CN116459086B - 一种环形转移的多功能轮椅机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形转移的多功能轮椅机器人，包括移动机构、升降机构、位姿调节机构、环形转移机构，所述移动机构能够进行水平各方向移动，所述升降机构的底部与所述移动机构连接，所述升降机构上设有升降部件，所述位姿调节机构与所述升降机构的升降部件连接，所述位姿调节机构能够转动，所述位姿调节机构被配置为调节人体位姿，所述环形转移机构与所述位姿调节机构连接，所述环形转移机构能够伸出和收回，所述环形转移机构被配置为支撑人体。本发明能够帮助患者自主实现床椅转移，减轻护理人员劳动强度，并实现患者坐‑卧‑站三姿态的转换。

Description

一种环形转移的多功能轮椅机器人

技术领域

本发明涉及人体康复器械技术领域，尤其涉及一种环形转移的多功能机器人。

背景技术

轮椅是康复医疗事业中的重要器械，它是腿部伤残和行动不便人士日常出行的重要代步工具。腿脚不便人士从床上转移至轮椅上以及从轮椅上躺回床上一般都需要有人员的辅助，随着用人成本的不断提高，尤其是在医院等医疗场所，病人在床椅之间的转移极度依赖护士的帮助，而且长期使用轮椅对腰椎的损伤较大，并伴随有下肢浮肿、压疮等不良并发症。

目前，集成位姿转换与床椅之间相互转移功能的轮椅结构的相关技术，主要有以下几种。一种床椅变换滚筒转移轮椅，可以实现轮椅卧姿水平面和大部分床型上表面持平配合，同时利用滚筒帮助护理人员更为轻松地将病人在床椅间转移；然而，这种轮椅的轮子结构使用的是传统的后驱前万向轮结构，需要一定的旋转半径，在家用存在空间不足的问题，且不具备站立功能。一种床椅组合设计，采用旁侧入口的组合对接方式，提高了空间利用率，但是需要与护理床配合使用，家用床无法转移，且也不具备站立功能，在整体机构上实现的功能不足，由于需要特定的床型，导致成本高昂。一种辅助站立轮椅，辅助站立的方式是使用剪型机构，提高座椅的高度，但其承载重力的连杆需要有较高的抗剪切能力，且座椅本身不可调节，在辅助站立的过程中，人机交互能力很差，存在一定的安全隐患。一种具有床椅转移功能的轮椅，使用传送带带动三个水平的托板，托板的一侧尖锐，用于叉起患者，然而尖锐处容易伤到患者的背部，其没有考虑到人身体结构上固有的缝隙，安全上存在隐患，且不具备站立功能。

市面上的环抱机器人大多以模仿人手的半人型机器人为主，模仿护理人员环抱在床椅之间转移患者的过程，不仅造价高昂，且缺少实用性，往往需要第三个机器来辅助转移。此外，市面上缺少将床椅转移功能和坐-卧-站三姿态的任意转换功能相结合的轮椅，且大多利用推杆电机实现角度变化，占用大量空间。

因此，本领域的技术人员致力于提供一种环形转移的多功能轮椅机器人，无需护理人员参与，可帮助患者自主实现床椅转移。

发明内容

有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够帮助患者自主实现床椅转移的轮椅机器人。

为实现上述目的，本发明提供了一种环形转移的多功能轮椅机器人，包括移动机构、升降机构、位姿调节机构、环形转移机构，所述移动机构能够进行水平各方向移动，所述升降机构的底部与所述移动机构连接，所述升降机构上设有升降部件，所述位姿调节机构与所述升降机构的升降部件连接，所述位姿调节机构能够转动，所述位姿调节机构被配置为调节人体位姿，所述环形转移机构与所述位姿调节机构连接，所述环形转移机构能够伸出和收回，所述环形转移机构被配置为支撑人体。

进一步地，所述移动机构包括底座、主动轮构件、从动轮构件，所述底座的一端设有两个所述主动轮构件，所述底座的另一端设有两个所述从动轮构件，所述主动轮构件驱动所述移动机构移动和转向。

