CN112451233A - 一种老人如厕辅助智能轮椅 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种老人如厕辅助智能轮椅，包括车体、坐垫、车轮、辅助站立机构、坐垫开合机构、控制器和为整个轮椅供电的电源，控制器连接辅助站立机构和坐垫开合机构，坐垫的一端可转动连接车体，辅助站立机构包括电动推杆，该电动推杆的固定端连接车体的底部，输出端连接坐垫的下侧；坐垫中部设有中心孔洞，坐垫开合机构设置在坐垫的中层的中部。与现有技术相比，本发明在一台轮椅上集合辅助站立、可开合坐垫、外置药物存储等功能，使每位老人可以借助本轮椅轻松地以一种智能、安全、卫生的方式独自解决日常如厕问题，完成家庭场景下的日常起居生活。
Description
技术领域
本发明涉及如厕轮椅领域，尤其是涉及一种老人如厕辅助智能轮椅。
背景技术
现如今中国人口老龄化与高龄化程度日趋严重。同时中国独居老人数也在不断上升。在独居生活的过程中，部分老年人可能由于年龄过大或者自身身体状况不佳导致腿部力量不足，在家中行动不便，需要借助拐杖或家中固定家具辅助行走甚至自行使用轮椅。此外在如厕过程中，由于老年人腿部力量减弱、墙面地面较为潮湿，在坐下与站起时会遇到较大困难，安全问题也会受到威胁。第三，许多老年人需要在一天内定期多次服食不等量的各类药物，可能需要提醒以避免遗忘的情况。
由于这些现状和问题的存在，现今市场上已经出现多种智能轮椅可供选择,但大多只局限于坐卧姿态的变化和行走舒适度的优化，对于如厕功能只有部分的轮椅通过底部外置塑料材质的坐便器附加可抽动式坐垫进行解决，不方便清理且存在卫生隐患。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在不方便清理且存在卫生隐患的缺陷而提供一种老人如厕辅助智能轮椅。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种老人如厕辅助智能轮椅，包括车体、坐垫和车轮，所述轮椅还包括辅助站立机构、坐垫开合机构、控制器和为整个轮椅供电的电源，所述控制器完成对所述辅助站立机构和坐垫开合机构的控制，所述坐垫的一端可转动连接所述车体，所述辅助站立机构包括电动推杆，该电动推杆的固定端连接所述车体的底部，输出端连接所述坐垫的下侧；
所述坐垫为多层结构，包括上层、中层和下层，所述坐垫的上层和下层的中部设有中心孔洞，所述坐垫开合机构设置在所述坐垫的中层的中部，所述坐垫开合机构包括两块滑动板，每块滑动板连接有一个水平驱动组件。
进一步地，所述水平驱动组件包括第一电机、齿轮和齿条，所述齿条设置在所述滑动板的边缘，所述第一电机的固定端连接所述坐垫，输出端连接所述齿轮，所述齿轮与所述齿条相配合。
进一步地，所述坐垫的一端设有旋转轴，该端还连接所述电动推杆的输出端，所述旋转轴连接所述车体。
进一步地，所述坐垫的两侧均连接有一个所述辅助站立机构。
进一步地，所述车体的前端设置有护板，所述坐垫位于车体的后端，所述护板设有护膝形保护装置，该护膝形保护装置包括两个半圆柱板，每个半圆柱板通过连接板连接所述护板。
进一步地，所述护板还连接有可折叠桌板。
进一步地，所述中心孔洞为边长为300毫米的正方形。
进一步地，所述车轮的数量为多个，每个车轮连接有一个第二电机，所述车轮采用麦克纳姆轮。
进一步地，所述车体设有两个扶手，所述两个扶手分别位于所述坐垫的两侧，每个所述扶手连接有一个生命体征检测装置。
进一步地，所述车体还连接有智能药盒。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明考虑到老年人群腿部力量较弱，难以站立完成脱外裤动作，设置辅助站立系统，通过电动推杆驱动可转动的坐垫旋转，从而辅助老人站立，使得老人可以方便完成脱外裤的动作；
为便于老人在轮椅上完成如厕动作，本发明将坐垫设置为多层结构，上层和下层均设置中心孔洞，中层设置驱动后可水平移动的滑动板，可实现坐垫的开合；
