二、文献综述

随着人工智能的快速普及与发展，家庭服务机器人的研究也随之进步与发展。经过查阅相关期刊与博硕论文，国外的服务机器人研究起步较早，目前技术相对先进，国内相对迟缓，但是目前研究进度较快。

目前，国外相对成熟的服务机器人研究有以下几个代表：

Rollin Justin：德国航空航天中心（DLR）研制的智能机器人，上肢结构类似人形上肢，下肢结构为轮式移动平台，全身上下共51个活动关节。Justin 具有压力传感器、扭矩传感器等传感器，可以感知外界压力，并且拥有自己的语音系统和高级控制方法，能够有与人进行简短交流的能力。

PR2：根据斯坦福大学研制的PR1，美国威楼加拉吉公司改进和升级设计的一款仿人形服务机器人。PR2在目前的人形机器人中属于非常强大，该机器人采用四轮移动底盘和七自由度的手臂，移动底盘上载有两台八核计算机，行动灵活。

ASIMO：是日本本田公司投资研究开发的并且在不断更新换代的一款智能服务机器人。这款机器人的定位就是为人类提供帮助服务，尤其是针对残障人士和老年人。ASIMO采取真人外形结构，配有非常多的传感器，因此可以完成类似拧瓶盖这种紧密的动作。此外 ASIMO 还具有语言、表情等功能，甚至可以作为引导员进行引导参观。

三、方案论证

3.1机械臂选型分析

上图为常见的六轴关节机器人手臂设计的机械结构,六个伺服电机连接谐波减速器、然后通过带轮驱动六个关节轴的转动。其中第一、二、三、四轴的结构为空心轴结构，在空心轴结构中的电机较大使用空心轴电机的原因是这种机构可以让机器人的管线从电机中心穿过，无论关节轴怎么转动，管线不会随着转动而致使管线搅在一起。所以这种结构能够很好的解决机器人的管线布线问题。

因为设计不光要满足机构的运动要求，还需要机体重量轻、刚性好、易制造，所以需要选择简 单、合 理、紧 凑、实 用的结构型式；同时还要兼顾外观、成本、工艺等要求；为了考虑日后生活中的问题，还要求机械臂便于装配调整和维修。图二结构为空间关节型机械臂，其中有五个转动关节的自由度，其中基座是安装到机器人本体上的，有一个转动关节，肩关节带动大 臂、小 臂、手 腕、手 爪进行旋转，因此可以满足机器人工作空间上宽度和高度的要求。在许可工作的空间内，腕关节具有俯仰和旋转两个自由度。该机器人承载能力不要求很大，体型较小，所以要求手臂的重量要轻，材料的刚度和扭矩较好。因此我采用硬铝合金的材料做成手臂。这样即可以保证有高的刚度，也使手臂的重量减轻，减少了电机的负载。

综合考虑：作为臂的部分，我选择方案二的臂结构。其结构简单、 制造容易、便于装配和维修，尤其是在保证较高刚度的同时能保证其重量轻，减少电机负载且通过合理的设计应能达到所需要求。

3.2电机的选型

方案一：驱动用电动机

    常规的驱动电机，结构简单，使用方便，在生产生活中使用范围很广，例如：液压泵的驱动元件、传送带驱动等。但是，这种电动机机构较大，转速很难进行高精度的控制，所以不适合在服务机器人上的机械臂控制上使用普通驱动电机。

方案二：伺服电机

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。