CN211409783U - 一种机能辅助装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种机能辅助装置，包括用于用户输入运行命令的输入模块、用于根据用户输入的命令规划路径的导航模块、用于根据导航系统规划的路径输出控制指令的控制模块以及若干用于根据控制模块的控制指令运转或停止的电机；导航模块的输入端与输入模块连接，控制模块的输入端与导航模块的输出端连接，各电机的输入端与控制模块的输出端通过CAN总线连接。机能辅助装置能够在一定程度上解决失能人士进行自主上下床、如厕、沐浴等的问题，同时能够满足生活中多数情境下的移动移位需求，还能够通过利用基座形态的变化实现失能人士的机能康复训练，能够减少失能人士对护理人员的依赖，提升他们生活上的自由度和自主性。

Description

一种机能辅助装置

技术领域

本实用新型涉及机能辅助技术领域，尤其涉及一种机能辅助装置。

背景技术

行走机能是人体重要的机能，对于丧失了行走机能的人而言，其移动移位需要依靠轮椅辅助，但目前轮椅的功能单一，只能解决移位问题。失能人士很大程度上仍然需要高度依赖护理人员从旁协助，生活上的自由度、自主性都受到了极大限制。

现有的轮椅不能解决失能人士的日常起居痛点，比如：上下车、起如厕、出入浴、登离车等需求，极大地限制了失能人士的自理生活能力。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种机能辅助装置，以解决现有技术中的用于辅助行走的轮椅所存在的功能单一、不能从多方面提升丧失行走能力的人的自理能力的问题。

为此，本实用新型提供如下技术方案：

一种机能辅助装置，包括：

输入模块，用于用户输入运行命令；

导航模块，导航模块的输入端与所述输入模块连接，用于根据用户输入的命令规划路径；

控制模块，控制模块的输入端与所述导航模块的输出端连接，用于根据所述导航系统规划的路径输出控制指令；

若干电机，各所述电机的输入端与所述控制模块的输出端通过CAN总线连接，用于根据所述控制模块的控制指令运转或停止。

进一步地，所述控制模块包括顺次连接的485通讯单元、CPU、CAN通讯单元和电机控制单元，所述CPU的输入端经所述485通讯单元与所述导航模块的输出端连接，所述电机控制单元的输出端与各所述电机的输入端通过CAN总线连接。

进一步地，所述导航模块包括相互连接的导航控制单元和测距传感器，所述测距传感器用于检测障碍物或者目的位置的距离并传输至所述导航控制单元，所述导航控制单元根据所述测距传感器传输的数据实时更新导航路径。

进一步地，所述测距传感器包括激光测距传感器、超声波测距传感器和磁性传感器中的至少一种。

进一步地，所述导航模块还包括陀螺仪，所述陀螺仪与所述导航控制单元连接，所述陀螺仪包括角速度计和加速度计，所述角速度计用于检测机能辅助装置的俯仰角度、横滚角度与偏航角度，判定机能辅助装置是否平衡或者偏离预设路线；所述加速度计用于检测机能辅助装置行进速度变化的剧烈程度。

进一步地，所述电机包括至少两个前向轮毂电机和至少两个后向轮毂电机，所述前向轮毂电机用于驱动机能辅助装置前向行进及转弯，所述后向轮毂电机用于驱动机能辅助装置后退行进。

进一步地，所述电机还包括多个升降电机，所述升降电机用于驱动机能辅助装置整体升降。

进一步地，所述电机还包括折叠/展开电机，所述折叠/展开电机正转用于驱动机能辅助装置折叠为座椅状态，所述折叠/展开电机反转用于驱动机能辅助装置展开为展平状态或带倾角展开状态。

进一步地，所述机能辅助装置具有支撑重心位置的伸缩杆，所述电机还包括伸缩电机，所述伸缩电机与所述伸缩杆连接，用于根据所述机能辅助装置的状态调节所述伸缩杆的伸缩长度。

