CN110328651A - 面向老人的可越障陪护机器人 - Google Patents

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Abstract

面向老人的可越障陪护机器人，该机器人包括底盘，底盘两端对称安装有轮架，所述轮架上分别安装有三个第一履带轮、四个第二履带轮、两个第三履带轮及履带，所述底盘上表面前端安装有前舵机，前舵机通过两个前越障轮连杆及前轮轴安装有前越障轮，所述底盘上表面后端安装有电机箱，所述电机箱内的两个电机的输出轴通过联轴器分别与两个轮架的三角形连接架顶部的第一履带轮的轮轴连接，所述底盘的上表面通过电动伸缩杆安装有托盘，所述底盘的尾端安装有后舵机，后舵机通过两个后越障轮连杆连接及后轮轴安装有后越障轮。通过前后越障轮连杆与越障轮结合的越障结构与一般的轮式或履带式机构相比，能在托盘倾斜的情况下实现越障，进而帮助老人搬运物品。

Description

面向老人的可越障陪护机器人
技术领域
本发明属于越障机构技术领域，具体涉及面向老人的可越障陪护机器人。
背景技术
“空巢老人”的现象日益严峻，因此，如何妥善照顾独居老年人成为社会性的一大难题。然而，常常由于家庭日趋小型化，子女们不在身边，而养老院人工照料成本较高，容易导致老人无人照料，引发许多老人因为没能及时照料而产生的问题。
现有的面向老人陪护机器人在提醒老人吃药，与老人交流，监测心率、血压等方面已较为完善，但是在其机械结构方面仍存在些许不足。如：专利文件(CN106671105A)提出了一种具有监测心率、血压以及报警功能的陪护机器人，但在机械结构方面其技术方案是单纯的轮式结构，本方案的缺点是，只具备移动功能，没有越障能力，不能适应环境复杂的情况(如乡下)，无法在机械结构层面为老人提供帮助。
发明内容
本发明公开了一种面向老人的可越障陪护机器人，在越障机构和老人陪护领域有所创新，通过前越障轮和后越障轮双轮设计，解决了现有产品在机械方面所不能实现越障的功能，也为越障机构如何减少底盘倾斜提供了解决方案。结合上电动伸缩杆以及与之固定的托盘，能在老人陪护方面实现更多功能，如爬楼，帮老人搬运物品，搀扶老人等。
为了实现上述目的，本发明提出了面向老人的可越障陪护机器人，该机器人包括底盘、轮架、前舵机、后舵机，底盘两端对称安装有轮架，轮架由外侧架、内侧架和连接横梁组成，所述外侧架和内侧架通过其上的横梁与连接横梁固定连接，内侧架和外侧架后端均为三角形连接架，三角形连接架的三个角的位置处分别通过轮轴安装有三个第一履带轮，内侧架和外侧架前端为梯形连接架，梯形连接架的四个角的位置处分别通过轮轴安装有四个第二履带轮，内侧架和外侧架的横梁下表面均设置有两个连接耳板，同轴设置的连接耳板之间通过轮轴安装有第三履带轮，所述三个第一履带轮、四个第二履带轮和两个第三履带轮与履带配合安装，所述底盘上表面前端安装有前舵机，前舵机通过其两端对称设置的舵机臂与两个前越障轮连杆连接，两个前越障轮连杆前端安装有前轮轴，前轮轴两端伸出两个前越障轮连杆部分通过滚动轴承安装有前越障轮，所述底盘上表面后端安装有电机箱，所述电机箱内安装有两个电机，两个电机的输出轴通过联轴器分别与两个轮架的三角形连接架顶部的第一履带轮的轮轴连接，所述底盘的上表面靠近电机箱一端通过螺栓固定安装有电动伸缩杆，电动伸缩杆的末端固定安装有托盘，且电动伸缩杆的电机座上安装有第一电源开关，所述底盘的尾端安装有后舵机，后舵机通过其两端对称设置的舵机臂与两个后越障轮连杆连接，后越障轮连杆的后端安装有后轮轴，后轮轴两端伸出两个后越障轮连杆部分通过滚动轴承安装有后越障轮。
所述后越障轮连杆包括连杆体，连杆体两端分别开设有小通孔和大通孔，连杆体通过其上的小通孔与后舵机的舵机臂连接，连杆体的大通孔内安装有棘轮，棘轮由三个棘齿组成，在棘齿的直角端面处通过弹簧安装有滚子，棘轮中心处开设有后轴安装孔，用于安装后轮轴。
