CN109434845A - 一种家庭智能陪护系统及其使用方法 - Google Patents

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廖晓玲
徐文峰
徐紫宸
王光昊
周张浪
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/008—Manipulators for service tasks
    • B25J11/009—Nursing, e.g. carrying sick persons, pushing wheelchairs, distributing drugs

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Abstract

本发明涉及人工智能电子技术领域，具体地公开了一种家庭智能陪护系统，包括行走机构，由行走机构支撑的底盘，底盘通过旋转机构支撑机械臂，所述旋转机构包括旋转电机、支板、旋转轴、支撑板，所述旋转电机通过旋转轴带动支撑板旋转，所述支撑板上端固定连接一半圆连接盘，所述机械臂与半圆连接盘铰接，所述机械臂包括臂部和与臂部连接的手部，所述手部为一对相互对称铰接的机械爪，两个机械爪的一端均设有压力传感器，其另一端均连接一钢丝绳，钢丝绳绕于一转轴上。本发明通过蓝牙通信模块来实现远程控制，操作简单便捷；智能机械臂帮助行动不便或瘫痪病人抓取物品，并配备篮子可装日常基本药品。

Description

一种家庭智能陪护系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及人工智能电子技术领域，特别是涉及一种家庭智能陪护系统及其使用方法。
背景技术
在老龄人群中有大量脑卒中患者，脑卒中特指由于急性脑血管循环障碍引起的持续性大脑半球或脑干局部性神经功能缺损[1]。这类患者多数伴有偏瘫症状，约70％的患者存在不同程度的运动功能障碍。目前，我国中风发病率较高，而中风患者中致残率约1/3。另一方面，随着社会及城市建设的发展，交通事故、斗殴及建筑工地事故等导致的脑外伤日趋增多，成为肢体瘫痪的另一常见原因。同时据报告显示，2020年我国老龄化水平将达到17.17％，80岁以上老年人口将达到3076万，占老年人口的12.37％，痴呆症患者对医疗保健以及养老需求将不断增加，因此加强对痴呆症患者的照护迫在眉睫。
家用机器人是机器人的一种应用类型，根据用途和功能的不同可主要分为家政服务机器人、助老助残机器人和教育娱乐机器人。目前，中国已经成为世界上老年人口最多的国家，也是人口老龄化发展速度最快的国家之一。此外由于自然灾害、突发事故等原因还有数以百万计的残疾人。因此需要一种家庭智能陪护系统，这对于提高老年人和残疾人的生活质量，缓解社会压力具有重要作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种家庭智能陪护系统及其使用方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种家庭智能陪护系统，包括行走机构，由行走机构支撑的底盘，底盘通过旋转机构支撑机械臂，所述旋转机构包括旋转电机、支板、旋转轴、支撑板，所述旋转电机通过旋转轴带动支撑板旋转，所述支撑板上端固定连接一半圆连接盘，所述机械臂与半圆连接盘铰接，所述机械臂包括臂部和与臂部连接的手部，所述手部为一对相互对称铰接的机械爪，两个机械爪的一端均设有压力传感器，其另一端均连接一钢丝绳，钢丝绳绕于一转轴上，两个机械爪通过弹簧连接在一起且当弹簧张力为0时，两个机械爪处于张开状态，所述转轴同轴连接传动轴，所述传动轴同轴连接臂部电机的输出轴，所述臂部电机固定于所述臂部上，所述臂部与所述半圆连接盘定点铰接，所述底盘上设置有控制部件；所述控制部件包括固定于底盘上的控制室，所述控制室内设置有中央控制器和第一蓝牙模块，所述中央控制器与所述臂部电机、压力传感器、旋转电机线路连接，所述中央控制器通过第一蓝牙模块和设有第二蓝牙模块的远程遥控器进行信息交互，所述远程遥控器用于发出控制臂部电机开闭及正反转的信号和旋转电机开闭的信号。
