CN107831027A - 双臂抱人机器人实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及双臂抱人机器人实验平台，该平台包括水平支撑架、台阶、梯子、左支撑架和右支撑架，左支撑架和右支撑架呈左右对称设置在水平支撑架上，左支撑架和右支撑架的结构相同，在位于左支撑架和右支撑架中间的水平支撑架上固定安装梯子，在水平支撑架的外侧设置用于方便使用者登上水平支撑架的台阶；在水平支撑架的上表面边缘设置水平T型导轨，左支撑架通过水平T型导轨与水平支撑架连接，左支撑架的下部通过水平法兰与水平螺纹丝杠连接，水平螺纹丝杠通过联轴器与第二伺服电机连接。该实验平台结构简单，能模拟机器人抱人时的各种姿势，用于测量模拟双臂护理机器人抱人时人的舒适度，找出人最舒服的姿势。
Description
技术领域
本发明属于护理机器人技术领域，具体涉及一种双臂抱人机器人实验平台。
背景技术
众所周知，中国已经步入了老龄化社会。据权威机构报告，中国60岁以上的老年人已经突破2亿，重失能人群已达940万，部分失能患者1894万人；长期卧床、生活不能自理的约有2700万人；82万老年痴呆患者中约有24万人长期卧床。触目惊心的数字背后是多少失能老人的护理问题，老年人医疗护理成为了社会关注的焦点问题。
护工在护理失能老人时做不到尽心尽责，甚至护工虐待老人的事件也屡见不鲜。另外，请护工的成本比较高昂，普通的家庭是难以承受这样的经济压力。而子女辞职在家照顾老人会影响他们的正常工作，增加生活压力。同时，对于失能老人来说，传统人工护理会存在许多尴尬之处，给老人造成心理负担，有些老人甚至比较排斥。
双臂护理机器人是未来的趋势，它可以满足失能老人的大部分需求。在日本等发达国家早就开始了双臂护理机器人的研究并做出了相应的样机，例如RI-MAN等。日本做的实验平台(Mukai T,Hirano S,Nakashima H,et al.Development ofa nursing-careassistant robot RIBA that can lift a human in its arms[C]//Ieee/rsjInternational Conference on Intelligent Robots and Systems.IEEE,2010:5996-6001.)，采用悬臂梁结构，左右两臂各绕着一个支点旋转，来模拟机器人抱人的情况。这种结构虽然最大程度上还原了人抱人的情况，但是由于悬臂梁结构存在形变误差，而且左右臂各绕着一个支点旋转，这种结构也不能测试所有姿势。
目前国内部分高校也在着手研究双臂护理机器人，然而双臂护理机器人用什么姿势抱人，人最舒服的研究却是一片空白，更缺少相应的实验平台来研究。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提出一种双臂抱人机器人实验平台。该实验平台结构简单，包括左右两个支撑架，左右支撑架上下左右移动，能模拟机器人抱人时的各种姿势，用于测量模拟双臂护理机器人抱人时人的舒适度，找出人最舒服的姿势。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种双臂抱人机器人实验平台，其特征在于该平台包括水平支撑架、台阶、梯子、左支撑架和右支撑架，左支撑架和右支撑架呈左右对称设置在水平支撑架上，左支撑架和右支撑架的结构相同，在位于左支撑架和右支撑架中间的水平支撑架上固定安装梯子，在水平支撑架的外侧设置用于方便使用者登上水平支撑架的台阶；在水平支撑架的上表面边缘设置水平T型导轨，左支撑架通过水平T型导轨与水平支撑架连接，左支撑架的下部通过水平法兰与水平螺纹丝杠连接，水平螺纹丝杠通过联轴器与第二伺服电机连接；
左支撑架的下部中心设置有L型支撑板，第一伺服电机通过L型支撑板与左支撑架连接，第一伺服电机通过联轴器与竖直螺纹丝杠连接；在竖直螺纹丝杠上安装有竖直法兰，竖直法兰的内侧连接左支撑板的中部；左支撑板的两端均连接有左支撑柱；两个左支撑柱分别通过相应的直线轴承垂直安装在左支撑架的前后外侧面的竖直T型导轨上；在左支撑板和左支撑柱接触的位置设置有压力传感器；两个左支撑柱的上端连接有左臂。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明实验平台结构简单，包括左右两个支撑架，左右支撑架上安装左右臂，在左右臂上包裹弹性材料。左右两个支撑架来模拟双臂护理机器人的左臂和右臂。通过左右两个支撑架上下左右移动来模拟双臂护理机器人抱人时的不同姿势。对不同身高，不同体重的人做实验，通过设备上的压力传感器和贴在受试者身上的肌电信号传感器得到的数据，再结合受试者的主观感受，来判断对受试者来说什么姿势最舒服。这些实验数据有助于进一步优化双臂护理机器人，使该双臂护理机器人看到不同体型的失能老人时，可以立马判断出用什么姿势抱他，他最舒服。
