CN103126858A

CN103126858A - 一种智能助行机器人

Info

Publication number: CN103126858A
Application number: CN2013100868965A
Authority: CN
Inventors: 祝宇虹; 程龙
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2013-06-05

Abstract

本发明涉及一种智能助行机器人，控制器根据输入信号控制导向控制装置来控制机器人的运动，控制和显示面板可以通过钥匙开关来决定是否护士或病人控制，护士可以提前输入运动的时间、速度、路径参数然后拔去钥匙，机器人按照设定的参数运动；当病人控制时，病人可以通过面板上按钮控制机器人的速度，通过转动扶手使扶手上压力传感器左右压力不一致来转向。本发明的轮式机器人可以按照设定程序带动病人进行运动，也可以跟随人的步伐运动，各种运动模式保证满足不同类型病人的腿部运动训练。

Description

一种智能助行机器人

技术领域

本发明涉及一种机械助行及康复仪器，更进一步，本发明涉及一种智能助行机器人。

背景技术

腿部损伤病人行走训练装置是一种重要康复设备。目前广泛采用的各种机械助行器只适合身体状况较好的病人，如果身体状况差，没有人照顾就随时可能发生意外，目前的康复设备.缺少自身稳定性，病人不能直接扶助行器站起来，.腿式助行器需要来搬动，累人。而通常采取的轮式助行器稳定性差，容易摔倒。常见的前轮后腿式相对好一些，但是也没有彻底解决稳定性和省力的矛盾。同时.机械助行器没有保护功能，意外摔倒会造成病人严重伤害，机械助行器没有运动定量功能，不能保证合适的运动量，机械助行器不能确定活动范围，也不能让监护人掌握病人的活动位置，而且病人出现意外不能及时通知监护人。另外的一种电子助行器主要功能是通过电脉冲帮助腿部康复，不能解决康复问题。目前没有功能完善的智能助行器，全面帮助病人腿部康复。

发明内容

本发明要解决的问题是寻求一种全面、可靠的自动助行装置，病人在指定范围内可以轻松、自由活动，适于各种程度的腿部损伤康复，由机器人替代监护人照顾病人的康复训练。

本发明的技术方案是：

一种智能助行机器人，一个方柱本体做为机器人主体，主体底部由四个轮子支撑，前面两个为导向轮，后面两个为驱动轮，导向轮上方有导向控制装置，导向控制装置包括导向杆调整、导向锁紧和固定锁紧三部分，驱动轮上方有驱动控制装置，驱动控制装置具有电机驱动和固定锁紧两部分，本体上面安装控制和显示面板，用于设置控制参数和现实运动数据，控制器安装在本体内部，控制机器人运动，控制器包括控制芯片、信号调理通道、数据存储器、执行驱动通道、信号接收和发送装置，并且与控制和显示面板连接，扶手固定在上方两侧，用于病人把握和控制方向，安全带由本体中部固定穿过病人大腿中间，向上拦住腰部，通过锁扣连接到扶手末端，防止病人摔倒，障碍测量传感器安装在本体前方探测前方近距离障碍，安全界限探测传感器安装在本体底部前方，用于探测危险边界线，步态传感器安装在本体后方底部，用于探测人体腿部动作位置，摔倒传感器安装在两边扶手上来探测病人扶持作用力控制和显示面板和传感装置向控制器输入信号，控制器根据输入信号控制导向控制装置来控制机器人的运动，控制和显示面板可以通过钥匙开关来决定是否护士或病人控制，护士可以提前输入运动的时间、速度、路径参数然后拔去钥匙，机器人按照设定的参数运动；当病人控制时，病人可以通过面板上按钮控制机器人的速度，通过转动扶手使扶手上压力传感器左右压力不一致来转向，无论哪种情况，机器人在运动时传感器会一直探测病人的运动状态和路线是否越界、是否有障碍，当病人要摔倒、前方有障碍或机器人要越界时，控制器根据传感信号并判断，然后控制机器人停止运动，在运动量或运动时间达到预定值后机器人也会停止运动。

