一种单体多功能生活自理辅助机器人的制作方法

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本发明涉及辅助机器人技术领域，确切地说是指一种单体多功能型老年人生活自理辅助机器人。

背景技术：

随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人口寿命不断延长，现代社会正处于不可避免的老龄化阶段。繁忙的工作与地理因素，使老人的子女难以时常在老人身边照顾老人，独居生活老人愈来愈多。老人生活自理，适当地做些家务来活动身体，将有利于保持其身心健康延年益寿。但是，老人年纪大了，容易出现腿脚不好的现象，这严重影响了老人的活动，给老人的生活带来不便。另外，身体活动量少的老人，容易导致身体越来越弱，最后发展到到卧床不起的状态。为了预防老人体力和脑力衰老，促进其大脑活性化预防痴呆，避免给子女造成精神压力，减少社会负担，辅助腿脚不好老人的生活自理，提供生活自理辅助机器人，是当务之急。

目前，国内外作为商品销售或者正在开发中的辅助老人生活自理器包括轮椅、辅助站立椅、移乘器等。身体移动、移乘、坐下去、站起来是人们生活中的必要动作，因此可以说，上述的辅助器具是辅助腿脚不好老人生活自理的必需品。但是，由于老人居住空间有限，同时导入几台生活自理辅助器具，会使其居住空间变狭窄，影响老人行走，增加老人跌倒的可能性。另外，掌握多种器具的使用方法，对年纪大的老人来说也是很难的事情。为了解决这种问题，本发明人在2010年提出了，单体多功能型生活自理辅助机器人的概念，即一台机器人，将可以实现轮椅、辅助站立椅、移乘器等多种功能，这样老人购入一台辅助机器人，就可以生活自理。这种单体多功能生活自理辅助机器人不仅可以节省老人居住空间，便于老人掌握其使用方法，还可以减轻老人的经济负担，容易普及。

在本发明人的研究中，公开了座位步行功能训练的步行训练器（日本专利第5626827号，中国授权公cn103108618b）。由于它是全方位移动方式，所以可以作为全方位移动轮椅，供老人在狭窄房间内移动用。但是，它的座部为前方宽度变窄的三角形形状的平面，而且是用带部件预防使用者向前方跌倒的，所以如果老人坐在上面，长时间身体前倾做家务时会出现不舒适，而且还有向前方跌倒的危险。另外上述的步行训练器，虽然能够进行坐部高度微调节，但它是由座部支柱的长度调节来实现这一微调节的，所以如果老人坐在座部上，做有高低动作的家务时，只用一根支柱调节其座位高度的话，将是很不稳定，有危险性。进一步，上述的步行训练器，由于后轮位置是固定的，没有移动收纳功能，所以后轮将对老人移乘有妨碍，即上述的步行训练器不适合于老人移乘用。因此，这种座位步行功能训练用的步行训练器，虽然适合于狭窄房间内移动用，但是作为单体多功能型生活自理辅助机器人，辅助腿脚不好老人的生活自理，是不充分的。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种单体多功能生活自理辅助机器人，该辅助机器人用于辅助老人的生活自理，它具有体积小，结构紧凑，操作方便的特点。该辅助机器人是全方位移动方式，可供腿脚不好老人在狭窄房间内移动用，它的座部高度调节是用连杆升降结构实现的，能辅助老人安稳地做有高低动作的家务，还能实现老人辅助站立功能。该辅助机器人为四轮结构，座部为马鞍形形状，前方有扶手安全栏，可以辅助老人安稳地身体前倾做家务，它的长方形框状的靠背可朝使用者的后方向下180度转动，并且后轮有移动收纳功能，适合于老人移乘用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单体多功能生活自理辅助机器人，包括机械结构、电气控制系统和操作终端，所述机械结构包括全方向移动结构、马鞍形形状的座部、推拉式电气缸、连杆升降结构、靠背结构、俯视观察时u字状的前方扶手安全栏；所述电气控制系统安装在所述及机械结构内，所述电气控制系统由控制模块、操作模块、电池模块和负载传感器组成，所述操作模块、所述电池模块和所述负载传感器均与所述控制模块电连接；所述操作终端用于调控所述电气控制系统，带动所述机械结构完成相应的动作要求。

