CN107595505A - 一种电动轮椅机械臂装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动轮椅机械臂装置，包括电动轮椅、六自由度轻量型仿生机械臂、第一3D体感摄影机、第二3D体感摄影机、激光雷达、左侧面支架、右侧面支架、第一PC机、第二PC机、第三PC机，所述六自由度轻量型仿生机械臂固定在电动轮椅的左前方；所述激光雷达、第一3D体感摄影机和第二3D体感摄影机设置在电动轮椅的右前方；所述第一PC机用于控制六自由度轻量型仿生机械臂，所述第二PC机和第三PC机分别用于处理各体感摄影机传输的视觉信号。本发明结合轮椅的地面移动能力、激光雷达定位能力、3D体感摄影机的识别能力以及机械臂的空间运动和执行能力，协助老人、残疾人完成日常生活动作，从而改善其生活质量。

Description

一种电动轮椅机械臂装置

技术领域

本发明专利属于携带机械臂的电动轮椅机械臂装置，特别是涉及一种携带有一个六自由度的轻量型仿生机械臂的电动轮椅机械臂。

背景技术

随着社会的不断进步与发展，我国乃至世界的人口老龄化现象越来越严重，老年人口越来越多。据中国国家***最新数据显示，2016 年全国人口总数约为 138271万人，65 岁及以上人口14933 万人，占总人口的 10.8%。同时，由于各种天灾人祸，残疾人的数量也在不断地增加。根据中国残疾人联合会调查数据，2010年末我国残疾人总人数达到8502万人，其中肢体残疾2472万人，多重残疾2518万人。对于以上人群，无论是老年人还是残疾人，在社会生活上都面临着许多不方便乃至困难。尤其是对于一些行动不便的老年人或者有肢体残疾的人来说，能够进行生活自理成了他们或者他们的亲属的一个重大需求。因此，开发一种既能够给予使用者一定的自主行动能力，又能让使用者简便地跟外界进行交互的轮椅机械臂是十分有必要的。在本电动轮椅机械臂中，六自由度轻量型仿生机械臂具有自重轻、灵活、交互简便的优点，目前在科研领域上具有很广泛的应用，并且由于它的这些优点，它能够完成很多复杂的任务；电动轮椅则拥有便捷的移动能力以及智能化的操控器，能够很方便地为使用者实现移动任务。本发明将两者的优点结合起来，使该电动轮椅机械臂既能够实现空间移动，又能够与外界实现一定的交互任务，很好地解决了大多数老年人以及残疾人生活不方便的问题，提高了老年人和残疾人的生活质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电动轮椅机械臂装置。

为了实现上述实用装置，采用的技术方案如下：

一种电动轮椅机械臂装置，包括电动轮椅、六自由度轻量型仿生机械臂、第一3D体感摄影机、第二3D体感摄影机、激光雷达、左侧面支架、右侧面支架、第一PC机、第二PC机、第三PC机，所述六自由度轻量型仿生机械臂通过连接电动轮椅的左侧面支架固定在电动轮椅的左前方，用于根据目标物体的位置信息执行抓取任务，并根据第二3D体感摄影机对使用者脸部的识别与定位信息，将目标物体移至目标位置；所述的激光雷达、第一3D体感摄影机和第二3D体感摄影机通过连接电动轮椅的右侧面支架设置在电动轮椅的右前方，用于电动轮椅位置的实时定位及目标物体和使用者脸部的识别与定位；所述的第一PC机用于控制六自由度轻量型仿生机械臂，所述的第二PC机和第三PC机分别用于处理第一3D体感摄影机和第二3D体感摄影机传输过来的视觉信号，并将处理后的信息再反馈至第一PC机，用于驱动六自由度轻量型仿生机械臂完成抓取实物并传送给人的任务。