一种智能助行机器人可以对病人进行智能康复训练，该机器人有扶手，腿脚不便的病人可以扶住扶手，机器人辅助病人进行行走康复训练，根据病人情况不同，该机器人可以预先设定相应的运动量、运动时间、运动速度和运动路径也可以由病人在运动时自由控制，机器人能时时探测病人运动状态，并根据其步调频率调整运动参数，以达到最佳训练效果。

一种智能助行机器人，所述机器人可以对病人进行有效的安全保护，该机器人具有扶手、护栏、安全带、四轮固定锁死装置，病人扶住扶手行走，护栏保护病人两侧并防止病人向两边倾倒；带全带在病人正常运动时位于病人***，位置较低不妨碍运动，当病人要摔倒时就可护住病人，同时机器人通过传感器探测到病人要摔倒，停止运动并通过四轮固定锁死装置锁死车轮，防止机器人滑动，同时进行报警。

一种智能助行机器人，其中固定锁死装置通过锁死四轮的转动和前轮的转向来锁死四轮，四轮的轴上各有一个外齿状锁死盘，电磁铁不通电时弹簧拉动锁止杆***锁死盘齿间，继而锁住四轮转动。两个前轮通过连杆达到转向联动，左轮转向轴有内齿状锁死盘，并且其锁止杆与转动锁止杆为同一杆，因此当前轮转动锁死时其转向也同时锁止，四轮锁死可以通过对控制锁止杆的电磁铁通电，拉起锁止杆来解锁。

本发明的效果是：

1.轮式机器人可以按照设定程序带动病人进行运动，也可以跟随人的步伐运动，各种运动模式保证满足不同类型病人的腿部运动训练。

2.通过围栏、护腰、护坐等多重保护措施，保证病人在运动中不会摔倒。即使是由于病人本身出现意外也能够通过报警得到及时救助。

3.机器人技术很好的解决了省力与稳定性的矛盾，可以稳定固定，可以灵活运动，也可以推动人行走。

4.通过传感器测量、定量控制运动、运动数据自动存储、遥测和遥控等技术实现智能化康复训练。

附图说明

图1是本发明助行机器人的外观结构图；

图2是本发明转向控制装置结构图；

图3是本发明前叉装置结构图；

图4是本发明前叉底部视图；

图5是本发明前叉剖视图；

图6是本发明的控制电路图。

其中1、本体，2、前导向轮，3、驱动轮，4、导向控制装置，5、后轮锁紧控制装置，6、控制和显示面板，7、控制器，8、扶手，9、带，10、障碍测量传感器，11、安全界限探测传感器，12、步态测距传感器，13、摔倒压力传感器，14转向舵机，15电池，16报警器。

具体实施方式

下面结合图1-6说明本实施方式。

本实施方案是这样实现的，一个方柱本体做为机器人主体1，主体底部由四个轮子支撑，前面两个为导向轮2，后面两个为驱动轮3，导向轮上方有导向控制装置4，包括导向杆调整、导向锁紧和固定锁紧三部分，驱动轮上方有驱动控制装置5，包括电机驱动和固定锁紧两部分。本体上面安装控制和显示面板6，用于设置控制参数和现实运动数据，控制器7安装在本体内部，控制机器人运动，包括控制芯片、信号调理通道、数据存储器、执行驱动通道、信号接收和发送装置等，并且与控制和显示面板连接，扶手8固定在上方两侧，用于病人把握和控制方向。安全带9由本体中部固定穿过病人大腿中间，向上拦住腰部，通过锁扣连接到扶手末端，防止病人摔倒。障碍测量传感器10安装在本体前方探测前方近距离障碍，安全界限探测传感器11安装在本体底部前方，用于探测危险边界线。步态传感器12安装在本体后方底部，用于探测人体腿部动作位置。摔倒传感器13安装在两边扶手上，探测病人扶持作用力，转向舵机14安装在主体上控制转向，控制和显示面板和传感装置向控制器输入信号，控制器根据输入信号控制导向控制装置来控制机器人的运动，控制和显示面板可以通过钥匙开关来决定是否护士或病人控制，护士可以提前输入运动的时间、速度、路径参数然后拔去钥匙，机器人按照设定的参数运动；当病人控制时，病人可以通过面板上按钮控制机器人的速度，通过转动扶手使扶手上压力传感器左右压力不一致来转向，无论哪种情况，机器人在运动时传感器会一直探测病人的运动状态和路线是否越界、是否有障碍，当病人要摔倒、前方有障碍或机器人要越界时，控制器根据传感信号并判断，然后控制机器人停止运动，在运动量或运动时间达到预定值后机器人也会停止运动。

