CN103222916A

CN103222916A - 一种智能助残代步机

Info

Publication number: CN103222916A
Application number: CN2013101596722A
Authority: CN
Inventors: 邵忍平; 王伟; 邵博丽; 贾骋
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2013-07-31

Abstract

本发明公开了一种智能助残代步机，代步机结合智能机器人和代步车的特点，实现机动行走、自动抓取、腿部康复运动、智能控制与操作的多种功能。机械抓手和机械手臂系统进行上升下降、旋转、伸缩运动，实现对抓取物品的准确定位；靠背摆动机构采用连杆机构实现靠背的前后俯仰运动；腿部康复机构带动脚架做往复摆线运动，实现腿部康复运动的功能；驱动装置进行操控两个车轮及相应的两个驱动电机,实现向前或向后的直线运动，或在原地转向运动；控制机构对各部件装置进行操控，并根据需要实现不同机构的独立工作。代步机具有体积小、转动灵活能够在相对狭小的空间转动行走；特别适宜于老人和残疾人使用。

Description

一种智能助残代步机

技术领域

本发明属于机械结构设计与自动控制技术领域，具体地说，涉及一种智能助残代步机。

背景技术

现有的代步机分为手动式和机动式两大类，手动式代步机的缺点是没有动力源；机动式代步机尽管有动力源，但主要以机动行走为主，不能帮助老人和残疾人实现康复功能和帮助实现抓取功能等。相继问世的机器人护理床、智能轮椅以及各种服务机器人，积极推进了服务机器人产业化的进程。

发明专利200710034653.1中公开了一种助残电动车，包括车架、安装于车架上的四个车轮和动力系统、控制台、动力系统和控制台连接的气动控制系统，该助残电动车方便残疾人上下车和操纵。在专利200810059267.2中描述了一种助残车及其使用方法，其设有单片机、马达、车灯、数字指南针传感器、红外避障传感器；该助残车具有智能控制方向，自动躲避障碍物的功能。专利200710073776.6中介绍了一种便携式电动代步机，其脚踏板和转向立轴可以收起折叠在一起，具有体积小、携带方便的特点。

发明内容

为了避免现有技术的不足，本发明提出一种智能助残代步机，代步机结合智能机器人和代步车的特点，实现机动行走、自动抓取、腿部康复运动、智能控制与操作的多种功能，特别适宜于老人和残疾人使用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括车身、车轮,其中还包括机械抓手、机械手臂系统、腿部康复机构、靠背摆动机构、驱动装置，车身底部两侧固定安装车轮,前后有四个辅助小轮,驱动装置固定在车身底部的上面,腿部康复机构位于车身前部,靠背摆动机构安装在车身上后部,机械手臂系统与机械抓手固定安装在车身侧面,控制机构对机械抓手、机械手臂系统、腿部康复机构、靠背摆动机构、驱动装置进行操控，并根据需要实现不同机构的独立工作。

所述机械抓手包括丝杠、丝杠套、齿轮、手架、抓手手指，丝杠套与齿轮固连，丝杠与丝杠套连接,手架之间装有轴承；丝杠的一端穿过手架上的轴承与两连杆铰接，两连杆另一端分别与抓手手指铰接，抓手手指与手架通过螺栓固连。

所述机械手臂系统包括旋转电机、伸展电机、起重电机、竖向丝杠、齿条导轨、齿条、夹板、大臂基座、丝杠螺母、大齿轮、小齿轮、丝杠支架、旋转齿轮、旋转小齿轮、旋转支撑杆、联接键、丝杠底座；丝杠支架固定在车身侧面，竖向丝杠安装在丝杠底座上位于丝杠支架一侧，起重电机固定在丝杠支架端部，小齿轮与起重电机输出轴固连，大齿轮位于竖向丝杠端部与小齿轮啮合；大臂基座位于旋转支撑杆端部与丝杠螺母固连，丝杠螺母连接在竖向丝杠上，旋转电机固定在大臂基座上位于旋转支撑杆的一侧，旋转支撑杆另一端通过联接键与齿条导轨连接，旋转齿轮固定在旋转支撑杆的端部，旋转齿轮与旋转电机输出轴上的旋转小齿轮啮合；伸展电机固定在齿条导轨的夹板上，齿条位于齿条导轨的下方与机械抓手固连。

所述腿部康复机构包括脚架、踏板、连接杆、圆盘、转轴、销轴，电动机位于车身内通过转轴与圆盘固连，连接杆一端与圆盘通过销轴铰接，另一端与脚架铰接，脚架的一端铰接在车身上，另一端安装踏板；圆盘、连接杆、脚架、车身形成曲柄摇杆机构，带动脚架做往复摆线运动。

