CN110919665B - 一种可分离式多功能康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可分离式多功能康复机器人，包括前体移动机器人、多功能车身和调节变换座椅，前体移动机器人可在上位机的指示下，从车身脱离，同时转换成六自由度机械臂形态，以达到取物、递送的目的；调节变换座椅可在上位机的指示下，在坐姿状态的基础上分别转化成站立和平躺状态，以达到帮助使用者辅助站立和提供休息位置的目的；多功能车身附带有小桌板和传送带，小桌板可以方便使用者放置报刊、饮料等杂物，传送带可以方便使用者在站立状态时进行部分躯体运动，本发明结构紧凑，使用方便，提高了智能家居领域机器人服务的智能性，降低了人力资源的浪费，对于日后智能家居的发展有着重要的意义。

Description

一种可分离式多功能康复机器人

技术领域

本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种辅助使用者进行坐、卧、立，同时进行适度的躯体运动，并且可以扩展出独立的前体机器人进行取物的机器人。

背景技术

随着年龄的增长，老年人出现运动障碍的现象已经屡见不鲜，然而，如何在家中方便老年人行动、减少其受伤的可能的问题一直是社会关注的重点。针对此问题的提出，研究人员构想出了家庭服务机器人的设计，现在已研制出的家庭机器人种类繁多，就其功能可以分为服务类、看护类、娱乐类；但是针对服务类智能家居机器人而言，还存在着以下的问题：

（1）无法协助行动有功能性障碍的老人做站立和行走等运动。

（2）取物型机器人机械臂运动范围狭隘，且控制操作复杂。

（3）无法帮助老人在站立、坐、卧等情况下进行适当地躯体运动。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种可分离式多功能康复机器人，属于智能家居服务机器人，结构紧凑、设计新颖，能够辅助使用者进行坐、卧、立，同时进行适度的躯体运动，并且可以扩展出独立的前体移动机器人进行取物。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种可分离式多功能康复机器人，包括前体移动机器人、多功能车身以及调节变换座椅，所述前体移动机器人主要由前上凸壳、两个六自由度机械臂、三角形起落架轮式结构和连接块组成，其中，前上凸壳作为前体移动机器人的外壳和机身，前上凸壳的上顶面和下底面之间竖直固定有两个立柱，两个六自由度机械臂分别连接在立柱上，在上位机的指令下通过电机驱动可以从折叠状态展开成为便于取物、递送的六自由度机械臂形态；前上凸壳的下底板上连接有三角形起落架轮式结构，在电机的驱动下三角形起落架轮式结构的摇臂可以收起和放下，所述连接块由电磁铁组成，设置在前上凸壳的下底板边缘，用于完成与多功能车身的连接和断开功能；

所述多功能车身主要由两个侧护板、两个侧板、两个扶手、底板、两个平躺辅助板、传送带、小桌板、支撑板、前连接架、四个车轮及多根杆件组成，其中，传动带和侧板通过杆件连接在底板上，扶手通过侧护板靠在侧板上，小桌板通过前连接架和车身相连，两个平躺辅助板用于拓展使用者的平躺面积，支撑板用于提高座椅的稳定性；所述前体移动机器人与所述多功能车身通过彼此接触面上的锥形柱和锥形孔实现连接定位，在上位机指示下通过电磁体实现连接或断开；

所述调节变换座椅由椅座、椅背、椅腿和辅助支撑装置组成，所述座椅通过椅腿与车身底板上的滑槽配合支撑设置在多功能车身上，并能够在上位机的指示下，在坐姿状态的基础上转化成站立或平躺状态，其中辅助支撑装置用于提高平躺状态的稳定性；

所述前体移动机器人、多功能车身以及调节变换坐椅在上位机的指示下，能够分离、组合或进行姿态变换，实现帮助使用者取物、递送及帮助使用者进行站立、坐、卧以及协助使用者站立行走的功能。

进一步地，所述六自由度机械臂由两个臂杆、多个关节及手爪组成，所述臂杆与立柱之间、臂杆与臂杆之间以及臂杆与手爪之间均通过关节相连，通过电机驱动关节带动臂杆进行多角度旋转变换，呈现不同的姿态。

