CN111973371A - 一种全自动夹抱装置自适应系统及工作方法和应用 - Google Patents

一种全自动夹抱装置自适应系统及工作方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全自动夹抱装置自适应系统及工作方法和应用，该系统包括夹抱装置，所述夹抱装置包括胸靠板和位于胸靠板左右两侧的腋下支臂，所述胸靠板的前侧的内表面分别装有上传感器、左传感器、右传感器和下传感器；所述胸靠板的后侧的内表面装有一个纵向倾角调节机构和一个横向倾角调节机构。本发明的全自动夹抱装置自适应系统在胸靠板正面安装了四个压力传感器，当传感器监测到上下左右压力分布不均匀时，自动控制后部的倾角调节机构做出相应调整，可使整个胸靠板与使用者的胸腹部完全贴合，均布受力，既提高了舒适性，也提高了安全性。

Description

一种全自动夹抱装置自适应系统及工作方法和应用
技术领域
本发明涉及无障碍移位器械技术领域，特别是涉及一种夹抱装置自适应系统。
背景技术
移位机能够帮助行动不便的人士从轮椅到沙发、床、坐便器、座椅等之间的相互挪位，还能帮助解决如厕、洗澡等系列生活问题。
目前，市场上的移位机大多是吊带式的，转移病人时需要先把使用者扶起来，再把吊兜或者吊衣放到使用者的身体下面，然后再把吊兜或吊衣的吊带挂到吊钩上，再操作升降，全程都需要至少一名辅助者帮助完成，比较费时费力，而且容易引起使用者的不适。而且，当缺少辅助者的协助时，使用者无法独立完成移位。
而且，现有移位机胸靠角度都是固定的，仅仅在表面包覆海绵，但因使用者体型高矮胖瘦不一，在搬运使用者的过程中并不能达到均布受力。上下受力不均匀，就会形成上边缘或下边缘线形受力，使用者很不舒服，甚至对骨质疏松使用者造成伤害；而左右受力不均则可能会造成倾倒的危险。
此外，现有的移位机后背夹板全部都是固定的角度，无法对不同的身体胖瘦的人群进行合理的夹住固定。身体过胖人群使用会造成强烈的挤压，使用过程中特别不舒服，而身体过瘦的人群使用后背的夹板无法与后背贴合，起不到保护作用。
因此，研制一种全自动的夹抱装置自适应系统则成为了本领域亟需解决的技术问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种全自动夹抱装置自适应系统及工作方法和应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种全自动夹抱装置自适应系统，包括夹抱装置，所述夹抱装置包括胸靠板和位于胸靠板左右两侧的腋下支臂，所述胸靠板的前侧的内表面分别装有上传感器、左传感器、右传感器和下传感器；所述胸靠板的后侧的内表面装有一个纵向倾角调节机构和一个横向倾角调节机构。
其中，左右两侧的腋下支臂的前端各通过一个旋转轴与一个搂抱支臂相连；所述搂抱支臂的内侧装有压力传感器。
其中，所述胸靠板的左右两侧均安装有两个胸靠板转轴，左右两侧的腋下支臂上均安装有两个支臂转轴；每个胸靠板转轴均通过一个连杆与同侧的腋下支臂上的一个支臂转轴相连；所述胸靠板内部的左右两侧各装有一个支臂电机，所述支臂电机与同侧的两个连杆相连。
其中，位于胸靠板同一侧的两个胸靠板转轴呈竖直分布；位于同一个腋下支臂上的两个支臂转轴也呈竖直分布；两个胸靠板转轴之间的间距与两个支臂转轴之间的间距相等。
其中，同一侧的两个拉杆相互平行。
其中，腋下支臂内装有压力传感器，支臂电机会根据压力传感器的压力自动调整4个连杆的角度，进而带动腋下支臂调整角度位置。
全自动夹抱装置自适应系统的工作方法：当使用者趴俯在胸靠板上的时候，上传感器、左传感器、右传感器和下传感器受到挤压，然后上下两个传感器做数值比对，左右两个传感器做数值比对，得出压力差，控制器将压力差转换成横向和纵向的两个动作方向，在动作过程中持续监测压力变化，通过纵向倾角调节机构和横向倾角调节机构进行角度调节，至两个方向的传感器压力值均衡后停止。
