CN112690971B - 人体骨骼7杆闭链辅助上床机构型综合算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了人体骨骼7杆闭链辅助上床机构型综合算法，包括7杆双闭环结构，有6个活动构件，H处为强化受力引入的需约束，本发明结构科学合理，使用安全方便，本发明从机构设计的角度将人体和机械结构整体进行设计，从而使得被辅助对象在辅助过程中即使有姿态的自由调整，也能以对骨骼冲击最小的方式实现上床过程的辅助动作，提高了辅助过程的舒适性和安全性。

Description

人体骨骼7杆闭链辅助上床机构型综合算法

技术领域

本发明涉及闭链辅助上床机构型综合算法技术领域，具体为人体骨骼7杆闭链辅助上床机构型综合算法。

背景技术

我国已步入老龄化，老龄人口急剧增加，社会对于助老类产品的需求日益迫切，尤其在上床过程中，多数65岁以上的老人都存在扭腰迈腿不便的困难。而辅助类装置的研发，必须考虑装置对人体骨骼冲击以及辅助过程中辅助动作能随被辅助对象姿态自由调整的问题，但现有技术在这方面存在明显不足。

为了便于理解，申请人于同日申请了中国发明专利一种空间欠驱动辅助上下床机器人用于配合使用，可以详见说明书附图2-3与相关实施例1。

发明内容

本发明提供人体骨骼7杆闭链辅助上床机构型综合算法，可以有效解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：人体骨骼7杆闭链辅助上床机构型综合算法，包括7杆双闭环结构，有6个活动构件，H处为强化受力引入的虚约束，则有：

一般空间机构自由度：

J个运动副所提供的总约束：

构件、运动副、环路关系：

J-N＝L-1 (3)

运动副中相对自由度与约束的关系：

u_i+f_i＝6 (4)

联立公式(1)(2)(3)(4)得封闭环路自由度计算公式：

式中：F——机构自由度；

——各运动副的总自由度；

L——封闭多边形个数。

根据上述技术方案，

所述机构中各个运动副的总自由度为：

根据上述技术方案，

所述构件1的两个球面副绕其自身轴线旋转的自由度并不影响机构总体的运动输出，固此处为局部自由度，应去除，则：

机构具有两个封闭多边形，L＝2，所以机构的自由度数应为：

F＝13-6×2＝1 (8)。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便，本发明从机构设计的角度将人体和机械结构整体进行设计，从而使得被辅助对象在辅助过程中即使有姿态的自由调整，也能以对骨骼冲击最小的方式实现上床过程的辅助动作，提高了辅助过程的舒适性和安全性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明的算法结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的操作示意图；

图中标号：1、机架；2、挂式水杯；3、安装架；4、置药台；5、扶手拐杖；6、电机托架；7、遥控器；8、欠驱动靠垫；9、电机套块；10、虎克铰链；11、导向杆；12、球面副；13、电机滑块；14、直线电机；15、高度调节杆。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：如图2-3所示，本发明提供技术方案，一种空间欠驱动辅助上下床机器人，包括机架1，机架1的一端铰接有电机托架6，电机托架6的顶端固定安装有直线电机14，直线电机14的输出轴固定安装有电机套块9，电机套块9的外侧套接有电机滑块13，电机滑块13的一端铰接有虎克铰链10，虎克铰链10的一端铰接有导向杆11，导向杆11的底端铰接有球面副12，直线电机14通过遥控器7进行配合控制，电机滑块13与直线电机14之间移动配合，球面副12与机架1之间固定连接，电机套块9的另一端与机架1之间铰接，便于电机套块9产生移动时，电机套块9以与机架1接触位置为中心进行偏转。

机架1的顶端一侧固定安装有置药台4，机架1的顶端两侧位置处悬挂安装有扶手拐杖5，置药台4的顶端悬挂放置有挂式水杯2，机架1的另一端固定连接有安装架3，扶手拐杖5的顶端套接有棉套，扶手拐杖5的顶端为凹陷弧形，增加了使用者手部与扶手拐杖5接触时的舒适性。

