CN112025670A - 一种多关节助老助残轮椅机械臂 - Google Patents

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CN112025670A CN202010741493.XA CN202010741493A CN112025670A CN 112025670 A CN112025670 A CN 112025670A CN 202010741493 A CN202010741493 A CN 202010741493A CN 112025670 A CN112025670 A CN 112025670A
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朱永强
何永强
丁心怡
邹林
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Yiwu Industrial and Commercial College
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
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Abstract

本发明公开了智能控制技术领域的一种多关节助老助残轮椅机械臂，以解决现有技术中机械臂不能多角度转动的缺陷，所述机械臂包括连接轮椅侧面的控制端和进行握持的爪端，所述控制端和爪端之间连接有多向转动节，所述多向转动节包括位于机械臂肘部的环齿轮和啮合环齿轮的一组斜齿轮，其中一个斜齿轮连接机械臂的动力输入端，另一个斜齿轮连接爪端，多向转动节外部包裹有球形壳体。相对于采用连杆组进行翻转的现有技术，本技术方案利用斜齿轮与环齿轮的啮合关系，两个斜齿轮转动的方向相反，由于采用环齿轮与球形壳体结合的结构，转动过程中实现多角度转动。

Description

一种多关节助老助残轮椅机械臂
技术领域
本发明属于智能控制技术领域，具体是一种多关节助老助残轮椅机械臂。
背景技术
随着老年人和残疾人数量的不断增加，轮椅作为出行代步工具得到了广泛的青睐，但普通轮椅或是手摇式轮椅需要使用者自己去摇动转动把手或者需要人去推，此种轮椅费人费力，给使用者带来了极大的不便，同时存在可靠性低，舒适性差等问题。
现有轮椅机械臂大致分为以下两种，一种需要人对外部设备进行手动操作，不适用于完全不能行动的残疾人，而且患者在出行时，被其他事物所吸引注意力后，当遇到突发情况时如果反应不够迅速，不能及时操纵轮椅的移动，就会有巨大的安全隐患存在。如荷兰Exact Dynamics公司生产的轮椅机械臂***iRAM，但是这一***的机械臂控制方式为16键的软键盘配合一个2D操作杆，用户需要切换各关节的控制来实现机械臂的运动；加拿大Kinova公司发布的产品JACO控制方式以操作杆操作为主。另一种则是由机器去料理人的生活，鲜有人机交互，不能照顾到使用者的感受，如定时电动轮椅机械臂。
为了解决上述问题，现有技术公告号为CN109875777A的专利公开了一种带有取物功能的轮椅及其取物控制方法，这种技术方案包括带有取物功能的轮椅包括电动轮椅、类人机械臂和轮椅控制***，轮椅控制***包括眼动仪、微型计算机、摄像头和麦克风；其取物控制方法包括步骤：一、残疾人坐在电动轮椅上佩戴眼动仪；二、残疾人先对着麦克风说出想要取什么物品，再注视轮椅要到达的位置；三、轮椅控制***控制电动轮椅从当前位置到达轮椅要到达的眼睛注视点的位置；四、得到残疾人说出的想要取的物品，并确定出目标信息的中心坐标；五、轮椅控制***控制类人机械臂到达所取物品的位置并进行取物。
虽然上述方案利用语音识别和眼球仪对取用的物品进行定位，但是对于物品的抓取过程中尚未公开机械臂的转动和抓取形式，不能实现多角度转动抓取。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种多角度抓取和转动的助老助残轮椅机械臂。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种多关节助老助残轮椅机械臂，所述机械臂包括连接轮椅侧面的控制端和进行握持的爪端，所述控制端和爪端之间连接有多向转动节，所述多向转动节包括位于机械臂肘部的环齿轮和啮合环齿轮的一组斜齿轮，其中一个斜齿轮连接机械臂的动力输入端，另一个斜齿轮连接爪端，多向转动节外部包裹有球形壳体。
进一步，所述爪端带有三个机械指，任意机械指包括靠近控制端的传输端和远离控制端的工作端，所述工作端和传输端之间连接有转动环。
进一步，所述轮椅的把手方设有数控触摸屏，所述数控触摸屏信号连接有单片机，单片机的信号输出端连接控制***。
进一步，所述控制***包括数字信号和电信号相互转化的信号转换器、控制机械指弯曲的第一电机和控制靠近椅背斜齿轮转动的第二电机。
进一步，所述轮椅包括转动轮，所述轮椅的转动轮之间带有动力输出装置，所述动力输出装置包括连接两个转动轮的半轴和半轴之间的第三电机。
进一步，所述转动轮的内部带有交错的轮辋，所述轮辋之间形成有滑槽，滑槽的内部带有三角形的凸口，滑槽内部滑动连接有三角形的转子，三角形的转子端口处带有与三角形凸口适配的凹槽。
进一步，所述三角形的转子与第三电机连接。
采用上述方案后实现了以下有益效果：1、相对于传统的轮椅机械手，本技术方案使用时，利用斜齿轮和环齿轮之间的啮合关系，以动力输入端的斜齿轮为主动副，环齿轮和剩余的斜齿轮为从动副，当主动副自转时，通过环齿轮带动从动副转动，使斜齿轮在环齿轮表面周向转动以实现机械臂的向外或向内翻转。