进一步地，所述主动轮构件包括固定板、第一电机、第一联轴器、转向轮，所述固定板固设在所述底座上，所述第一电机固设在所述固定板上，所述第一电机的输出端通过所述第一联轴器与所述转向轮连接，所述从动轮构件包括定向轮，所述定向轮与所述底座可转动地连接。

进一步地，所述升降机构包括升降架、升降导轨、滚珠丝杆、第二电机、第二联轴器、丝杆螺母，所述升降架的底部与所述移动机构连接，所述升降导轨设于所述升降架的内侧，所述第二电机的输出端通过所述第二联轴器与所述滚珠丝杆连接，所述丝杆螺母与所述滚珠丝杆啮合连接，所述丝杆螺母与所述升降导轨接触。

优选地，所述滚珠丝杆的端部还设有支撑座，所述支撑座固设在所述升降架上，所述升降导轨的内侧还设有滑块，所述滑块能够沿所述升降导轨滑动，所述滑块与所述丝杆螺母固定连接。

进一步地，所述位姿调节机构包括升降台、第三电机、臀部驱动连接杆、连杆驱动电机、位姿联轴器、下肢驱动连杆、躯干驱动连杆，所述升降台固设在所述丝杆螺母上，所述第三电机固设在所述升降台上，所述第三电机的输出端与所述臀部驱动连杆连接，所述臀部驱动连杆的两端分别连接有一个所述连杆驱动电机，所述连杆驱动电机的输出端连接有所述位姿联轴器，所述位姿联轴器分别连接有所述下肢驱动连杆、躯干驱动连杆。

进一步地，所述位姿调节机构还包括臀部驱动连接件，所述臀部驱动连接件设于所述升降台和所述臀部驱动连接杆之间。

进一步地，所述环形转移机构设置三个，分别与所述臀部驱动连接件、下肢驱动连杆、躯干驱动连杆连接。

进一步地，所环形转移机构包括托板机座、导轨固定块、托板驱动轮、托板驱动电机、环形托板，所述导轨固定块固设于所述托板机座的两侧，所述托板驱动轮设于所述托板机座的内侧两侧，所述托板驱动电机的输出端分别与所述托板驱动轮连接，所述环形托板包括托板、托板支架、环状导轨、齿条，所述托板与所述托板支架连接，所述环状导轨、齿条固设在所述托板上，所述环状导轨与所述导轨固定块配合，所述齿条与所述托板驱动轮啮合传动。

优选地，所述环形托板的形状为圆弧形，所述环形托板靠近人体的一端呈尖角形并倒圆角。

本发明至少具有如下有益技术效果：

1、本发明提供的环形转移的多功能轮椅机器人，利用升降机构和位姿调节机构将环形托板调整到合适的高度和位置，然后使用托板驱动电机逐步托起目标使用者的背部、臀部和腿部，实现转移，可帮助患者自主实现床椅转移，无需护理人员参与，减轻护理人员的劳动强度。

2、本发明提供的环形转移的多功能轮椅机器人，通过控制臀部驱动电机和两个连杆驱动电机，可以有效实现坐-卧-站三姿态的任意转换，方便使用者行走或休息，以及提供康复训练，提高轮椅的实用性和多样性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明实施例的环形转移的多功能轮椅机器人的正面结构示意图；

图2是本发明实施例的环形转移的多功能轮椅机器人的背面结构示意图；

图3是图1的A处结构放大示意图；

图4是图1的B处结构放大示意图；

图5是图1的C处结构放大示意图；

图6是图1的D处结构放大示意图；

图7是本发明实施例的环形转移的多功能轮椅机器人的环形转移示意图；

图8是本发明实施例的环形转移的多功能轮椅机器人的坐姿示意图。

具体实施方式

以下介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本发明提供了一种环形转移的多功能轮椅机器人，采用三机械臂构成的轮椅来实现使用者的床椅转移，三个机械臂模拟护理人员托起病人从而在床椅之间进行转移，并能够实现坐-卧-站三姿态的任意转换。本发明直接利用旋转电机实现位姿变换，从而减少空间占用。