进一步地，两个所述六自由度机械臂上连接的手爪分别为三爪和四爪；所述手爪的手指部分在上位机指令下实现张开或抓紧。

进一步地，所述多功能车身的传送带用于辅助使用者进行慢走或慢跑躯体运动。

进一步地，所述辅助支撑装置包括位于椅座两侧的支撑条和连接两侧支撑条的挡板，每个支撑条包括相铰接的两根杆，座椅状态时，支撑条的两根杆折叠，挡板位于椅座下方，当处于坐态的调节变换座椅收到变换为躺态的指令时，在电机的驱动下椅背即可绕轴旋转至水平，同时辅助支撑装置绕轴逆时针旋转展开，支撑条的两根杆呈180度展开且紧贴椅座和椅背边缘，使得挡板支撑于椅背下方加固椅座和椅背的整体性，从而提高平躺时的稳定性；同时，椅腿在车身底板的滑槽中后移一定距离，多功能车身内旁侧面展开平躺辅助板，扩宽平躺面积，提高使用者的舒适感。

进一步地，当处于坐态的调节变换座椅收到辅助站立的指令时，多功能车身内侧支撑板收起，椅座绕前端轴缓慢旋转，同时将使用者升高，椅背逐渐与地面保持竖直，待整个座椅变换至与地面垂直，座椅变换结束，椅腿在车身底板的滑槽中后移一定距离，人体保持站立状态。

有益效果：本发明的康复机器人外形结构紧凑、设计原理清晰、操作简单易懂，能够为使用者的行动提供辅助性的帮助，可以根据指令取得房间里的物体，并且随时随地为使用者提供了一个休息与运动相结合的空间，极大方便了行动不便的老人的日常生活，该智能家居服务机器人能够为医院护理和家庭服务等领域提供启发，具有广泛的前景。

本发明的可分离式多功能康复机器人，将所要实现的功能分模块实现，前体移动机器人可在上位机的指示下，从车身脱离，同时转换成六自由度机械臂形态，以达到取物、递送的目的；调节变换座椅可在上位机的指示下，在坐姿状态的基础上分别转化成站立和平躺状态，以达到帮助使用者辅助站立和提供休息位置的目的；多功能车身附带有小桌板和传送带，小桌板可以方便使用者放置报刊、饮料等杂物，传送带可以方便使用者在站立状态时进行部分躯体运动。三者的模块化组合，提高了智能家居领域机器人服务的智能性，降低了人力资源的浪费，对于日后智能家居的发展有着重要的意义。

附图说明

图1为本发明可分离式多功能康复机器人的整体结构示意图；

图2为前体移动机器人的结构示意图；

图3为前体移动机器人展开状态的结构示意图；

图4为单只机械臂示意图；

图5为前体移动机器人打开柜门示意图；

图6为前体移动机器人取物示意图；

图7为多功能车身的结构示意图；

图8为调节变换座椅坐姿状态；

图9为调节变换座椅平躺状态；

图10为调节变换座椅辅助站立状态；

图11为调节变换座椅辅助支撑装置示意图(折叠状态)；

图12为调节变换座椅辅助支撑装置示意图(支撑状态)

附图标记：1、前体移动机器人，2、多功能车身，3、调节变换座椅，101、前上凸壳，102、六自由度机械臂，102a、四爪六自由度机械臂，102b、三爪六自由度机械臂，103、三 角形起落架轮式结构，103a、摇臂，104、连接块，1021连接环，1022关节一，1023关节 二，1024关节三，1025关节五，1026手爪，1027臂杆一，1028臂杆二，201、小桌板， 202、侧板，203、侧护板，204、底板，205、传送带，206、支撑板，207、扶手，208、平 躺辅助板，209、前连接架，301椅背，302、椅座，303、椅腿，304、辅助支撑装置， 3041、支撑条，3042、挡板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的可分离式多功能康复机器人，包括前体移动机器人1、多功能车身2以及调节变换座椅3，在上位机的指令下，分别能够实现帮助使用者取物、递送，帮助使用者在站立、坐、卧等状态下进行部分躯体运动以及协助使用者站立行走的功能。