2、相对于采用连杆组进行翻转的现有技术，本技术方案利用斜齿轮与环齿轮的啮合关系，两个斜齿轮转动的方向相反，由于采用环齿轮与球形壳体结合的结构，转动过程中实现多角度转动。
3、利用转动环的转动，实现机械指的弯曲与伸张。
4、随后利用触屏信号和单片机结合，实现指令的输入与输出，利用信号转换器将电信号和数字信号相互转化。
5、在轮椅转向时，由于内圈和外圈之间的转动轨迹不同，利用三角形的转子作为动力输出时，两个三角形转子的转动轨迹和转动速度相同，此时由于轮椅转向时两个转动轮偏转角度不同，利用三角形的凸口错开的不同角度对三角形转子进行转动阻碍，此时形成差速，确保转向时两个转动轮转动的速度不同，延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例一的轴侧图；
图2为图1中爪端的轴测图；
图3为图1中多向转动节的环齿轮与斜齿轮的结构图；
图4为实施例二中转动轮的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
说明书附图中的附图标记包括：控制端1、爪端2、多向转动节3、环齿轮4、斜齿轮5、机械指6、转动环7、转动轮8、轮辋9、滑槽10、凸口11、转子12、凹槽13。
实施例基本如附图1、附图2和附图3所示：一种多关节助老助残轮椅机械臂，机械臂包括连接轮椅侧面的控制端1和进行握持的爪端2，所述控制端1和爪端2之间连接有多向转动节3，所述多向转动节3包括位于机械臂肘部的环齿轮4和啮合环齿轮4的一组斜齿轮5，其中一个斜齿轮5连接机械臂的动力输入端，另一个斜齿轮5连接爪端2，多向转动节3外部包裹有球形壳体。
爪端2带有三个机械指6，任意机械指6包括靠近控制端1的传输端和远离控制端1的工作端，所述工作端和传输端之间连接有转动环7。
轮椅的把手方设有数控触摸屏，所述数控触摸屏信号连接有单片机，单片机的信号输出端连接控制***，控制***包括数字信号和电信号相互转化的信号转换器、控制机械指6弯曲的第一电机和控制靠近椅背斜齿轮5转动的第二电机，轮椅包括转动轮8。
具体实施如下：在使用过程中，使用人员利用触摸屏握持物品，在需要握持物品时，第一电机将转动环7驱动，此时机械指6在转动环7的作用下弯曲，实现物品的握持。利用斜齿轮5和环齿轮4之间的啮合关系，第二电机带动斜齿轮5先转动，此时以动力输入端的斜齿轮5为主动副，环齿轮4和剩余的斜齿轮5为从动副，当主动副自转时，通过环齿轮4带动从动副转动，使斜齿轮5在环齿轮4表面周向转动以实现机械臂的向外或向内翻转。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，请参考图4，轮椅的转动轮8之间带有动力输出装置，所述动力输出装置包括连接两个转动轮8的半轴和半轴之间的第三电机。
转动轮8的内部带有交错的轮辋9，所述轮辋9之间形成有滑槽10，滑槽10的内部带有三角形的凸口11，滑槽10内部滑动连接有三角形的转子12，三角形的转子12端口处带有与三角形凸口11适配的凹槽13，三角形的转子12与第三电机连接。
具体实施过程如下：当输入前进指令时第三电机带动三角形转子12转动，由于三角形转子12表面的凹槽13与三角形的凸口11相互适配，所以利用凹槽13与凸口11的配合带动转动轮8前行。
当遇见转弯情况时，由于内圈和外圈之间的转动轨迹不同，利用三角形的转子12作为动力输出时，两个三角形转子12的转动轨迹和转动速度相同，此时由于轮椅转向时两个转动轮8偏转角度不同，利用三角形的凸口11错开的不同角度对三角形转子12进行转动阻碍，此时形成差速，确保转向时两个转动轮8转动的速度不同，延长使用寿命。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种多关节助老助残轮椅机械臂，其特征在于：所述机械臂包括连接轮椅侧面的控制端和进行握持的爪端，所述控制端和爪端之间连接有多向转动节，所述多向转动节包括位于机械臂肘部的环齿轮和啮合环齿轮的一组斜齿轮，其中一个斜齿轮连接机械臂的动力输入端，另一个斜齿轮连接爪端，多向转动节外部包裹有球形壳体。
2.根据权利要求1所述的一种多关节助老助残轮椅机械臂，其特征在于：所述爪端带有三个机械指，任意机械指包括靠近控制端的传输端和远离控制端的工作端，所述工作端和传输端之间连接有转动环。
3.根据权利要求2所述的一种多关节助老助残轮椅机械臂，其特征在于：所述轮椅的把手方设有数控触摸屏，所述数控触摸屏信号连接有单片机，单片机的信号输出端连接控制***。
4.根据权利要求3所述的一种多关节助老助残轮椅机械臂，其特征在于：所述控制***包括数字信号和电信号相互转化的信号转换器、控制机械指弯曲的第一电机和控制靠近椅背斜齿轮转动的第二电机。
5.根据权利要求4所述的一种多关节助老助残轮椅机械臂，其特征在于：所述轮椅包括转动轮，所述轮椅的转动轮之间带有动力输出装置，所述动力输出装置包括连接两个转动轮的半轴和半轴之间的第三电机。
6.根据权利要求5所述的一种多关节助老助残轮椅机械臂，其特征在于：所述转动轮的内部带有交错的轮辋，所述轮辋之间形成有滑槽，滑槽的内部带有三角形的凸口，滑槽内部滑动连接有三角形的转子，三角形的转子端口处带有与三角形凸口适配的凹槽。
7.根据权利要求6所述的一种多关节助老助残轮椅机械臂，其特征在于：所述三角形的转子与第三电机连接。
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