辅助站立机构和坐垫开合机构均可通过控制器由使用者自行控制，以得到适合个人的坐垫抬升角度和坐垫打开大小。
(2)辅助站立过程中老人还可以将膝盖或小腿顶在护板上安装的护膝形保护装置上，借助框架整体机械结构的稳定性避免身体前倾导致重心不稳发生危险，提高使用安全性。
(3)本发明可通过乘坐人手动控制和循迹功能，充分利用麦克纳姆轮的特性，实现轮椅自由的全方位运动，完成室内低速自如行走。
(4)本发明集成智能药盒和生命体征检测功能，增强轮椅使用智能性和安全性。
(5)本发明通过红外传感器识别预设的红外路线可实现轮椅的自动导航。
(6)可在本发明上安装摄像头，在卫生间内对马桶和周围环境识别可实现狭窄空间内辅助规划路线。
附图说明
图1为本发明实施例中老人如厕辅助智能轮椅的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中智能轮椅坐垫水平状态的侧面全剖视图；
图3为本发明实施例中智能轮椅坐垫抬起状态的侧面全剖视图；
图4为本发明实施例中坐垫开合机构的闭合状态俯视图；
图5为本发明实施例中坐垫开合机构的打开状态俯视图；
图6为本发明实施例中坐垫开合机构的闭合状态主视图；
图中，1、车体，2、坐垫，201、上层，202、中层，203、下层，204、中心孔洞，205、旋转轴，3、车轮，4、辅助站立机构，401、电动推杆，5、坐垫开合机构，501、滑动板，502、齿轮，503、齿条，6、护板，7、可折叠桌板，8、扶手，9、护膝形保护装置，901、半圆柱板，902、连接板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例提供一种老人如厕辅助智能轮椅，包括车体1、坐垫2和车轮3，其特征在于，轮椅还包括辅助站立机构4、坐垫开合机构5、控制器和为整个轮椅供电的电源，控制器连接辅助站立机构4和坐垫开合机构5，坐垫2的一端可转动连接车体1，辅助站立机构4包括电动推杆401，该电动推杆401的固定端连接车体1的底部，输出端连接坐垫2的下侧；
坐垫2为多层结构，包括上层201、中层202和下层203，坐垫2的上层201和下层203的中部设有中心孔洞204，坐垫开合机构5设置在坐垫2的中层202的中部，坐垫开合机构5包括两块滑动板501，每块滑动板501连接有一个水平驱动组件；
作为一种优选的实施方式，车体1的前端设置有护板6，坐垫2位于车体1的后端，护板6设有护膝形保护装置9，该护膝形保护装置9包括两个半圆柱板901，每个半圆柱板901通过连接板902连接护板6。
作为一种优选的实施方式，水平驱动组件包括第一电机、齿轮502和齿条503，齿条503设置在滑动板501的边缘，第一电机的固定端连接坐垫2，输出端连接齿轮502，齿轮502与齿条503相配合。
作为一种优选的实施方式，坐垫2的一端设有旋转轴205，该端还连接电动推杆401的输出端，旋转轴205连接车体1。
作为一种优选的实施方式，坐垫2的两侧均连接有一个辅助站立机构4。
作为一种优选的实施方式，护板6还连接有可折叠桌板7。
作为一种优选的实施方式，轮椅的前端安装有多个红外传感器，地板上预设能被探测的红外路线。
作为一种优选的实施方式，中心孔洞204为边长为300毫米的正方形。
作为一种优选的实施方式，车轮3的数量为多个，每个车轮3连接有一个第二电机，车轮3采用麦克纳姆轮。
作为一种优选的实施方式，车体1设有两个扶手8，两个扶手8分别位于坐垫2的两侧，每个扶手8连接有一个生命体征检测装置。
作为一种优选的实施方式，车体1还连接有智能药盒。
作为一种优选的实施方式，护板6还安装有红外传感器和摄像头。
将上述优选的实施方式进行组合，可以得到一种最优的实施方式，下面对该最优的实施方式的具体实施过程进行详细描述。
一、整体设计
本实施例在轮椅的基础上进行改进而成，因此本实施例参考常见轮椅的结构进行本轮椅的基本框架搭建。