或者，当全自动搬运机器人处于未使用状态或处于使用状态但搂抱支臂未与使用者后背接触时，压力传感器监测到的压力值为0；当使用者使用全自动搬运机器人时，搂抱支臂会慢慢向后背靠拢，在搂抱支臂与后背接触时，压力传感器会监测到使用者后背与搂抱支臂之间的压力值逐渐增大，压力传感器监测到的压力值达到1时，证明后背与搂抱支臂已经完全贴合，搂抱支臂会自动停止继续靠拢动作。
或者，腋下支臂内装有压力传感器，支臂电机会根据压力传感器的压力自动调整4个连杆的角度，进而带动腋下支臂调整角度位置。
一种采用上述全自动夹抱装置自适应系统的移位装置。
同现有技术相比，本发明的突出效果在于：
(1)本发明的全自动夹抱装置自适应系统在胸靠板正面安装了四个压力传感器，当传感器监测到上下左右压力分布不均匀时，自动控制后部的倾角调节机构做出相应调整，可使整个胸靠板与使用者的胸腹部完全贴合，均布受力，既提高了舒适性，也提高了安全性。
(2)本发明的全自动夹抱装置自适应系统在搂抱支臂内安装了压力传感器，当传感器没监测到压力或未达到预定压力值时，搂抱支臂继续向后背处靠拢，当压力传感器监测到的压力达到预定压力值后自动停止向后背靠拢，实现搂抱支臂与后背完全贴合，无论胖瘦不同的身材都可以实现相同受力的固定，既提高了安全性又提高了舒适性。
(3)本发明全自动夹抱装置自适应系统中的腋下支臂的自适应调整机构，在左右两侧的腋下支臂各有两根平行的连杆支撑，安装在胸靠板上，在使用时，腋下支臂受使用者的重力下压，在保持垂直的状态下，向下并向内旋转，自动夹紧使用者，使用方便，结构简单。
下面结合附图说明和具体实施例对本发明所述的全自动夹抱装置自适应系统及工作方法和应用作进一步说明。
附图说明
图1为夹抱装置的俯视图；
图2为夹抱装置的后视图；
图3为胸靠板处的传感器分布图；
图4为胸靠板上下调整的示意图；
图5为胸靠板左右调整的示意图；
图6为搂抱支臂的工作示意图；
图7为全自动搬运机器人的立体示意图；
图8为全自动搬运机器人的另一立体示意图；
图9为全自动搬运机器人的内部结构示意图；
图10为座板未升起时的结构示意图；
图11为第一电机和第二电机处的连接关系示意图；
图12为第一电机处的连接关系示意图；
图13为第二电机处的连接关系示意图；
图14为第二立板处的连接关系示意图；
图15为第一立板处的连接关系示意图；
图16为胸靠电机和座板电机处的连接关系示意图；
图17为底盘转向机构在0°行程位的示意图；
图18为底盘转向机构在45°行程位的示意图；
图19为底盘转向机构在90°行程位的示意图。
其中，100-夹抱装置；101-胸靠板；102-腋下支臂；103-胸靠板转轴；104-支臂转轴；105-连杆；106-支臂电机；107-搂抱支臂；108-上传感器；109-左传感器；110-右传感器；111-下传感器；112-纵向倾角调节机构；113-横向倾角调节机构；114-旋转轴；115-压力传感器；
200-顶壳；201-第一上连板；202-第三销轴；203-胸靠电机；204-第二上连板；205-胸靠电机固定轴；
300-机身外壳；301-第一立板；302-第二销轴；303-第一电机；304-第二电机；305-第二立板；306-座板电机固定轴；
400-底盘外壳；401-脚垫；402-底盘；403-第一销轴；
500-膝靠；501-膝靠连杆；601-扶手；701-座板；702-座板电机；703-座板连杆；
801-驱动轮；802-导向转轴；803-转向电机；804-驱动轮连杆；805-传动带。
具体实施方式
实施例1
如图1-7所示，一种全自动夹抱装置自适应系统，包括夹抱装置100，所述夹抱装置100包括胸靠板101和位于胸靠板101左右两侧的腋下支臂102，所述胸靠板101的前侧的内表面分别装有上传感器108、左传感器109、右传感器110和下传感器111；所述胸靠板101的后侧的内表面装有一个纵向倾角调节机构112和一个横向倾角调节机构113。