该机器人有扶手，腿脚不便的病人可以扶住扶手，机器人辅助病人进行行走康复训练，根据病人情况不同，该机器人可以预先设定相应的运动量、运动时间、运动速度和运动路径也可以由病人在运动时自由控制，机器人能时时探测病人运动状态，并根据其步调频率调整运动参数，以达到最佳训练效果。

所述机器人可以对病人进行有效的安全保护，该机器人具有扶手、护栏、安全带、四轮固定锁死装置，病人扶住扶手行走，护栏保护病人两侧并防止病人向两边倾倒；带全带在病人正常运动时位于病人***，位置较低不妨碍运动，当病人要摔倒时就可护住病人，同时机器人通过传感器探测到病人要摔倒，停止运动并通过四轮固定锁死装置锁死车轮，防止机器人滑动，同时进行报警。

其中固定锁死装置通过锁死四轮的转动和前轮的转向来锁死四轮，四轮的轴上各有一个外齿状锁死盘，电磁铁不通电时弹簧拉动锁止杆***锁死盘齿间，继而锁住四轮转动。两个前轮通过连杆达到转向联动，左轮转向轴有内齿状锁死盘，并且其锁止杆与转动锁止杆为同一杆，因此当前轮转动锁死时其转向也同时锁止，四轮锁死可以通过对控制锁止杆的电磁铁通电，拉起锁止杆来解锁。

当机器人运动控制装置打开之前和电源电压不足时，机器人处于固定状态。在导向控制装置4和驱动控制装置5的锁紧装置在弹性作用下四个轮子全部被锁死，防止机器人被乱动。病人可以手扶机器人扶手8和本体站起来，不会滑动摔倒病人。护理人员可以用安全带9穿过病人***，扣上腰带后锁死在扶手8上，使病人不能离开机器人，防止摔倒。此状态下完全不耗电。

护理员用专用钥匙插在面板插孔上向左转动90度，并且拔下钥匙，机器人处于自由状态。四个轮子的锁紧电路控制电压接通，锁紧闸被打开，全部轮子被释放。病人可以用扶手8推动机器人按照自己的步伐任意活动。护理员可以在此状态下运送机器人。此状态下只要锁紧电路工作，耗电很少。

护理员用专用钥匙插在面板插孔上向右转动90度所有控制电路被全部打开，并且拔下钥匙，控制和显示面板处于工作状态。护理员通过键盘输入运动速度、路径、运动量、时间等参数。按动启动键，机器人处于控制状态，开始按照给定参数进行运动，并且输入键盘失效，防止病人自己改动设置参数。如果要修改设置参数需要再***钥匙左转90度断电后重新向右转动90度启动工作。

在控制状态下，导向轮按照参数设定要求，转弯时向左或右预定角度，直线运动时保持向前。驱动轮按照设定步长连续运动后暂停，等待步态传感器12测量病人脚步跟上机器人后，按照预定时间驱动轮移动下一步。周而复始连续运动。运动状态随时通过网络传送到中央控制中心计算机上。

在步态传感器12测得病人脚步不移动、障碍测量传感器10测得机器人正前方有障碍、摔倒传感器13测得病人身体倾斜要摔倒、安全界限探测传感器11测得活动越界等情况下，机器人停止运动，声音报警器报警，并且把呼叫信号发送到护理员终端上，请求帮助。

在运动量或运动时间达到预定值后机器人停止运动，播放舒缓音乐提示病人原地休息，同时把呼叫信号发送到护理员终端上，让护理员来帮助病人返回病床。

如果在控制电路开启后，只输入截止时间或工作量，或完全不输入就按动启动键，则机器人进入监督状态。此时机器人的四个轮子自由释放，如同自由状态，病人可以推动扶手8自主活动。

