專利名稱：一種智能助殘代步機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種智能助殘代步機。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的代步機分為手動式和機動式兩大類，手動式代步機的缺點是沒有動力源；機動式代步機盡管有動力源，但主要以機動行走為主，不能幫助老人和殘疾人實現(xiàn)康復(fù)功能和幫助實現(xiàn)抓取功能等。相繼問世的機器人護理床、智能輪椅以及各種服務(wù)機器人，積極推進了服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)化的進程。發(fā)明專利200710034653.1中公開了一種助殘電動車，包括車架、安裝于車架上的四個車輪和動力系統(tǒng)、控制臺、動力系統(tǒng)和控制臺連接的氣動控制系統(tǒng)，該助殘電動車方便殘疾人上下車和操縱。在專利200810059267.2中描述了一種助殘車及其使用方法，其設(shè)有單片機、馬達、車燈、數(shù)字指南針傳感器、紅外避障傳感器；該助殘車具有智能控制方向，自動躲避障礙物的功能。專利200710073776.6中介紹了一種便攜式電動代步機，其腳踏板和轉(zhuǎn)向立軸可以收起折疊在一起，具有體積小、攜帶方便的特點。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種智能助殘代步機，代步機結(jié)合智能機器人和代步車的特點，實現(xiàn)機動行走、自動抓取、腿部康復(fù)運動、智能控制與操作的多種功能，特別適宜于老人和殘疾人使用。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括車身、車輪，其中還包括機械抓手、機械手臂系統(tǒng)、腿部康復(fù)機構(gòu)、靠背擺動機構(gòu)、驅(qū)動裝置，車身底部兩側(cè)固定安裝車輪，前后有四個輔助小輪 ，驅(qū)動裝置固定在車身底部的上面，腿部康復(fù)機構(gòu)位于車身前部，靠背擺動機構(gòu)安裝在車身上后部，機械手臂系統(tǒng)與機械抓手固定安裝在車身側(cè)面，控制機構(gòu)對機械抓手、機械手臂系統(tǒng)、腿部康復(fù)機構(gòu)、靠背擺動機構(gòu)、驅(qū)動裝置進行操控，并根據(jù)需要實現(xiàn)不同機構(gòu)的獨立工作。所述機械抓手包括絲杠、絲杠套、齒輪、手架、抓手手指，絲杠套與齒輪固連，絲杠與絲杠套連接，手架之間裝有軸承；絲杠的一端穿過手架上的軸承與兩連桿鉸接，兩連桿另一端分別與抓手手指鉸接，抓手手指與手架通過螺栓固連。所述機械手臂系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)電機、伸展電機、起重電機、豎向絲杠、齒條導(dǎo)軌、齒條、夾板、大臂基座、絲杠螺母、大齒輪、小齒輪、絲杠支架、旋轉(zhuǎn)齒輪、旋轉(zhuǎn)小齒輪、旋轉(zhuǎn)支撐桿、聯(lián)接鍵、絲杠底座；絲杠支架固定在車身側(cè)面，豎向絲杠安裝在絲杠底座上位于絲杠支架一側(cè)，起重電機固定在絲杠支架端部，小齒輪與起重電機輸出軸固連，大齒輪位于豎向絲杠端部與小齒輪嚙合；大臂基座位于旋轉(zhuǎn)支撐桿端部與絲杠螺母固連，絲杠螺母連接在豎向絲杠上，旋轉(zhuǎn)電機固定在大臂基座上位于旋轉(zhuǎn)支撐桿的一側(cè)，旋轉(zhuǎn)支撐桿另一端通過聯(lián)接鍵與齒條導(dǎo)軌連接，旋轉(zhuǎn)齒輪固定在旋轉(zhuǎn)支撐桿的端部，旋轉(zhuǎn)齒輪與旋轉(zhuǎn)電機輸出軸上的旋轉(zhuǎn)小齒輪嚙合；伸展電機固定在齒條導(dǎo)軌的夾板上，齒條位于齒條導(dǎo)軌的下方與機械抓手固連。