半部分设于第一连接槽内并与所述第一连接槽的槽壁转动配合；铅块15的重心位于所述第一圆球12的正上方；

铅块15上方的主容器13的内腔14内设有盛水板16，盛水板16与主容器13的内壁密封连接；盛水板16中心向上连接有弹性伸缩杆17，弹性伸缩杆17的顶端固定连接有第二圆球18；盛水板16与主容器13围成水槽，水槽中盛有水19，水面上飘浮有餐具托盘，餐具托盘包括呈圆盘状的托盘底板20，托盘底板20的外缘向上连接有托盘挡环21，托盘挡环21沿径向倾斜向上伸出主容器13；

托盘底板20的下表面中心处设有与所述第二圆球18相适配的第二连接槽22，第二圆球18的上半部分设于第二连接槽22内并与第二连接槽22的槽壁转动配合；水槽内的水位降低时，弹性伸缩杆17被压缩而长度缩短；水槽内的水位较高时，弹性伸缩杆17在自身弹力的作用下伸长，从而使第二圆球18始终与第二连接槽22的槽壁之间具有一定的顶压力，进而定位托盘底板20的位置，防止正常使用时餐具托盘与主容器13的内壁之间发生碰撞。

左、右前臂杆7、8向前伸出且二者分别与所述扶手61相连接；所述腰板1水平设置，上身结构中的胸腹部4的底端连接所述腰板1；优选的设置是：在左、右前臂杆7、8前端分别设有卡钩62，卡钩62卡在扶手61上；卡接的连接方式，十分便于将机器人本体与餐车相分离，从而使机器人本体和餐车可以分别单独使用，也方便了更换餐车或者更换机器人本体。

所述下身结构左右对称设置，包括大腿结构、小腿结构和脚部结构；

大腿结构包括左大腿结构23和右大腿结构24，小腿结构包括左小腿结构25和右小腿结构26，脚部结构包括左脚部结构和右脚部结构；左大腿结构23与右大腿结构24左右对称设置，左小腿结构25和右小腿结构26左右对称设置，左脚部结构和右脚部结构左右对称设置；左大腿结构23、右大腿结构24、左小腿结构25和右小腿结构26均为框架式结构；

左大腿结构23的顶部与所述腰板1的左端部相连接，右大腿结构24的顶部与所述腰板1的右端部相连接；

所述左大腿结构23的底部通过左销轴27与左小腿结构25的顶部转动连接，右大腿结构24的底部通过右销轴28与右小腿结构26的顶部转动连接；所述左销轴27与左小腿结构25固定连接且左销轴27与左大腿结构23转动连接，所述右销轴28与右小腿结构26固定连接且右销轴28与右大腿结构24转动连接；

所述左大腿结构23上设有左膝盖电机，左膝盖电机连接所述左销轴27；所述右大腿结构24上设有右膝盖电机，右膝盖电机连接所述右销轴28；

所述脚部结构包括左右对称设置的左脚部结构和右脚部结构；左脚部结构包括左脚框架29，左脚框架29内设有左固定板30，左固定板30前方和后方的左脚框架29分别安装有左行走轮31，各左行走轮31的轮轴上分别安装有左从动皮带轮32；左固定板30上安装有左行走电机，左行走电机的输出轴上安装有左主动皮带轮34；左主动皮带轮34与左从动皮带轮32之间通过左传动皮带33传动连接。左行走轮31的底端向下伸出左脚框架29并支撑在地面上，左脚框架29内设有与左行走电机相连接的左蓄电池；

右脚部结构包括右脚框架35，右脚框架35内设有右固定板36，右固定板36前方和后方的右脚框架35分别安装有右行走轮37，各右行走轮37的轮轴上分别安装有右从动皮带轮38；右固定板36上安装有右行走电机，右行走电机的输出轴上安装有右主动皮带轮39；右主动皮带轮39与右从动皮带轮38之间通过右传动皮带40传动连接；右行走轮37的底端向下伸出右脚框架35并支撑在地面上，右脚框架35内设有与右行走电机相连接的右蓄电池，左、右蓄电池为左、右行走电机提供电能。电机与蓄电池均为常规部件，图未示所述左、右膝盖电机，左、右行走电机以及左、右蓄电池。

所述承载架59的顶面前高后低设有坡度，且所述坡度小于等于3度；所述送餐底板11的底面与所述承载架59的顶面相贴合；所述承载架59的后端向上凸起设有挡檐41。

所述主容器13的水平截面呈圆形，所述主容器13中心处的竖向截面呈劣弧弓形。经试验，主容器13中心处的竖向截面呈劣弧弓形，相较于呈优弧弓形时具有更好的稳定度。

承载架59的顶面前高后低设有坡度，从而能够防止在向前行走时送餐底板11向前滑落，保证送餐安全。当送餐底板11向后滑动时，遇到挡檐41后会被阻挡住，进一步保证了送餐底板11不会离开承载架59。当然，这种结构在保证送餐底板11在送餐时不易离开承载架59的同时，也保证了送餐底板11可以非常方便地向上抬起，从而方便在不用的时候，将双重稳定送餐装置10从机器人的承载架59上取下来，也方便了更换双重稳定送餐装置10。