进一步地，所述电机还包括与所述机能辅助装置的扶手连接的扶手调节电机，所述扶手调节电机用于驱动扶手收拢或拓宽移动。

进一步地，所述电机还包括与所述机能辅助装置的踏板连接的踏板调节电机，所述踏板调节电机用于调节所述踏板上折或者下翻。

进一步地，所述电机还包括与所述机能辅助装置的靠背连接的头枕调节电机，所述头枕调节电机用于调节所述靠背的高度或者长度。

进一步地，所述输入模块包括交互界面、遥控手柄、霍尔操纵手柄、智能终端中的至少一种。

与现有技术相比，本实用新型的机能辅助装置至少具有如下有益效果：

机能辅助装置，用于辅助丧失了行走机能的失能人士的生活起居，其能够在一定程度上解决失能人士进行自主如厕、上下床、沐浴等问题，同时能够满足生活中多数情境下的移动移位需求，还能够通过利用基座形态的变化实现失能人士的机能康复训练。由此，能够减少失能人士对护理人员的依赖，提升他们生活上的自由度和自主性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，

在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例提供的机能辅助装置模块连接示意图；

图2示出了本实用新型实施例提供的机能辅助装置导航模块示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的机能辅助装置控制模块示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

实施例

如图1所示，一种机能辅助装置，包括：

输入模块100，用于用户输入运行命令；

导航模块200，导航模块200的输入端与所述输入模块100连接，用于根据用户输入的命令规划路径；

控制模块300，控制模块300的输入端与所述导航模块200的输出端可通过485通讯总线连接，用于根据所述导航系统规划的路径输出控制指令；

若干电机400，各所述电机400的输入端与所述控制模块300的输出端通过CAN总线连接，用于根据所述控制模块300的控制指令运转或停止。

在本实施例中，机能辅助装置通常应用于室内环境，用于辅助老人或者行动不便人群的完成上下床，站立，上厕所，沐浴，出行等自理行为。在辅助老人或者行动不便人群行为的过程中，可通过输入模块100输入运行命令，譬如行进至厕所进行如厕、上下床等。根据输入的运行命令，导航模块200将规划出最优路径传输至控制模块300，控制模块300对应输出控制指令至各对应的电机400，控制驱动相应电机400运转、停止来完成用户在输入模块100输入的命令，最终辅助老人或者行动不便人群完成各种自理行为，大大减少老人或者行动不便人群等失能人士对护理人员的依赖，提升他们生活上的自由度和自主性。

具体地，输入模块100可以是机能辅助装置在其交互界面(譬如显示屏幕)上所设定的一键到达按钮，或者其他用户通过遥控手柄控制机能辅助装置行进、动作，或者失能人士操作机能辅助装置上自带的霍尔操纵手柄控制行进、动作，或者智能终端上对应的APP来控制；当然也可以是上述这些方式综合实现运行命令的输入。

另外，本实施例中，控制模块300与各电机400之间通过CAN总线连接，CAN总线工作于多主方式，网络中的各电机400都可根据总线访问优先权，这使得CAN总线构成的网络各电机400之间的数据通信实时性强，提高系统的可靠性和系统的灵活性。

具体地，参照图2，所述控制模块300包括顺次连接的485通讯单元310、CPU320、CAN通讯单元330和电机控制单元340，所述CPU320的输入端经所述485通讯单元310与所述导航模块200的输出端连接，所述电机控制单元340的输出端与各所述电机400的输入端通过CAN总线连接。

CPU320与导航模块200之间通过485通讯单元310通讯连接；CAN通讯单元330与CPU320之间采用两线制通讯，只需CANH和CANL与物理总线相连即可，CAN通讯单元330与电机控制单元340之间采用节点方式通讯，电机控制单元340在某一电机400节点的控制出现严重错误的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而避免了网络中出现因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态的现象发生，保证了整个系统的稳定性。

进一步地，参照图3，所述导航模块200包括相互连接的导航控制单元210和测距传感器220，所述测距传感器220用于检测障碍物或者目的位置的距离并传输至所述导航控制单元210，所述导航控制单元210根据所述测距传感器220传输的数据实时更新导航路径。