所述腿部康復(fù)機構(gòu)包括腳架、踏板、連接桿、圓盤、轉(zhuǎn)軸、銷軸，電動機位于車身內(nèi)通過轉(zhuǎn)軸與圓盤固連，連接桿一端與圓盤通過銷軸鉸接，另一端與腳架鉸接，腳架的一端鉸接在車身上，另一端安裝踏板；圓盤、連接桿、腳架、車身形成曲柄搖桿機構(gòu)，帶動腳架做往復(fù)擺線運動。所述靠背擺動機構(gòu)由靠背電機、靠背小齒輪、靠背大齒輪、靠背支桿、靠背、支撐架、靠背絲杠、連桿、支撐桿組成，靠背電機固定在車身下部，電機輸出軸與靠背小齒輪固連；靠背絲杠固定安裝在支撐架上，靠背大齒輪固連在靠背絲杠上與靠背電機輸出軸固連的靠背小齒輪嚙合；支撐桿一端鉸接在車身上；連桿一端與安裝在靠背絲杠上的螺母固連，靠背支桿一端與支撐桿另一端、連桿另一端通過鉸銷連接，靠背支桿另一端與靠背鉸接；靠背與座板通過固定桿連接，且繞固定桿轉(zhuǎn)動。所述驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機、聯(lián)軸器、股軸、蝸桿、蝸輪、蝸輪軸、蝸輪箱、驅(qū)動大齒輪、驅(qū)動小齒輪，驅(qū)動電機位于車身內(nèi)，聯(lián)軸器一端與驅(qū)動電機輸出軸固連，另一端與蝸桿連接；蝸輪箱固定在車身中間部位，蝸輪與蝸輪軸固連，蝸桿與蝸輪配合通過滾珠軸承安裝在蝸輪箱內(nèi)；蝸輪軸另一端與驅(qū)動小齒輪固連，驅(qū)動小齒輪與安裝在股軸一端的驅(qū)動大齒輪嚙合，股軸另一端與車輪固定連接。有益效果本發(fā)明智能助殘代步機，其結(jié)合智能機器人和代步車的特點，實現(xiàn)機動行走、自動抓取、腿部康復(fù)運動、智能控制與操作的多種功能。機械抓手和機械手臂系統(tǒng)進行上升下降、旋轉(zhuǎn)、伸縮運動，實現(xiàn)對抓取物品時的準確定位；靠背擺動機構(gòu)采用連桿機構(gòu)實現(xiàn)靠背的前后俯仰運動；腿部康復(fù)機構(gòu)帶動腳架做往復(fù)的擺線運動，實現(xiàn)腿部康復(fù)運動的功能；驅(qū)動裝置進行操控兩個車輪及相應(yīng)的兩個驅(qū)動電機，當兩個電機以相同的轉(zhuǎn)速、相同的方向轉(zhuǎn)動時，車身做向前或者向后的直線運動，當兩個電機以相同的轉(zhuǎn)速、相反的方向轉(zhuǎn)動時，車身在原地轉(zhuǎn)向， 減少了代步機在轉(zhuǎn)動時所需要的空間；控制機構(gòu)對機械抓手、機械手臂系統(tǒng)、腿部康復(fù)機構(gòu)、靠背擺動機構(gòu)、驅(qū)動裝置進行操控，并根據(jù)需要實現(xiàn)不同機構(gòu)的獨立工作。代步機具有體積小、轉(zhuǎn)動靈活，能夠在相對狹小的的空間行走轉(zhuǎn)動。特別適宜于老人和殘疾人使用。


下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種智能助殘代步機作進一步詳細說明。圖1為本發(fā)明智能助殘代步機示意圖。圖2為本發(fā)明的機械抓手示意圖。圖3為本發(fā)明的機械手臂系統(tǒng)示意圖。圖4為本發(fā)明的腿部康復(fù)機構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的靠背擺動機構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的驅(qū)動裝置示意圖。圖中:1.絲杠套2.齒輪3.軸承4.絲杠5.連接軸6.連桿7.鉸銷8.螺栓9.抓手手指10.手架11.大齒輪12.小齒輪13.起重電機14.絲杠支架15.旋轉(zhuǎn)齒輪16.旋轉(zhuǎn)小齒輪17.大臂基座18.絲杠螺母19.旋轉(zhuǎn)電機20.豎向絲杠21.旋轉(zhuǎn)支撐桿22.絲杠底座23.連接鍵24.齒條導(dǎo)軌25.齒條26.夾板27.軸承28.伸展電機29.圓盤