如图1和图2所示，本实施例的环形转移的多功能轮椅机器人，包括移动机构1、升降机构2、位姿调节机构3和环形转移机构4，升降机构2设置在移动机构1上，位姿调节机构3与升降机构2连接，环形转移机构4与位姿调节机构3连接。移动机构1能够在水平方向的各方向移动，从而实现轮椅机器人的自由移动；升降机构2实现位姿调节机构3的上下移动；位姿调节机构3通过旋转运动，实现轮椅机器人在坐-卧-站姿态之间的调整；环形转移机构4能够对人体进行支撑，实现在床椅之间的转移，并能够满足使用者的坐卧站需求。

如图3所示，移动机构1包括底座11，在底座11前端的两个直角处，从底座11的下方分别通过固定板14固定一个用于转向驱动的第一电机13，第一电机13通过第一联轴器17与转向轮15连接。在底座11后端的两个直角处，从下方各设置一个带脚刹的从动定向轮12。本实施例中，在底座11和固定板14之间通过增加位差板16实现转向轮15与定向轮12之间触地水平面的一致。本实施例的移动机构1，通过两个第一电机13分别驱动和控制两个转向轮15，再带动底座11后方的定向轮12实现整体在水平各方向的移动。

如图4所示，升降机构2包括升降架28，升降架28固定在底座11的上方，在升降架28内侧的四个直角处均设置了一个升降导轨211。在升降架28顶部挡板前后两处均固定一块支撑座215，通过支撑座215铰接滚珠丝杆212，滚珠丝杆212的端部通过第二联轴器210连接有第二电机29，第二电机29驱动滚珠丝杆212转动；滚珠丝杆212上各啮合有一个丝杆螺母216，当滚珠丝杆212转动时，丝杆螺母216能够沿着滚珠丝杆212上下移动。本实施例中，滚珠丝杆212、第二联轴器210、第二电机29、丝杆螺母216共设置两组，且丝杆螺母216沿滚珠丝杆212的位置相同，两个第二电机29同步转动，使两个丝杆螺母216作同步运动。各升降导轨211均滑动连接有一块滑块214，滑块214能沿着升降导轨211上下滑动；前后两块滑块214之间各固定一块丝杆螺母216，使丝杆螺母216能同滑块214一起沿着升降导轨211上下移动。升降台213的两侧分别与两块丝杆螺母216固定，通过第二电机29带动滚珠丝杆212转动，丝杆螺母216将滚珠丝杆212的扭矩转换成上下方向的力，并利用升降导轨211定位，实现升降台213的竖直运动。

如图5所示，位姿调节机构3包括固定在升降台213上的用于臀部驱动的第三电机318，升降台213的一侧固定有臀部驱动连接件322，臀部驱动连接件322的另一侧设有臀部驱动连杆319，第三电机318的输出端与臀部驱动连杆319连接。以臀部驱动连接件322与臀部驱动连杆319的固定位置为基准点，臀部驱动连杆319上离基准点的远端固定有连杆驱动电机320，连杆驱动电机320通过位姿联轴器323连接躯干驱动连杆321；离基准点的近端固定有另一个连杆驱动电机320，该连杆驱动电机320通过位姿联轴器323连接下肢驱动连杆317。第三电机318和两个连杆驱动电机320各自转动，分别带动臀部驱动连杆319、躯干驱动连杆321、下肢驱动连杆317旋转，实现坐姿、卧姿和站姿的变换。

