CN101647745B - 带座椅的助行机器人 - Google Patents
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Abstract
一种机械工程技术领域的带座椅的助行机器人，包括：助行机架、升降机构、传动机构和行走驱动机构，其中：升降机构和传动机构分别固定在机架上，行走驱动机构固定在助行机架的下端。所述的行走驱动机构包括：后支撑腿、行走驱动电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一同步带轮、同步带、第二同步带轮、轴承座、齿轮箱、转向轮和驱动轮。本发明结构紧凑，驱动效率高，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种机械工程技术领域的装置，具体是一种带座椅的助行机器人。
背景技术
助行机器人主要针对于年老，体质下降，视力下降但还有一定行动能力的老年人以及腿脚受伤正在康复过程中的人。这个群体需求一种具有辅助坐立，辅助行走，防摔倒，健康监测功能的机器。
近年来，世界各国在服务机器人领域进行了大量的研究，并取得了较大的成绩。而其中，在助行机器人领域，也已经进行了一些研究。1999年，美国MIT研制了一种外形类似拐杖的个人移动和监测辅助***(PAMM)，它带有一个CCD摄像头红外线传感器，具有自主导航的功能。它还具有力控制，语音控制及健康监测的功能。2005年，韩国的Koreapolytechnic university研制了以个辅助行走机器人WAR，不仅具备了PAMM的各种功能，而且在机械结构方面做了一些改进，采用了滚珠丝杆的升降机构，使得老年人可以扶着扶手或趴在扶手上，机器人的升降机构就可以帮助老人站起来，这对于起坐不便的老年人是非常友好的。2006年，日本的Waseda university研制了一个walking assist machine.它采用了液压的升降机构。它的主要特点在于能够感知人的左手和右手对机器人得人压力，并做出主动平衡的调整。
通过对现有技术文献进行检索发现，专利号为200810150388.8的中国专利介绍了一种福利友好的助行机器人，它以扶手杆两端的滑觉，压力传感器来感知老年人的动态及是否有摔跤倾向，以DSP控制器来处理各种信息及对驱动***发出指令，驱动***作为执行器来改变机器人的运动状态对老年人进行友好辅助。其不足在于：上述***高低不可自动调节，没有助力的功能，没有考虑到老年人的体质，使用者还得耗费大量的体能，所以不足以满足助老助残的要求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种带座椅的助行机器人，当使用者伏在扶手上时，所述机器人可以将人撑起，减少使用者起立时对腿脚的压力；当扶手往后靠时正好可以成为靠背，使得使用者在走累的时候能舒适的休息。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：助行机架、升降机构、传动机构和行走驱动机构，其中：升降机构和传动机构分别固定在机架上，行走驱动机构固定在助行机架的下端。
所述的升降机构包括：连杆、滚珠丝杆和丝杆驱动电机，其中：滚珠丝杆固定设置于助行机架上，连杆与滚珠丝杆活动连接，丝杆驱动电机与滚珠丝杆固定连接并带动滚珠丝杆的上下运动。
所述的传动机构包括：控制扶手、传动框、座椅和涡轮蜗杆减速电机，其中：传动框固定设置于助行机架上，控制扶手与传动框铰接，座椅和涡轮蜗杆减速电机分别固定设置在助行机架上，涡轮蜗杆减速电机与传动框连接。
所述的传动框为平行四边形结构。
所述的传动机构是一个平行四边行机构，随时保持面板的水平。需要变换时，涡轮蜗杆减速电机驱动传动框即可，结构非常简单。在前后两个目的位置安装有两个机械卡位，机械卡位上安装限位开关。机械卡位的作用是承受力，而限位开关则作为电机停止及动作的信号源。
所述的行走驱动机构包括：后支撑腿、行走驱动电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一同步带轮、同步带、第二同步带轮、轴承座、齿轮箱、转向轮和驱动轮，其中：行走驱动电机固定在齿轮箱上并与后支撑腿固定连接，后支撑腿固定设置于助行机架的后端，行走驱动电机的输出轴与第一锥齿轮相连，第二锥齿轮和第一同步带轮同轴固定并与第一锥齿轮相啮合将电机的运动传到第一同步带轮，转向轮活动设置于助行机架的前端下方，驱动轮与第二同步带轮同轴连接，第一同步带轮经同步带带动第二同步带轮并将行走驱动电机的动力输出至驱动轮。
所述的转向轮和驱动轮均为万向轮，所述的驱动轮的直径比转向轮的直径大50mm~100mm。
现有技术中滚珠丝杠作用力比较集中，不能达到车身升降平稳的要求；齿轮传动比较小，对齿轮压力过大，难以支撑起使用者的体重，因此本发明采用了这种丝杆与连杆联合传动的方式，丝杆传动比大，传动速度快，同时利用连杆机构，将丝杆上传动出来的力平均的分配到机器人的四条腿上，从而可以实现平稳且快速的升降。座椅直接固定在机器人的车身上，而靠背则有双重功能。当靠背往前翻时，作为靠背使用。当靠背往后翻时，则作为行走时的操控面板的扶手。
