CN111821113B - 一种姿态变换康复机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种姿态变换康复机器人，包括机架、起背装置、站立装置和升降扶手装置；其特征在于，所述起背装置安装在机架的中间；站立装置安装在机架的前端，站立装置的站立座板能够与起背装置的座板的槽口配合，站立装置实现坐姿与站姿之间的转换；两个升降扶手装置分别安装在机架的两侧，在姿态转换过程中升降扶手装置能够一起升降。该机器人通过站立装置的升降实现由坐姿向站姿的转换，同时将站立装置的站立座板和起背装置的座板融合，使用者在坐姿时能够方便地将臀部重心挪动至站立座板上，实现由坐姿向站姿的衔接；在姿态变换过程中，扶手垫板都能够随使用者姿态的改变而升降，使用者能够一直扶着扶手垫板，增加安全性。

Description

一种姿态变换康复机器人
技术领域
本发明涉及康复机器人技术领域，具体是一种姿态变换康复机器人。
背景技术
随着当前人口老龄化趋势愈加严重，失去部分自理能力的老人数量不断增加，而对于半失能人员身体机能的恢复需要大量的人力物力，在面临资源不足的问题下，康复机器人应运而生。目前，可以帮助患者实现位姿变换的康复设备主要是护理床、轮椅等，它们大多只能实现一到两种的位姿变换，且大多数设备只能起到辅助起居或者搬运的作用，却不能很好的进行康复治疗。因此，设计一款能够进行站姿、坐姿和躺姿变换的机器人，有助于半失能人员进行康复训练。
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，提供一种姿态变换康复机器人。
本发明解决所述技术问题的技术方案是：
一种姿态变换康复机器人，包括机架、起背装置、站立装置和升降扶手装置；其特征在于，所述起背装置安装在机架的中间；站立装置安装在机架的前端，站立装置的站立座板能够与起背装置的座板的槽口配合，站立装置实现坐姿与站姿之间的转换；两个升降扶手装置分别安装在机架的两侧，在姿态转换过程中升降扶手装置能够一起升降。
所述升降扶手装置包括扶手垫板、上滑动轴、一号升降杆、二号升降杆、丝杠轴、扶手底座、下滑动块、上滑动块、扶手电机、前丝杠座和后丝杠座；扶手底座固定在机架上，丝杠轴的两端分别通过前丝杠座和后丝杠座安装在扶手底座上，丝杠轴与两个丝杠座转动连接；扶手电机固定在扶手底座上，扶手电机的输出轴与丝杠轴的一端固连；下滑动块滑动安装在丝杠轴的螺纹部位上，一号升降杆的下端铰接在下滑动块上，上端与扶手垫板的底部铰接；二号升降杆的下端铰接在后丝杠座上，上端与上滑动块铰接，二号升降杆与一号升降杆在中部剪叉；上滑动块滑动安装在上滑动轴上，上滑动轴固定在扶手垫板的底部；当处于躺姿状态时，扶手垫板能够完全盖合在机架的扶手架的开口上。
所述站立装置包括站立支撑架、站立座板、站立直线推杆、站立连接杆、站立滑块、站立导轨直线推杆和支撑底座；支撑底座和站立直线导轨均固定在机架的前端，站立支撑架的下端铰接在支撑底座上；站立支撑架的上端与站立座板的一端铰接，站立座板能够与起背装置的座板的槽口配合；站立滑块滑动安装在站立直线导轨上，站立滑块的一端同时与站立导轨直线推杆的伸缩杆的末端固连，站立导轨直线推杆安装机架的底板上；站立连接杆的一端与站立支撑架的中部铰接，另一端与站立滑块的上端铰接；站立直线推杆的伸缩杆的末端与站立座板另一端的底部铰接，站立直线推杆的缸筒与站立连接杆的中部铰接。