左右两侧的腋下支臂102的前端各通过一个旋转轴114与一个搂抱支臂107相连；所述搂抱支臂107的内侧装有压力传感器115。
胸靠板101的左右两侧均安装有两个胸靠板转轴103，左右两侧的腋下支臂102上均安装有两个支臂转轴104；每个胸靠板转轴103均通过一个连杆105与同侧的腋下支臂102上的一个支臂转轴104相连；所述胸靠板101内部的左右两侧各装有一个支臂电机106，所述支臂电机106与同侧的两个连杆105相连。
位于胸靠板101同一侧的两个胸靠板转轴103呈竖直分布；位于同一个腋下支臂102上的两个支臂转轴104也呈竖直分布；两个胸靠板转轴103之间的间距与两个支臂转轴104之间的间距相等。同一侧的两个拉杆5相互平行。即针对同一侧而言，位于上方的胸靠板转轴103与位于上方的支臂转轴104通过一个连杆105相连；位于下方的胸靠板转轴103与位于下方的支臂转轴104通过另一个连杆105相连。
腋下支臂102内装有压力传感器，支臂电机106会根据压力传感器的压力自动调整105的4个连杆的角度，进而带动腋下支臂102调整角度位置。全自动夹抱装置自适应系统的工作方法：
其中，胸靠板自适应的工作方法，具体为：
当使用者趴俯在胸靠板上的时候，上传感器、左传感器、右传感器和下传感器受到挤压，然后上下两个传感器做数值比对，左右两个传感器做数值比对，得出压力差，控制器将压力差转换成横向和纵向的两个动作方向，在动作过程中持续监测压力变化，通过纵向倾角调节机构112和横向倾角调节机构113进行角度调节，至两个方向的传感器压力值均衡后停止。
(1)纵向调节举例：假设使用者趴到胸靠板上以后，胸靠板只有上边缘与使用者接触，此时上传感器压力值为2，下传感器压力值为0，控制器会控制纵向倾角调节机构，使得胸靠板向上转动，转至胸靠板均匀受力后，上下两个传感器的压力值都会变成1，此时调节停止。
假设使用者趴到胸靠板上以后只有下边缘与使用者接触，此时下传感器压力值为2，上传感器压力值为0，控制器会控制纵向倾角调节机构，使得胸靠板向下转动，转至胸靠板均匀受力后，上下两个传感器的压力值都会变成1，此时调节停止。
(2)横向调节举例：假设使用者趴到胸靠板上以后，胸靠板只有左侧与使用者接触，此时左传感器压力值为2，右传感器压力值为0，控制器会控制横向倾角调节机构，使得胸靠板向左转动，转至胸靠板均匀受力后，左右两个传感器的压力值都会变成1，此时调节停止。
假设使用者趴到胸靠板上以后只有右侧与使用者接触，此时右传感器压力值为2，左传感器压力值为0，控制器会控制横向倾角调节机构，使得胸靠板向右转动，转至胸靠板均匀受力后，上下两个传感器的压力值都会变成1，此时调节停止。
其中，搂抱支臂自适应的工作方法，具体为：
当移位装置处于未使用状态或处于使用状态但搂抱支臂未与使用者后背接触时，压力传感器监测到的压力值为0；当使用者使用全自动搬运机器人时，搂抱支臂会慢慢向后背靠拢，在搂抱支臂与后背接触时，压力传感器会监测到使用者后背与搂抱支臂之间的压力值逐渐增大，压力传感器监测到的压力值达到1时，证明后背与搂抱支臂已经完全贴合，搂抱支臂会自动停止继续靠拢动作。
其中，腋下支臂自适应的工作方法，具体为：
支臂电机106根据腋下支臂内的压力传感器的压力自动调整4个连杆105的角度，进而带动腋下支臂102调整角度位置
实施例2
一种采用实施例1的全自动夹抱装置自适应系统的全自动搬运机器人，如图9-11和图15所示，包括相互平行的第一立板301和第二立板305，所述第一立板301的前侧下端和第二立板305的前侧下端均通过第一铰轴403与底盘402相铰接；所述第一立板301的后侧上部通过第二铰轴302与第一上连板201的后侧下端相铰接，所述第二立板305的后侧上部通过第二铰轴302与第二上连板204的后侧下端相铰接；