进一步地，所述的第一3D体感摄影机、第二3D体感摄影机均采用Kinect。

进一步地，所述的左侧面支架固定在电动轮椅底盘并从电动轮椅底盘的左前方延伸而出，同时设置有分别与六自由度轻量型仿生机械臂和电动轮椅连接的机械接口和固定接口。

进一步地，所述的右侧面支架固定在电动轮椅底盘并从电动轮椅底盘的右前方延伸而出；所述右侧面支架的底部设置有与电动轮椅连接的固定接口，所述右侧面支架的中部设置有用于安装固定激光雷达的支撑结构，所述右侧面支架的顶端设置有两个分别用于安装固定第一3D体感摄影机和第二3D体感摄影机的支撑平台。

进一步地，所述的第一3D体感摄影机位于激光雷达的正上方，第二3D体感摄影机位于第一3D体感摄影机的上方且摄像头方向与第一3D体感摄影机相反。

进一步地，所述的激光雷达、第一3D体感摄影机和第二3D体感摄影机通过滑动装置与右侧面支架相连接，所述滑动装置沿右侧面支架上下滑动并定位，带动激光雷达、第一3D体感摄影机和第二3D体感摄影机进行上下高度的调整。

进一步地，所述激光雷达的安放高度距地1m-1.1m。

进一步地，所述第二3D体感摄影机与人脸的距离为0.7m-0.8m。

进一步地，所述的第二PC机和第三PC机设置在所述电动轮椅靠背后方的支架上。

相比现有技术，本发明由电动轮椅以及轻量型仿生机械臂组成，能够充分的发挥电动轮椅便利、安全性高以及拥有智能化的操纵控制器的特点，同时由于具有六自由度的轻量型仿生机械臂自重轻、灵活、交互简便的优点，从而能协助老人、残疾人完成日常生活动作，改善他们的生活质量并具备后续开发的可能性，具体包括：

1、本发明一种电动轮椅机械臂，在能够进行空间移动的电动轮椅上，搭载轻量型仿生机械臂，使轮椅能够具备类似于人上肢的功能，从而能协助老人、残疾人完成日常生活动作，改善他们的生活质量。

2、本发明一种电动轮椅机械臂，轻量型仿生机械臂通过一个左侧面支架与电动轮椅相连接，激光雷达以及两个3D体感摄影机通过安装在一个右侧面支架上进而与电动轮椅相连接。这样的连接方式将会在轮椅的正前方空出一定的空间，这个空间既可以方便使用者上下轮椅，又可以给予使用者一个无阻碍的视野。

3、本发明一种电动轮椅机械臂，第一3D体感摄影机和第二3D体感摄影机在高度上有一定距离，有利于3D体感摄影机的散热，使其能发挥出最优的性能。激光雷达所处高度为1-1.1m，该高度下激光雷达能正常工作。

附图说明

图1为本发明实施例的电动轮椅机械臂整体结构示意图。

图2为本发明实施例的右侧面支架及其上的激光雷达和两个kinect结构示意图。

图3为本发明实施例的左侧面支架及其上的六自由度轻量型仿生机械臂结构示意图。

图中所示：1-电动轮椅；2-六自由度轻量型仿生机械臂；3-第一3D体感摄影机；4-第二3D体感摄影机；5-激光雷达；6-左侧面支架；7-右侧面支架；8-滑动装置；9-第一PC机。10-第一PC机；11-第一PC机。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步的说明。

如图1所示，一种电动轮椅机械臂，包括电动轮椅1、六自由度轻量型仿生机械臂2、第一3D体感摄影机3、第二3D体感摄影机4、激光雷达5、左侧面支架6、右侧面支架7、滑动装置8、第一PC机9、第二PC机10、第三PC机11，所述六自由度轻量型仿生机械臂2通过连接电动轮椅1的左侧面支架固定在电动轮椅1的左前方，用于根据目标物体的位置信息执行抓取任务，并根据第二3D体感摄影机4对使用者脸部的识别与定位信息，将目标物体送至使用者脸上的目标位置；所述的激光雷达5、第一3D体感摄影机3和第二3D体感摄影机4通过连接电动轮椅1的右侧面支架7固定在电动轮椅1的右前方，并可以根据各种实际情况利用滑动装置8进行上下移动，用于电动轮椅1的位置的实时定位及目标物体和使用者脸部的识别与定位；所述的第一PC机9用于驱动六自由度轻量型仿生机械臂2，所述的第二PC机10和第三PC11用于处理第一3D体感摄影机3和第二3D体感摄影机4传输过来的视觉信号；所述的第一3D体感摄影机3、第二3D体感摄影机4均采用Kinect，所述六自由度轻量型仿生机械臂2采用kinova六自由度轻量型仿生机械臂。

