CN110722573B - 辅助运动机械臂及护理床 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了辅助运动机械臂及护理床，第一杆件受外力驱动可绕第一铰接点转动，第三杆件受外力驱动可绕第五铰接点转动并使第一刚架与第一杆件之间的夹角改变，第四杆件受外力驱动可绕第七铰接点转动并使第三刚架与第一刚架之间的夹角改变。第一杆件可通过转动来模拟人体上臂动作，第一刚架与第一杆件之间可通过改变夹角来模拟人体肘部动作，第三刚架与第一刚架之间可通过改变夹角来模拟人体手腕动作，从而使托板可为用户提供动态承托，可减小用户在身体侧翻过程中发生侧滑的风险。本发明涉及护理设备。
Description
技术领域
本发明涉及护理设备，特别涉及辅助运动机械臂及设有辅助运动机械臂的护理床。
背景技术
用户因需要卧床休养而使用护理床。为了对用户进行身体清洁等护理工作，护理人员常需要人工手动辅助用户进行身体侧翻。但由于护理工作任务繁忙，现实中常出现人手短缺的问题。
现有技术中的护理床具有辅助用户身体侧翻的功能，但辅助功能较弱，一般只能通过翻动床垫来辅助用户进行身体侧翻。在床垫翻动的过程中，用户的身体容易发生侧滑，现有技术的护理床的技术缺陷在于：缺少防止用户的身体发生侧滑的辅助运动机构，使用户面临受伤风险。
现有技术中的机械手一般作为工业机器人使用。机械手具有动作灵活、定位精准的特点。使用机械手可对侧翻式护理床的用户进行辅助侧翻，可减小用户发生身体侧滑的风险，但现有技术的机械手的技术缺陷在于：多关节的机械手需要在各个关节处都设置伺服电机，因此机械手的运动机构的自重较大且机械手整体的造价较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种辅助运动机械臂及护理床，可通过机械臂来解决侧翻式护理床容易使用户身体侧滑的技术问题，并可克服现有机械手的运动机构自重大且整体造价较高的技术问题。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
辅助运动机械臂，包括第一运动组件和第二运动组件；
第一运动组件包括第一杆件、第二杆件、第三杆件和第一刚架；
第一杆件上设有第一铰接点，第一杆件与第一刚架之间设有第二铰接点，第一刚架与第二杆件之间设有第三铰接点，第二杆件与第三杆件之间设有第四铰接点，第三杆件上设有第五铰接点，第五铰接点与第一铰接点不直接连接但在空间上同轴布置；其中，所述第二杆件设置为V字形，且所述第二杆件上还设有一个弯曲部，以防止所述第二杆件造成运动干涉；
第一杆件、第一刚架、第二杆件和第三杆件通过第一铰接点、第二铰接点、第三铰接点、第四铰接点和第五铰接点形成平行四边形机构；
第一刚架上还设有第六铰接点，第二铰接点设在第三铰接点和第六铰接点之间；
第二运动组件包括第四杆件、第五杆件、第六杆件、形状为V字形的第二刚架和第三刚架；
第四杆件上设有第七铰接点，第四杆件与第五杆件之间设有第八铰接点，第五杆件与第二刚架之间设有第九铰接点，第二刚架与第一刚架之间通过第二铰接点连接，第二刚架与第六杆件之间设有第十铰接点，第六杆件与第三刚架之间设有第十一铰接点，第三刚架与第一刚架之间通过第六铰接点连接；
第二刚架上的第二铰接点、第三铰接点和第四铰接点为三角形布置，第三刚架上还设有托板，第六铰接点的轴线平行于托板的板面；
第一杆件受外力驱动可绕第一铰接点转动，第三杆件受外力驱动可绕第五铰接点转动并使第一刚架与第一杆件之间的夹角改变，第四杆件受外力驱动可绕第七铰接点转动并使第三刚架与第一刚架之间的夹角改变。