所述底盘由两个横梁、前上板、前下板、后上板、后下板、前支撑板，连接板及若干螺栓组成，两个支撑横梁的上表面和下表面中部均通过螺栓固定安装有连接板，两个支撑横梁前端上表面通过螺栓安装有前上板，前上板的上表面分别安装有前舵机、控制器和第二电源开关，两个支撑横梁后端下表面通过螺栓安装有前下板，前下板上表面安装有激光测传感器，前下板与前上板之间通过螺栓固定连接有两个前支撑板，两个支撑横梁后端上表面通过螺栓安装有后上板，两个支撑横梁后端下表面通过螺栓安装有后下板，后下板与后上板之间通过螺栓固定连接有后舵机，两个支撑横梁及连接板上均开设有散热孔，位于下方的连接板上表面安装有蓄电池，位于上方的连接板上表面靠近电机箱一端安装有电动伸缩杆。
本发明的有益效果为：
1、由于后越障轮采用的单向转动结构，在其将底盘支起的过程中不会发生向后倒滑的现象，当底盘前端履带位置设置的激光测距传感器检测到自身高度高于障碍时，后越障轮逆时针摆回，由于单向转动，摆回的过程中后越障轮卡死，利用地面对后越障轮向前的摩擦力以及履带与地面产生的摩擦力使其继续向前运动，前轮越过障碍后，后越障轮继续起支撑作用，利用水平的摩擦力使履带车继续前进。
2、通过前越障轮连杆、后越障轮连杆与越障轮结合的越障结构，比起一般的轮式或履带式机构，能在托盘倾斜程度低的情况下实现越障，帮助老人将物品搬运上楼梯。通过电动伸缩杆，可以帮助老人将重物举起，以便放于高处。
附图说明
图1为本发明面向老人的可越障陪护机器人的三维结构示意图；
图2为本发明面向老人的可越障陪护机器人的主视图；
图3为本发明面向老人的可越障陪护机器人的侧视图；
图4为本发明面向老人的可越障陪护机器人的俯视图；
图5为本发明面向老人的可越障陪护机器人的履带机构示意图；
图6为本发明面向老人的可越障陪护机器人的底盘示意图；
图7为本发明面向老人的可越障陪护机器人的后越障轮连杆示意图；
图8为本发明实施例1的越障过程示意图；
1-底盘，2-外侧架，3-内侧架，4-连接横梁，5-第一履带轮，6-第二履带轮，7-连接耳板，8-第三履带轮，9-履带，10-前舵机，11-前越障轮连杆，12-第二电源开关，13-前轮轴，14-前越障轮，15-激光测距传感器，16-电机箱，17-后舵机，18-后越障轮连杆，19-后轮轴，20-后越障轮，21-电动伸缩杆，22-托盘，23-连杆体，24-小通孔，25-棘轮，26-弹簧，27- 滚子，28-后轴安装孔，29-支撑横梁，30-前上板，31-前下板，32-后上板，33-后下板，34- 连接板，35-散热孔，36-前支撑板，37-第一电源开关，38-控制器，39-第一杆，40-第二杆， 41-水平杆，42-支撑杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1至图7所示，面向老人的可越障陪护机器人，该机器人包括底盘1、轮架、前舵机10、后舵机17，底盘1两端对称安装有轮架，轮架由外侧架2、内侧架3和连接横梁4组成，所述外侧架2与内侧架3结构相同，外侧架2和内侧架3通过其上的横梁和螺栓与连接横梁4固定连接，内侧架3和外侧架2后端均为三角形连接架，三角形连接架的三个角的位置处分别通过轮轴安装有三个第一履带轮5，内侧架3和外侧架2前端为梯形连接架，梯形连接架的四个角位置处分别通过轮轴安装有四个第二履带轮6，内侧架3和外侧架2的横梁下表面均设置有两个连接耳板7，同轴设置的连接耳板7之间通过轮轴安装有第三履带轮8，每个轮架上的第三履带轮8为两个，所述三个第一履带轮5、四个第二履带轮6和两个第三履带轮8与履带9配合安装，所述轮架、第一履带轮5、第二履带轮6、第三履带轮8及履带 