如图2所示，前体移动机器人1主要由前上凸壳101、两个六自由度机械臂102、三角形起落架轮式结构103和两个连接块104组成；其中，前上凸壳101作为前体移动机器人的外壳和机身，前上凸壳101的上顶面和下底面之间竖直固定有两个立柱105，两个六自由度机械臂102分别连接在立柱105上，如图3-6所示，在收到上位机传来的指令时，在电机的驱动下两个六自由度机械臂102可以从折叠状态展开成为便于取物、递送的六自由度机械臂形态；前上凸壳101的下底板上连接有三角形起落架轮式结构103，在电机的驱动下其摇臂103a可以收起或放下；当前体移动机器人1与多功能车身2合体连接时，摇臂103a收起，当前体移动机器人1与多功能车身2分离时，摇臂103a放下，轮式结构的车轮着地进行移动；所述连接块104由电磁铁组成，两个连接块104设置在前上凸壳的下底板边缘，用于在上位机的指令下完成与多功能车身2的连接和断开功能。

如图4所示，所述六自由度机械臂102由两个臂杆（臂杆一1027、臂杆二1028）、多个关节（关节一1022、关节二1023、关节三1024、关节四1025）及手爪1026组成，所述臂杆与立柱105之间、臂杆与臂杆之间以及臂杆与手爪1026之间均通过关节相连，通过电机驱动关节带动臂杆进行多角度旋转变换，呈现不同的姿态；折叠状态时，两个臂杆呈零度夹角且平行于立柱105收放在前上凸壳101内、手爪1026朝向前上凸壳101的内部，两个所述六自由度机械臂102上连接的手爪1026分别为三爪和四爪，从而分别为三爪六自由度机械臂102a和四爪六自由度机械臂102b；所述手爪1026的手指部分在上位机指令下能够实现张开或抓紧。

如图7所示，多功能车身2主要由小桌板201、两个侧板202、两个侧护板203、底板204、传送带205、支撑板206、两个扶手207、两个平躺辅助板208、前连接架209、四个车轮以及多根杆件组成；其中，传动带205和侧板202通过杆件连接在底板204上，扶手207通过侧护板203靠在侧板202上，小桌板201通过前连接架209和车身相连，两个平躺辅助板208水平铰接在侧板202上，用于拓展使用者的平躺面积，支撑板206用于提高座椅的稳定性，竖直铰接在车身侧板202上，使用时打开呈与侧板202垂直状态支撑在座椅下方，可防止座椅前倾，不用时折叠为与侧板202平行的状态；所述前体移动机器人1与所述多功能车身2通过彼此接触面上的锥形柱和锥形孔配合实现连接定位，在上位机指示下通过电磁体实现连接或断开。

如图8所示，所述调节变换座椅3由椅背301、椅座302、椅腿303和辅助支撑装置304组成；所述调节变换座椅3通过椅腿303支撑设置在多功能车身2的底板204上，并能够在上位机的指示下，在坐姿状态的基础上转化成站立或平躺状态，其中辅助支撑装置304用于提高平躺状态的稳定性，如图11-12所示，包括位于椅座302两侧的支撑条3041和连接两侧支撑条的挡板3042，每个支撑条3041包括相铰接的两根杆，图8所示的座椅状态时，支撑条3041的两根杆折叠，挡板3042位于椅座302下方，座椅变换为图9所示的平躺状态时，支撑条3041的两根杆呈180度展开且紧贴椅座302和椅背301边缘，使得挡板3042支撑于椅背301下方，提高稳定性，展开状态的辅助支撑装置304如图12所示；所述调节变换座椅3的椅腿303与多功能车身2的底板204上的滑槽结构配合并通过上位机控制电磁铁实现吸合或断开。