如图6所示，环形转移机构4包括托板机座428，托板机座428两侧各固定一个导轨固定块424，托板机座428底部两凸起外侧各铰接一个托板驱动轮425，内侧各有一个带动托板驱动轮425转动的托板驱动电机426，导轨固定块424滚动连接环形托板427。环形托板427包括齿条4271、环状导轨4272、托板支架4273、托板4274，托板4274和托板支架4273组合，上下夹击固定环状导轨4272和齿条4271。齿条4271与托板驱动轮425啮合，环状导轨4272与导轨固定块424配合，实现环形托板427移动的定向。本实施例中，环形转移机构4共设置3个，分别固定在臀部驱动连接件322与臀部驱动连杆319之间、躯干驱动连杆321远离连杆驱动电机320的一侧、下肢驱动连杆317远离连杆驱动电机320的一侧，由托板机座428进行连接。通过托板驱动电机426带动托板驱动轮425旋转，再通过环状导轨4272定位以及托板驱动轮425和齿条4271的啮合传动，实现环形托板427的前后环状移动，可以环形转移目标使用者。

本实施例中，两个第一电机13均为步进电机，可以单独操作；转向轮15为麦克纳姆轮，通过控制第一电机13的不同转向，实现轮椅机器人的全方向移动。

两个第二电机29均为步进电机，通过第二电机29带动滚珠丝杆212转动，降低或升高升降台213，实现环形转移机构4与不同类型的床的柔性配合。

升降架28内四周直角处安装的升降导轨211为直线导轨，通过与升降台213固定的丝杆螺母216的配合，实现对升降台213的空间定位。

第三电机318和两个连杆驱动电机320均为步进电机。

托板机座428上的两个托板驱动电机426为步进电机。托板4274叉入端逐渐尖角化，当厚度小于1厘米后采用圆角处理，防止叉入时对人体造成伤害。环形托板427整体为圆弧状，故而在叉入时可以平滑托起目标使用者，在放下目标使用者时，依靠圆弧的弧线角度变化使得目标使用者脱离环形托板427。环形托板驱动轮425在被托板驱动电机426驱动时，通过与环形托板427的齿条4271啮合传动，实现环形托板427的叉入与退回；托板4274后部存在挡板，防止环形托板427与托板机座428脱离。固定在环形托板427中的环形导轨4272通过滚动连接，限位在托板机座428内两侧的导轨固定块424上，从而实现环形托板427在叉入与退出时的单轴运动，而不至于出现抖动。

本实施例提供的环形转移的多功能轮椅机器人，在进行人体位姿变换时的工作过程如下：

卧姿时：通过三电机的自主转动使得躯干驱动连杆321、臀部驱动连杆319和下肢驱动连杆317处在与地面平行的水平线上。

坐姿时：通过两分支电机转动，使得躯干驱动连杆321和下肢驱动连杆317处在与地面呈135°角的平行线上，人体坐姿如图8所示。

站姿时：通过三电机的自主转动使得躯干驱动连杆321、臀部驱动连杆319和下肢驱动连杆317处在与地面呈165°角的平行线上，升降机构2通过使用者的自主操作实现身高差异调节。

如图7所示，当目标使用者从床向轮椅转移时(a-b-c-d)，通过升降机构2调节环形转移机构4的高度，使环形托板427最低点与床表面水平，位姿调节机构3调节为卧姿，利用托板驱动电机426驱动环形托板427尖端叉向床面逐步托起目标使用者，首先躯干驱动连杆321处的环形托板427叉起目标使用者的背部，然后臀部驱动连杆319处的环形托板427叉起目标使用者的臀部，最后下肢驱动连杆317处的环形托板427叉起目标使用者的腿部，实现目标使用者从床向轮椅的转移。

当目标使用者从轮椅向床转移时(e-f-g-h)，通过升降机构2调节环形转移机构4的高度，使环形托板427最低点与床表面水平，位姿调节机构3调节为卧姿，利用托板驱动电机426驱动环形托板427尖端叉向床面逐步滑下目标使用者，三处驱动连杆的环形托板427均移动至床上方，首先利用下肢驱动连杆317处的托板驱动电机426驱动环形托板427远离床面，放下目标使用者的腿部，再利用臀部驱动连杆319处的托板驱动电机426驱动环形托板427远离床面，放下目标使用者的臀部，最后利用躯干驱动连杆321处的托板驱动电机426驱动环形托板427远离床面，放下目标使用者的头部，实现目标使用者从轮椅向床的转移。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。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。