作为改进，第一运动组件还包括齿轮组，齿轮组设在第一铰接点与第五铰接点之间，齿轮组使第三杆件随第一杆件受外力驱动而同步运动。
作为改进，齿轮组为变速轮组，变速轮组使第三杆件的角速度大于第一杆件的角速度。
作为改进，齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮，第一齿轮驱动第一杆件绕第一铰接点转动，第二齿轮和第三齿轮同轴并形成双联齿轮，第四齿轮驱动第三杆件绕第五铰接点转动，第一齿轮与第二齿轮啮合且第一齿轮的分度圆直径不小于第二齿轮，第三齿轮与第四齿轮啮合且第三齿轮的分度圆直径不小于第四齿轮。
作为改进，第一杆件和第一刚架的数量都为两个，两个第一杆件和两个第一刚架分别对称布置并在第二铰接点和第六铰接点上通过销轴进行连接，第二运动组件和齿轮组布置在两个第一杆件和两个第一刚架之间。
作为改进，第一运动组件包括第一驱动单元，第二运动组件包括第二驱动单元，第一驱动单元和第二驱动单元为伺服电机，第一驱动单元带动第一杆件绕第一铰接点转动，第二驱动单元驱动第四杆件绕第七铰接点转动，第一驱动单元和第二驱动单元布置在辅助运动机械臂的一端。
护理床，包括床体和护理机器人，护理机器人包括若干辅助运动机械臂；且所述托板为手部形状。
作为改进，护理机器人包括两个辅助运动机械臂，两个辅助运动机械臂对称布置在护理机器人的两侧。
作为改进，护理机器人的下端设有支撑杆，支撑杆的一端与床体连接，辅助运动机械臂可沿支撑杆运动并改变竖直高度。
有益效果：第一杆件可通过转动来模拟人体上臂动作，第一刚架与第一杆件之间可通过改变夹角来模拟人体肘部动作，第三刚架与第一刚架之间可通过改变夹角来模拟人体手腕动作，从而使托板可为用户提供动态承托，可减小用户在身体侧翻过程中发生侧滑的风险。本技术方案中的外部驱动力集中在第一杆件、第三杆件和第四杆件上，其他杆件和刚架都属于联动部件。因此本技术方案的辅助运动机械臂具有驱动单元集中布置的特点，使各个运动部件可免于设置驱动单元而自重较轻，且有利于降低整体造价。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明实施例的护理机器人的结构示意图；
图2为本发明实施例的护理机器人的主视图；
图3为本发明实施例的图2的俯视图；
图4为本发明实施例的图2的右视图；
图5为本发明实施例的辅助运动机械臂的结构示意图；
图6为本发明实施例的辅助运动机械臂的分解示意图；
图7为本发明实施例的辅助运动机械臂的运动机构示意图；
图8为本发明实施例的第一运动组件的结构示意图；
图9为本发明实施例的第二运动组件的结构示意图；
图10为本发明实施例的齿轮组的结构示意图。
具体实施方式
参照图1至10，辅助运动机械臂，包括第一运动组件和第二运动组件。
第一运动组件包括第一杆件1、第二杆件2、第三杆件3和第一刚架4。
第一杆件1上设有第一铰接点5，第一杆件1与第一刚架4之间设有第二铰接点6，第一刚架4与第二杆件2之间设有第三铰接点7，第二杆件2与第三杆件3之间设有第四铰接点8，第三杆件3上设有第五铰接点9，第五铰接点9与第一铰接点5不直接连接但在空间上同轴布置。
第一杆件1、第一刚架4、第二杆件2和第三杆件3通过第一铰接点5、第二铰接点6、第三铰接点7、第四铰接点8和第五铰接点9形成平行四边形机构。
第一刚架4上还设有第六铰接点10，第二铰接点6设在第三铰接点7和第六铰接点10之间。
第二运动组件包括第四杆件11、第五杆件12、第六杆件13、第二刚架14和第三刚架15。
