一种模拟膝关节运动规律的姿态变换移乘机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种模拟膝关节运动规律的姿态变换移乘机器人，包括底座、轨道导向装置、姿态变换夹持装置、动力装置和脚架；所述动力装置安装于底座上，用于为使用者提供前进的动力；脚架安装于底座上，用于放置使用者的脚部；轨道导向装置包括导向轴安装座、导向轴、电动推杆一、转轴安装座、转轴、驱动连杆架、小腿杆、大腿杆和弧形轨道；姿态变换夹持装置包括外杆架、内杆架、扶手、胸板、弹簧滑轨装置、夹持臂、连接座椅弧形固定杆、电动推杆二、座椅平行连杆一、座椅平行连杆二、座椅、滑块和滑块连接杆。本发明专利技术通过轨道系统模拟了扶起使用者的过程中使用者的大腿绕膝关节转动的运动规律，更贴合人体在该动作中的真实轨迹。贴合人体在该动作中的真实轨迹。贴合人体在该动作中的真实轨迹。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟膝关节运动规律的姿态变换移乘机器人


[0001]本专利技术涉及康复机器人领域，具体是一种模拟膝关节运动规律的姿态变换移乘机器人。

技术介绍

[0002]人口老龄化问题已成为全球共同的社会问题，并且半失能老人数量不断增加。为减轻老人护理负担及照顾到老人独自起居的意愿，移位机及移乘机器人开始出现。移位机是一种帮助下肢体障碍者进行位置转移的康复辅具，可极大减轻护理人员的工作负担，目前市面上已出现多种移位机。他们大多都需要护理人员辅助使用者使用，没能解放护理人员的劳动力，需要使用者自身操作或需借助自身力量实现移位，自动化程度较差。
[0003]申请号为201710340526.8的文献公开了一种移乘搬运护理机器人，可以实现移乘功能的结构，但其只能单一的实现机械搬运功能，即便可以实现位姿变换，动力源之间的联动耦合偏差会导致使用者身体的受力点发生变化，因此会存在使用者从载具跌落的危险。另外，目前实现位姿变换功能经常采用的机械结构不能很好地与人体在姿态变换过程中的曲线相符合。除此之外，座椅的安装位置以及工作空间不合理亦会增加使用者的跌落风险。因此，应当研发一种自动化、最大程度上减少人力使用，并尽可能的保证在姿态变换的过程中使用者的受力不发生改变，采用合理的工作空间排布，保证使用者的安全舒适。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种模拟膝关节运动规律的姿态变换移乘机器人。
[0005]本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种模拟膝关节运动规律的姿态变换移乘机器人，其特征在于，该机器人包括底座、轨道导向装置、姿态变换夹持装置、动力装置和脚架；所述动力装置安装于底座上，用于为使用者提供前进的动力；脚架安装于底座上，用于放置使用者的脚部；
[0006]所述轨道导向装置包括导向轴安装座、导向轴、电动推杆一、转轴安装座、转轴、驱动连杆架、小腿杆、大腿杆和弧形轨道；
[0007]两个小腿杆固定于底座上；两个大腿杆固定于各自的小腿杆上；两个弧形轨道分别固定于各自的大腿杆上；导向轴通过导向轴安装座固定或转动安装在小腿杆上；驱动连杆架的中部镂空；驱动连杆架的一端铰接于导向轴上；转轴通过转轴安装座转动安装于驱动连杆架上；电动推杆一的一端铰接于底座上，另一端通过转轴铰接于驱动连杆架的中部；
[0008]所述姿态变换夹持装置包括外杆架、内杆架、扶手、胸板、弹簧滑轨装置、夹持臂、连接座椅弧形固定杆、电动推杆二、座椅平行连杆一、座椅平行连杆二、座椅、滑块和滑块连接杆；
[0009]外杆架的底端铰接于驱动连杆架的另一端上；滑块连接杆转动或固定安装于外杆架的中部；滑块连接杆的两端分别转动或固定安装有一个滑块；两个滑块滑动安装于各自
的弧形轨道中；内杆架滑动安装于外杆架中，并通过固定件可拆卸式固定，以适应不同身长的使用者；胸板固定在内杆架上；扶手固定在胸板的前侧；两个夹持臂通过弹簧滑轨装置滑动安装于胸板的后侧，用于抱住使用者，并通过弹簧滑轨装置来适应不同身宽的使用者；连接座椅弧形固定杆的一端固定在外杆架上；座椅平行连杆一的一端铰接于连接座椅弧形固定杆的中部，另一端与座椅铰接；座椅平行连杆二的一端铰接于连接座椅弧形固定杆的另一端，另一端与座椅铰接；电动推杆二的一端与连接座椅弧形固定杆铰接，另一端与座椅平行连杆一铰接。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0011](1)本专利技术通过轨道系统模拟了扶起使用者的过程中使用者的大腿绕膝关节转动的运动规律，更贴合人体在该动作中的真实轨迹。驱动连杆架的长度，就是轨道的半径长度，亦是大腿杆与小腿杆的连接点到滑块连接杆之间的距离，该距离是真实的人体髋关节和膝关节之间的距离。大腿杆与小腿杆的连接点到底座之间的距离是人体膝关节和踝关节之间的距离。
[0012](2)本专利技术采用的轨道系统可以提供更高的精度和稳定性，因为其运动受到轨道的约束，减少了机构运动中的摩擦和松动等因素的影响。同时轨道具有更高的负载能力和较长的工作寿命，可以通过更广泛的支撑面积分散载荷，并且因为机械接触和摩擦较少。因此本专利技术具备较长的使用寿命和较低的维护成本。