这种状态下，障碍测量传感器10测得机器人正前方有障碍、安全界限探测传感器11测得活动越界时声音报警器报警，提示病人转向到正确方向，摔倒传感器13测得病人身体倾斜要摔倒，声音报警器报警，并且把呼叫信号发送到护理员终端上，请求帮助。

在运动量或运动时间达到预定值后机器人停止运动，播放舒缓音乐提示病人原地休息，同时把呼叫信号发送到护理员终端上，让护理员来帮助病人返回病床，没有设定结束控制时由护理员自由确定结束时间。

Claims

1.一种智能助行机器人，一个方柱本体做为机器人主体，主体底部由四个轮子支撑，前面两个为导向轮，后面两个为驱动轮，导向轮上方有导向控制装置，导向控制装置包括导向杆调整、导向锁紧和固定锁紧三部分，驱动轮上方有驱动控制装置，驱动控制装置具有电机驱动和固定锁紧两部分，本体上面安装控制和显示面板，用于设置控制参数和现实运动数据，控制器安装在本体内部，控制机器人运动，控制器包括控制芯片、信号调理通道、数据存储器、执行驱动通道、信号接收和发送装置，并且与控制和显示面板连接，扶手固定在上方两侧，用于病人把握和控制方向，安全带由本体中部固定穿过病人大腿中间，向上拦住腰部，通过锁扣连接到扶手末端，防止病人摔倒，障碍测量传感器安装在本体前方探测前方近距离障碍，安全界限探测传感器安装在本体底部前方，用于探测危险边界线，步态传感器安装在本体后方底部，用于探测人体腿部动作位置，摔倒传感器安装在两边扶手上来探测病人扶持作用力，其特征是：控制和显示面板和传感装置向控制器输入信号，控制器根据输入信号控制导向控制装置来控制机器人的运动，控制和显示面板可以通过钥匙开关来决定是否护士或病人控制，护士可以提前输入运动的时间、速度、路径参数然后拔去钥匙，机器人按照设定的参数运动；当病人控制时，病人可以通过面板上按钮控制机器人的速度，通过转动扶手使扶手上压力传感器左右压力不一致来转向，无论哪种情况，机器人在运动时传感器会一直探测病人的运动状态和路线是否越界、是否有障碍，当病人要摔倒、前方有障碍或机器人要越界时，控制器根据传感信号并判断，然后控制机器人停止运动，在运动量或运动时间达到预定值后机器人也会停止运动。

2.根据权利要求1所述的一种智能助行机器人，其特征是：可以对病人进行智能康复训练，该机器人有扶手，腿脚不便的病人可以扶住扶手，机器人辅助病人进行行走康复训练，根据病人情况不同，该机器人可以预先设定相应的运动量、运动时间、运动速度和运动路径也可以由病人在运动时自由控制，机器人能时时探测病人运动状态，并根据其步调频率调整运动参数，以达到最佳训练效果。

3.根据权利要求1-2所述的的一种智能助行机器人，其特征是：所述机器人可以对病人进行有效的安全保护，该机器人具有扶手、护栏、安全带、四轮固定锁死装置，病人扶住扶手行走，护栏保护病人两侧并防止病人向两边倾倒；带全带在病人正常运动时位于病人***，位置较低不妨碍运动，当病人要摔倒时就可护住病人，同时机器人通过传感器探测到病人要摔倒，停止运动并通过四轮固定锁死装置锁死车轮，防止机器人滑动，同时进行报警。

4.根据权利要求1-3所述的一种智能助行机器人，其特征是：固定锁死装置通过锁死四轮的转动和前轮的转向来锁死四轮，四轮的轴上各有一个外齿状锁死盘，电磁铁不通电时弹簧拉动锁止杆***锁死盘齿间，继而锁住四轮转动。两个前轮通过连杆达到转向联动，左轮转向轴有内齿状锁死盘，并且其锁止杆与转动锁止杆为同一杆，因此当前轮转动锁死时其转向也同时锁止，四轮锁死可以通过对控制锁止杆的电磁铁通电，拉起锁止杆来解锁。