第四杆件11上设有第七铰接点16，第四杆件11与第五杆件12之间设有第八铰接点17，第五杆件12与第二刚架14之间设有第九铰接点18，第二刚架14与第一刚架4之间通过第二铰接点6连接，第二刚架14与第六杆件13之间设有第十铰接点19，第六杆件13与第三刚架15之间设有第十一铰接点20，第三刚架15与第一刚架4之间通过第六铰接点10连接。
第二刚架14上的第二铰接点6、第三铰接点7和第四铰接点8为三角形布置，第三刚架15上还设有托板21，第六铰接点10的轴线平行于托板21的板面。
第一杆件1受外力驱动可绕第一铰接点5转动，第三杆件3受外力驱动可绕第五铰接点9转动并使第一刚架4与第一杆件1之间的夹角改变，第四杆件11受外力驱动可绕第七铰接点16转动并使第三刚架15与第一刚架4之间的夹角改变。
作为改进，第一运动组件还包括齿轮组22，齿轮组22设在第一铰接点5与第五铰接点9之间，齿轮组22使第三杆件3随第一杆件1受外力驱动而同步运动。
作为改进，齿轮组22为变速轮组，变速轮组使第三杆件3的角速度大于第一杆件1的角速度。
作为改进，齿轮组22包括第一齿轮23、第二齿轮24、第三齿轮25和第四齿轮26，第一齿轮23驱动第一杆件1绕第一铰接点5转动，第二齿轮24和第三齿轮25同轴并形成双联齿轮，第四齿轮26驱动第三杆件3绕第五铰接点9转动，第一齿轮23与第二齿轮24啮合且第一齿轮23的分度圆直径不小于第二齿轮24，第三齿轮25与第四齿轮26啮合且第三齿轮25的分度圆直径不小于第四齿轮26。
作为改进，第一杆件1和第一刚架4的数量都为两个，两个第一杆件1和两个第一刚架4分别对称布置并在第二铰接点6和第六铰接点10上通过销轴进行连接，第二运动组件和齿轮组22布置在两个第一杆件1和两个第一刚架4之间。
作为改进，第一运动组件包括第一驱动单元27，第二运动组件包括第二驱动单元28，第一驱动单元27和第二驱动单元28为伺服电机，第一驱动单元27带动第一杆件1绕第一铰接点5转动，第二驱动单元28驱动第四杆件11绕第七铰接点16转动，第一驱动单元27和第二驱动单元28布置在辅助运动机械臂的一端。
护理床，包括床体和护理机器人，护理机器人包括若干辅助运动机械臂。
作为改进，护理机器人包括两个辅助运动机械臂，两个辅助运动机械臂对称布置在护理机器人的两侧。
作为改进，护理机器人的下端设有支撑杆29，支撑杆29的一端与床体连接，辅助运动机械臂可沿支撑杆29运动并改变竖直高度。
关于第一铰接点5、第五铰接点9和第七铰接点16，本实施例的第一铰接点5、第五铰接点9和第七铰接点16为支撑点，可作为辅助运动机械臂的运动提供支撑。本实施例的各个驱动单元也设在第一铰接点5、第五铰接点9和第七铰接点16上。
关于第一杆件1、第一刚架4和第三刚架15，本实施例的第一杆件1、第一刚架4和第三刚架15分别模拟人体的上臂、前臂和手掌的动作，第一杆件1与第一刚架4之间的夹角由第三杆件3的转动量来控制，第三刚架15与第一刚架4之间的夹角由第四杆件11的转动量来控制。
关于第一刚架4，本实施例的第一刚架4模拟人体前臂形状设置。本实施例的第一刚架4上的第二铰接点6、第三铰接点7和第六铰接点10为钝角三角形布置。第一刚架4上的第二铰接点6、第三铰接点7和第六铰接点10也可设置为共线布置。
关于第二刚架14，本实施例的第二刚架14的形状为V字形。
关于第三刚架15，本实施例的第三刚架15与第一刚架4之间的第六铰接点10设在第一刚架4的一端，使托板21在第一刚架4上具有较大的运动幅度和运动范围。
关于第二杆件2，本实施例的第二杆件2设置为V字形，且第二杆件2上还设有一个弯曲部30，使第二杆件2可在本实施例中不造成运动干涉。如果在不需要考虑运动干涉的设计条件下，第二杆件2的形状还可设置为直杆状。