电动轮椅1能够实现电动轮椅机械臂的空间移动。坐在电动轮椅上的人可以通过两种方式来实现电动轮椅机械臂的空间移动：一是利用电动轮椅1自身携带的智能化的操纵控制器实现电动轮椅1在空间的前后左右以及拐弯等移动；二是利用右侧面支架7上搭载的激光雷达5来对所在空间进行定位，激光雷达5对空间定位之后，将位置信息反馈给PC机，PC机将处理之后的信息以及运动命令传送给电动轮椅1，驱动电动轮椅1实现空间的前后左右以及拐弯等移动，从而顺利到达目标位置。

其中的kinova六自由度轻量型仿生机械臂具有6个自由度，主要由电动轮椅1底盘延伸出来的左侧面支架6给予支撑。六自由度轻量型仿生机械臂2带有一个可夹取的末端执行器，可以实现对物体的夹取或者完成一些抓取任务。六自由度轻量型仿生机械臂2的控制由第一PC机9完成，在第一3D体感摄影机3将电动轮椅前方物体的图像信息收集完成并通过控制电路传输给第二PC机10的同时，第二3D体感摄影机4会将人的脸部的位置信息传输通过控制电路传输给第三PC机11，第二PC机10和第三PC机11会将处理后的信息再反馈给第一PC机9，从而驱动机械臂完成抓取实物并传送给人的任务。

图2为右侧面支架7及其上的滑动装置8、激光雷达5和两个kinect结构示意图。右侧面支架7是由电动轮椅1底盘延伸出来的，通过电动轮椅1底盘的空心钢管与右侧面支架7嵌套连接；所述右侧面支架7的底部设置有与电动轮椅连接的固定接口，所述右侧面支架7的中部设置有用于安装固定激光雷达的支撑结构，所述右侧面支架7的顶端设置有两个分别用于安装固定第一3D体感摄影机3和第二3D体感摄影机4的支撑平台。激光雷达5的安放高度在距地1m-1.1m的高度上，设置在这个高度的原因是激光雷达5的工作高度不得太低，需要在此高度附近。同时，激光雷达5的上方0.2m处设置用于安装第一3D体感摄影机3的支撑平台，第二3D体感摄影机4位于第一3D体感摄影机3的上方，但摄像头方向与第一3D体感摄影机3相反，与人脸的距离为0.7m-0.8m。所述的滑动装置8可以根据不同情况下的需求在右侧面支架7上进行上下移动，从而带动激光雷达5、第一3D体感摄影机3和第二3D体感摄影机4进行上下高度的调整。本实施例在右侧面支架7的上方，通过放置的激光雷达5来确定相对位置，对第一3D体感摄影机3获取的图像信息进行坐标定位，激光雷达5正上方的第一3D体感摄影机3则完成相应的物体的识别与定位，包括路况的识别；第二3D体感摄影机4则对使用者脸部的进行识别与定位，将位置信息传输给PC机。通过以上特点，第一3D体感摄影机3、第二3D体感摄影机4和激光雷达5所获取的图像信号能够反馈六自由度轻量型仿生机械臂2所需执行的任务的相应视觉内容，可以实现智能化控制。