作为本发明的一种改进，所述连杆升降结构是由通过锁销固定在底部支架上的推拉式电气缸作为驱动力，由活塞杆的推拉动作，通过螺母丝杠支座和丝杠使连接在活塞杆锁销上的升降连杆做升降运动，从而带动马鞍形形状的座部升降，调节其座位高度；所述靠背结构包括前后视时的长方形框状的支撑栏，所述支撑栏用于支撑使用者后背部，其高度是使用者坐在座部上时，支撑栏的顶部为接近使用者的腰部位置，支撑栏的左和右具有俯视观察时为弧形状的安全栏，移动和做家务时，支撑栏方向朝上与座部夹角为90度，移乘或者使用后，支撑栏以支点轴朝使用者的后方向下180度转动，使支撑栏的顶部旋转到下方快要贴近后轮收纳位置；所述全方向移动结构包括全方向移动部件的两个前轮和两个后轮，移动和做家务使用时，两个前轮和两个后轮是处在行走位置，移乘或者使用后，两个后轮收纳到机器人底部的内侧收纳位置上。

作为本发明的一种改进，所述控制模块包括cpu主基板、单轴位置控制器scon、sub基板和位置控制模块escon，所述cpu主基板通过单轴位置控制器scon控制前轮，所述cpu主基板通过位置控制模块escon控制后轮，所述cpu主基板与sub基板相连，所述sub基板与负载传感器和操作终端相连，所述电池模块作为机器人电源供给，与cpu主基板和sub基板相连。

作为本发明的一种改进，所述操作终端包括主操作面板和副操作面板，所述主操作面板设置有模式切换开关、停止开关、升降开关和操纵杆，所述副操作面板设置有电源开关、串行连接器接口和充电用连接器接口。

本发明的有益效果在于：为使老人坐在该辅助机器人的座部上，能安全地做有高低动作的家务，本发明关于其座位高度调节没有采用调节座部支撑支柱长度的设计方式，而是通过连杆升降结构做升降运动，带动其座部升降，实现座位高度的调节。本发明的座部不是前方宽度变窄的三角形形状的平面，而是马鞍形形状，并且前方有俯视观察时u字状的扶手安全栏，所以老人可以安稳舒适地坐在该机器人的座部上身体前倾做家务。本发明的后轮位置不是固定，而是可以移动到底部的内侧收纳位置上，靠背的长方形框状支撑栏，可以朝使用者的后方向下180度转动，其支撑栏顶部可以旋转到下方接近后轮收纳位置，由此机器人上部的靠背和下部后轮对移乘没有妨碍，所以本发明的机器人很适合于老人移乘用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明从座部的上方向下观察时的俯视图；

图3为本发明坐位升高时的结构示意图；

图4为本发明中靠背支撑栏向下180度转动后及后轮移动到底部内侧收纳时的结构示意图；图5为本发明的下部平面图；

图6为本发明的电气系统构成图；

图7为本发明中主操作面板的结构示意图；

图8为本发明中副操作面板的结构示意图；

图9(a)和9(b)均为本发明辅助老人在狭窄空间移动用的示意图；

图10(a)、10(b)、10(c)、10(d)、10(e)和10(f)均为本发明辅助老人做家务时的示意图；

图11(a)、11(b)和11(c)均为本发明辅助老人移乘时的示意图；

图12为本发明辅助老人站立时的示意图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明中，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，或一体地连接；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。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发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

如图1-8所示，一种单体多功能生活自理辅助机器人，包括机械结构、电气控制系统和操作终端4，机械结构包括全方向移动结构、马鞍形形状的座部1、推拉式电气缸5-1、连杆升降结构5、靠背结构、俯视观察时u字状的前方扶手安全栏8；电气控制系统安装在及机械结构内，电气控制系统6由控制模块6-1、操作模块6-2、电池模块6-3和负载传感器6-4组成，操作模块6-2、电池模块6-3和负载传感器6-4均与控制模块6-1电连接；操作终端4用于调控电气控制系统6，带动机械结构完成相应的动作要求。