本实施例选用适当长度和直径铝型材材料，通过连接件进行连接，组成本轮椅的基本框架。轮椅三维设计图如图1所示。
轮椅前后部各安装一对车轮3，所有车轮均带有电机，共同为轮椅提供动力并实现转向功能。座椅位于轮椅整体的后部，两侧安装扶手8增强乘坐安全性。坐垫2安装有抬升装置，且能够在中部打开一定大小。为了能够顺利倒车至马桶正上方，坐垫下方部分不安装任何装置。
轮椅前方安装护板6，与车体1底部相连，以增强护板稳定性。同时在护板6上安装活动式可折叠桌板7，方便放置物品或作为老人的辅助支撑装置。
二、机械结构部分设计
2.1、轮椅辅助站立机构4设计
考虑到本轮椅面向腿脚不便的老年人群，他们腿部力量较弱，在完成穿脱外裤动作的过程中若需要完全站直，因腿部需要承受较大压力会较为困难，但是在正常坐姿下此动作也会因摩擦阻力较大、手臂力量不足而难以完成，因此本实施例在轮椅上设置辅助站立机构。
如图2和图3所示，本实施例利用推杆机构实现辅助站立功能。将电动推杆401的两端分别固定于坐垫2下部的前端和整个轮椅的底部。整个推杆紧贴框架两侧内部安装，以减少占用坐垫下部空间。推杆由手柄控制，老年人可以在使用时根据自身身体姿态随时自行调整坐垫倾斜角度，以方便完成穿脱外裤过程。
在辅助站立阶段，推杆内部电机带动伸缩部分向外运动使推杆伸长，从而推动坐垫与竖直方向夹角减小，坐垫缓慢竖起，减小老人在站起时腿部需要承受的压力，实现帮助老人站起的功能。在此过程中老人还可以将膝盖或小腿顶在轮椅前部护板6上安装的护膝形保护装置9上，借助框架整体连接的稳定性避免身体前倾导致重心不稳发生危险。最终坐垫可由老人调整至方便的位置，此时由于老人身体对坐垫的压力已经较小，外裤与坐垫的摩擦力相较正常坐姿减小，老人可更容易完成穿脱动作。
推杆电机停转后坐垫能够保持在原位维持老人身体姿态，老人完成脱下外裤动作后重新坐于坐垫。推杆通过内部电机反转完成与前述相反的过程，最终老人安全回到正常坐姿。
2.2、坐垫开合机构5设计
由于老年人乘坐轮椅进入卫生间后，若要自行从座椅移动至马桶上，其动作过程与老人穿脱外裤时的动作过程类似，同样需要依靠腿部力量自行站起和坐下，对于腿部力量较弱的老人较难实现，因此本实施例在辅助站立机构4的基础上设计此机构。借助轮椅控制系统可以使轮椅坐垫2达到马桶正上方，则老年人完成脱下外裤的动作后可以重新以正常坐姿坐于轮椅上，通过坐垫打开适当大小，可使老人完成在轮椅上如厕动作。
如图4-6所示，对于坐垫打开方式的具体设计，由于坐垫下方空间狭小且必须保持无遮挡，而上方有人乘坐，无法在竖直方向移动，本实施例最终选择将坐垫2向水平方向打开。具体来说，本实施例将坐垫制作成多层结构，在上层201和下层203中部切除适当大小的材料得到中心孔洞204。经过实验，本实施例获得较为适合的孔洞大小为300mm的正方形，方便老年人在坐垫打开时能够在坐垫上舒适地完成如厕过程。在中间层部分利用电机驱动动齿轮502，带动与齿条503连接成一体的两块滑动板501，从而使中层202也打开孔洞，方便老年人在轮椅上完成如厕过程。老人可通过手动控制坐垫的开合，也可在控制系统中设置为坐垫放下后自动打开坐垫。
2.3、转向机构设计
在轮椅结构的前部和后部分别设置两个车轮3，每个车轮均由单独的电机驱动。在车轮选择上，由于在居家场景和厕所内移动时，允许车辆移动的空间较为狭小，因此本实施例选用麦克纳姆轮，通过单片机分别控制四个车轮的独立运动，使得车辆实现全方位移动，方便在循迹功能下跟随指定路径，以及在厕所内调整车辆位置使坐垫达到马桶正上方。
三、控制部分设计
整个轮椅以Arduino单片机和STM32单片机结合相应驱动模块和适配电池制作控制系统，主要负责控制轮椅机械结构部分的运动、完成自动导航功能。
由于每位使用者的身体状况和使用习惯的不同，其他部分，包括坐垫辅助站立机构和坐垫开合机构，主要由使用者通过遥控器自行控制，以得到适合个人的坐垫抬升角度和坐垫打开大小。