30.轉(zhuǎn)軸31.銷軸32.連接桿33.車身34.軸銷35.腳架36.踏板37.鉸銷38.靠背電機39.靠背小齒輪40.靠背大齒輪41.靠背絲杠42.靠背支桿43.靠背44.座板45.固定桿46.鉸銷47.連桿48.圓銷49.支撐架50.固定螺栓51.螺母52.支撐桿53.驅(qū)動電機54.聯(lián)軸器55.滾珠軸承56.螺孔57.蝸輪箱58.驅(qū)動小齒輪59.驅(qū)動大齒輪60.股軸61.車輪62.蝸輪軸63.蝸桿64.蝸輪
具體實施例方式本實施例是一種智能助殘代步機。圖1為本發(fā)明智能助殘代步機示意圖，由車身、車輪和機械抓手、機械手臂系統(tǒng)、腿部康復(fù)機構(gòu)、靠背擺動機構(gòu)、驅(qū)動裝置組成，車身底部兩側(cè)固定安裝車輪，車身底部前后有四個輔助小輪；驅(qū)動裝置固定在車身底部的上面，腿部康復(fù)機構(gòu)位于車身前部，靠背擺動機構(gòu)安裝在車身上后部，機械手臂系統(tǒng)與機械抓手固定安裝在車身側(cè)面；控制機構(gòu)對機械抓手、機械手臂系統(tǒng)、腿部康復(fù)機構(gòu)、靠背擺動機構(gòu)、驅(qū)動裝置進行操控，并根據(jù)需要實現(xiàn)不同機構(gòu)的獨立工作。如圖2所示，智能助殘代步機的機械抓手為可轉(zhuǎn)型連桿式手部結(jié)構(gòu)。絲杠套I與齒輪2固定連接，手架10之間安裝有軸承3。絲杠4的一端與兩根連桿6鉸接，兩連桿6分別與抓手手指9鉸接，抓手手指9靠近末端的部分通過螺栓8與手架10相連接。當絲杠4運動時，迫使鉸銷7連同連桿6向外運動。由于螺栓8的固定作用，抓手手指9向內(nèi)夾緊，實現(xiàn)夾緊和松開物品的功能。參閱圖3、圖4，智能助 殘代步機機械手臂系統(tǒng)具有3個自由度，即為小臂的伸展、大臂的升降和大臂的回轉(zhuǎn)。其中小臂的伸展，采用齒輪齒條實現(xiàn)其自由度，由小型電機驅(qū)動運動；大臂的旋轉(zhuǎn)由底部的齒輪機構(gòu)驅(qū)動，伺服電機控制，大臂的升降采用傳動絲杠機構(gòu)。起重電機13通過螺栓固定在絲杠支架14的端部，小齒輪12與起重電機13輸出軸固定連接。大齒輪11固定安裝在豎向絲杠20的端部與小齒輪12嚙合傳動，大齒輪11帶動豎向絲杠20做旋轉(zhuǎn)運動。旋轉(zhuǎn)支撐桿21 —端與大臂基座17固連，旋轉(zhuǎn)支撐桿21另一端通過聯(lián)接鍵23與小臂的齒條導(dǎo)軌24連接；大臂基座17與絲杠螺母18連接為一體，旋轉(zhuǎn)電機19位于旋轉(zhuǎn)支撐桿21側(cè)面固定在大臂基座17上。旋轉(zhuǎn)齒輪15固定在旋轉(zhuǎn)支撐桿21的端部與旋轉(zhuǎn)電機19上的旋轉(zhuǎn)小齒輪16嚙合傳動，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂動力的輸入。伸展電機28固連在小臂的夾板26上，夾板26與齒條導(dǎo)軌24通過螺栓固定；伸展電機28帶動與其連接的齒輪轉(zhuǎn)動，進而帶動與手架10固連的齒條25沿小臂上的齒條導(dǎo)軌24做伸縮運動。機械手臂系統(tǒng)進行上升下降、旋轉(zhuǎn)、伸縮運動，實現(xiàn)對抓取物品時的準確定位。腿部康復(fù)機構(gòu)安裝在車身33的側(cè)面，端部連接腳架35，實現(xiàn)踏板36繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。電動機固定安裝在車身33內(nèi)，通過轉(zhuǎn)軸30與圓盤29固定連接；連接桿32 —端與圓盤29通過銷軸31鉸接，連接桿32另一端與腳架35通過鉸銷37連接，腳架35的一端鉸接在車身33上，腳架35的另一端與踏板36固定連接。當圓盤29轉(zhuǎn)動時，圓盤29、連接桿32、腳架35、車身33形成一個曲柄搖桿機構(gòu)，帶動腳架35做往復(fù)擺線運動，實現(xiàn)腿部康復(fù)運動的功能。