本發(fā)明屬于智能服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種集成輪式移動底盤、可展開三角支撐結(jié)構(gòu)與多機(jī)協(xié)作能力的健康輔助機(jī)械臂系統(tǒng)，適用于家庭、養(yǎng)老院及醫(yī)院等場景，為行動受限人群提供安全、穩(wěn)定的物理輔助與生活照料服務(wù)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有護(hù)理機(jī)器人存在以下問題：第一是固定位置如床邊進(jìn)行工作的健康輔助機(jī)械臂（例如專利）存在著工作范圍受限、非工作時占用生活空間的問題；第二是移動性與穩(wěn)定性矛盾：傳統(tǒng)輪式機(jī)器人移動靈活但作業(yè)時易晃動，固定式機(jī)械臂缺乏場景適應(yīng)性；第三是協(xié)作能力不足：多機(jī)協(xié)同算法復(fù)雜度高，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)動作同步；第四是能源管理缺陷：連續(xù)工作時續(xù)航不足，缺乏自動充電集成設(shè)計。

2、現(xiàn)有技術(shù)參考：廣州零號軟件科技有限公司的輔助機(jī)械臂系統(tǒng)（專利cn2025102717587“一種多自由度可適配健康輔助機(jī)械臂系統(tǒng)及其控制方法”和專利202510271664x“：一種應(yīng)用在床邊可拆卸多模態(tài)ai健康輔助機(jī)械臂系統(tǒng)”）需要固定安裝在床邊等位置，無法執(zhí)行移動操作，工作范圍受到限制。江蘇諾嘉機(jī)械的支撐腿輔助起重裝置（專利cn118619097b“一種具有支撐腿輔助的起重裝置”）通過自適應(yīng)支撐腿增強(qiáng)穩(wěn)定性，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且未適配移動場景；中聯(lián)重科臂架總成輔助系統(tǒng)（cn115432587a“”）提出多吊裝單元協(xié)同調(diào)平方案，但未涉及人體交互與動態(tài)路徑規(guī)劃。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、機(jī)械臂-移動底盤集成設(shè)計：輪式移動載體：四輪全向驅(qū)動底盤，內(nèi)置激光雷達(dá)與視覺slam模塊，支持動態(tài)避障與路徑規(guī)劃；支撐結(jié)構(gòu)可選兩種形態(tài)：?a)?三角支撐（圖1中左圖）：包含三個獨(dú)立液壓支腿，展開時呈120°均勻分布；?b)?四角支撐（圖1中右圖）：包含四個可伸縮/折疊的機(jī)械支腿，展開時呈矩形對稱布局；?模塊化機(jī)械臂（3-6自由度），末端執(zhí)行器包含兩指夾爪、三指自適應(yīng)手及五指仿生手；?多機(jī)協(xié)作控制模塊，支持負(fù)載動態(tài)分配與亞秒級動作同步。；能源管理：底盤內(nèi)置高密度電池（續(xù)航≥8小時），支持自動返回充電座（磁吸對接精度±1mm）。

2、機(jī)械臂系統(tǒng)：模塊化機(jī)械臂：兼容3-6自由度配置，末端可替換為兩指夾爪、三指自適應(yīng)手或五指仿生手（抓握力1-20n可調(diào)）；傳感器融合：雙目攝像頭（用戶姿態(tài)識別）、毫米波雷達(dá)（防碰撞）、六軸力傳感器（接觸力閉環(huán)控制）。

3、多機(jī)協(xié)作控制（圖2）：分布式計算框架：基于ros?2的分布式節(jié)點(diǎn)通信，支持雙機(jī)協(xié)同完成托舉、穿衣等高復(fù)雜度任務(wù)；動態(tài)負(fù)載均衡：根據(jù)機(jī)械臂位置與負(fù)載狀態(tài)自動分配動作優(yōu)先級（如主臂承擔(dān)70%負(fù)載，輔臂調(diào)整平衡）。

4、本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)形態(tài)擴(kuò)展（圖3）：伸縮式支腿設(shè)計：采用多級套筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)置高精度直線導(dǎo)軌；驅(qū)動方式可選液壓（高負(fù)載場景）或電動推桿（低成本版本），伸展速度0.1-0.5m/s；折疊式支腿設(shè)計：支腿主體為碳纖維連桿，折疊關(guān)節(jié)采用蝸輪蝸桿自鎖機(jī)構(gòu)；展開時通過彈簧蓄能器快速釋放，同步觸發(fā)機(jī)械臂姿態(tài)預(yù)調(diào)整。