图3为左侧面支架6及其上的六自由度轻量型仿生机械臂2结构示意图。所述的左侧面支架6固定在电动轮椅1底盘并从电动轮椅1底盘的左前方延伸而出，同时设置有分别连接六自由度轻量型仿生机械臂2和电动轮椅1的机械接口和固定接口。左侧面支架6上搭载的六自由度轻量型仿生机械臂2能够接受从PC机传送过来的物体的位置信息以及工作命令，并根据上述信息执行工作命令如抓取并移动物体到指定地点等，进而完成复杂的运动任务。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动轮椅机械臂装置，其特征在于：包括电动轮椅（1）、六自由度轻量型仿生机械臂(2)、第一3D体感摄影机(3)、第二3D体感摄影机(4)、激光雷达(5)、左侧面支架（6）、右侧面支架（7）、第一PC机（9）、第二PC机（10）、第三PC机（11），所述六自由度的轻量型仿生机械臂(2)通过连接电动轮椅(1)的左侧面支架固定在电动轮椅(1)的左前方，用于根据目标物体的位置信息执行抓取任务，并根据第二3D体感摄影机(4)对使用者脸部的识别与定位信息，将目标物体移至目标位置；所述的激光雷达(5)、第一3D体感摄影机(3)和第二3D体感摄影机(4)通过连接电动轮椅(1)的右侧面支架（7）设置在电动轮椅(1)的右前方，用于电动轮椅(1)位置的实时定位及目标物体和使用者脸部的识别与定位；所述的第一PC机（9）用于控制六自由度轻量型仿生机械臂（2），所述的第二PC机（10）和第三PC机（11）分别用于处理第一3D体感摄影机(3)和第二3D体感摄影机(4)传输过来的视觉信号，并将处理后的信息再反馈至第一PC机（9），用于驱动六自由度轻量型仿生机械臂（2）完成抓取实物并传送给人的任务。

2.根据权利要求1所述的电动轮椅机械臂，其特征在于：所述的第一3D体感摄影机(3)、第二3D体感摄影机(4)均采用Kinect。

3.根据权利要求1所述的电动轮椅机械臂，其特征在于：所述的左侧面支架(6)固定在电动轮椅(1)底盘并从电动轮椅(1)底盘的左前方延伸而出，同时设置有分别与六自由度轻量型仿生机械臂(3)和电动轮椅(1)连接的机械接口和固定接口。

4.根据权利要求1所述的电动轮椅机械臂，其特征在于：所述的右侧面支架(7)固定在电动轮椅(1)底盘并从电动轮椅(1)底盘的右前方延伸而出；所述右侧面支架(7)的底部设置有与电动轮椅(1)连接的固定接口，所述右侧面支架(7)的中部设置有用于安装固定激光雷达(5)的支撑结构，所述右侧面支架(7)的顶端设置有两个分别用于安装固定第一3D体感摄影机(3)和第二3D体感摄影机(4)的支撑平台。

5.根据权利要求1所述的电动轮椅机械臂装置，其特征在于：所述的第一3D体感摄影机(3)位于激光雷达(5)的正上方，第二3D体感摄影机(4)位于第一3D体感摄影机(3)的上方且摄像头方向与第一3D体感摄影机(3)相反。

6.根据权利要求1所述的电动轮椅机械臂装置，其特征在于：所述的激光雷达(5)、第一3D体感摄影机(3)和第二3D体感摄影机(4)通过滑动装置（8）与右侧面支架(7)相连接，所述滑动装置（8）沿右侧面支架(7)上下滑动并定位，带动激光雷达(5)、第一3D体感摄影机(3)和第二3D体感摄影机(4)进行上下高度的调整。

7.根据权利要求1所述的电动轮椅机械臂装置，其特征在于：所述激光雷达(5)的安放高度距地1m-1.1m。

8.根据权利要求1所述的电动轮椅机械臂装置，其特征在于：所述第二3D体感摄影机(4)与人脸的距离为0.7m-0.8m。

9.根据权利要求1所述的电动轮椅机械臂装置，其特征在于：所述的第二PC机（10）和第三PC机（11）设置在所述电动轮椅（1）靠背后方的支架上。