CN102687996A - 一种可适应人体差异的自动辅助站立装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可适应人体差异的自动辅助站立装置，包括机架、搀扶架、踏板、搀扶架驱动机构、踏板驱动机构；所述搀扶架包括搀扶架体及其上设置的用于人手扶和/或支撑人体腋窝的扶手；所述搀扶架体的下端铰接有椅座，椅座的前部铰接有沿竖直方向延伸的椅腿，椅腿的下端与踏板固定；所述扶手连接于搀扶架体上设置的用于在人体左右手方向上移动调节扶手的调节机构上，所述椅腿为沿上下方向长度可调的伸缩杆。本发明的扶手、椅腿可根据人体差异进行调节，搀扶架和踏板分别支撑人体的上肢和下肢，并带动人体上肢升降移动和带动人体下肢水平移动，从而符合人体自然习惯的动作辅助人体完成站立或坐下的动作。

Description

一种可适应人体差异的自动辅助站立装置

技术领域

本发明涉及医疗器械、日常用具或护理设备领域的辅助人体完成站立、坐下动作的辅助站立装置。

背景技术

随着国民生活水平不断提高以及医疗公共卫生事业快速发展，我国已经步入老龄化社会，老年人口在总人口中所占的比例日渐升高。而高龄老年人的自我照料能力差，主要由家庭护理，护理费用高，劳动强度大，护理条件急需改善。同时，各类残疾人和长期卧床老年人的大量存在。这就使得助老助残问题正日益成为一个重大的社会问题。为了解决这些问题，目前一些自动洗浴机器人项目的研制，对于这些问题的解决具有正面积极的作用，这对于提高老年人和残疾人的生活质量，保证我国社会的稳定发展具有重要意义。

然而，高龄老年人和残疾人在洗浴过程中并不能像正常人一样轻松站立或坐下，而且由于年龄的增长或者是意外伤害，他们的下肢各关节可能不足以去支撑他们的身体自重。同时，自动洗浴机器人的空间有限，且搓澡装置需要与座椅相连，同时保证人体在站立和坐下状态下都能为其搓澡。这就需要一个特殊的辅助站立装置。

然而，在国内外的现有技术中，翘起的翻板将人体从臀部以上部分向前推动而立起的方式，而缺少对腿部与腿部以上部分进行衔接配合的措施，因此并不符合人体站立的自然习惯，并且现有技术中还缺少维持人体站立后的站立姿态的技术手段，而且现有技术中的此类装置不能根据人体不同的几何尺寸（如身高、肩宽、腿长等）进行调节，适用性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种符合人体坐立动作习惯的帮助人体完成坐立动作、并可以根据人体的不同体型进行适应性调节的可适应人体差异的自动辅助站立装置。

本发明的技术方案是：一种可适应人体差异的自动辅助站立装置，包括机架、通过沿上下方向导向的搀扶架导向机构导向装配于机架上的用于搀扶人体上肢升降的搀扶架、通过沿水平方向导向的踏板导向机构导向装配于机架上的用于挪动人体下肢的踏板；机架上还设有驱动所述搀扶架沿上下方向移动的搀扶架驱动机构、驱动所述踏板在水平方向上靠近搀扶架移动或远离搀扶架移动的踏板驱动机构；所述搀扶架包括与所述搀扶架导向机构和搀扶架驱动机构配合的搀扶架体及设于搀扶架体上的用于人手扶和/或支撑人体腋窝的扶手；所述搀扶架体的下端铰接有供人坐的椅座，椅座的后端与搀扶架体铰接，椅座的前部铰接有沿竖直方向延伸的椅腿，椅腿的下端与踏板固定；所述扶手后端连接于搀扶架体上设置的用于在人体左右手方向上移动调节扶手的调节机构上，所述椅腿为沿上下方向长度可调的伸缩杆。 

所述扶手均包括使用时支撑于人体腋窝的横撑和连接于横撑前部的供人手抓紧的手柄，手柄设于横撑的斜下方，横撑与手柄之间过渡连接有高于横撑的用于防止人体向前倾倒的限位凸部。

所述搀扶架体包括在其上沿上下方向导向移动设置的扶手升降架及其驱动扶手升降架上下移动的扶手升降驱动机构，所述调节机构是与扶手后端配合的对应开设于扶手升降架上的长孔及用于将扶手固定于长孔中的调节螺栓，所述长孔沿人体左右手方向导向。 

所述踏板上装有称量人体重量及人体对踏板压力的压力传感器，根据压力传感器获得的信号由人工或通过信号输入端与压力传感器信号输出端连接的控制器对扶手升降驱动机构控制而驱动扶手升降架及其上的扶手向上运动一定高度而对人体施加向上的支撑力。 