所述靠背摆动机构由靠背电机、靠背小齿轮、靠背大齿轮、靠背支杆、靠背、支撑架、靠背丝杠、连杆、支撑杆组成，靠背电机固定在车身下部，电机输出轴与靠背小齿轮固连；靠背丝杠固定安装在支撑架上，靠背大齿轮固连在靠背丝杠上与靠背电机输出轴固连的靠背小齿轮啮合；支撑杆一端铰接在车身上；连杆一端与安装在靠背丝杠上的螺母固连，靠背支杆一端与支撑杆另一端、连杆另一端通过铰销连接，靠背支杆另一端与靠背铰接；靠背与座板通过固定杆连接，且绕固定杆转动。

所述驱动装置包括驱动电机、联轴器、股轴、蜗杆、蜗轮、蜗轮轴、蜗轮箱、驱动大齿轮、驱动小齿轮，驱动电机位于车身内，联轴器一端与驱动电机输出轴固连，另一端与蜗杆连接；蜗轮箱固定在车身中间部位，蜗轮与蜗轮轴固连，蜗杆与蜗轮配合通过滚珠轴承安装在蜗轮箱内；蜗轮轴另一端与驱动小齿轮固连，驱动小齿轮与安装在股轴一端的驱动大齿轮啮合，股轴另一端与车轮固定连接。

有益效果

本发明智能助残代步机，其结合智能机器人和代步车的特点，实现机动行走、自动抓取、腿部康复运动、智能控制与操作的多种功能。机械抓手和机械手臂系统进行上升下降、旋转、伸缩运动，实现对抓取物品时的准确定位；靠背摆动机构采用连杆机构实现靠背的前后俯仰运动；腿部康复机构带动脚架做往复的摆线运动，实现腿部康复运动的功能；驱动装置进行操控两个车轮及相应的两个驱动电机，当两个电机以相同的转速、相同的方向转动时，车身做向前或者向后的直线运动，当两个电机以相同的转速、相反的方向转动时，车身在原地转向，减少了代步机在转动时所需要的空间；控制机构对机械抓手、机械手臂系统、腿部康复机构、靠背摆动机构、驱动装置进行操控，并根据需要实现不同机构的独立工作。代步机具有体积小、转动灵活，能够在相对狭小的的空间行走转动。特别适宜于老人和残疾人使用。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种智能助残代步机作进一步详细说明。

图1为本发明智能助残代步机示意图。

图2为本发明的机械抓手示意图。

图3为本发明的机械手臂系统示意图。

图4为本发明的腿部康复机构示意图。

图5为本发明的靠背摆动机构示意图。

图6为本发明的驱动装置示意图。

图中:

1.丝杠套 2.齿轮 3.轴承 4.丝杠 5.连接轴 6.连杆 7.铰销 8.螺栓9.抓手手指 10.手架 11.大齿轮 12.小齿轮 13.起重电机 14.丝杠支架15.旋转齿轮 16.旋转小齿轮 17.大臂基座 18.丝杠螺母 19.旋转电机20.竖向丝杠 21.旋转支撑杆 22.丝杠底座 23.连接键 24.齿条导轨 25.齿条26.夹板 27.轴承 28.伸展电机 29.圆盘 30.转轴 31.销轴 32.连接杆 33.车身34.轴销 35.脚架 36.踏板 37.铰销 38.靠背电机 39.靠背小齿轮 40.靠背大齿轮41.靠背丝杠 42.靠背支杆 43.靠背 44.座板 45.固定杆 46.铰销 47.连杆 48.圆销49.支撑架 50.固定螺栓 51.螺母 52.支撑杆 53.驱动电机 54.联轴器 55.滾珠轴承56.螺孔 57.蜗轮箱 58.驱动小齿轮 59.驱动大齿轮 60.股轴 61.车轮 62.蜗轮轴63.蜗杆 64.蜗轮

具体实施方式

本实施例是一种智能助残代步机。

图1为本发明智能助残代步机示意图，由车身、车轮和机械抓手、机械手臂系统、腿部康复机构、靠背摆动机构、驱动装置组成，车身底部两侧固定安装车轮,车身底部前后有四个辅助小轮；驱动装置固定在车身底部的上面,腿部康复机构位于车身前部,靠背摆动机构安装在车身上后部,机械手臂系统与机械抓手固定安装在车身侧面；控制机构对机械抓手、机械手臂系统、腿部康复机构、靠背摆动机构、驱动装置进行操控，并根据需要实现不同机构的独立工作。

