家庭服务机器人是为人类服务的特种机器人，能够代替人完成家庭服务工作的机器人，它包括行进装置、感知装置、接收装置、发送装置、控制装置、执行装置、存储装置、交互装置等；所述感知装置将在家庭居住环境内感知到的信息传送给控制装置，控制装置指令执行装置作出响应，并进行防盗监测、安全检查、清洁卫生、物品搬运、家电控制，以及家庭娱乐、病况监视、儿童教育、报时催醒、家用统计等工作。
2.家用机器人结构设计需求在满足物质需求的前提下，重视精神以及情感需要是人性化设计所追求的，以人为中心是其核心，即人是其设计制造过程中应该考虑的第一要素。人性化追求产品设计的趣味和娱乐性，满足人们幽默、愉悦的心理需求，追求深入人心的设计，尤其对于残疾人倾注了更多的热情，同时也追求与人体结构相适应的造型形式。
现代设计是科学与艺术以及技术与人性的有效结合，在科技的支撑下，设计的结构、性能较为良好，在艺术和人性的支撑下，设计的美感不断增强。家用机器人属于高科技发展的产物，其小型化、行动敏捷化、轻巧化等都离不开人性化的引导。在人性化指导下，家用机器人设计可以通过以下方式进行。首先利用形式要素的变化，例如色彩、装饰、造型、材料等，使人们产生一种积极的情感体验和心理感受。其中在色彩上，要使其在体现机器人高科技时代感的同时将家用亲和性有效体现出来。冷暖要合理搭配，黑白灰也要协调应用，对此，可以有效参考日本、韩国等的家电产品设计，在仿人型的造型设计中，使人有一种愉悦的感受。在造型设计上，通常可以有效运用仿动物、仿植物等自然要素，赋予人们一种亲切感，从而避免出现排斥纯机器的现象。其可爱的形态，会使人们较为容易接受。在材质上，最好使用质感和视觉感染力都较强的材料，要通过自然材料的运用和调整使其更具自然情趣，在情感上拥有共鸣。其次要在功能开发过程中使人、机、环境系统协调统一，操作宜人化，从而适应于人们的生理和精神需求。通过对家用机器人功能的有效拓展，家务清洁、家庭看护、休闲娱乐等功能都得以实现，操作也更加方便。再次可以在家用机器人设计过程中，有效运用更多语义符号、界面、以及标识的形象化和规范化，使得效率得以提升，并将亲切温馨的感觉以及道主义真情都有效凸显出来，这样可以使操作错误有效避免。除此之外，在人性化引导下，针对残疾人的家用机器人设计，也以人为本的原则有效体现出来。例如在德国，设计的家用机器人，可以方便盲人进行有效阅读，这种家用机器人其外形小巧轻便，只要用手拿着即可阅读，可以有效防止心理障碍的出现。
3.家用服务机器人的总体结构
总体结构主要由执行系统、驱动系统、控制系统及检测系统组成。执行系统是多功能家用机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部、腕部、机身和行走机构等 . 驱动系统为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常的机械传动、液压传动、气压传动和电传动。控制系统是通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。检测系统的作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。另外本机还有配重系统，于自重、承重较大，工作时运动惯性亦较大，为使小臂接近静平衡，将伺服电动机组件、齿形带轮等大质量零部件布置在与腕部相对的另一端。底部小车的主体结构包括底盘、车身、转向机构等，对于小车而言，转向机构与驱动系统的设计是很重要的，只有严格按照阿克曼原理设计出合理的零件长度才能使小车平稳的转向，而不至于出现打滑现象。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于平面等腰梯形连杆机构最常见且加工方便，所以设计采用平面等腰梯形连杆机构小车的转向机构。