同时，本发明采用双轮差速驱动的方式，在驱动轮驱动方面，采用锥齿轮和皮带轮传动，锥齿轮传动可以将电机转动的方向转过90°，有助于电机的安装，可以减少电机占用的空间。电机固定在齿轮箱上，再固定在后支撑腿杆上，电机输出轴通过连轴器与锥齿轮相连，而锥齿轮和皮带轮固定在同一根轴上。两个锥齿轮啮合，将电机的运动传到皮带轮上。而驱动轮和皮带轮固定在同轴上，同步带论的传动则可将电机的运动传到了驱动轮上。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明工作状态1示意图。
图3为本发明工作状态2示意图。
图4为局部放大示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，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。
如图1所示，本实施例包括：助行机架1、升降机构2、扶手机构3和行走驱动机构4，其中：升降机构2和扶手机构3分别固定在机架上，行走驱动机构4固定在助行机架1的下端。
所述的升降机构2包括：滚珠丝杆5、连杆6和丝杆驱动电机7，其中：滚珠丝杆5固定设置于助行机架1上，连杆5与滚珠丝杆6活动连接，丝杆驱动电机7与滚珠丝杆6固定连接并带动滚珠丝杆6的运动。
所述的扶手机构3包括：控制扶手8、平行四边形传动9、座椅10和涡轮蜗杆减速电机11，其中：平行四边形传动9固定设置于助行机架1上，控制扶手8与平行四边形传动9铰接，座椅10和涡轮蜗杆减速电机11分别固定设置在助行机架1上，涡轮蜗杆减速电机11与平行四边形传动9连接。
所述的扶手机构3是一个平行四边行机构，平时保持面板的水平。需要变换时，涡轮蜗杆减速电机11驱动平行四边形传动9即可，结构非常简单。在前后两个目的位置安装有两个机械卡位，机械卡位上安装限位开关。机械卡位的作用是承受力，而限位开关则作为电机停止及动作的信号源。
所述的行走驱动机构4包括：后支撑腿12、行走驱动电机13、第一锥齿轮14、第二锥齿轮15、第一同步带轮16、同步带17、第二同步带轮18、轴承座19、齿轮箱20、转向轮21和驱动轮22，其中：行走驱动电机13固定在齿轮箱20上并与后支撑腿12固定连接，后支撑腿12固定设置于助行机架1的后端，行走驱动电机13的输出轴与第一锥齿轮14相连，第二锥齿轮15和第一同步带轮16同轴固定并与第一锥齿轮14相啮合将电机的运动传到第一同步带轮16，转向轮21活动设置于助行机架1的前端下方，驱动轮22与第二同步带轮18同轴连接，第一同步带轮16经同步带17带动第二同步带轮18并将行走驱动电机13的动力输出至驱动轮22。
所述的转向轮21为万向轮，所述的驱动轮22的直径比转向轮21的直径大50mm，分别为200mm和150mm。
如图2所示，本实施例工作状态1包括以下步骤：当使用者坐在沙发上，当需要行走时，通过语音操控机器人，机器人通过全景摄像头1测得人的位置，接着后退到使用者前面。然后丝杆驱动电机7反转，滚珠丝杆6下降，同时驱动连杆机构5向前后撑开；
如图3所示，本实施例工作状态2包括以下步骤：当使用者需要机器人辅助撑起时，按动操作面板上的下降开关，扶手及操控面板8也就随之下降到使用者手能舒适的够着的位置，当使用者撑到扶手8上时，打开上升开关，丝杆驱动电机7电机正传，丝杆上升，随之扶手8上升，人则随之站立了起来。随后使用者可以在机器人辅助下，行走到目的地。当使用者需要停下休息时，机器人的腿再次趴下，同时平行四边形传动9的涡轮蜗杆减速电机11反转，平行四边形传动9往前靠，碰到行程开关，停止，形成椅子靠背。人坐在座椅10上歇息。当人需要起身时，机器人的腿再次撑起，人则站立了起来。如此，则可以实现助行与座椅的功能的切换了。
Claims (5)
1.一种带座椅的助行机器人，包括：助行机架、升降机构、传动机构和行走驱动机构，其中：升降机构和传动机构分别固定在助行机架上，行走驱动机构固定在助行机架的下端，其特征在于：
所述的行走驱动机构包括：后支撑腿、行走驱动电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一同步带轮、同步带、第二同步带轮、轴承座、齿轮箱、转向轮和驱动轮，其中：行走驱动电机固定在齿轮箱上并与后支撑腿固定连接，后支撑腿固定设置于助行机架的后端，行走驱动电机的输出轴与第一锥齿轮相连，第二锥齿轮和第一同步带轮同轴固定并与第一锥齿轮相啮合将电机的运动传到第一同步带轮，转向轮活动设置于助行机架的前端下方，驱动轮与第二同步带轮同轴连接，第一同步带轮经同步带带动第二同步带轮并将行走驱动电机的动力输出至驱动轮。
2.根据权利要求1所述的带座椅的助行机器人，其特征是，所述的升降机构包括：连杆、滚珠丝杆和丝杆驱动电机，其中：滚珠丝杆固定设置于助行机架上，连杆与滚珠丝杆活动连接，丝杆驱动电机与滚珠丝杆固定连接并带动滚珠丝杆的上下运动。
3.根据权利要求1所述的带座椅的助行机器人，其特征是，所述的传动机构包括：控制扶手、传动框、座椅和涡轮蜗杆减速电机，其中：传动框固定设置于助行机架上，控制扶手与传动框铰接，座椅和涡轮蜗杆减速电机分别固定设置在助行机架上，涡轮蜗杆减速电机与传动框连接。
4.根据权利要求3所述的带座椅的助行机器人，其特征是，所述的传动框为平行四边形结构。
5.根据权利要求1所述的带座椅的助行机器人，其特征是，所述的转向轮为万向轮，所述的驱动轮的直径比转向轮的直径大50mm～100mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110119 Termination date: 20130918 |