电机滑块13的顶端安装有欠驱动靠垫8，机架1的底端对称连接有高度调节杆15，高度调节杆15的底端连接有防滑垫，欠驱动靠垫8的形状为L型，便于通过欠驱动靠垫8对使用者的腿部进行阻挡防护。

本发明的工作原理及使用流程：该空间欠驱动辅助上下床机器人使用时，首先旋转高度调节杆15，对高度调节杆15的高度进行调整，以适配于不同高度的床，将机架1固定安装在床边，随后使用者坐在床边，小腿靠在欠驱动靠垫8上，使用者可按动遥控器7，控制直线电机14接通电源运行，直线电机14运行会带动电机滑块13沿着直线电机14上移，结合导向杆11的导引作用，电机托架6会绕着机架1旋转，最终，电机滑块13会带动欠驱动靠垫8移动至床位位置处，实现辅助使用者上床的作用，同时欠驱动靠垫8可根据被使用者的上床动作差异自动进行旋转，实现辅助上床过程中的姿态调整，老人完成上床动作后再次按动遥控器7，机器人复位以备再次使用；

在对使用者进行辅助下床时，使用者能够将手部放置在扶手拐杖5上，借助扶手拐杖5完成下床动作，也能够在机架1中取出扶手拐杖5，作为常规拐杖辅助行走，结合机架1顶端的置药台4和置药台4顶端悬挂放置的挂式水杯2，能够为老年人睡前喝水吃药提供便利。

实施例2：如图1所示，本发明提供技术方案，人体骨骼7杆闭链辅助上床机构型综合算法，包括7杆双闭环结构，有6个活动构件，H处为强化受力引入的虚约束，则有：

一般空间机构自由度：

J个运动副所提供的总约束：

构件、运动副、环路关系：

J-N＝L-1 (3)

运动副中相对自由度与约束的关系：

u_i+f_i＝6 (4)

联立公式(1)(2)(3)(4)得封闭环路自由度计算公式：

式中：F——机构自由度；

——各运动副的总自由度；

L——封闭多边形个数。

根据上述技术方案，

机构中各个运动副的总自由度为：

根据上述技术方案，

构件1的两个球面副绕其自身轴线旋转的自由度并不影响机构总体的运动输出，固此处为局部自由度，应去除，则：

机构具有两个封闭多边形，L＝2，所以机构的自由度数应为：

F＝13-6×2＝1 (8)。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便，本发明从机构设计的角度将人体和机械结构整体进行设计，从而使得被辅助对象在辅助过程中即使有姿态的自由调整，也能以对骨骼冲击最小的方式实现上床过程的辅助动作，提高了辅助过程的舒适性和安全性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.人体骨骼7杆闭链辅助上床机构型综合算法，其特征在于：包括7杆双闭环结构，有6个活动构件，H处为强化受力引入的虚约束，则有：

一般空间机构自由度：

J个运动副所提供的总约束：

构件、运动副、环路关系：

J-N＝L-1 (3)

运动副中相对自由度与约束的关系：

u_i+f_i＝6 (4)

联立公式(1)(2)(3)(4)得封闭环路自由度计算公式：

式中：F——机构自由度；N——构件数；J——运动副的数量；

u_i——单个运动副的约束度；f_i——单个运动副的自由度；

——各运动副的总自由度；

——各运动副的总约束；

L——封闭多边形个数。

2.根据权利要求1所述的人体骨骼7杆闭链辅助上床机构型综合算法，其特征在于，所述机构中各个运动副的总自由度为：

3.根据权利要求1所述的人体骨骼7杆闭链辅助上床机构型综合算法，其特征在于，所述构件1的两个球面副绕其自身轴线旋转的自由度并不影响机构总体的运动输出，固此处为局部自由度，应去除，则：

机构具有两个封闭多边形，L＝2，所以机构的自由度数应为：

F＝13-6×2＝1 (8)。

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