所述左大腿结构23的顶部与所述腰板1的左端部固定连接。

所述左小腿结构25内安装有用于监测左大腿结构23与左小腿结构25之间的相对角度的左角位移传感器42，所述左大腿结构23的底部向下铰接有第一左铰接杆43，第一左铰接杆43的底端铰接有第二左铰接杆44，第二左铰接杆44的底端连接所述左角位移传感器42；

所述右小腿结构26内安装有用于监测右大腿结构24与右小腿结构26之间的相对角度的右角位移传感器47，所述右大腿结构24的底部向下铰接有第一右铰接杆45，第一右铰接杆45的底端铰接有第二右铰接杆46，第二右铰接杆46的底端连接所述右角位移传感器47。角位移传感器为常规装置，具体结构不再详述。

所述腰板1的左端部向下连接有左连接块48，腰板1的右端部向下连接有右连接块49；大腿结构与小腿结构之间设有用于稳定大腿结构和小腿结构的两套连杆机构；两套连杆机构为左连杆机构和右连杆机构，左连杆机构和右连杆机构对称设置；

左连杆机构包括左上连杆50和左下连杆51，左上连杆50的顶部与左连接块48的后端底部相铰接，左上连杆50的底部左下连杆51相铰接；左小腿结构25的顶部向后连接有凸出左小腿结构25的左连接座52，左下连杆51的底部与左连接座52相铰接。

这样，左上连杆50、左下连杆51、左大腿结构23和左小腿结构25就组成了一个平行四边行拉杆机构，从而使大腿结构与小腿结构之间的连接更为稳定可靠。

右连杆机构包括右上连杆53和右下连杆54，右上连杆53的顶部与右连接块49的后端底部相铰接，右上连杆53的底部与右下连杆54相铰接；右小腿结构26的顶部向后连接有凸出右小腿结构26的右连接座，右下连杆54的底部与右连接座相铰接。图1和图2中，右连接座均被遮挡，图未示。

所述送餐底板11的外缘处沿周向向上连接有环形板56，环形板56与送餐底板11的上表面之间围成收集槽；托盘挡环21的直径小于送餐底板11的直径。

使用时，将食品或者盛有食品的餐具（盘、碗以及餐巾纸等常用物品）放置在餐具托盘上，然后交替启动左、右行走电机，并交替启动左、右膝盖电机，使本发明中的机器人推动餐车前进或拉动餐车后退。

左、右膝盖电机交替驱动左、右小腿结构25、26相对大腿结构旋转，从而模拟人抬腿行走的动作。左、右行走电机通过皮带传动结构驱动左、右从动皮带轮32、38旋转，从而带动左、右行走轮31、37旋转，左、右行走轮31、37带动本发明的双足行走推餐车式机器人向前行走，将餐具和食品送至指定的位置。

左、右膝盖电机转动时，左、右大腿结构23、24和左、右小腿结构25、26之间发生相对旋转，第一左（右）铰接杆和第二左（右）铰接杆将相对旋转运动转化为对角位移传感器的压力，从而使角位移传感器监测到大腿结构与小腿结构之间的相对旋转角度。本发明的机器人还设置有电控装置，电控装置可以设置在胸腹部，也可以设置在大腿结构或小腿结构上。电控装置左、右蓄电池和连接角位移传感器，并通过控制线路连接左、右膝盖电机和左、右行走电机。电控装置接收角位移传感器的信号，并相应控制各电机的动作。电控装置采用ＰＬＣ或集成电路或单片机等常用形式，图未示。

具体地，当左大腿结构23与左小腿结构25之间相对旋转（膝盖弯曲）时，左行走电机驱动左行走轮31向前移动一段距离；当左大腿结构23与左小腿结构25之间相对旋转（膝盖弯曲）至设定角度时，左膝盖电机和左行走电机停止动作，启动右膝盖电机和右行走电机。

当右大腿结构24与右小腿结构26之间相对旋转（膝盖弯曲）时，右行走电机驱动右行走轮37向前移动一段距离；当右大腿结构24与右小腿结构26之间相对旋转（膝盖弯曲）至设定角度时，右膝盖电机和右行走电机停止动作，在此期间左大腿结构23与左小腿结构25恢复直立的状态。

在左、右膝盖电机动作的同时，左、右行走电机配合动作，在大腿结构与小腿结构之间发生相对旋转（即膝盖弯曲）的同时，左、右行走轮31、37也跟着移动，从而模拟人迈步行走的动作。当然，本发明的动作与人行走的动作还是有不同之处，主要是迈步行走时，左、右行走轮31、37均不离开地面。即便如此，本发明的动作与以往相比，更为接近人的行走动作，仿人程度更高。

在送餐的过程中，如果出现地面倾斜或者行走不稳（如经过的地面上有异物）的情况，则承载架59发生倾斜，送餐底板11带动第一圆球12发生倾斜。由于铅块15比重是水的11.3437倍，而食品的比重则多小于水，因此双重稳定送餐装置10的重心非常低。由于铅块15的重心位于第一圆球12的正上方，因此铅块15带动整个双重稳定送餐装置10沿第一圆球12旋转（滑动），将双重稳定送餐装置10及其中的盛水板16大致保持在水平位置。当盛水板16发生一定程度的倾斜时，盛水板16上方的水面保持水平状态，从而使飘浮在水面上的餐具托盘同样保持水平状态，防止食品掉出或者倾洒。由于第二圆球18与餐具托盘的第二连接槽22转动配合，因此能够保证餐具托盘始终处于主容器13的正中位置。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。