如图2所示，智能助残代步机的机械抓手为可转型连杆式手部结构。丝杠套1与齿轮2固定连接，手架10之间安装有轴承3。丝杠4的一端与两根连杆6铰接，两连杆6分别与抓手手指9铰接，抓手手指9靠近末端的部分通过螺栓8与手架10相连接。当丝杠4运动时，迫使铰销7连同连杆6向外运动。由于螺栓8的固定作用，抓手手指9向内夹紧，实现夹紧和松开物品的功能。

参阅图3、图4，智能助残代步机机械手臂系统具有3个自由度，即为小臂的伸展、大臂的升降和大臂的回转。其中小臂的伸展，采用齿轮齿条实现其自由度，由小型电机驱动运动；大臂的旋转由底部的齿轮机构驱动，伺服电机控制，大臂的升降采用传动丝杠机构。起重电机13通过螺栓固定在丝杠支架14的端部，小齿轮12与起重电机13输出轴固定连接。大齿轮11固定安装在竖向丝杠20的端部与小齿轮12啮合传动，大齿轮11带动竖向丝杠20做旋转运动。旋转支撑杆21一端与大臂基座17固连，旋转支撑杆21另一端通过联接键23与小臂的齿条导轨24连接；大臂基座17与丝杠螺母18连接为一体，旋转电机19位于旋转支撑杆21侧面固定在大臂基座17上。旋转齿轮15固定在旋转支撑杆21的端部与旋转电机19上的旋转小齿轮16啮合传动，实现旋转臂动力的输入。伸展电机28固连在小臂的夹板26上，夹板26与齿条导轨24通过螺栓固定；伸展电机28带动与其连接的齿轮转动，进而带动与手架10固连的齿条25沿小臂上的齿条导轨24做伸缩运动。机械手臂系统进行上升下降、旋转、伸缩运动，实现对抓取物品时的准确定位。

腿部康复机构安装在车身33的侧面，端部连接脚架35，实现踏板36绕转轴转动。电动机固定安装在车身33内，通过转轴30与圆盘29固定连接；连接杆32一端与圆盘29通过销轴31铰接，连接杆32另一端与脚架35通过铰销37连接，脚架35的一端铰接在车身33上，脚架35的另一端与踏板36固定连接。当圆盘29转动时，圆盘29、连接杆32、脚架35、车身33形成一个曲柄摇杆机构，带动脚架35做往复摆线运动，实现腿部康复运动的功能。

参见图5，靠背电机38固定安装在车身33下部，靠背小齿轮39与靠背电机38输出轴固连；两个支撑架49通过固定螺栓50安装在车身33下部，靠背丝杠41固定安装在支撑架49上，靠背大齿轮40固连在靠背丝杠41上与靠背电机38输出轴固连的靠背小齿轮39啮合传动；支撑杆52一端铰接在车身33上；连杆47一端与安装在靠背丝杠41上的螺母51固连，靠背支杆42一端与支撑杆52另一端、连杆47另一端通过铰销46连接，靠背支杆42另一端与靠背43铰接；靠背43与固定在车身上的座板44通过固定杆45连接转动。当靠背丝杠41正向转动时，由于连杆47的限制作用，螺母51沿靠背丝杠41作直线运动。连杆47绕着铰销46顺时针旋转，靠背支杆42受拉绕着铰销46顺时针转动，使得靠背43向后能够升起和放下。

如图6所示，驱动电机53位于车身33内，联轴器54一端与驱动电机53输出轴固连，联轴器54另一端与蜗杆63连接；蜗轮箱57固定安装在车身33中间部位，蜗轮64与蜗轮轴62固连，蜗杆63与蜗轮64配合通过滚珠轴承55固定安装在蜗轮箱57内，蜗轮轴62另一端与驱动小齿轮58固定连接；驱动小齿轮58与股轴60一端安装的驱动大齿轮59啮合，股轴60另一端与车轮61固定连接。两个车轮及两个驱动电机对称安装；当两个驱动电机以相同的转速、相同的方向转动时，车身做向前或向后的直线运动。当两个电机以相同的转速、相反的方向转动时，车身即在原地转向，减小了代步机在转动时所需要的空间。