所述起背装置包括背部支撑板、腰部支撑板、座板、小腿支撑板、腿部直线推杆、背部支撑杆、背部滑块、背部直线推杆和旋转主轴；座板的两侧分别与机架的两个扶手架固连，座板的中部开有用于容纳站立装置的站立座板的槽口；座板的一端的两侧分别铰接有小腿支撑板，座板的另一端与腰部支撑板的一端铰接；腰部支撑板的另一端铰接有背部支撑板；旋转主轴的两端分别与机架的两个扶手架转动连接；背部直线推杆的缸筒固定在座板的底部，背部直线推杆的伸缩杆与背部支撑杆的一端铰接，背部支撑杆同时与旋转主轴固连，背部支撑杆的另一端固定有背部滑块，背部滑块同时滑动安装在背部支撑板背面的背部直线导轨上；每个小腿支撑板的底部分别与各自的腿部直线推杆的缸筒铰接，每个腿部直线推杆的伸缩杆的末端铰接有连接座，连接座同时与旋转主轴固连。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)本发明通过站立装置的升降实现由坐姿向站姿的转换，同时将站立装置的站立座板和起背装置的座板融合，使用者在坐姿时能够方便地将臀部重心挪动至站立座板上，实现由坐姿向站姿的衔接；在姿态变换过程中，扶手垫板都能够随使用者姿态的改变而升降，使用者能够一直扶着扶手垫板，增加安全性。
(2)本发明通过旋转主轴使得背部支撑板和小腿支撑板的转动互不影响，结构简单。
(3)本发明的站立装置为骑马式站立，以曲柄滑块机构实现站立座板的升降，结构简单，稳定性高。
(4)本发明采用电动推杆作为动力部件，输出力矩大，运行平稳，能够保证各个姿态的顺利变换；采用丝杠滑块作为传动部件，具有自锁性，可靠性高。
附图说明
图1为本发明的机器人处于坐姿状态时的结构示意图；
图2为本发明的起背装置的结构示意图；
图3为本发明的站立装置的结构示意图；
图4为本发明的升降扶手装置的结构示意图；
图5为本发明的机器人的坐姿与站姿之间的变换状态示意图；
图6为本发明的机器人处于站姿时的状态示意图；
图7为本发明的机器人的坐姿与躺姿之间的变换状态示意图；
图8为本发明的机器人处于躺姿时的状态示意图；
图中：1、机架；2-起背装置；3-站立装置；4-升降扶手装置；
1-1、底板；1-2、扶手架；
2-1、背部支撑板；2-2、腰部支撑板；2-3、座板；2-4、小腿支撑板；2-5、连接座；2-6、腿部直线推杆；2-7、背部支撑杆；2-8、背部滑块；2-9、背部直线推杆；2-10、旋转主轴；
3-1、站立支撑架；3-2、站立座板；3-3、站立直线推杆；3-4、站立连接杆；3-5、站立滑块；3-6、站立直线导轨；3-7、站立导轨直线推杆；3-8、支撑底座；
4-1、扶手垫板；4-2、上滑动轴；4-3、一号升降杆；4-4、二号升降杆；4-5、丝杠轴；4-6、扶手底座；4-7、下滑动块；4-8、上滑动块；4-9、扶手电机；4-10、前丝杠座；4-11、后丝杠座；
2-1-1、背部直线导轨。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种姿态变换康复机器人(简称机器人，参见图1-8)，包括机架1、起背装置2、站立装置3和升降扶手装置4；