4.机器人典型工作过程
家用机械人的底座 14 通过螺栓连接小车架 15，小车架 15 内设有驱动电机，小车架 15 的外侧设有转向装置 17，小车架 15 的下端设有车轮 16，车轮 16 连接转向装置 17；底座 14 中心上端通过螺栓连接大臂 12，底座 14 的上端设有大臂电机 13，大臂电机 13 通过皮带轮连接设在底座 14 上的小齿轮，小齿轮啮合大臂12 内底端的齿圈，大臂 12 的侧上端设有斜向支撑架 11，大臂 12上端分别连接中臂 7、气缸 9 底端，气缸 9 的上端连接中臂 7，支撑架 11 上设有中臂电机 6，中臂电机 6 连接调整丝杠 8，调整丝杠 8 连接中臂 7 中间的丝母，大臂 12 的上端中间铰接小臂调节杆小臂调解杆 10 的上端连接支撑轴 18 的后端，中臂 7 的上端横向铰接支撑轴 18，支撑轴 18 的尾端分别安有手部电机 4、腕部电机 5，支撑轴内设有小臂 3 并伸出支撑轴外侧，小臂 3 的前端安有旋转腕 2，旋转腕 2 的前端设有机械手 1，机械手 1 的根部旋转腕 2 内安有扇形齿轮与一轴上的直齿轮啮合，手部电机 4 通过皮带轮连接一轴，腕部电机 5 通过皮带轮连接二轴，二轴的端头设有伞齿轮与旋转腕 2 上的伞齿轮啮合。
底座 14 内可放置蓄电池或外接交流电源并设置无线接收装置，无线遥控装置将指令发送给接收装置，接收装置可按指令驱动电机将小车 15 前移或后退，其方向由转向装置 17 改变小车 15的转向，到达指定地点后，通过调节小臂调节杆 10 和调整丝杠 8来调整小臂 3 的仰俯角度，腕部电机 5 将旋转腕 2 调节到位，手部电机 4 通过一轴上的主齿轮 23 将扇形齿轮向外推开，机械手 1张开靠近目标物，然后主齿轮将扇形齿轮向内拉紧夹紧目标物，移动小车 15 将目标物移动到指定地点，松开机械手 1 将目标物放下。
5.传感器的安装
在进行结构设计的过程中，需要将动态扭矩的传感器安装在驱动电机和轴承座之间，从而实现利用刚性联轴器和传动轴和电机的输出轴向之间的有效连接。
在进行安装时需要注意的是安装同轴度的问题，同轴度的安装质量好坏可以对传感器的功能是否可以有效实现产生最直接的关系，并且也可以对测量的准确性进行充分地展示。在实际安装过程中，可以利用轴的连接方式和扭矩传感器的本身长度来对驱动电机和负载之间的距离进行有效确定，从而可以有效实现对驱动电机和负载的轴线之间距离的调整，也就是两者对于基准面距离的调整，一般情况下，两者之间的轴线的同轴度是需要小于Ф0.03mm 的，需要将其固定在驱动电机和负载的基准面之上的。另外一方面，扭矩传感器在安装的过程当中，外界的环境温度需要保持在 0 ～ 60℃的范围之间，相对的湿度要小于 90%，并且在安装的过程中不可以出现易燃和易爆物品。
结论：随着社会不断向前发展，科学技术日新月异，人们的生活水平不断提高，生活节奏也不断加快。在人们的观念中，对生活质量的要求也越来越高。人们在忙碌的工作下，更多追求生活环境舒适和关注生活的轻松氛围。所设计的家用服务机器人能真正满足人们在生活上所需要，能很好地给予提供服务，保证了家庭服务质量，为家庭生活带来了很大的方便。
参考文献：
[1] 陈伟 . 基于 RT-thread 的远程家用服务机器人系统开发[D]. 浙江工业大学 ,2015.
[2] 任志勇 . 家用服务机器人的结构设计与开发 [J]. 电子大事件 ,2017(05):116-118.
论文作者:孙朝阳
论文发表刊物:《红地产》2017年9月
论文发表时间:2018/9/3
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