參見圖5,靠背電機38固定安裝在車身33下部，靠背小齒輪39與靠背電機38輸出軸固連；兩個支撐架49通過固定螺栓50安裝在車身33下部，靠背絲杠41固定安裝在支撐架49上，靠背大齒輪40固連在靠背絲杠41上與靠背電機38輸出軸固連的靠背小齒輪39嚙合傳動；支撐桿52 —端鉸接在車身33上；連桿47 —端與安裝在靠背絲杠41上的螺母51固連，靠背支桿42 —端與支撐桿52另一端、連桿47另一端通過鉸銷46連接，靠背支桿42另一端與靠背43鉸接；靠背43與固定在車身上的座板44通過固定桿45連接轉(zhuǎn)動。當靠背絲杠41正向轉(zhuǎn)動時，由于連桿47的限制作用，螺母51沿靠背絲杠41作直線運動。連桿47繞著鉸銷46順時針旋轉(zhuǎn)，靠背支桿42受拉繞著鉸銷46順時針轉(zhuǎn)動，使得靠背43向后能夠升起和放下。如圖6所不,驅(qū)動電機53位于車身33內(nèi)，聯(lián)軸器54 —端與驅(qū)動電機53輸出軸固連，聯(lián)軸器54另一端與蝸桿63連接；蝸輪箱57固定安裝在車身33中間部位，蝸輪64與蝸輪軸62固連，蝸桿63與蝸輪64配合通過滾珠軸承55固定安裝在蝸輪箱57內(nèi)，蝸輪軸62另一端與驅(qū)動小齒輪58固定連接；驅(qū)動小齒輪58與股軸60 —端安裝的驅(qū)動大齒輪59嚙合，股軸60另一端與車輪61固定連接。兩個車輪及兩個驅(qū)動電機對稱安裝；當兩個驅(qū)動電機以相同的轉(zhuǎn)速、相同的方向轉(zhuǎn)動時，車身做向前或向后的直線運動。當兩個電機以相同的轉(zhuǎn)速、相反的方向轉(zhuǎn)動時，車身即在原地轉(zhuǎn)向，減小了代步機在轉(zhuǎn)動時所需要的空間。本實施例智能助殘代步機的主要技術(shù)性能參數(shù):額定載重量為150Kg，機械手抓緊力為5Kg，最大轉(zhuǎn)彎半徑為Im;機身高度為1.183m、寬為0.8m、長1.135m。代步機采用合金鋼管制作，車身為塑料材質(zhì)成型，扶手表層由皮革包裹，靠背墊和座墊采用市場銷售的產(chǎn)品。機械抓手長0.3m，伸縮手臂全長1.2m，升降手臂全長0.5m。靠背的初始位置與座板夾角105度，最大擺角為75度。車輪直徑為25cm，電機功率為0.75KW,代步機行走速度為15m/min，同時具有轉(zhuǎn)彎半徑的要求。代步機行走輪采用直流電機驅(qū)動，由于行走輪的速度較慢，從電機到行走輪的減 速比較大，采用蝸輪蝸桿減速器傳動，傳動比較大且結(jié)構(gòu)較小，適合智能代步機的要求。
權(quán)利要求
1.一種智能助殘代步機，包括車身、車輪，其特征在于:還包括機械抓手、機械手臂系統(tǒng)、腿部康復(fù)機構(gòu)、靠背擺動機構(gòu)、驅(qū)動裝置，車身底部兩側(cè)固定安裝車輪，前后有四個輔助小輪，驅(qū)動裝置固定在車身底部的上面，腿部康復(fù)機構(gòu)位于車身前部，靠背擺動機構(gòu)安裝在車身上后部，機械手臂系統(tǒng)與機械抓手固定安裝在車身側(cè)面，控制機構(gòu)對機械抓手、機械手臂系統(tǒng)、腿部康復(fù)機構(gòu)、靠背擺動機構(gòu)、驅(qū)動裝置進行操控，并根據(jù)需要實現(xiàn)不同機構(gòu)的獨立工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能助殘代步機，其特征在于:所述機械抓手包括絲杠、絲杠套、齒輪、手架、抓手手指，絲杠套與齒輪固連，絲杠與絲杠套連接，手架之間裝有軸承；絲杠的一端穿過手架上的軸承與兩連桿鉸接，兩連桿另一端分別與抓手手指鉸接，抓手手指與手架通過螺栓固連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能助殘代步機，其特征在于:所述機械手臂系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)電機、伸展電機、起重電機、豎向絲杠、齒條導(dǎo)軌、齒條、夾板、大臂基座、絲杠螺母、大齒輪、小齒輪、絲杠支架、旋轉(zhuǎn)齒輪、旋轉(zhuǎn)小齒輪、旋轉(zhuǎn)支撐桿、聯(lián)接鍵、絲杠底座；絲杠支架固定在車身側(cè