当轮椅在室内和卫生间移动时，既可以由乘坐人通过手柄自行控制其运动，也可以通过在地板预设路线并与轮椅前部安装的多个红外传感器配合实现自动导航功能，引导轮椅进行运动。
同时在卫生间内，护板外侧安装的摄像头能够识别马桶的位置和周围环境情况，辅助老人实现狭窄空间的车体1运动路径规划，并能够自行停靠于使坐垫处于马桶正上方的适当位置。
四、辅助功能设计
4.1、体征监测
由于老年人各类疾病相对较多，为避免独自在家如厕或生活时产生意外，在轮椅上集成生命体征监测装置，可以于两侧扶手8上安装或在轮椅上连接一手环，当老人将手臂放置于扶手上时即可自动实现生命体征检测，以期最大限度保障老人生命安全。
4.2、智能药盒
老年人经常需要在不同时间段服用各类不同药物，为避免老人忘记服药或进行过多不必要的走动造成安全隐患，可在轮椅上安装药盒，在设定的时间自动向老年人发出提醒，并将预先放置在药盒内的药物提供给老年人服用，方便老年人的日常生活，保障身体健康。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种老人如厕辅助智能轮椅，包括车体(1)、坐垫(2)和车轮(3)，其特征在于，所述轮椅还包括辅助站立机构(4)、坐垫开合机构(5)、控制器和为整个轮椅供电的电源，所述控制器连接所述辅助站立机构(4)和坐垫开合机构(5)，所述坐垫(2)的一端可转动连接所述车体(1)，所述辅助站立机构(4)包括电动推杆(401)，该电动推杆(401)的固定端连接所述车体(1)的底部，输出端连接所述坐垫(2)的下侧；
所述坐垫(2)为多层结构，包括上层(201)、中层(202)和下层(203)，所述坐垫(2)的上层(201)和下层(203)的中部设有中心孔洞(204)，所述坐垫开合机构(5)设置在所述坐垫(2)的中层(202)的中部，所述坐垫开合机构(5)包括两块滑动板(501)，每块滑动板(501)连接有一个水平驱动组件。
2.根据权利要求1所述的一种老人如厕辅助智能轮椅，其特征在于，所述水平驱动组件包括第一电机、齿轮(502)和齿条(503)，所述齿条(503)设置在所述滑动板(501)的边缘，所述第一电机的固定端连接所述坐垫(2)，输出端连接所述齿轮(502)，所述齿轮(502)与所述齿条(503)相配合。
3.根据权利要求1所述的一种老人如厕辅助智能轮椅，其特征在于，所述坐垫(2)的一端设有旋转轴(205)，该端还连接所述电动推杆(401)的输出端，所述旋转轴(401)连接所述车体(1)。
4.根据权利要求1所述的一种老人如厕辅助智能轮椅，其特征在于，所述坐垫(2)的两侧均连接有一个所述辅助站立机构(4)。
5.根据权利要求1所述的一种老人如厕辅助智能轮椅，其特征在于，所述车体(1)的前端设置有护板(6)，所述坐垫(2)位于车体(1)的后端，所述护板(6)设有护膝形保护装置(9)，该护膝形保护装置(9)包括两个半圆柱板(901)，每个半圆柱板(901)通过连接板(902)连接所述护板(6)。
6.根据权利要求5所述的一种老人如厕辅助智能轮椅，其特征在于，所述护板(6)还连接有可折叠桌板(7)。
7.根据权利要求1所述的一种老人如厕辅助智能轮椅，其特征在于，所述中心孔洞(204)为边长为300毫米的正方形。
8.根据权利要求1所述的一种老人如厕辅助智能轮椅，其特征在于，所述车轮(3)的数量为多个，每个车轮(3)连接有一个第二电机，所述车轮(3)采用麦克纳姆轮。
9.根据权利要求1所述的一种老人如厕辅助智能轮椅，其特征在于，所述车体(1)设有两个扶手(8)，所述两个扶手(8)分别位于所述坐垫(2)的两侧，每个所述扶手(8)连接有一个生命体征检测装置。
10.根据权利要求1所述的一种老人如厕辅助智能轮椅，其特征在于，所述车体(1)还连接有智能药盒。
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