优选地，所述臂部由一升降台支撑，所述升降台固定于所述支板上。
优选地，所述行走机构包括车轮以及转向机构，所述车轮包括前轴左右两侧同轴连接的一前轮和后轴左右两侧同轴连接的一后轮，所述后轴通过驱动桥连接驱动轴，所述驱动轴上设置有万向节，所述驱动轴通过离合器连接驱动电机，所述驱动电机线路连接中央控制器，所述转向机构包括转向电机，所述转向电机通过转向传动机构带动前轮转向，所述驱动电机、转向电机均与所述中央控制器线路连接。
优选地，所述转向传动机构包括壳体、转向轴、转向齿轮、转向齿条、转向节、左转向横拉杆、拉杆支架、右转向横拉杆，所述右转向横拉杆安装于所述拉杆支架上，所述左转向横拉杆安装于所述拉杆支架上，所述拉杆支架设置于所述壳体外侧，所述转向轴一端与转向齿轮同轴连接，另一端连接转向电机，所述转向齿轮与转向齿条啮合且设置于所述壳体内，所述左转向横拉杆和右转向横拉杆均与所述转向齿条连接跟随所述转向齿条运动，所述左转向横拉杆通过转向节连接左前轮，所述右转向横拉杆通过转向节连接右前轮。
优选地，所述底盘上设有用于接收物品的置物框。
本发明的目的之二在于提供一种如上所述的家庭智能陪护系统的使用方法，包括以下步骤:
1)设定机械爪的初始压力值，压力值范围为0～180N；
2)由远程控制器控制行走机构行走到取物位置；
3)远程控制器通过蓝牙传输发出信号控制旋转机构调整机械臂方位；
4)远程控制器通过蓝牙传输发出信号控制机械爪收缩抓取待取物，若机械爪压力超过180N时则自动停止收缩；
5)由远程控制器控制行走机构行走到放物位置后控制机械爪放下待取物。
优选地，所述步骤2)中，当远程控制器发出前进信号时，中央控制器控制驱动电机正转；当远程控制器发出后退信号时，中央控制器控制驱动电机反转；当远程控制器发出左转信号时，中央控制器控制转向电机正转，当远程控制器发出前进信号时，中央控制器控制转向电机反转。
优选地，所述步骤3)中，远程控制器发出旋转信号时，中央控制器控制旋转电机得电带动旋转机构旋转；远程控制器发出夹取信号时，中央控制器控制臂部电机正转；远程控制器发出夹松开信号时，中央控制器控制臂部电机停止工作。
有益效果在于：本发明通过蓝牙通信模块来实现远程控制，操作简单便捷；智能机械臂帮助行动不便或瘫痪病人抓取物品，并配备篮子可装日常基本药品；其可以配置摄像头，可供工作家人实时监控病人情况；还能设置智能提醒服药功能，保障病人按时按量服药。本发明可替代部分人工护理，节省精力降低成本，同时为患者带来便利；实验结果表明，该移动机器人控制系统灵活、成本低、不依赖网络，适用性广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的系统结构图；
图2为本发明的机械爪传动原理图；
图3为本发明的行走机构示意图；
图4为本发明的转向机构示意图；
图中，1为行走机构，2为底盘，3为旋转机构，4为机械臂，5为旋转电机，6为支板，7为旋转轴，8为支撑板，9为半圆连接盘，10为臂部，11为弹簧，12为机械爪，13为钢丝绳，14为转轴，15为传动轴，16为臂部电机，17为控制室，18为升降台，19为前轮，20为后轮，21为前轴，22为后轴，23为，24为壳体，25为、转向轴，26为转向齿轮，27为转向齿条，28为转向节，29为左转向横拉杆，30为拉杆支架，31为右转向横拉杆，32为离合器，33为驱动电机，34为驱动轴，35为万向节。
具体实施方式
现在结合说明书附图对本发明做进一步的说明。