本发明的可分离式多功能康复机器人，将所要实现的功能分模块实现，前体移动机器人1可在上位机的指示下，从多功能车身2脱离，同时转换成六自由度机械臂形态，以达到取物、递送的目的；调节变换座椅3可在上位机的指示下，在坐姿状态的基础上分别转化成站立和平躺状态，以达到帮助使用者辅助站立和提供休息位置的目的；多功能车身2附带有小桌板201和传送带205，小桌板201可以方便使用者放置报刊、饮料等杂物，传送带205可以方便使用者在站立状态时进行部分躯体运动。

实施例1

如图2-3所示，当前体移动机器人1收到来自上位机的指令时，电磁铁材质构成的连接块104自动与多功能车身2断开的同时，三角形起落架轮式结构103的摇臂103a落下，其上的车轮与地面接触；四爪六自由度机械102a和三爪六自由度机械臂102b同时展开，单只机械臂展开过程如图4所示，连接圆环1021保持静止，以增强机械臂变型过程的平稳性，关节一1022带动臂杆一1027绕连接圆环1021以远离前上凸壳101的方向旋转270度，与此同时，关节二1023带动臂杆二1028以关节一1022为参考系、以远离关节一1022的方向旋转180度，关节三1024以关节二1023为坐标系旋转180度，同时关节四1025可根据实际要求的取物方向旋转90度，手爪1026的指部在无相应命令时，可保持其原有状态，至此，单只机械臂的一般展开过程完成。

如图5和图6所示，前体移动机器人1在完全展开状态下，去取位于橱柜里的水杯时，在电机的驱动下三爪六自由度机械臂部102a整体绕连接圆环1021顺时针旋转45°，同时关节二1023绕关节一1022逆时针旋转45°，手爪1026的指部张开并且抓住柜门，连接圆环1021绕立柱105顺时针旋转带动整只机械臂做打开柜门的动作，大约旋转到75度左右，柜门完全打开；前体移动机器人1向前移动，同时四爪六自由度机械臂102b的关节一1022带动臂杆一1027绕连接圆环1021逆时针旋转15°，关节二1023和臂杆二1028保持与地面水平，在逐渐靠近水杯的时候，手爪1026的指部逐渐张开，并最终紧握水杯，至此，前体移动机器人1的取物过程完成。

当然实际使用中，各关节或臂杆旋转的角度与待取物品所在位置有关，以能够取到物品为准，不限于上述实施例中所述的角度。

实施例2

如图8、图9和图10所示，当处于坐态的调节变换座椅3收到变换为躺态的指令时，在电机的驱动下椅背301即可绕轴旋转至水平，同时辅助支撑装置304整体绕轴逆时针旋转60°，同时其支撑条3041的两根杆呈展开状态将其挡板3042支撑于椅背301下方，加固椅座302和椅背301的整体性，从而提高平躺时的稳定性；同时，椅腿303在车身底板204的滑槽中后移大约30cm，多功能车身2内旁侧面展开平躺辅助板208使其水平，扩宽平躺面积，提高使用者的舒适感。

实施例3

如图7、图9和图10所示，当处于坐态的调节变换座椅3收到辅助站立的指令时，多功能车身2内侧的支撑板206收起，椅座302绕前端轴缓慢旋转，椅座302将使用者升高，椅背301逐渐与地面保持竖直，待整个座椅变换至与地面垂直，座椅变换结束，椅腿303在车身底板204的滑槽4中后移约30cm（实际使用时根据需要设置，以使用者有足够活动空间为准，不限于该特定数值），人体保持站立状态。

使用者在站立状态下，可以遥控开关传送带205并控制其速度，以进行慢走或慢跑等躯体运动，此时小桌板201可绕前连接架209前端轴向远离地面的方向旋转90°，为使用者提供一个更为宽阔的运动空间，同时还能够为使用者提供手部支撑。

上述结合具体实施例1-3说明了前体移动机器人与多功能车身分离以及六自由度机械臂展开变换和帮助使用者取物、递送的过程，以及调节变换坐椅在坐、卧和站立状态之间变换以及帮助使用者进行部分躯体运动以及协助使用者站立行走的过程，使用者可根据需要选择使用上述一种或多种功能，本发明提高了智能家居领域机器人服务的智能性，降低了人力资源的浪费，对于日后智能家居的发展有着重要的意义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种可分离式多功能康复机器人，包括前体移动机器人、多功能车身以及调节变换座椅，其特征在于：