关于托板21，本实施例的托板21的形状模拟人的手部形状设置。托板21可在用户的身体侧翻过程中为用户提供动态承托，特别适用于为用户的背部提供承托，有利于减小用户在身体侧翻的过程中发生侧滑而受伤的风险。
第一杆件1可通过转动来模拟人体上臂动作，第一刚架4与第一杆件1之间可通过改变夹角来模拟人体肘部动作，第三刚架15与第一刚架4之间可通过改变夹角来模拟人体手腕动作，从而使托板21可为用户提供动态承托，可减小用户在身体侧翻过程中发生侧滑的风险。本技术方案中的外部驱动力集中在第一杆件1、第三杆件3和第四杆件11上，其他杆件和刚架都属于联动部件。因此本技术方案的辅助运动机械臂具有驱动单元集中布置的特点，使各个运动部件可免于设置驱动单元而自重较轻，且有利于降低整体造价。
关于齿轮组22，本实施例的齿轮组22可采用现有技术中的任何具有联动功能的齿轮组22来实现。齿轮组22使第三杆件3可跟随第一杆件1同步运动，可为第三杆件3省去独立的驱动单元，有利于进一步简化本技术方案的驱动机构。
关于变速轮组，本实施例的变速轮组为加速轮组，使第三杆件3的角速度大于第一杆件1的角速度。
如图8所示，在本实施例中，当第一杆件1受外力驱动而向A方向转动时，第三杆件3向B方向转动，设定第一杆件1与竖直方向的夹角为∠α，则∠α和∠β都减小，从而模拟人体上臂抬起且肘部收缩的动作。
如图9所示，在本实施例中，当第四杆件11受外力驱动而绕第七铰接点16向D方向转动时，第三刚架15绕第六铰接点10向E方向转动，从而使托板21可为用户提供动态承托。
关于第一齿轮23，本实施例的第一齿轮23通过轴与键配合来驱动第一杆件1。第一齿轮23还可通过固定焊接等现有技术中的任何联动方案来驱动第一杆件1。
关于第四齿轮26，本实施例的第四齿轮26通过轴与键配合来驱动第三杆件3。第四齿轮26还可通过固定焊接等现有技术中的任何联动方案来驱动第三杆件3。
关于销轴，本实施例的销轴布置在第二铰接点6和第六铰接点10上，使两个第一杆件1和两个第一刚架4可实现同步运动。第二运动组件和齿轮组22布置在两个第一刚架4和两个第一刚架4之间，可减小外部物体与第二运动组件和齿轮组22接触的机会，有利于减小运动干涉的风险。
关于第一杆件1，本实施例的第一齿轮23仅与其中一个第一杆件1进行轴与键配合，第一铰接点5设在其中一个第一杆件1上且第五铰接点9设在另一个第一杆件1上。
关于护理机器人，本实施例的护理机器人由一个第一驱动单元27和一个第二驱动单元28同时驱动两个辅助运动机械臂，进一步简化了护理机器人的整体结构。两个辅助运动机械臂同步运动，有利于增加托板21对用户的施力点，并增加托板21与用户之间的接触面积。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以指代固定连接，也可以指代可拆卸连接，或指代一体地连接；可以指代机械连接，也可以指代电连接；可以指代直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
Claims (9)
1.辅助运动机械臂，其特征在于：包括第一运动组件和第二运动组件；
所述第一运动组件包括第一杆件、第二杆件、第三杆件和第一刚架；
所述第一杆件上设有第一铰接点，所述第一杆件与所述第一刚架之间设有第二铰接点，所述第一刚架与所述第二杆件之间设有第三铰接点，所述第二杆件与所述第三杆件之间设有第四铰接点，所述第三杆件上设有第五铰接点，所述第五铰接点与所述第一铰接点不直接连接但在空间上同轴布置；其中，所述第二杆件设置为V字形，且所述第二杆件上还设有一个弯曲部，以防止所述第二杆件造成运动干涉；