一种家庭智能陪护系统，如图1所示的，包括行走机构1，由行走机构1支撑的底盘2，底盘2通过旋转机构3支撑机械臂4，所述旋转机构3包括旋转电机5、支板6、旋转轴7、支撑板8，所述旋转电机5通过旋转轴7带动支撑板8旋转，所述支撑板8上端固定连接一半圆连接盘9，所述机械臂4与半圆连接盘9铰接，所述机械臂4包括臂部10和与臂部10连接的手部，所述手部为一对相互对称铰接的机械爪12，如图2所示，两个机械爪12的一端均设有压力传感器，其另一端均连接一钢丝绳13，钢丝绳13绕于一转轴14上，所述转轴14同轴连接传动轴15，所述传动轴15同轴连接臂部电机16的输出轴，两个机械爪12通过弹簧11连接在一起且当弹簧11张力为0时，两个机械爪12处于张开状态(图2所示的状态，不能够将物拾取的状态)，所述臂部电机16固定于所述臂部10上，所述臂部10与所述半圆连接盘9定点铰接，所述底盘2上设置有控制部件；所述控制部件包括固定于底盘上的控制室17，所述控制室17内设置有中央控制器和第一蓝牙模块，所述中央控制器与所述臂部电机、压力传感器、旋转电机线路连接，所述中央控制器通过第一蓝牙模块和设有第二蓝牙模块的远程遥控器进行信息交互，所述远程遥控器用于发出控制臂部电机开闭及正反转的信号和旋转电机开闭的信号。
优选地，如图1所示，所述臂部10由一升降台18支撑，所述升降台18固定于所述支板6上，升降平台为电控的升降平台，
优选地，如图3所示，所述行走机构包括车轮以及转向机构，所述车轮包括前轴21左右两侧同轴连接的一前轮19和后轴左右两侧同轴22连接的一后轮20，所述后轴22通过驱动桥23连接驱动轴34，所述驱动轴34上设置有万向节35，所述驱动轴34通过离合器32连接驱动电机33，所述驱动电机33线路连接中央控制器，所述转向机构包括转向电机，所述转向电机通过转向传动机构带动前轮转向，所述驱动电机、转向电机均与所述中央控制器线路连接。
优选地，如图4所示，转向传动机构包括壳体24、转向轴25、转向齿轮26、转向齿条27、转向节28、左转向横拉杆29、拉杆支架30、右转向横拉杆31，所述右转向横拉杆31安装于所述拉杆支架30上，所述左转向横拉杆29安装于所述拉杆支架30上，所述拉杆支架30设置于所述壳体24外侧，所述转向轴25一端与转向齿轮26同轴连接，另一端连接转向电机，所述转向齿轮26与转向齿条啮合且设置于所述壳体内，所述左转向横拉杆和右转向横拉杆均与所述转向齿条27连接跟随所述转向齿条27运动，所述左转向横拉杆29通过转向节28连接左前轮，所述右转向横拉杆31通过转向节28连接右前轮。
优选地，所述底盘2上设有用于接收物品的置物框便于物品的取放。
一种如上所述的家庭智能陪护系统的使用方法，包括以下步骤:
1)设定机械爪的初始压力值，压力值范围为0～180N；
2)由远程控制器控制行走机构行走到取物位置；
3)远程控制器通过蓝牙传输发出信号控制旋转机构调整机械臂方位；
4)远程控制器通过蓝牙传输发出信号控制机械爪收缩抓取待取物，若机械爪压力超过180N时则自动停止收缩；
5)由远程控制器控制行走机构行走到放物位置后控制机械爪放下待取物。
优选地，所述步骤2)中，当远程控制器发出前进信号时，中央控制器控制驱动电机正转；当远程控制器发出后退信号时，中央控制器控制驱动电机反转；当远程控制器发出左转信号时，中央控制器控制转向电机正转，当远程控制器发出前进信号时，中央控制器控制转向电机反转。