在本实施例中，机能辅助装置的导航模块200的规划路径通过以下方式实现：首先通过激光扫描雷达结合测距传感器220扫描运行区域构建运行区域的三维模型图并保存，该三维模型图可在机能辅助装置的显示屏上显示，用户可在显示屏幕所显示的三维模型图上设定室内的常用地点，该设定过程可直接在三维模型图上点选具体模型地点来实现；待设置好常用地点后，则会在显示屏上显示各常用地点所对应的一键到达按钮，用户只需点选对应想去的地点的按钮，导航控制单元210即可自动规划路径，到达所点选的位置。

当然，机能辅助装置在位置切换行进的过程中，通过测距传感器220能够自动实时识别障碍物(对于长期位置不变的障碍物，将自动识别为固定障碍物)，并做出避让；在死角等位置，能够自动停止，避免磕碰而造成机器损坏或者用户受伤的情况发生。并且还能根据障碍物的实时位置优化规划形成新的路径，并将新的路径存储，在下次选择同样的地点时，可直接调用该新的路径进行导航。

在每一运行过程中，该机能辅助装置的运行环境较上一次可能会发生变化，譬如桌椅移动等情况。为了使机能辅助装置变化的运行环境中更快速地规划出最优路径，机能辅助装置在每一次的运行过程中，都会对所行进到的区域进行实时扫描，并在上一次运行所保存的三维模型图的基础上进行更新，从而，导航控制单元210根据所述测距传感器220传输的数据实时更新导航路径。

具体地，所述测距传感器220包括激光测距传感器、超声波测距传感器和磁性传感器中的至少一种。

激光能够补偿超声波遇到吸声物体容易受到到干扰而测量不准，超声波能够补偿激光检测不到透明物体而造成的测量结果不准；通过激光与超声波相互补偿校正，所构建的三维模型图的准确率大大提高；在测距过程中，遇到超声波与激光都无法穿透的不透明物体时，例如衣服，床单等，可利用磁性传感器补充距离测定。磁传感器利用的是磁场信号，能够轻易地透过轻薄的物体检测到信号，甚至传单器与被测物体不在统一平面上，也能做测量。因此，本实施例可采用上述某一种测距传感器220，也可采用三者结合的方式来实现。

进一步地，该导航模块200还包括陀螺仪230，所述陀螺仪230与所述导航控制单元210连接，所述陀螺仪230包括角速度计231和加速度计232，所述角速度计231用于检测机能辅助装置的俯仰角度、横滚角度与偏航角度，判定机能辅助装置是否平衡或者偏离预设路线；所述加速度计232用于检测机能辅助装置行进速度变化的剧烈程度。

陀螺仪230的作用主要为检测该机能辅助装置在行进过程中的平稳性。其中，角速度计231所检测到的俯仰角度主要用于判断机能辅助装置在上下方向上的偏离角度，所检测到的偏航角度判断机能辅助装置在左右方向上的偏离角度，所检测到的横滚角度判断机能辅助装置是否存在预翻车现象；当上述三个角度超出一定值时，由导航控制单元210控制优化路线或行进方式来保持机能辅助装置的平衡，提高安全性能。

加速度计232用于检测机能辅助装置是否存在急速加速或者紧急刹车情况，当检测到速度变化的剧烈程度超出一定范围(即检测机能辅助装置检测加速度的绝对值超过某一特定值)时，则认为机能辅助装置的运动状态急剧变化，则由导航控制单元210将该情况传输给控制模块300，控制相应电机400的运转速度来控制机能辅助装置的速度，从而保持机能辅助装置的平衡。

此外，在距离测距过程中，由于机能辅助装置本身的倾斜或者环境中存在坡度的情况，此时，超声波测距传感器与激光测距传感器所测定的距离可能存在误差，则可通过陀螺仪230来测定倾斜角度，对超声波测距传感器与激光测距传感器计算距离提供角度修正。

具体地，所述电机400包括至少两个前向轮毂电机和至少两个后向轮毂电机，所述前向轮毂电机用于驱动机能辅助装置前向行进及转弯，所述后向轮毂电机用于驱动机能辅助装置后退行进，四个轮毂电机也可以做到全时四驱，用于爬坡或者越障。