本发明结构采用简支梁，最小程度减少了材料的形变误差。而且采用四自由度伺服(四个伺服电机)控制，可以使左右臂到达空间的任何一位置，从而模拟人抱人过程中所有的姿势。
附图说明
图1为本发明双臂抱人机器人实验平台的立体结构示意图；
图2为本发明双臂抱人机器人实验平台的左支撑架的右视结构示意图；
图中：1、第二伺服电机；2、梯子；3、左臂；4、左支撑柱；5、直线轴承；6、左支撑架；7、竖直螺纹丝杠；8、竖直法兰；9、左支撑板；10、压力传感器；11、L型支撑板；12、第一伺服电机；13、水平T型导轨；14、水平螺纹丝杠；15、台阶；16、水平支撑架；17、竖直T型导轨；18、水平法兰。
具体实施方式
下面将结合实施例及附图对本发明的技术方案进行，清楚、完整地描述，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。
本发明双臂抱人机器人实验平台(简称实验平台，参见图1)包括水平支撑架16、台阶15、梯子2、左支撑架6和右支撑架，左支撑架6和右支撑架呈左右对称设置在水平支撑架16上，左支撑架6和右支撑架的结构相同，在位于左支撑架6和右支撑架中间的水平支撑架上固定安装梯子2，在水平支撑架的外侧设置台阶15，台阶15用于方便使用者登上水平支撑架16；在水平支撑架16的上表面边缘设置水平T型导轨13，左支撑架6通过水平T型导轨13与水平支撑架16连接，左支撑架6的下部通过水平法兰18与水平螺纹丝杠14连接，水平螺纹丝杠通过联轴器与第二伺服电机1连接，第二伺服电机1带动左支撑架6在水平T型导轨13上左右移动；水平支撑架里设有控制柜用来控制相应电机；
左支撑架6的下部中心设置有L型支撑板11，第一伺服电机12通过L型支撑板11与左支撑架6连接，第一伺服电机12通过联轴器与竖直螺纹丝杠7连接；在竖直螺纹丝杠7上安装有竖直法兰8，竖直法兰8的内侧连接左支撑板9的中部；左支撑板的两端均连接有左支撑柱4；两个左支撑柱4分别通过相应的直线轴承5垂直安装在左支撑架6的前后外侧面的竖直T型导轨17上，第一伺服电机12带动支撑柱在竖直T型导轨上上下移动；在左支撑板9和左支撑柱4接触的位置设置有压力传感器10，压力传感器就能更精准的反应人受力的情况；两个左支撑柱4的上端连接有左臂3，这样就实现了左臂的上下移动。右支撑架的结构与左支撑架6结构相同就不再赘述。这样就实现了左右两臂上下左右移动，来模拟双臂护理机器人抱人时的不同姿势。
本发明的进一步特征在于所述左臂上包裹有弹性材料，提高抱人时的舒适度。
本发明在使用过程是：受试者身上贴上肌电信号传感器，然后踩着台阶15、梯子2登上实验平台，受试者的膝盖窝搭在右臂上，后背贴在左臂3上。通过调节四个伺服电机(左、右支撑架上各两个伺服电机)，来控制左、右臂上下左右移动，从而来模拟双臂护理机器人抱人时的不同姿势。通过实验平台上的压力传感器和贴在受试者身上的肌电信号传感器得到的数据，再结合受试者的主观感受，来判断对受试者来说什么姿势最舒服，最终能得到受试者最舒服的抱姿时双抱臂机器人各部件所处的状态。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (2)
1.一种双臂抱人机器人实验平台，其特征在于该平台包括水平支撑架、台阶、梯子、左支撑架和右支撑架，左支撑架和右支撑架呈左右对称设置在水平支撑架上，左支撑架和右支撑架的结构相同，在位于左支撑架和右支撑架中间的水平支撑架上固定安装梯子，在水平支撑架的外侧设置用于方便使用者登上水平支撑架的台阶；在水平支撑架的上表面边缘设置水平T型导轨，左支撑架通过水平T型导轨与水平支撑架连接，左支撑架的下部通过水平法兰与水平螺纹丝杠连接，水平螺纹丝杠通过联轴器与第二伺服电机连接；
左支撑架的下部中心设置有L型支撑板，第一伺服电机通过L型支撑板与左支撑架连接，第一伺服电机通过联轴器与竖直螺纹丝杠连接；在竖直螺纹丝杠上安装有竖直法兰，竖直法兰的内侧连接左支撑板的中部；左支撑板的两端均连接有左支撑柱；两个左支撑柱分别通过相应的直线轴承垂直安装在左支撑架的前后外侧面的竖直T型导轨上；在左支撑板和左支撑柱接触的位置设置有压力传感器；两个左支撑柱的上端连接有左臂。
2.根据权利要求1所述的双臂抱人机器人实验平台，其特征在于所述左臂上包裹有弹性材料。
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