如图12-13所示，所述第一上连板201的后侧中部与第一电机303的螺杆相铰接，所述第一电机303的下端与所述第一立板301的后侧下部相铰接；所述第二立板305的后侧中部与第二电机304的上端相铰接，所述第二电机304的螺杆与所述底盘402相铰接。
如图9和图14所示，第一上连板201的后侧上端和所述第二上连板204的后侧上端通过胸靠电机固定轴205相连，所述胸靠电机固定轴205上铰接有胸靠电机203，所述胸靠电机203的螺杆与夹抱装置100的胸靠板101相铰接；胸靠电机203位于第一上连板201和第二上连板204二者之间。
所述第一上连板201的前端和第二上连板204的前端各通过一个第三销轴202与所述胸靠板101相铰接。
如图16所示，第一立板301的前侧上端和第二立板305的前侧上端通过座板电机固定轴306相连，所述座板电机固定轴306上铰接有座板电机702，所述座板电机702的螺杆与座板连杆703的中部相铰接，所述座板连杆703的上端与所述第二铰轴302铰接，所述座板连杆703的下端铰接有座板701。座板701为两片对折式。座板701、座板电机702和座板连杆703均位于第一立板301和第二立板305二者中间。
如图17所示，底盘402的中部装有转向电机803，所述转向电机803的传动齿轮与导向转轴802上的齿轮相啮合，所述导向转轴802的齿轮通过驱动轮连杆804与左侧的前后两个驱动轮801相连，所述导向转轴802通过传动带805与底盘右侧的从动轮相连，所述从动轮通过驱动轮连杆804与右侧的前后两个驱动轮801相连。
每个驱动轮连杆804上在0°/45°/90°分别各布置一个行程开关，如图13-15所示，轮子处于前后状态时对应0°(可以前后行走)，转向时对应45°(可以左转或右转)，处于左右状态时对应90°(可以左右行走)。
当转向电机正反转带动导向转轴，进而实现左右转向，在转向时以触碰到行程开关为方向基准。换句话说，无论左转和右转，轮子都是转45度，二者唯一区别就是电机正转和反转。(在其他有益实施例中，也可以通过伺服电机或者霍尔开关计算转向电机的转数，换算成转向角度，当转到45°或90°时，停止转向；也可以将转向电机换成伺服电机、步进电机或者带霍尔开关的无刷电机，都可以通过电机旋转圈数换算转向角度)
四个驱动轮均为电动轮毂。
如图7-8所示，第一立板301和第二立板305的外表面装有机身外壳300；所述机身外壳300的两个侧面各装有一个膝靠连杆501，所述膝靠连杆501上固定有膝靠500；两个第三销轴202的外侧分别与扶手601的两端相连。机身外壳300可覆盖住第一立板301、第二立板305、第一电机303、第二电机304。
底盘402的上表面装有底盘外壳400，所述底盘外壳400的左右两侧各设有一个脚垫401；所述第一上连板201和第二上连板204的外表面装有顶壳200。顶壳200可覆盖住胸靠电机203、第一上连板201、第二上连板204。
其中，纵向倾角调节机构、横向倾角调节机构、胸靠电机、第一电机、第二电机、座板电机、驱动轮、转向电机均通过控制器进行控制。
该全自动搬运机器人的工作方法：
使用时，使用者趴到机器人上，胸部和腹部紧靠在胸靠板上，腋下支臂插在使用者两侧腋下，脚放在底盘的脚垫上。其中，第一销轴、第二销轴、第三销轴分别对应三个自由度，这三个自由度也分别对应了使用者的脚踝、膝盖、腹部，即：脚踝对应第一自由度；膝盖顶在膝靠上，对应第二自由度；胸腹靠在胸靠板上，对应第三自由度。
上升时，两侧腋下支臂因受使用者自身重力下压会向下并向内侧夹紧，抱住使用者；同时，通过胸靠电机的螺杆收缩，带动胸靠板围绕第三销轴旋转，夹抱装置向前倾斜，带动使用者向前趴(胸靠板的底端对应着使用者的腰部)；继续上升时，第一电机的螺杆收缩，带动第一上连板和第二上连板，进而带动夹抱装置围绕第二销轴旋转上升(对应着使用者的大腿部位围绕膝盖上下转动)；同时，第二电机的螺杆收缩，带动第一立板和第二立板围绕第一销轴旋转(对应着使用者的小腿部位围绕脚踝转动)，从而实现了一种仿生的模仿人背人的状态。