当电机控制单元340发出的控制指令为前进行进时，则控制机能辅助装置的两前向轮毂电机正转；当电机控制单元340发出的控制指令为后退行进时，控制机能辅助装置的两后向轮毂电机反转；当电机控制单元340发出的控制指令为转弯行进时，控制机能辅助装置的两前向轮毂电机差速转动；当运行过程中，有坡度或者需要越障，轮毂电机由两驱装换为全时四驱；当测距传感器220检测到机能辅助装置道道目标位置时或者遇到障碍物时，则会控制轮毂电机停止或者差速转动。

进一步地，所述电机400还包括多个升降电机，所述升降电机用于驱动机能辅助装置整体升降。

机能辅助装置在大多数情况均需与目标位置的环境进行对接，譬如，机能辅助装置与床或者马桶对接时，机能辅助装置的高度需与床或马桶的高度匹配，才能辅助老人或者失能人士顺利完成上下床行为或者如厕行为。在这些对接过程中，最重要的是需与目标位置的高度对接成功。通过测距传感器220检测机能辅助装置与目标位置环境的高度差值来判断机能辅助装置与目标位置环境的高度是否匹配；当高度差值小于或等于预设高度差值，说明机能辅助装置的高度与目标位置环境的高度是匹配的，可完成对接动作。通过升降电机的运转，则可大大提高对接的准确性。

进一步地，所述电机400还包括折叠/展开电机，所述折叠/展开电机正转用于驱动机能辅助装置折叠为座椅状态，所述折叠/展开电机反转用于驱动机能辅助装置展开为展平状态或带倾角展开状态。

该机能辅助装置还能根据目标位置的环境实时变换状态，该机能辅助装置的变化状态共有三种：座椅状态、展平状态和带倾角展开状态。三种状态的具体变化情况如下：当目标位置环境为适于人体坐立姿势时，则控制所述机能辅助装置的折叠/展开电机正转运转，折叠为座椅状态(譬如行进时、如厕时)；当目标位置环境为适于人体平躺姿势时，则控制所述机能辅助装置的折叠/展开电机反转运转，展开为展平状态(譬如辅助上下床时)；当目标位置环境为适于人体站立姿势时，则控制所述机能辅助装置的折叠/展开电机反转运转并结合部分升降电机运转，展开为带倾角展开状态(譬如辅助站立时、沐浴时)。

进一步地，所述机能辅助装置具有支撑重心位置的伸缩杆(图未示)，所述电机400还包括伸缩电机，所述伸缩电机与所述伸缩杆连接，用于根据所述机能辅助装置的状态调节所述伸缩杆的伸缩长度，从而调整装置的重心位置，保持平衡。

该机能辅助装置在各种状态的切换过程中，人体相应地重心位置会改变，则伸缩杆所对应支撑的重心位置需调整，通过伸缩电机调节伸缩杆的伸缩长度，从而达到调整重心的效果。

该机能辅助装置可通过陀螺仪230测定在遇到坡度或者装置本身因素导致的重心不稳的情况下的夹角，当该夹角超出一定范围时，该重心调节电机运转，机能辅助装置的重心将前、后移动，进一步提高了机能辅助装置的安全性。

进一步地，所述电机400还包括与所述机能辅助装置的扶手(图未示)连接的扶手调节电机，所述扶手调节电机用于驱动扶手收拢或拓宽移动。

机能辅助装置可通过扶手测距传感器检测到扶手与所支撑人体之间的距离，当距离过小时，通过控制扶手调节电机向一方向转动带动扶手向外侧进行拓宽移动；当距离过大时，通过控制扶手调节电机向反方向转动带动扶手向内侧进行收拢移动；最终使得扶手与人体始终保持一最适宜的距离，大大提升了用户的使用体验。