本实施例智能助残代步机的主要技术性能参数:额定载重量为150Kg，机械手抓紧力为5Kg，最大转弯半径为1m；机身高度为1.183m、宽为0.8m、长1.135m。代步机采用合金钢管制作，车身为塑料材质成型，扶手表层由皮革包裹，靠背垫和座垫采用市场销售的产品。机械抓手长0.3m，伸缩手臂全长1.2m，升降手臂全长0.5m。靠背的初始位置与座板夹角105度，最大摆角为75度。车轮直径为25cm，电机功率为0.75KW,代步机行走速度为15m/min，同时具有转弯半径的要求。代步机行走轮采用直流电机驱动,由于行走轮的速度较慢，从电机到行走轮的减速比较大,采用蜗轮蜗杆减速器传动，传动比较大且结构较小，适合智能代步机的要求。

Claims

1.一种智能助残代步机，包括车身、车轮,其特征在于:还包括机械抓手、机械手臂系统、腿部康复机构、靠背摆动机构、驱动装置，车身底部两侧固定安装车轮,前后有四个辅助小轮,驱动装置固定在车身底部的上面,腿部康复机构位于车身前部,靠背摆动机构安装在车身上后部,机械手臂系统与机械抓手固定安装在车身侧面,控制机构对机械抓手、机械手臂系统、腿部康复机构、靠背摆动机构、驱动装置进行操控，并根据需要实现不同机构的独立工作。

2.根据权利要求1所述的智能助残代步机，其特征在于:所述机械抓手包括丝杠、丝杠套、齿轮、手架、抓手手指，丝杠套与齿轮固连，丝杠与丝杠套连接,手架之间装有轴承；丝杠的一端穿过手架上的轴承与两连杆铰接，两连杆另一端分别与抓手手指铰接，抓手手指与手架通过螺栓固连。

3.根据权利要求1所述的智能助残代步机，其特征在于:所述机械手臂系统包括旋转电机、伸展电机、起重电机、竖向丝杠、齿条导轨、齿条、夹板、大臂基座、丝杠螺母、大齿轮、小齿轮、丝杠支架、旋转齿轮、旋转小齿轮、旋转支撑杆、联接键、丝杠底座；丝杠支架固定在车身侧面，竖向丝杠安装在丝杠底座上位于丝杠支架一侧，起重电机固定在丝杠支架端部，小齿轮与起重电机输出轴固连，大齿轮位于竖向丝杠端部与小齿轮啮合；大臂基座位于旋转支撑杆端部与丝杠螺母固连，丝杠螺母连接在竖向丝杠上，旋转电机固定在大臂基座上位于旋转支撑杆的一侧，旋转支撑杆另一端通过联接键与齿条导轨连接，旋转齿轮固定在旋转支撑杆的端部，旋转齿轮与旋转电机输出轴上的旋转小齿轮啮合；伸展电机固定在齿条导轨的夹板上，齿条位于齿条导轨的下方与机械抓手固连。

4.根据权利要求1所述的智能助残代步机，其特征在于:所述腿部康复机构包括脚架、踏板、连接杆、圆盘、转轴、销轴，电动机位于车身内通过转轴与圆盘固连，连接杆一端与圆盘通过销轴铰接，另一端与脚架铰接，脚架的一端铰接在车身上，另一端安装踏板；圆盘、连接杆、脚架、车身形成曲柄摇杆机构，带动脚架做往复摆线运动。

5.根据权利要求1所述的智能助残代步机，其特征在于:所述靠背摆动机构由靠背电机、靠背小齿轮、靠背大齿轮、靠背支杆、靠背、支撑架、靠背丝杠、连杆、支撑杆组成，靠背电机固定在车身下部，电机输出轴与靠背小齿轮固连；靠背丝杠固定安装在支撑架上，靠背大齿轮固连在靠背丝杠上与靠背电机输出轴固连的靠背小齿轮啮合；支撑杆一端铰接在车身上；连杆一端与安装在靠背丝杠上的螺母固连，靠背支杆一端与支撑杆另一端、连杆另一端通过铰销连接，靠背支杆另一端与靠背铰接；靠背与座板通过固定杆连接，且绕固定杆转动。

6.根据权利要求1所述的智能助残代步机，其特征在于:所述驱动装置包括驱动电机、联轴器、股轴、蜗杆、蜗轮、蜗轮轴、蜗轮箱、驱动大齿轮、驱动小齿轮，驱动电机位于车身内，联轴器一端与驱动电机输出轴固连，另一端与蜗杆连接；蜗轮箱固定在车身中间部位，蜗轮与蜗轮轴固连，蜗杆与蜗轮配合通过滚珠轴承安装在蜗轮箱内；蜗轮轴另一端与驱动小齿轮固连，驱动小齿轮与安装在股轴一端的驱动大齿轮啮合，股轴另一端与车轮固定连接。