Claims (6)

1.一种环形转移的多功能轮椅机器人，其特征在于，包括移动机构、升降机构、位姿调节机构、环形转移机构，所述移动机构能够进行水平各方向移动，所述升降机构的底部与所述移动机构连接，所述升降机构上设有升降部件，所述位姿调节机构与所述升降机构的升降部件连接，所述位姿调节机构能够转动，所述位姿调节机构被配置为调节人体位姿，所述环形转移机构与所述位姿调节机构连接，所述环形转移机构能够伸出和收回，所述环形转移机构被配置为支撑人体；

所述升降机构包括升降架、升降导轨、滚珠丝杆、第二电机、第二联轴器、丝杆螺母，所述升降架的底部与所述移动机构连接，所述升降导轨设于所述升降架的内侧，所述第二电机的输出端通过所述第二联轴器与所述滚珠丝杆连接，所述丝杆螺母与所述滚珠丝杆啮合连接，所述丝杆螺母与所述升降导轨接触；

所述位姿调节机构包括升降台、第三电机、臀部驱动连杆、连杆驱动电机、位姿联轴器、下肢驱动连杆、躯干驱动连杆、臀部驱动连接件，所述升降台固设在所述丝杆螺母上，所述第三电机固设在所述升降台上，所述第三电机的输出端与所述臀部驱动连杆连接，所述臀部驱动连杆的两端分别连接有一个所述连杆驱动电机，所述连杆驱动电机的输出端连接有所述位姿联轴器，所述位姿联轴器分别连接有所述下肢驱动连杆、躯干驱动连杆，所述臀部驱动连接件设于所述升降台和所述臀部驱动连杆之间；

所述环形转移机构设置三个，分别与所述臀部驱动连接件、下肢驱动连杆、躯干驱动连杆连接；在对目标使用者转移时，所述躯干驱动连杆处的环形转移机构首先叉起目标使用者的背部，所述臀部驱动连接件处的环形转移机构然后叉起目标使用者的臀部，所述下肢驱动连杆处的环形转移机构最后叉起目标使用者的腿部。

2.如权利要求1所述的环形转移的多功能轮椅机器人，其特征在于，所述移动机构包括底座、主动轮构件、从动轮构件，所述底座的一端设有两个所述主动轮构件，所述底座的另一端设有两个所述从动轮构件，所述主动轮构件驱动所述移动机构移动和转向。

3.如权利要求2所述的环形转移的多功能轮椅机器人，其特征在于，所述主动轮构件包括固定板、第一电机、第一联轴器、转向轮，所述固定板固设在所述底座上，所述第一电机固设在所述固定板上，所述第一电机的输出端通过所述第一联轴器与所述转向轮连接，所述从动轮构件包括定向轮，所述定向轮与所述底座可转动地连接。

4.如权利要求1所述的环形转移的多功能轮椅机器人，其特征在于，所述滚珠丝杆的端部还设有支撑座，所述支撑座固设在所述升降架上，所述升降导轨的内侧还设有滑块，所述滑块能够沿所述升降导轨滑动，所述滑块与所述丝杆螺母固定连接。

5.如权利要求1所述的环形转移的多功能轮椅机器人，其特征在于，所环形转移机构包括托板机座、导轨固定块、托板驱动轮、托板驱动电机、环形托板，所述导轨固定块固设于所述托板机座的两侧，所述托板驱动轮设于所述托板机座的内侧两侧，所述托板驱动电机的输出端分别与所述托板驱动轮连接，所述环形托板包括托板、托板支架、环状导轨、齿条，所述托板与所述托板支架连接，所述环状导轨、齿条固设在所述托板上，所述环状导轨与所述导轨固定块配合，所述齿条与所述托板驱动轮啮合传动。

6.如权利要求5所述的环形转移的多功能轮椅机器人，其特征在于，所述环形托板的形状为圆弧形，所述环形托板靠近人体的一端呈尖角形并倒圆角。