所述前体移动机器人主要由前上凸壳、两个六自由度机械臂、三角形起落架轮式结构和连接块组成，其中，前上凸壳作为前体移动机器人的外壳和机身，前上凸壳的上顶面和下底面之间竖直固定有两个立柱，两个六自由度机械臂分别连接在立柱上，在上位机的指令下通过电机驱动可以从折叠状态展开成为便于取物、递送的六自由度机械臂形态；前上凸壳的下底板上连接有三角形起落架轮式结构，在电机的驱动下三角形起落架轮式结构的摇臂可以收起和放下，所述连接块由电磁铁组成，设置在前上凸壳的下底板边缘，用于完成与多功能车身的连接和断开功能；

所述多功能车身主要由两个侧护板、两个侧板、两个扶手、底板、两个平躺辅助板、传送带、小桌板、支撑板、前连接架、四个车轮及多根杆件组成，其中，传动带和侧板通过杆件连接在底板上，扶手通过侧护板靠在侧板上，小桌板通过前连接架和车身相连，两个平躺辅助板用于拓展使用者的平躺面积，支撑板用于提高座椅的稳定性；所述前体移动机器人与所述多功能车身通过彼此接触面上的锥形柱和锥形孔实现连接定位，在上位机指示下通过电磁体实现连接或断开；

所述调节变换座椅由椅座、椅背、椅腿和辅助支撑装置组成，所述座椅通过椅腿与车身底板上的滑槽配合支撑设置在多功能车身上，并能够在上位机的指示下，在坐姿状态的基础上转化成站立或平躺状态，其中辅助支撑装置用于提高平躺状态的稳定性；

所述前体移动机器人、多功能车身以及调节变换坐椅在上位机的指示下，能够分离、组合或进行姿态变换，实现帮助使用者取物、递送及帮助使用者进行站立、坐、卧以及协助使用者站立行走的功能。

2.如权利要求1所述的一种可分离式多功能康复机器人，其特征在于，所述六自由度机械臂由两个臂杆、多个关节及手爪组成，所述臂杆与立柱之间、臂杆与臂杆之间以及臂杆与手爪之间均通过关节相连，通过电机驱动关节带动臂杆进行多角度旋转变换，呈现不同的姿态。

3.如权利要求2所述的一种可分离式多功能康复机器人，其特征在于，两个所述六自由度机械臂上连接的手爪分别为三爪和四爪；所述手爪的手指部分在上位机指令下实现张开或抓紧。

4.如权利要求1所述的一种可分离式多功能康复机器人，其特征在于，所述多功能车身的传送带用于辅助使用者进行慢走或慢跑躯体运动。

5.如权利要求1所述的一种可分离式多功能康复机器人，其特征在于，所述辅助支撑装置包括位于椅座两侧的支撑条和连接两侧支撑条的挡板，每个支撑条包括相铰接的两根杆，座椅状态时，支撑条的两根杆折叠，挡板位于椅座下方，当处于坐态的调节变换座椅收到变换为躺态的指令时，在电机的驱动下椅背即可绕轴旋转至水平，同时辅助支撑装置绕轴逆时针旋转展开，支撑条的两根杆呈180度展开且紧贴椅座和椅背边缘，使得挡板支撑于椅背下方加固椅座和椅背的整体性，从而提高平躺时的稳定性；同时，椅腿在车身底板的滑槽中后移一定距离，多功能车身内旁侧面展开平躺辅助板，扩宽平躺面积，提高使用者的舒适感。

6.如权利要求1所述的一种可分离式多功能康复机器人，其特征在于，当处于坐态的调节变换座椅收到辅助站立的指令时，多功能车身内侧支撑板收起，椅座绕前端轴缓慢旋转，同时将使用者升高，椅背逐渐与地面保持竖直，待整个座椅变换至与地面垂直，座椅变换结束，椅腿在车身底板的滑槽中后移一定距离，人体保持站立状态。

Images