)面，豎向絲杠安裝在絲杠底座上位于絲杠支架一側(cè)，起重電機固定在絲杠支架端部，小齒輪與起重電機輸出軸固連，大齒輪位于豎向絲杠端部與小齒輪哨合；大臂基座位于旋轉(zhuǎn)支撐桿端部與絲杠螺母固連，絲杠螺母連接在豎向絲杠上，旋轉(zhuǎn)電機固定在大臂基座上位于旋轉(zhuǎn)支撐桿的一側(cè)，旋轉(zhuǎn)支撐桿另一端通過聯(lián)接鍵與齒條導(dǎo)軌連接，旋轉(zhuǎn)齒輪固定在旋轉(zhuǎn)支撐桿的端部，旋轉(zhuǎn)齒輪與旋轉(zhuǎn)電機輸出軸上的旋轉(zhuǎn)小齒輪嚙合；伸展電機固定在齒條導(dǎo)軌的夾板上，齒條位于齒條導(dǎo)軌的下方與機械抓手固連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的智能助殘代步機，其特征在于:所述腿部康復(fù)機構(gòu)包括腳架、踏板、連接桿、圓盤、轉(zhuǎn)軸、銷軸，電動機位于車身內(nèi)通過轉(zhuǎn)軸與圓盤固連，連接桿一端與圓盤通過銷軸鉸接，另一端與腳架鉸接，腳架的一端鉸接在車身上，另一端安裝踏板；圓盤、連接桿、腳架、車身形成曲柄搖桿機構(gòu)，帶動腳架做往復(fù)擺線運動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能助殘代步機，其特征在于:所述靠背擺動機構(gòu)由靠背電機、靠背小齒輪、靠背大齒輪、靠背支桿、靠背、支撐架、靠背絲杠、連桿、支撐桿組成，靠背電機固定在車身下部，電機輸出軸與靠背小齒輪固連；靠背絲杠固定安裝在支撐架上，靠背大齒輪固連在靠背絲杠上與靠背電機輸出軸固連的靠背小齒輪嚙合；支撐桿一端鉸接在車身上；連桿一端與安裝在靠背絲杠上的螺母固連，靠背支桿一端與支撐桿另一端、連桿另一端通過鉸銷連接，靠背支桿另一端與靠背鉸接；靠背與座板通過固定桿連接，且繞固定桿轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能助殘代步機，其特征在于:所述驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機、聯(lián)軸器、股軸、蝸桿、蝸輪、蝸輪軸、蝸輪箱、驅(qū)動大齒輪、驅(qū)動小齒輪，驅(qū)動電機位于車身內(nèi)，聯(lián)軸器一端與驅(qū)動電機輸出軸固連，另一端與蝸桿連接；蝸輪箱固定在車身中間部位，蝸輪與蝸輪軸固連，蝸桿與蝸輪配合通過滾珠軸承安裝在蝸輪箱內(nèi)；蝸輪軸另一端與驅(qū)動小齒輪固連，驅(qū)動小齒輪與安裝在股軸一端的驅(qū)動大齒輪嚙合，股軸另一端與車輪固定連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能助殘代步機，代步機結(jié)合智能機器人和代步車的特點，實現(xiàn)機動行走、自動抓取、腿部康復(fù)運動、智能控制與操作的多種功能。機械抓手和機械手臂系統(tǒng)進行上升下降、旋轉(zhuǎn)、伸縮運動，實現(xiàn)對抓取物品的準確定位；靠背擺動機構(gòu)采用連桿機構(gòu)實現(xiàn)靠背的前后俯仰運動；腿部康復(fù)機構(gòu)帶動腳架做往復(fù)擺線運動，實現(xiàn)腿部康復(fù)運動的功能；驅(qū)動裝置進行操控兩個車輪及相應(yīng)的兩個驅(qū)動電機,實現(xiàn)向前或向后的直線運動，或在原地轉(zhuǎn)向運動；控制機構(gòu)對各部件裝置進行操控，并根據(jù)需要實現(xiàn)不同機構(gòu)的獨立工作。代步機具有體積小、轉(zhuǎn)動靈活能夠在相對狹小的空間轉(zhuǎn)動行走；特別適宜于老人和殘疾人使用。
文檔編號A61G5/04GK103222916SQ20131015967
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月3日
發(fā)明者邵忍平, 王偉, 邵博麗, 賈騁 申請人:西北工業(yè)大學(xué)