所述机架1包括底板1-1和扶手架1-2，底板1-1的两侧分别设有扶手架1-2；扶手架1-2内具有安装升降扶手装置4的空间，扶手架1-2的顶部具有升降扶手装置4的扶手垫板4-1进出的开口；起背装置2安装在机架1的两个扶手架1-2之间；站立装置3安装在机架1的前端；两个升降扶手装置4分别安装在机架1的两个扶手架1-2内，升降扶手装置4能在机架1的扶手架1-2内升降；
所述起背装置2包括背部支撑板2-1、腰部支撑板2-2、座板2-3、小腿支撑板2-4、腿部直线推杆2-6、背部支撑杆2-7、背部滑块2-8、背部直线推杆2-9和旋转主轴2-10；
所述座板2-3的两侧分别与机架1的两个扶手架1-2固连，座板2-3的中部开有用于容纳站立装置3的站立座板3-2的槽口；座板2-3两侧的一端分别铰接有小腿支撑板2-4，座板2-3的另一端与腰部支撑板2-2的一端铰接；腰部支撑板2-2的另一端铰接有背部支撑板2-1；旋转主轴2-10的两端分别与机架1的两个扶手架1-2转动连接；背部直线推杆2-9的缸筒固定在座板2-3的底部，背部直线推杆2-9的伸缩杆与背部支撑杆2-7的一端铰接，背部支撑杆2-7同时与旋转主轴2-10固连，背部支撑杆2-7的另一端固定有背部滑块2-8，背部滑块2-8同时滑动安装在背部支撑板2-1背面的背部直线导轨2-1-1上；背部直线推杆2-9工作，带动背部支撑杆2-7转动，使背部滑块2-8在背部直线导轨2-1-1上滑动，实现背部支撑板2-1的升起或放平；背部支撑板2-1转动带动腰部支撑板2-2一起转动，实现腰部支撑板2-2的升起或放平；每个小腿支撑板2-4的底部分别与各自的腿部直线推杆2-6的缸筒铰接，每个腿部直线推杆2-6的伸缩杆的末端铰接有连接座2-5，连接座2-5同时与旋转主轴2-10固连；腿部直线推杆2-6工作，带动小腿支撑板2-4转动，实现小腿支撑板2-4的收起或放平；
所述站立装置3包括站立支撑架3-1、站立座板3-2、站立直线推杆3-3、站立连接杆3-4、站立滑块3-5、站立导轨直线推杆3-7和支撑底座3-8；
所述支撑底座3-8和站立直线导轨3-6均固定在机架1的底板1-1的前端，站立支撑架3-1的下端铰接在支撑底座3-8上；站立支撑架3-1的上端与站立座板3-2的一端铰接，在坐姿状态时，站立座板3-2位于座板2-3的槽口内，与座板2-3平齐；站立滑块3-5滑动安装在站立直线导轨3-6上，站立滑块3-5的一端同时与站立导轨直线推杆3-7的伸缩杆的末端固连，站立导轨直线推杆3-7安装机架1的底板1-1上；站立连接杆3-4的一端与站立支撑架3-1的中部铰接，另一端铰接于站立滑块3-5的上端面上；在站立滑块3-5的作用下，站立连接杆3-4推动站立支撑架3-1绕着与支撑底座3-8的铰接点转动；站立直线推杆3-3的伸缩杆的末端与站立座板3-2另一端的底部铰接，站立直线推杆3-3的缸筒与站立连接杆3-4的中部铰接；在站立直线推杆3-3的作用下，确保在站立支撑架3-1转动过程中站立座板3-2始终保持水平；
所述升降扶手装置4包括扶手垫板4-1、上滑动轴4-2、一号升降杆4-3、二号升降杆4-4、丝杠轴4-5、扶手底座4-6、下滑动块4-7、上滑动块4-8、扶手电机4-9、前丝杠座4-10和后丝杠座4-11；