所述搀扶架导向机构为固定于机架上的两根并列设置的立柱，搀扶架体上固定有滑动套装于立柱上的导套，搀扶架驱动机构为由电机带动的丝杠螺母机构，包括竖向延伸的竖丝杠和通过螺纹旋装在竖丝杠上的与搀扶架体固连的螺母；所述踏板驱动机构是由电机带动的丝杠螺母机构，包括水平延伸的平丝杠和通过螺纹旋装在平丝杠上的与踏板固连的螺母，踏板导向机构是由驱动踏板的丝杠螺母机构的水平导向副和踏板底部安装的转轴轴线与丝杠垂直的行走轮协同构成。

所述椅腿为可调节长度的电动推杆。 

所述自动辅助站立装置的顶部上方设置洗头装置，在自动辅助站立装置的侧面设置搓澡及喷淋装置。

本发明中搀扶架上的扶手可进行间距调节而适应人体肩宽或适应手臂、腋窝的位置，而且椅腿可根据人体的腿长进行伸缩调节，从而使本装置能够适应不同身高、体宽的人体，本发明中的搀扶架和踏板分别支撑人体的上肢和下肢，并通过对搀扶架和踏板的定向驱动实现人体上肢的升降移动和配合上肢动作的下肢的水平移动，从而符合人体自然习惯的动作辅助人体完成站立或坐下的动作。

进一步的，本发明中的扶手是可以相对于搀扶架升降的装配于搀扶架上，通过扶手升降驱动机构可以升降扶手，除了能够根据人的腋窝高度进行适应性调节外，还可通过站立后的提升动作为使用者减轻一定在站立时本应由下肢承受的身体自重，从而维持人体长久站立，满足康复训练或自动洗浴等需要。

附图说明

图1是本发明的可适应人体差异的自动辅助站立装置实施例的结构示意图；

图2是图1站立状态的结构示意图；

图3是图1中的扶手的结构示意图；

图4是图2的另一视角的示意图。

具体实施方式

如图1~图4所示，本发明的可适应人体差异的自动辅助站立装置的实施例，包括机架1、通过沿上下方向导向的搀扶架导向机构导向装配于机架上的用于搀扶人体上肢升降的搀扶架2、通过沿水平方向导向的踏板导向机构导向装配于机架上的用于挪动人体下肢的踏板3，机架1上还设有驱动所述搀扶架2沿上下方向移动的搀扶架驱动机构、驱动所述踏板3在水平方向上靠近搀扶架移动或远离搀扶架移动的踏板驱动机构。

在本实施例中，搀扶架2包括与所述搀扶架导向机构和搀扶架驱动机构配合的搀扶架体20及间隔并列设于搀扶架体20上的两个扶手21，搀扶架导向机构为固定于机架上的两根并列设置的立柱5，搀扶架体20上固定有滑动套装于立柱5上的导套，搀扶架驱动机构为由电机带动的丝杠螺母机构，包括竖向延伸的竖丝杠24和通过螺纹旋装在竖丝杠上的与搀扶架体20固连的螺母。如图4所示，两扶手21之间的间隔处留有容纳人体躯干的空间，各扶手21均包括使用时支撑于人体腋下的横撑211和连接于横撑211前部的供人手抓紧的手柄212，手柄212设于横撑211的斜下方，横撑211与手柄212之间过渡连接有高于横撑211的用于防止人体向前倾倒的限位凸部213。两扶手21的后端被调整螺栓固定于扶手升降架22上所开设的对应人体左右手方向导向的长孔214中，在使用时可由护理人员松开调整螺栓调节两扶手21之间的间距，使两扶手21之间的间距刚好适应使用者的肩宽；搀扶架体20包括其上到沿上下方向导向装配的扶手升降架22及驱动扶手升降架22上下移动的扶手升降驱动机构，在本实施例中扶手升降驱动机构由电机驱动的丝杠螺母机构23，并且扶手升降架22导向装配于立柱5上。

踏板驱动机构是由电机带动的丝杠螺母机构，包括水平延伸的平丝杠31和通过螺纹旋装在平丝杠上的与踏板3固连的螺母，踏板导向机构是由驱动踏板的丝杠螺母机构的水平导向副和踏板底部安装的转轴轴线与丝杠垂直的行走轮协同构成。