进一步地，所述电机400还包括与所述机能辅助装置的踏板(图未示)连接的踏板调节电机，所述踏板调节电机用于调节所述踏板上折或者下翻。

通过踏板调节电机可根据腿长来调节放置脚的高度，使得用户的脚能放置在最舒服的状态，大大提升了用户使用过程中的舒适性。

进一步地，所述电机400还包括与所述机能辅助装置的靠背(图未示)连接的头枕调节电机，所述头枕调节电机用于调节所述靠背的高度或者长度。

实际使用过程中，身材不同的人所需靠背的高度和长度均不同，通过头枕调节电机可根据实际需求来调节靠背的高度或者长度，也同样提升了用户使用过程中的舒适性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种机能辅助装置，其特征在于，包括：

输入模块，用于用户输入运行命令；

导航模块，导航模块的输入端与所述输入模块连接，用于根据用户输入的命令规划路径；

控制模块，控制模块的输入端与所述导航模块的输出端连接，用于根据所述导航模块规划的路径输出控制指令；

若干电机，各所述电机的输入端与所述控制模块的输出端通过CAN总线连接，用于根据所述控制模块的控制指令运转或停止。

2.根据权利要求1所述的机能辅助装置，其特征在于，所述控制模块包括顺次连接的485通讯单元、CPU、CAN通讯单元和电机控制单元，所述CPU的输入端经所述485通讯单元与所述导航模块的输出端连接，所述电机控制单元的输出端与各所述电机的输入端通过CAN总线连接。

3.根据权利要求2所述的机能辅助装置，其特征在于，所述导航模块包括相互连接的导航控制单元和测距传感器，所述测距传感器用于检测障碍物或者目的位置的距离并传输至所述导航控制单元，所述导航控制单元根据所述测距传感器传输的数据实时更新导航路径。

4.根据权利要求3所述的机能辅助装置，其特征在于，所述测距传感器包括激光测距传感器、超声波测距传感器和磁性传感器中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的机能辅助装置，其特征在于，所述导航模块还包括陀螺仪，所述陀螺仪与所述导航控制单元连接，所述陀螺仪包括角速度计和加速度计，所述角速度计用于检测机能辅助装置的俯仰角度、横滚角度与偏航角度，判定机能辅助装置是否平衡或者偏离预设路线；所述加速度计用于检测机能辅助装置行进速度变化的剧烈程度。

6.根据权利要求1所述的机能辅助装置，其特征在于，所述电机包括至少两个前向轮毂电机和至少两个后向轮毂电机，所述前向轮毂电机用于驱动机能辅助装置前向行进及转弯，所述后向轮毂电机用于驱动机能辅助装置后退行进。

7.根据权利要求1所述的机能辅助装置，其特征在于，所述电机还包括多个升降电机，所述升降电机用于驱动机能辅助装置整体升降。

8.根据权利要求1所述的机能辅助装置，其特征在于，所述电机还包括折叠/展开电机，所述折叠/展开电机正转用于驱动机能辅助装置折叠为座椅状态，所述折叠/展开电机反转用于驱动机能辅助装置展开为展平状态或带倾角展开状态。

9.根据权利要求1所述的机能辅助装置，其特征在于，所述机能辅助装置具有支撑重心位置的伸缩杆，所述电机还包括伸缩电机，所述伸缩电机与所述伸缩杆连接，用于根据所述机能辅助装置的状态调节所述伸缩杆的伸缩长度。

10.根据权利要求1所述的机能辅助装置，其特征在于，所述电机还包括与所述机能辅助装置的扶手连接的扶手调节电机，所述扶手调节电机用于驱动扶手收拢或拓宽移动。

11.根据权利要求1所述的机能辅助装置，其特征在于，所述电机还包括与所述机能辅助装置的踏板连接的踏板调节电机，所述踏板调节电机用于调节所述踏板上折或者下翻。

12.根据权利要求1所述的机能辅助装置，其特征在于，所述电机还包括与所述机能辅助装置的靠背连接的头枕调节电机，所述头枕调节电机用于调节所述靠背的高度或者长度。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的机能辅助装置，其特征在于，所述输入模块包括交互界面、遥控手柄、霍尔操纵手柄、智能终端中的至少一种。

Images