优选地，连杆升降结构5是由通过锁销5-1-1固定在底部支架5-4上的推拉式电气缸5-1作为驱动力，由活塞杆5-1-2的推拉动作，通过螺母丝杠支座5-3和丝杠5-5使连接在活塞杆锁销5-1-3上的升降连杆做升降运动，从而带动马鞍形形状的座部1升降，调节其座位高度，图3本发明辅助老人在高处做家务的状态。

优选地，靠背结构包括前后视时的长方形框状的支撑栏7，支撑栏7用于支撑使用者后背部，其高度是使用者坐在座部1上时，支撑栏7的顶部为接近使用者的腰部位置，支撑栏7的左和右具有俯视观察时为弧形状的安全栏7-1，移动和做家务时，支撑栏7方向朝上与座部1夹角为90度，移乘或者使用后，支撑栏7以支点轴7-2朝使用者的后方向下180度转动，使支撑栏7的顶部旋转到下方快要贴近后轮收纳位置。

优选地，全方向移动结构包括全方向移动部件的两个前轮3-1和两个后轮3-2，移动和做家务使用时，两个前轮3-1和两个后轮3-2是处在行走位置，移乘或者使用后，如图5所示，两个后轮3-2收纳到机器人底部的内侧收纳位置上。

优选地，控制模块6-1包括cpu主基板6-1-1、单轴位置控制器scon6-1-2、sub基板6-1-3和位置控制模块escon6-1-4，cpu主基板6-1-1通过单轴位置控制器scon6-1-2控制前轮3-1，cpu主基板6-1-1通过位置控制模块escon6-1-4控制后轮3-2，cpu主基板6-1-1与sub基板6-1-3相连，sub基板6-1-3与负载传感器6-4和操作终端4相连，电池模块6-3作为机器人电源供给，与cpu主基板6-1-1和sub基板6-1-3相连。

优选地，操作终端4包括主操作面板4-1和副操作面板4-2，主操作面板4-1设置有模式切换开关4-1-1、停止开关4-1-2、升降开关4-1-3和操纵杆4-1-4，副操作面板4-2设置有电源开关4-2-1、串行连接器接口4-2-2和充电用连接器接口4-2-3。模式切换开关4-1-1可以使本发明机器人切换成如操纵杆方式、电脑方式、微机方式的3种模式，操纵杆4-1-4可以操作出前方向移动、后方向移动、左方向移动、右方向移动、左前方向移动、右前方向移动、左后方向移动、右后方向移动、左方向360゜旋转和右方向360゜旋转的10种动作。

如图9(a)所示，老人坐在生活自理辅助机器人上在可在狭窄走廊里行走，如图9(b)所示，生活自理辅助机器人的周围有花盆和书等障碍物时，由于该机器人为全方位移动方式，即不仅只向前，向各个方向都可以自由移动，所以该机器人很容易一边回避障碍物，一边向要去的目标行走。

由于本发明座部是马鞍形形状，前方有扶手安全栏，所以如图10(a)所示，老人可以安稳舒适地坐在该机器人的坐部上身体前倾洗脸，如图10(b)所示，老人可以长时间舒适地坐在生活自理辅助机器人上做饭，如图10(c)所示，是老人坐在生活自理辅助机器人上安稳地身体前倾往洗衣机里放衣服和取衣服，如图10(d)所示，是老人可以舒适地坐在生活自理辅助机器人上长时间在桌子前干活。该机器人为全方位移动方式，向各个方向都可以自由移动，如图10(e)所示，老人安稳地坐在本发明辅助机器人上，能很轻松地用扫除机打扫清除各个方向的尘秽。本发明通过连杆升降结构5的座位高度调节，如图10(f)所示，老人坐在本发明辅助机器人上能安全地把书架上高处位置的书取下来。

由于机器人的后轮移动到底部内侧收纳位置上，靠背的长方形框状支撑栏也向下180度转动下方接近后轮收纳位置，所以如图11(a)所示，老人从床上的移乘时，如图11(b)所示，老人从便器的移乘时，如图11(c)所示，老人从沙发上的移乘时，该机器人上部的靠背和下部后轮3-2对移乘没有妨碍，即该机器人适合于辅助老人移乘用。

图12为本发明单体多功能生活自理辅助机器人辅助老人站立时的示意图。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

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