搀扶架体20的下端铰接有供人坐的椅座6，椅座6的后端与搀扶架体20铰接，椅座6的前部铰接有沿竖直方向延伸的椅腿7，椅腿7的下端与踏板3固定。在本实施例中的椅腿7为可调节长度的电动推杆，由于椅腿对应的是人体的小腿长度，通过电动推杆的长度调节就可以调节椅腿的长度以适应不同人体的不同几何尺寸。为了精确调节椅腿的长度以适应人体小腿的实际长度，由装置本身或外设的量具如光幕测量仪测量出人体的小腿长，在电动推杆与机架之间设有测量电动推杆伸缩长度的光栅尺，光栅尺的电动推杆位移信号以及人体小腿的实测信号均输入控制器（单片机或计算机），由控制器向电动推杆发出启动指令，当搀扶架向上（或向下）移动时，椅座也随之向上（或向下）移动，同时，电动推杆启动，使椅腿7伸长（或缩短）；当光栅尺检测出座椅腿与使用者的小腿等长时，控制器给出停止指令，搀扶架驱动机构的伺服电机和电动推杆停转，动作结束。这样就适应了不同人体的小腿长，并满足了适配的自动洗浴机器人在使用者坐下时为其搓小腿的要求。

搀扶架体20上设有靠背，搀扶架体20上的靠背、椅坐6和椅腿7共同组成了一个竖直为支撑体、放下为座椅的可变形的座椅。上述的各驱动机构中均采用伺服电机驱动丝杠转动实现相应螺母及其所带装置的直线运动，通过对伺服电机的速度及转向的控制可以实现座椅变形时的升降与平移动作的协调。

上述实施例中的踏板上装有可以称量人体重量及人体对踏板压力的压力传感器，根据压力传感器获得的信号可以由人工也可以通过信号输入端与压力传感器信号连接的控制器（单片机或计算机）对扶手升降驱动机构的伺服电机进行控制，启动带动扶手升降架及其上的扶手向上运动一定高度而对下肢力量差的人体施加适度向上的支撑力，此高度由安装在踏板上的压力传感器获得的信号决定，可达到为使用者减轻一定自身体自重而使下肢受力变小，但又不会使用者双脚离地而使上肢受力过大而感到不适。

上述实施例可具体的应用于洗澡机器人上，这时需要在装置的顶部上方设置洗头装置，在装置的侧面设置搓澡及喷淋装置，

在使用时，首先，该装置处于图1状态，使用者坐上之后，由扶手的横撑211顶住使用者的腋窝，扶手的限位凸部213处起到防止人体向前倾倒的作用，使用者的手可以扶在手柄212处，由洗头装置为其洗头，搓澡装置为其搓背。

背搓完后，由搀扶架驱动机构的伺服电机驱动搀扶架及靠背向上移动，靠背带动椅座向上移动，逐渐由水平位置变为竖直位置，搀扶架又带动扶手升降架22、扶手21向上移动；在搀扶架驱动机构的伺服电机启动的同时也启动踏板驱动机构的伺服电机，带动踏板及其上的椅腿同时水平向后（靠近搀扶架）移动，且使椅腿（即电动推杆）始终保持竖直状态；最终使由靠背、椅座和椅腿共同组成的座椅伸开（如图2状态）。然后扶手升降驱动机构的伺服电机启动带动扶手升降架及其上的扶手向上运动一定高度，此高度由安装在踏板上的压力传感器决定，以达到为使用者减轻一定自身体自重的目的。在搀扶架逐渐升高同时踏板逐渐向搀扶架靠近的的过程中，本装置已将使用者搀扶起来了，并由扶手升降架的举升而为使用者减轻了一定的自重。此时，由本机器人的搓腿等其他装置为其做全面的搓澡，之后进行干身等工作。洗浴结束后，由扶手升降驱动机构的伺服电机反转使扶手下落一定高度，使用者即可轻松的走出洗浴机。最后，搀扶驱动机构和踏板驱动机构的相应伺服电机反转，使整个装置回到图1位置，动作结束，当然，对于站立行走困难的人体，也可以继续留在装置中由装置辅助完成坐下的动作。

当然在本发明的其他实施例中，搀扶架、踏板的导向机构也可以采用其他常规的直线移动导向副，如直线导轨、定向行走轮，两者的驱动机构也可以采用其他的常规的驱动机构，如皮带、链条、直线电机、齿轮齿条、气/液压缸等能够输出直线运动的机构，其中一些驱动机构也如丝螺母机构那样自带有一维以上的导向限位特殊功能，这时可以如上述实施例中的踏板行走轮的结构那样，简少导向机构的导向维度。