优选地，所述步骤3)中，远程控制器发出旋转信号时，中央控制器控制旋转电机得电带动旋转机构旋转；远程控制器发出夹取信号时，中央控制器控制臂部电机正转；远程控制器发出夹松开信号时，中央控制器控制臂部电机停止工作。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种家庭智能陪护系统，其特征在于：包括行走机构，由行走机构支撑的底盘，底盘通过旋转机构支撑机械臂，所述旋转机构包括旋转电机、支板、旋转轴、支撑板，所述旋转电机通过旋转轴带动支撑板旋转，所述支撑板上端固定连接一半圆连接盘，所述机械臂与半圆连接盘铰接，所述机械臂包括臂部和与臂部连接的手部，所述手部为一对相互对称铰接的机械爪，两个机械爪的一端均设有压力传感器，其另一端均连接一钢丝绳，钢丝绳绕于一转轴上，两个机械爪通过弹簧连接在一起且当弹簧张力为0时，两个机械爪处于张开状态，所述转轴同轴连接传动轴，所述传动轴同轴连接臂部电机的输出轴，所述臂部电机固定于所述臂部上，所述臂部与所述半圆连接盘定点铰接，所述底盘上设置有控制部件；所述控制部件包括固定于底盘上的控制室，所述控制室内设置有中央控制器和第一蓝牙模块，所述中央控制器与所述臂部电机、压力传感器、旋转电机线路连接，所述中央控制器通过第一蓝牙模块和设有第二蓝牙模块的远程遥控器进行信息交互，所述远程遥控器用于发出控制臂部电机开闭及正反转的信号和旋转电机开闭的信号。
2.根据权利要求1所述的一种家庭智能陪护系统，其特征在于：所述臂部由一升降台支撑，所述升降台固定于所述支板上。
3.根据权利要求1所述的一种家庭智能陪护系统，其特征在于：所述行走机构包括车轮以及转向机构，所述车轮包括前轴左右两侧同轴连接的一前轮和后轴左右两侧同轴连接的一后轮，所述后轴通过驱动桥连接驱动轴，所述驱动轴上设置有万向节，所述驱动轴通过离合器连接驱动电机，所述驱动电机线路连接中央控制器，所述转向机构包括转向电机，所述转向电机通过转向传动机构带动前轮转向，所述驱动电机、转向电机均与所述中央控制器线路连接。
4.根据权利要求3所述的一种家庭智能陪护系统，其特征在于：所述转向传动机构包括壳体、转向轴、转向齿轮、转向齿条、转向节、左转向横拉杆、拉杆支架、右转向横拉杆，所述右转向横拉杆安装于所述拉杆支架上，所述左转向横拉杆安装于所述拉杆支架上，所述拉杆支架设置于所述壳体外侧，所述转向轴一端与转向齿轮同轴连接，另一端连接转向电机，所述转向齿轮与转向齿条啮合且设置于所述壳体内，所述左转向横拉杆和右转向横拉杆均与所述转向齿条连接跟随所述转向齿条运动，所述左转向横拉杆通过转向节连接左前轮，所述右转向横拉杆通过转向节连接右前轮。
5.根据权利要求3所述的一种家庭智能陪护系统，其特征在于：所述底盘上设有用于接收物品的置物框。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的家庭智能陪护系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤:
1)设定机械爪的初始压力值，压力值范围为0～180N；
2)由远程控制器控制行走机构行走到取物位置；
3)远程控制器通过蓝牙传输发出信号控制旋转机构调整机械臂方位；
4)远程控制器通过蓝牙传输发出信号控制机械爪收缩抓取待取物，若机械爪压力超过180N时则自动停止收缩；
5)由远程控制器控制行走机构行走到放物位置后控制机械爪放下待取物。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于：所述步骤2)中，当远程控制器发出前进信号时，中央控制器控制驱动电机正转；当远程控制器发出后退信号时，中央控制器控制驱动电机反转；当远程控制器发出左转信号时，中央控制器控制转向电机正转，当远程控制器发出前进信号时，中央控制器控制转向电机反转。
8.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于：所述步骤3)中，远程控制器发出旋转信号时，中央控制器控制旋转电机得电带动旋转机构旋转；远程控制器发出夹取信号时，中央控制器控制臂部电机正转；远程控制器发出夹松开信号时，中央控制器控制臂部电机停止工作。
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