所述第一杆件、所述第一刚架、所述第二杆件和所述第三杆件通过所述第一铰接点、所述第二铰接点、所述第三铰接点、所述第四铰接点和所述第五铰接点形成平行四边形机构；
所述第一刚架上还设有第六铰接点，所述第二铰接点设在所述第三铰接点和所述第六铰接点之间；
所述第二运动组件包括第四杆件、第五杆件、第六杆件、形状为V字形的第二刚架和第三刚架；
所述第四杆件上设有第七铰接点，所述第四杆件与所述第五杆件之间设有第八铰接点，所述第五杆件与所述第二刚架之间设有第九铰接点，所述第二刚架与所述第一刚架之间通过所述第二铰接点连接，所述第二刚架与所述第六杆件之间设有第十铰接点，所述第六杆件与所述第三刚架之间设有第十一铰接点，所述第三刚架与所述第一刚架之间通过所述第六铰接点连接；
所述第二刚架上的所述第二铰接点、所述第三铰接点和所述第四铰接点为三角形布置，所述第三刚架上还设有托板，所述第六铰接点的轴线平行于所述托板的板面；
所述第一杆件受外力驱动可绕所述第一铰接点转动，所述第三杆件受外力驱动可绕所述第五铰接点转动并使所述第一刚架与所述第一杆件之间的夹角改变，所述第四杆件受外力驱动可绕所述第七铰接点转动并使所述第三刚架与所述第一刚架之间的夹角改变。
2.根据权利要求1所述的辅助运动机械臂，其特征在于：所述第一运动组件还包括齿轮组，所述齿轮组设在所述第一铰接点与所述第五铰接点之间，所述齿轮组使所述第三杆件随所述第一杆件受外力驱动而同步运动。
3.根据权利要求2所述的辅助运动机械臂，其特征在于：所述齿轮组为变速轮组，所述变速轮组使所述第三杆件的角速度大于所述第一杆件的角速度。
4.根据权利要求3所述的辅助运动机械臂，其特征在于：所述齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮，所述第一齿轮驱动所述第一杆件绕所述第一铰接点转动，所述第二齿轮和所述第三齿轮同轴并形成双联齿轮，所述第四齿轮驱动所述第三杆件绕所述第五铰接点转动，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合且所述第一齿轮的分度圆直径不小于所述第二齿轮，所述第三齿轮与所述第四齿轮啮合且所述第三齿轮的分度圆直径不小于所述第四齿轮。
5.根据权利要求4所述的辅助运动机械臂，其特征在于：所述第一杆件和所述第一刚架的数量都为两个，两个所述第一杆件和两个所述第一刚架分别对称布置并在所述第二铰接点和所述第六铰接点上通过销轴进行连接，所述第二运动组件和所述齿轮组布置在两个所述第一杆件和两个所述第一刚架之间。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的辅助运动机械臂，其特征在于：所述第一运动组件包括第一驱动单元，所述第二运动组件包括第二驱动单元，所述第一驱动单元和第二驱动单元为伺服电机，所述第一驱动单元带动所述第一杆件绕所述第一铰接点转动，所述第二驱动单元驱动所述第四杆件绕所述第七铰接点转动，所述第一驱动单元和所述第二驱动单元布置在所述辅助运动机械臂的一端。
7.护理床，其特征在于：包括床体和护理机器人，所述护理机器人包括若干权利要求1至6任意一项所述的辅助运动机械臂；且所述托板为手部形状。
8.根据权利要求7所述的护理床，其特征在于：所述护理机器人包括两个所述辅助运动机械臂，两个所述辅助运动机械臂对称布置在所述护理机器人的两侧。
9.根据权利要求8所述的护理床，其特征在于：所述护理机器人的下端设有支撑杆，所述支撑杆的一端与所述床体连接，所述辅助运动机械臂可沿所述支撑杆运动并改变竖直高度。
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