所述扶手底座4-6通过螺栓固定在机架1的扶手架1-2内，丝杠轴4-5的两端分别通过前丝杠座4-10和后丝杠座4-11安装在扶手底座4-6上，丝杠轴4-5与两个丝杠座转动连接；扶手电机4-9固定在扶手底座4-6上，扶手电机4-9的输出轴通过联轴器与丝杠轴4-5的一端固连；丝杠轴4-5上具有螺纹，下滑动块4-7滑动安装在丝杠轴4-5的螺纹部分；一号升降杆4-3的下端铰接在下滑动块4-7上，上端与扶手垫板4-1的底部铰接；二号升降杆4-4的下端铰接在后丝杠座4-11上，上端与上滑动块4-8铰接，二号升降杆4-4与一号升降杆4-3在中部剪叉；上滑动块4-8滑动安装在上滑动轴4-2上，上滑动轴4-2固定在扶手垫板4-1的底部；扶手电机4-9带动丝杠轴4-5转动，使下滑动块4-7在丝杠轴4-5上往复滑动，被动带动上滑动块4-8在上滑动轴4-2上滑动，实现手垫板4-1的升降；当处于躺姿状态时，扶手垫板4-1完全盖合在机架1的扶手架1-2的开口上。
本发明的工作原理和工作过程是：
如图1所示，初始状态时使用者坐在站立座板3-2和座板2-3上，背部支撑板2-1和腰部支撑板2-2处于升起状态，小腿支撑板2-4处于竖直状态；扶手垫板4-1从扶手架1-2内伸出适当高度，与使用者的身高匹配，使得使用者小臂舒适地放置于扶手架1-2上。
当使用者由坐姿切换为站姿时，使用者的臀部重心挪动至站立座板3-2上，此时站立导轨直线推杆3-7的伸缩杆伸长，带动站立滑块3-5在站立直线导轨3-6上朝向机器人的前端滑动，推动站立支撑架3-1逆时针转动；与此同时站立直线推杆3-3的伸缩杆收缩，确保站立座板3-2在运动过程中始终保持水平，进而将使用者向机器人的前上方抬高；同时扶手电机4-9带动丝杠轴4-5转动，使下滑动块4-7向机器人的后端移动，使得一号升降杆4-3和二号升降杆上升4-4，进而将扶手垫板4-1向上升起，保证使用者能够一直扶着扶手垫板4-1；当站立支撑架3-1垂直于机架1的底板1-1时，站立导轨直线推杆3-7和扶手电机4-9均停止工作(如图6所示)，此时使用者依靠自身支撑力站立起来。
当使用者由站姿切换为坐姿时，使用者坐在站立座板3-2上，此时站立导轨直线推杆3-7的伸缩杆收缩，带动站立滑块3-5在站立直线导轨3-6上向机器人的后端滑动，推动站立支撑架3-1顺时针转动；同时站立直线推杆3-3的伸缩杆伸长，确保站立座板3-2在运动过程中始终保持水平；扶手电机4-9带动丝杠轴4-5反向转动，使下滑动块4-7向机器人的前端移动，使得一号升降杆4-3和二号升降杆4-4下降，使扶手垫板4-1下降；当站立座板3-2的上表面与座板2-3的上表面平齐时，站立导轨直线推杆3-7和扶手电机4-9均停止运动。
当使用者由坐姿切换为躺姿时，背部直线推杆2-9的伸缩杆收缩，推动旋转主轴2-10和背部支撑杆2-7顺时针旋转，使得背部滑块2-8在背部直线导轨2-1-1上朝向背离背部支撑板2-1的方向滑动，带动背部支撑板2-1顺时针转动，将背部支撑板2-1放平，同时也带动腰部支撑板2-2放平；同时腿部直线推杆2-6的伸缩杆伸长，推动小腿支撑板2-4顺时针转动；扶手电机4-9带动丝杠轴4-5转动，使下滑动块4-7向机器人的前端移动，使得一号升降杆4-3和二号升降杆4-4下降，进而带动扶手垫板4-1下降，并盖合在扶手架1-2的开口处；当背部支撑板2-1、腰部支撑板2-2和小腿支撑板2-4处于水平位置时，腿部直线推杆2-6、背部直线推杆2-9和扶手电机4-9均停止运动，如图8所示。