9组成履带机构，所述底盘1上表面前端通过螺栓安装有前舵机10，前舵机10通过其两端对称设置的舵机臂与两个前越障轮连杆11连接，两个前越障轮连杆11前端安装有前轮轴13，前轮轴13两端伸出两个前越障轮连杆11部分通过滚动轴承安装有前越障轮14，所述底盘前端安装有激光测距传感器15，所述底盘1上表面后端安装有电机箱16，所述电机箱16内安装有两个直流电机，电机箱16开设有电机散热孔，两个电机的输出轴通过联轴器分别与两个轮架的三角形连接架顶部的第一履带轮5的轮轴连接，所述底盘1的上表面中部通过螺栓固定安装有电动伸缩杆21，电动伸缩杆21的末端固定安装有托盘22，通过电动伸缩杆21将托盘22上的物品举起，以方便将其拿起，放在高处，电动伸缩杆21的电机座上安装有第一电源开关37，第一电源开关37用于控制电动伸缩杆21的启停，避免老年人弯腰，即可将托盘 22上的物品直接从机器人上拿下，所述底盘1后端安装有后舵机17，后舵机17通过其两端对称设置的舵机臂与两个后越障轮连杆18连接，后越障轮连杆18和前越障轮连杆11均为带角度杆，其角度范围为30-90°，后越障轮连杆18的后端安装有后轮轴19，后轮轴19两端伸出两个后越障轮连杆18部分通过滚动轴承安装有后越障轮20，后越障轮20和前越障轮14 均有轮毂和橡胶圈组成，所述轮毂外圆面同心套装橡胶圈。
所述后越障轮连杆18包括连杆体23，连杆体23两端分别开设有小通孔24和大通孔，连杆体23通过其上的小通孔24与后舵机17的舵机臂连接，连杆体23的大通孔内安装有棘轮25，棘轮25由三个棘齿组成，在棘齿的直角端面处通过弹簧26安装有滚子27，棘轮25中心处开设有后轴安装孔28，用于安装后轮轴19。
所述连杆体23包括第一杆39、第二杆40、水平杆41和支撑杆42，第一杆39一端开设有小通孔24，第一杆39另一端与第二杆40一端一体成型，第二杆40另一端开设有大通孔，第一杆39与第二杆40之间设置有水平杆41，所述水平杆41与第一杆39和第二杆40的交点处之间设置有支撑杆42。
所述底盘1由两个支撑横梁29、前上板30、前下板31、后上板32、后下板33、前支撑板36、连接板34及若干螺栓组成，所述两个轴承横梁29呈“凹”形，两个支撑横梁29的上表面和下表面中部均通过螺栓固定安装有连接板34，两个支撑横梁29前端上表面通过螺栓安装有前上板30，前上板30的上表面分别安装有前舵机10、控制器38和第二电源开关 12，两个支撑横梁29后端下表面通过螺栓安装有前下板31，前下板31上表面安装有激光测传感器15，前下板31与前上板30之间通过螺栓固定连接有前支撑板36，两个支撑横梁29 后端上表面通过螺栓安装有后上板32，后上板32用于安装电机箱16，两个支撑横梁29后端下表面通过螺栓安装有后下板33，后下板33与后上板32之间通过螺栓固定连接有后舵机17，两个支撑横梁29及连接板34上均开设有散热孔35，位于下方的连接板34上表面安装有蓄电池，位于上方的连接板34上表面靠近电机箱16一端安装有电动伸缩杆21，所述控制器38 分别与蓄电池、第二电源开关12、第一电源开关37、激光测距传感器15、两个电机、前舵机10、后舵机17及电动伸缩杆21相连，所述控制器38的型号为STM32。
本发明面向老人的可越障陪护机器人的一次使用过程为：
打开第二电源开关12，上电后先进行***初始化，即控制器38中的时钟配置、延时函数初始化、调试程序时所需串口的初始化以及定时器的初始化；以一定频率对激光测距传感器15测得的距离数据进行比例控制计算，控制器38根据激光测距传感器15反馈的输出量控制左右两个电机转速(离障碍物远时转速较高)，当障碍物低于激光测距传感器15的测量位置时，即激光测距传感器15检测不到障碍物，可越障陪护机器人将直接利用轮架的梯形连接架的前方倾角所带来的越障能力驶过障碍物，当障物较高，如楼梯等，激光测距传感器15将测得距离小于等于设定值的信号反馈给控制器38，设定值为0-10mm，控制