5、本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在仿起重機(jī)支撐結(jié)構(gòu)、多機(jī)動態(tài)協(xié)作、低成本模塊化等三點(diǎn)。例如三角支撐模式是仿起重機(jī)支撐結(jié)構(gòu)：三角支架展開時力學(xué)分布優(yōu)化（參考cn118619097b“一種具有支撐腿輔助的起重裝置”中的支撐腿設(shè)計），穩(wěn)定性較傳統(tǒng)輪式底盤大幅提升；

6、多機(jī)動態(tài)協(xié)作：基于中聯(lián)重科協(xié)同調(diào)平技術(shù)（cn115432587a“臂架總成輔助上機(jī)系統(tǒng)”）參考與改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)亞秒級動作同步與負(fù)載自適應(yīng)分配；

7、低成本模塊化：機(jī)械臂關(guān)節(jié)采用宇樹科技u系列電機(jī)，兼容3-6自由度配置，可使單關(guān)節(jié)替換成本大幅降低。

技術(shù)特征：

1.一種多模態(tài)可移動健康輔助機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于包括：四輪全向驅(qū)動底盤，集成可展開式支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)包含：a)伸縮式支腿：通過液壓/電動推桿驅(qū)動，作業(yè)時從底盤內(nèi)部伸出；b)折疊式支腿：通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)收納于底盤或機(jī)械臂外側(cè)，展開時旋轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)角度；所述支撐結(jié)構(gòu)支持兩種布局形態(tài)：i)?三角支撐：三個支腿呈120°對稱分布；ii)?四角支撐：四個支腿呈矩形對稱分布；模塊化機(jī)械臂（3-6自由度），末端執(zhí)行器可替換為夾爪或多指仿生手;集成支撐結(jié)構(gòu)與slam導(dǎo)航模塊；多機(jī)協(xié)作控制模塊，支持負(fù)載動態(tài)分配與亞秒級動作同步。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于：伸縮式支腿的最大伸展長度為底盤直徑的1.2-1.5倍，收縮后完全隱藏于底盤腔體內(nèi)；折疊式支腿收納時與機(jī)械臂外殼平齊，展開角度為60°-180°，折疊關(guān)節(jié)處設(shè)有自鎖卡扣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于：可移動健康輔助機(jī)械臂系統(tǒng)可搭載選擇搭載一種支撐腿形式+一種支撐方式，也可以選擇復(fù)合式的支撐腿+支撐方式，當(dāng)選擇復(fù)合式的支撐腿+支撐方式時，所述支撐結(jié)構(gòu)的展開形態(tài)與場景自適應(yīng)匹配：狹窄空間自動選擇三角支撐+折疊式支腿（展開時間≤2秒）；高負(fù)載場景自動切換四角支撐+伸縮式支腿（支撐力≥500kg）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于：所述折疊式支腿的收納位置包含：底盤外側(cè)凹槽（支腿折疊后與輪轂齊平）；機(jī)械臂基座兩側(cè)（支腿折疊后貼合機(jī)械臂外殼）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于：所述底盤內(nèi)置自動充電對接模塊，充電座定位精度±1mm，充電效率≥95%。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于：所述多機(jī)協(xié)作控制模塊采用優(yōu)先級動態(tài)分配算法，主臂負(fù)載占比50-80%，輔臂承擔(dān)平衡調(diào)節(jié)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多模態(tài)可移動健康輔助機(jī)械臂系統(tǒng)，通過仿起重機(jī)三角支撐結(jié)構(gòu)及四角支撐結(jié)構(gòu)、模塊化機(jī)械臂與多機(jī)協(xié)同控制技術(shù)，解決了傳統(tǒng)護(hù)理機(jī)器人移動性與穩(wěn)定性不可兼得的難題。系統(tǒng)支持單機(jī)操作與多機(jī)協(xié)作，適用于攙扶、遞物、緊急救援等場景，續(xù)航時間長，采用模塊化設(shè)計盡量采用通用模塊量產(chǎn)成本大幅降低，具備極高的醫(yī)療與家庭應(yīng)用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：向忠宏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州零號軟件科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28