另外，本发明的其他实施例中，搀扶架体20上的扶手升降架22也可以设置独立的以及其他类型的导向机构的升降驱动机构，比如直接在搀扶架体20上固定竖向立柱装配扶手升降架而不再借助立柱5，至于其他类型的导向机构的升降驱动机构的变化与上述的列举的搀扶架、踏板的导向、驱动机构类似，均属于本领域技术人员能够实现的常规技术手段。当然，如果不考虑减重问题并为了降低成本，扶手升降架22及其驱动机构也完全可以省去，而将扶手直接连接在搀扶架体上即可。

另外，在本发明的其他实施例中，椅腿7也可以采用液压活塞杆调节或用螺纹配合的套管手动调节；而用于与人体肩宽适配的扶手与扶手升降架之间的调节螺栓和长孔构成的调节机构，也可以替换为常规的直线移动的调节机构对扶手之间的间距进行调节，比如丝杠螺母、液压活塞杆等。而由于大部分人的人体几何尺寸差异不大，为了降低成本或者是为专人量身定做，椅腿7也可以是固定长度，两扶手也可以是固定在扶手升降架上而不设置扶手间距调节机构。

另外，在本发明的其他实施例中，扶手也可以仅设置供人手扶或支撑人体腋窝的横向或纵向延伸的支撑杆，也可以时弯曲杆，使用者可根据需要用手或腋窝支撑住自己的身体。 

Claims (7)

1.一种可适应人体差异的自动辅助站立装置，其特征在于：包括机架、通过沿上下方向导向的搀扶架导向机构导向装配于机架上的用于搀扶人体上肢升降的搀扶架、通过沿水平方向导向的踏板导向机构导向装配于机架上的用于挪动人体下肢的踏板；机架上还设有驱动所述搀扶架沿上下方向移动的搀扶架驱动机构、驱动所述踏板在水平方向上靠近搀扶架移动或远离搀扶架移动的踏板驱动机构；所述搀扶架包括与所述搀扶架导向机构和搀扶架驱动机构配合的搀扶架体及设于搀扶架体上的用于人手扶和/或支撑人体腋窝的扶手；所述搀扶架体的下端铰接有供人坐的椅座，椅座的后端与搀扶架体铰接，椅座的前部铰接有沿竖直方向延伸的椅腿，椅腿的下端与踏板固定；所述扶手后端连接于搀扶架体上设置的用于在人体左右手方向上移动调节扶手的调节机构上，所述椅腿为沿上下方向长度可调的伸缩杆。

2.根据权利要求1所述的自动辅助站立装置，其特征在于：所述扶手均包括使用时支撑于人体腋窝的横撑和连接于横撑前部的供人手抓紧的手柄，手柄设于横撑的斜下方，横撑与手柄之间过渡连接有高于横撑的用于防止人体向前倾倒的限位凸部。

3.根据权利要求1或2所述的自动辅助站立装置，其特征在于：所述搀扶架体包括在其上沿上下方向导向移动设置的扶手升降架及其驱动扶手升降架上下移动的扶手升降驱动机构，所述调节机构是与扶手后端配合的对应开设于扶手升降架上的长孔及用于将扶手固定于长孔中的调节螺栓，所述长孔沿人体左右手方向导向。

4.根据权利要求3所述的自动辅助站立装置，其特征在于：所述踏板上装有称量人体重量及人体对踏板压力的压力传感器，根据压力传感器获得的信号由人工或通过信号输入端与压力传感器信号输出端连接的控制器对扶手升降驱动机构控制而驱动扶手升降架及其上的扶手向上运动一定高度而对人体施加向上的支撑力。 

5.根据权利要求1所述的自动辅助站立装置，其特征在于：所述搀扶架导向机构为固定于机架上的两根并列设置的立柱，搀扶架体上固定有滑动套装于立柱上的导套，搀扶架驱动机构为由电机带动的丝杠螺母机构，包括竖向延伸的竖丝杠和通过螺纹旋装在竖丝杠上的与搀扶架体固连的螺母；所述踏板驱动机构是由电机带动的丝杠螺母机构，包括水平延伸的平丝杠和通过螺纹旋装在平丝杠上的与踏板固连的螺母，踏板导向机构是由驱动踏板的丝杠螺母机构的水平导向副和踏板底部安装的转轴轴线与丝杠垂直的行走轮协同构成。

6.根据权利要求1所述的自动辅助站立装置，其特征在于：所述椅腿为可调节长度的电动推杆。 

7.根据权利要求1所述的自动辅助站立装置，其特征在于：所述自动辅助站立装置的顶部上方设置洗头装置，在自动辅助站立装置的侧面设置搓澡及喷淋装置。

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