当使用者由躺姿切换为坐姿时，背部直线推杆2-9的伸缩杆伸长，推动旋转主轴2-10和背部支撑杆2-7逆时针旋转，使得背部连接板2-8在背部直线导轨2-1-1上朝向靠近背部支撑板2-1的方向滑动，带动背部支撑板2-1逆时针转动，将背部支撑板2-1升起，同时带动腰部支撑板2-2升起；与此同时，腿部直线推杆2-6的伸缩杆收缩，拉动小腿支撑板2-4逆时针转动；扶手电机4-9带动丝杠轴4-5转动，使下滑动块4-7向机器人的后端移动，使得一号升降杆4-3和二号升降杆4-4升起，进而带动扶手垫板4-1上升。
本发明的机器人使用于腰椎良好、自身能够提供一定支撑力的使用者。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种姿态变换康复机器人，包括机架、起背装置、站立装置和升降扶手装置；其特征在于，所述起背装置安装在机架的中间；站立装置安装在机架的前端，站立装置的站立座板能够与起背装置的座板的槽口配合，站立装置实现坐姿与站姿之间的转换；两个升降扶手装置分别安装在机架的两侧，在姿态转换过程中升降扶手装置能够一起升降；
所述升降扶手装置包括扶手垫板、上滑动轴、一号升降杆、二号升降杆、丝杠轴、扶手底座、下滑动块、上滑动块、扶手电机、前丝杠座和后丝杠座；
所述扶手底座固定在机架上，丝杠轴的两端分别通过前丝杠座和后丝杠座安装在扶手底座上，丝杠轴与两个丝杠座转动连接；扶手电机固定在扶手底座上，扶手电机的输出轴与丝杠轴的一端固连；下滑动块滑动安装在丝杠轴的螺纹部位上，一号升降杆的下端铰接在下滑动块上，上端与扶手垫板的底部铰接；二号升降杆的下端铰接在后丝杠座上，上端与上滑动块铰接，二号升降杆与一号升降杆在中部剪叉；上滑动块滑动安装在上滑动轴上，上滑动轴固定在扶手垫板的底部；当处于躺姿状态时，扶手垫板能够完全盖合在机架的扶手架的开口上。
2.根据权利要求1所述的姿态变换康复机器人，其特征在于，所述站立装置包括站立支撑架、站立座板、站立直线推杆、站立连接杆、站立滑块、站立导轨直线推杆和支撑底座；
所述支撑底座和站立直线导轨均固定在机架的前端，站立支撑架的下端铰接在支撑底座上；站立支撑架的上端与站立座板的一端铰接，站立座板能够与起背装置的座板的槽口配合；站立滑块滑动安装在站立直线导轨上，站立滑块的一端同时与站立导轨直线推杆的伸缩杆的末端固连，站立导轨直线推杆安装机架的底板上；站立连接杆的一端与站立支撑架的中部铰接，另一端与站立滑块的上端铰接；站立直线推杆的伸缩杆的末端与站立座板另一端的底部铰接，站立直线推杆的缸筒与站立连接杆的中部铰接。
3.根据权利要求1所述的姿态变换康复机器人，其特征在于，所述起背装置包括背部支撑板、腰部支撑板、座板、小腿支撑板、腿部直线推杆、背部支撑杆、背部滑块、背部直线推杆和旋转主轴；
所述座板的两侧分别与机架的两个扶手架固连，座板的中部开有用于容纳站立装置的站立座板的槽口；座板的一端的两侧分别铰接有小腿支撑板，座板的另一端与腰部支撑板的一端铰接；腰部支撑板的另一端铰接有背部支撑板；旋转主轴的两端分别与机架的两个扶手架转动连接；背部直线推杆的缸筒固定在座板的底部，背部直线推杆的伸缩杆与背部支撑杆的一端铰接，背部支撑杆同时与旋转主轴固连，背部支撑杆的另一端固定有背部滑块，背部滑块同时滑动安装在背部支撑板背面的背部直线导轨上；每个小腿支撑板的底部分别与各自的腿部直线推杆的缸筒铰接，每个腿部直线推杆的伸缩杆的末端铰接有连接座，连接座同时与旋转主轴固连。
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