[0013](3)本专利技术解决了受力变化和空间占用问题，增强了安全性和舒适性。
[0014]本专利技术将姿态变换夹持装置安装在轨道导向装置上，保证了人体在姿态变换中臀部与腋下的相对位置不会发生变化，解决了传统的双推杆耦合误差导致的人体姿态变换运动过程中受力点发生变化的问题，受力点不会发生改变，避免了传统的座椅推杆安装在底座上由于电动推杆本身尺寸所带来的空间不合理占用问题。
[0015]利用平行四边形机构使坐立转换过程中使用者上身始终保持竖直、座椅与地面始终保持水平，降低了倒翻的风险，增加安全性。
[0016]通过姿态变换夹持装置实现将座椅在进给状态时能够完全伸入床底，不占用空间，进而可以实现机器人底部更充分的插入床底，故而实现夹持臂与人体更贴合，安全性和舒适性也更高。
[0017](4)本专利技术通过弹簧滑轨装置实现对不同体型的使用者实现夹紧固定，适应性和容错性高，应用对象范围广，并且具有减震和吸能的效果。
附图说明
[0018]图1为本专利技术处于进给状态的整体结构轴测示意图；
[0019]图2为本专利技术处于进给状态的整体结构左侧示意图；
[0020]图3为本专利技术处于坐姿状态的整体结构轴测示意图；
[0021]图4为本专利技术处于站姿状态的整体结构轴测示意图；
[0022]图5为本专利技术的去掉姿态变换夹持装置的整体结构轴测示意图；
[0023]图6为本专利技术的轨道导向装置的结构示意图；
[0024]图7为本专利技术的姿态变换夹持装置的结构示意图；
[0025]图8为本专利技术的弹簧滑轨装置的结构示意图。
[0026]图中，底座1、轨道导向装置2、姿态变换夹持装置3、动力装置4、脚架5；
[0027]导向轴安装座2
‑
1、导向轴2
‑
2、电动推杆一2
‑
3、转轴安装座2
‑
4、转轴2
‑
5、驱动连杆架2
‑
6、小腿杆2
‑
7、大腿杆2
‑
8、弧形轨道2
‑
9；
[0028]外杆架3
‑
1、内杆架3
‑
2、扶手3
‑
3、胸板3
‑
4、弹簧滑轨装置3
‑
5、夹持臂3
‑
6、连接座椅弧形固定杆3
‑
7、电动推杆二3
‑
8、座椅平行连杆一3
‑
9、座椅平行连杆二3
‑
10、座椅3
‑
11、滑块3
‑
12、滑块连接杆3
‑
13；
[0029]一号弹簧3
‑5‑
1、二号弹簧3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟膝关节运动规律的姿态变换移乘机器人，其特征在于，该机器人包括底座(1)、轨道导向装置(2)、姿态变换夹持装置(3)、动力装置(4)和脚架(5)；所述动力装置(4)安装于底座(1)上，用于为使用者提供前进的动力；脚架(5)安装于底座(1)上，用于放置使用者的脚部；所述轨道导向装置(2)包括导向轴安装座(2
‑
1)、导向轴(2
‑
2)、电动推杆一(2
‑
3)、转轴安装座(2
‑
4)、转轴(2
‑
5)、驱动连杆架(2
‑
6)、小腿杆(2
‑
7)、大腿杆(2
‑
8)和弧形轨道(2
‑
9)；两个小腿杆(2
‑
7)固定于底座(1)上；两个大腿杆(2
‑
8)固定于各自的小腿杆(2
‑
7)上；两个弧形轨道(2
‑
9)分别固定于各自的大腿杆(2
‑
8)上；导向轴(2
‑
2)通过导向轴安装座(2
‑
1)固定或转动安装在小腿杆(2
‑
7)上；驱动连杆架(2
‑
6)的中部镂空；驱动连杆架(2
‑
6)的一端铰接于导向轴(2
‑
2)上；转轴(2
‑
5)通过转轴安装座(2
‑
4)转动安装于驱动连杆架(2
‑
6)上；电动推杆一(2
‑
3)的一端铰接于底座(1)上，另一端通过转轴(2
‑
5)铰接于驱动连杆架(2
‑
6)的中部；所述姿态变换夹持装置(3)包括外杆架(3
‑
1)、内杆架(3
‑
2)、扶手(3
‑
3)、胸板(3
‑
4)、弹簧滑轨装置(3
‑
5)、夹持臂(3
‑
6)、连接座椅弧形固定杆(3
‑
7)、电动推杆二(3
‑
8)、座椅平行连杆一(3
‑
9)、座椅平行连杆二(3
‑
10)、座椅(3
‑
11)、滑块(3
‑
12)和滑块连接杆(3
‑
13)；外杆架(3
‑
1)的底端铰接于驱动连杆架(2
‑
6)的另一端上；滑块连接杆(3
‑
13)转动或固定安装于外杆架(3
‑
1)的中部；滑块连接杆(3
‑
13)的两端分别转动或固定安装有一个滑块(3
‑
12)；两个滑块(3
‑
12)滑动安装于各自的弧形轨道(2
‑
9)中；内杆架(3
‑
2)滑动安装于外杆架(3
‑
1)中，并通过固定件可拆卸式固定，以适应不同身长的使用者；胸板(3
‑
4)固定在内杆架(3
‑
2)上；扶手(3
‑
3)固定在胸板(3
‑
4)的前侧；两个夹持臂(3
‑
6)通过弹簧滑轨装置(3
‑
5)滑动安装于胸板(3
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张争艳，李禧龙，孙立新，高放，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：