当机器人将使用者背抱起来之后，座板电机的螺杆收缩带动座板自动升起并展开，使用者可以直接坐到座板上，可支撑使用者长距离转移不累。当要放下使用者时，座板电机的螺杆伸长带动座板自动下降收起并隐藏到双腿中间。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种全自动夹抱装置自适应系统，其特征在于：包括夹抱装置(100)，所述夹抱装置(100)包括胸靠板(101)和位于胸靠板(101)左右两侧的腋下支臂(102)，所述胸靠板(101)的前侧的内表面分别装有上传感器(108)、左传感器(109)、右传感器(110)和下传感器(111)；所述胸靠板(101)的后侧的内表面装有一个纵向倾角调节机构(112)和一个横向倾角调节机构(113)。
2.根据权利要求1所述的全自动夹抱装置自适应系统，其特征在于：左右两侧的腋下支臂(102)的前端各通过一个旋转轴(114)与一个搂抱支臂(107)相连；所述搂抱支臂(107)的内侧装有压力传感器(115)。
3.根据权利要求2所述的全自动夹抱装置自适应系统，其特征在于：所述胸靠板(101)的左右两侧均安装有两个胸靠板转轴(103)，左右两侧的腋下支臂(102)上均安装有两个支臂转轴(104)；每个胸靠板转轴(103)均通过一个连杆(105)与同侧的腋下支臂(102)上的一个支臂转轴(104)相连；所述胸靠板(101)内部的左右两侧各装有一个支臂电机(106)，所述支臂电机(106)与同侧的两个连杆(105)相连。
4.根据权利要求3所述的全自动夹抱装置自适应系统，其特征在于：位于胸靠板(101)同一侧的两个胸靠板转轴(103)呈竖直分布；位于同一个腋下支臂(102)上的两个支臂转轴(104)也呈竖直分布；两个胸靠板转轴(103)之间的间距与两个支臂转轴(104)之间的间距相等。
5.根据权利要求4所述的全自动夹抱装置自适应系统，其特征在于：同一侧的两个拉杆(5)相互平行。
6.根据权利要求5所述的全自动夹抱装置自适应系统，其特征在于：腋下支臂(102)内装有压力传感器，支臂电机(106)根据压力传感器的压力自动调整4个连杆(105)的角度，进而带动腋下支臂(102)调整角度位置。
7.权利要求1-6任一所述的全自动夹抱装置自适应系统的工作方法，其特征在于：当使用者趴俯在胸靠板上的时候，上传感器、左传感器、右传感器和下传感器受到挤压，然后上下两个传感器做数值比对，左右两个传感器做数值比对，得出压力差，控制器将压力差转换成横向和纵向的两个动作方向，在动作过程中持续监测压力变化，通过纵向倾角调节机构和横向倾角调节机构进行角度调节，至两个方向的传感器压力值均衡后停止。
8.权利要求1-6任一所述的全自动夹抱装置自适应系统的工作方法，其特征在于：当全自动搬运机器人处于未使用状态或处于使用状态但搂抱支臂未与使用者后背接触时，压力传感器监测到的压力值为0；当使用者使用全自动搬运机器人时，搂抱支臂会慢慢向后背靠拢，在搂抱支臂与后背接触时，压力传感器会监测到使用者后背与搂抱支臂之间的压力值逐渐增大，压力传感器监测到的压力值达到1时，证明后背与搂抱支臂已经完全贴合，搂抱支臂会自动停止继续靠拢动作。
9.权利要求1-6任一所述的全自动夹抱装置自适应系统的工作方法，其特征在于：腋下支臂(102)内装有压力传感器，支臂电机(106)根据压力传感器的压力自动调整4个连杆(105)的角度，进而带动腋下支臂(102)调整角度位置。
10.采用权利要求1-6任一所述全自动夹抱装置自适应系统的移位装置。
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