器38控制两个电机缓慢运转，同时控制器38发送指令给前舵机10和后舵机17，前舵机10和后舵机17分别按预先设定好的速度和方向转动，通过前舵机10带动前越障轮连杆11从最高点向下运动，进而通过前越障轮连杆11带动前越障轮14抵在障碍物的上表面上，同时后舵机17带动后越障轮连杆18从最高点向下运动，进而通过后越障轮连杆18带动后越障轮20抵在地面上，将可越障陪护机器人抬起，当激光测距传感器15所在高度高于障碍物高度时，所测得距离激增，此时控制器38监测到激增信号后同时发送指令给两个电机、前舵机10以及后舵机17，使前舵机10停止转动，并在2s后，控制器38发送指令使前舵机10反转带动前越障轮连杆11反向转动至初始位置；使后舵机17进行反向旋转，由于后越障轮20只能单向转动，故后舵机 17反向旋转时，卡死的后越障轮20会给机器人带来向前的摩擦力，使机器人向前运动，同时两个电机功率增加，履带9接触障碍物后通过摩擦也会产生向前推力，最终使得机器人越过障碍物，后舵机17继续反向转动直至回到初始位置，至此一次越障结束，如图8所示。

Claims (3)

1.一种面向老人的可越障陪护机器人，其特征在于，该机器人包括底盘、轮架、前舵机、后舵机，底盘两端对称安装有轮架，轮架由外侧架、内侧架和连接横梁组成，所述外侧架和内侧架通过其上的横梁与连接横梁固定连接，内侧架和外侧架后端均为三角形连接架，三角形连接架的三个角的位置处分别通过轮轴安装有三个第一履带轮，内侧架和外侧架前端为梯形连接架，梯形连接架的四个角的位置处分别通过轮轴安装有四个第二履带轮，内侧架和外侧架的横梁下表面均设置有两个连接耳板，同轴设置的连接耳板之间通过轮轴安装有第三履带轮，所述三个第一履带轮、四个第二履带轮和两个第三履带轮与履带配合安装，所述底盘上表面前端安装有前舵机，前舵机通过其两端对称设置的舵机臂与两个前越障轮连杆连接，两个前越障轮连杆前端安装有前轮轴，前轮轴两端伸出两个前越障轮连杆部分通过滚动轴承安装有前越障轮，所述底盘上表面后端安装有电机箱，所述电机箱内安装有两个电机，两个电机的输出轴通过联轴器分别与两个轮架的三角形连接架顶部的第一履带轮的轮轴连接，所述底盘的上表面靠近电机箱一端通过螺栓固定安装有电动伸缩杆，电动伸缩杆的末端固定安装有托盘，且电动伸缩杆的电机座上安装有第一电源开关，所述底盘的尾端安装有后舵机，后舵机通过其两端对称设置的舵机臂与两个后越障轮连杆连接，后越障轮连杆的后端安装有后轮轴，后轮轴两端伸出两个后越障轮连杆部分通过滚动轴承安装有后越障轮。
2.根据权利要求1所述的面向老人的可越障陪护机器人，其特征在于：所述后越障轮连杆包括连杆体，连杆体两端分别开设有小通孔和大通孔，连杆体通过其上的小通孔与后舵机的舵机臂连接，连杆体的大通孔内安装有棘轮，棘轮由三个棘齿组成，在棘齿的直角端面处通过弹簧安装有滚子，棘轮中心处开设有后轴安装孔，用于安装后轮轴。
3.根据权利要求1所述的面向老人的可越障陪护机器人，其特征在于：所述底盘由两个横梁、前上板、前下板、后上板、后下板、前支撑板，连接板及若干螺栓组成，两个支撑横梁的上表面和下表面中部均通过螺栓固定安装有连接板，两个支撑横梁前端上表面通过螺栓安装有前上板，前上板的上表面分别安装有前舵机、控制器和第二电源开关，两个支撑横梁后端下表面通过螺栓安装有前下板，前下板上表面安装有激光测传感器，前下板与前上板之间通过螺栓固定连接有两个前支撑板，两个支撑横梁后端上表面通过螺栓安装有后上板，两个支撑横梁后端下表面通过螺栓安装有后下板，后下板与后上板之间通过螺栓固定连接有后舵机，两个支撑横梁及连接板上均开设有散热孔，位于下方的连接板上表面安装有蓄电池，位于上方的连接板上表面靠近电机箱一端安装有电动伸缩杆。
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