全自动蹲起辅助装置的制作方法

本实用新型属于医疗器械领域，具体涉及一种蹲起辅助装置。

背景技术：

目前老龄化严重人，与此同时，老年人的健康状况也不容乐观。随着年龄的不断增长，老年人生理机能日趋衰退，疾病多发，最常见的就是身体负重关节如膝关节等发生病变，导致蹲起困难的问题。同时，老年人在蹲起过程中，容易引发晕厥而摔倒，造成骨折、脑震荡等一系列并发症，很不安全。随着年龄的不断增长，老年人生理机能日趋衰退，疾病多发，最常见的就是身体负重关节如膝关节等发生病变，导致蹲起困难的问题。

传统的诸如轮椅、拐杖一类的辅助工具，不够便捷且不能满足老年人蹲起的需求，存在一定的局限性。国内市面上的一些其他蹲起辅助装置则需固定在老年人腿部，佩戴不方便且不利于老年人的行走，存在加重其腿部不适的可能。

因此，就需要一种能够自动升降、易操作、稳定性和安全性高的全自动蹲起辅助装置。

技术实现要素：

本实用新型针对现有的蹲起辅助装置不能自动升降、不方便操作、稳定性和安全性差的缺陷，提供了一种能够自动升降、易操作、稳定性和安全性高的全自动蹲起辅助装置。

本实用新型所涉及的全自动蹲起辅助装置的技术方案如下：

本实用新型所涉及的全自动蹲起辅助装置，它包括角度可变坐垫结构、剪式伸缩结构、传动结构、车体驱动结构、转向结构、控制系统、刹车系统和遥控系统，所述角度可变坐垫结构固定在剪式伸缩结构的上端，所述传动结构固定在剪式伸缩结构的下端，所述车体驱动结构包括前轮、后轮和底盘，所述前轮分别安装在底盘的前端，所述后轮安装在底盘的后端，所述传动结构固定在底盘上，所述转向结构安装于前轮上，所述传动结构、车体驱动结构和转向结构的输入端均与控制系统的输出端连接，所述遥控系统的输出端与控制系统的输入端无线连接，所述刹车系统固定在后轮上，所述刹车系统的输入端与控制系统的输出端连接。

进一步地：所述角度可变坐垫结构包括坐垫、支杆和坐垫底座，所述坐垫底座为长方形，所述坐垫的前端与坐垫底座的前端铰接，所述坐垫的中部与支杆的一端固定，所述支杆的另一端与剪式伸缩结构连接。

进一步地：所述剪式伸缩结构包括一号滑道、二级剪式伸缩结构和二号滑道，所述一号滑道固定在坐垫底座底部，所述二号滑道固定在底盘上，所述二级剪式伸缩结构的上端安装在一号滑道内，所述二级剪式伸缩结构的下端安装在二号滑道内，所述支杆的另一端与二级剪式伸缩结构的上端固定。

进一步地：所述传动结构包括一号电机、一号减速箱、齿轮、齿条和三号滑道，所述一号减速箱的输入端与一号电机的驱动轴上，所述齿轮固定在一号减速箱的驱动轴上，所述齿条与齿轮啮合，所述齿条安装在三号滑道内部，所述齿条的一端与二级剪式伸缩结构的下端固定。

进一步地：所述车体驱动结构包括驱动电机、二号减速箱和差速器，所述驱动电机的输出端与二号减速箱的输入端连接，所述二号减速箱的输出端与差速器的输入端连接，所述差速器的输出端与后轮的输入轴连接，所述前轮为万向轮。

进一步地：所述转向结构包括舵机，所述舵机包括二号电机、级联减速齿轮、电位器和电路控制板，所述电路控制板的输入端与控制系统的输出端连接，所述电路控制板的输出端与二号电机的输入端连接，所述二号电机的输出端与级联减速齿轮的的输入端连接，所述级联减速齿轮固定在前轮与底盘之间，所述二号电机和电位器均固定在前轮的支撑杆上，所述电位器的输出端与电路控制板的输入端连接。

进一步地：所述控制系统包括电源模块、微控制器、无线接收模块、电机驱动模块，所述电源模块与微控制器的输入端连接，用于整个系统的供电；所述无线接收模块的输出端与微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与电机驱动模块的输入端连接，所述差速器的输入端与微处理器的输出端连接；所述遥控系统包括无线发射模块和人机交互模块，所述无线发射模块的输入端与人机交互模块的输出端连接，所述一号电机、驱动电机、差速器和二号电机的输入端分别与电机驱动模块的输出端连接。

本实用新型所涉及的全自动蹲起辅助装置的有益效果是：

本实用新型所涉及的全自动蹲起辅助装置，不需要老年人随身佩戴，它能感应到老年人有蹲起需要并及时到达老年人身边，帮助其完成蹲起动作。本装置分为控制部分和机械部分，控制部分具有很强的智能性，且操作方便，适合老年人的使用；机械部分则采实现结构的伸缩，老年人可轻松完成蹲起动作且保障了其安全性；本装置具有人性化，易操作，高效便捷等优点，适合老年人的使用，具有很好的发展前景和推广价值。与同类辅助装置相比，本装置具有更高的智能性和可操作性；机械系统采用剪式伸缩结构和液压传动装置，增大了机构的稳定性；同时，车体后轮还配有刹车自锁系统，保障用户安全。在不使用本装置时，用户还可通过遥控系统发出电源锁定的信号使车体处于低功耗模式，节省电量。同时，系统设置了低压报警电路，电池电压低于基准电压时蜂鸣器报警，提醒用户及时充电，更加人性化。

附图说明

图1为全自动蹲起辅助装置的结构示意图；

图2为剪式伸缩结构的结构示意图；

图3为传动结构的结构示意图；

图4为车体驱动结构的结构示意图；

图5为转向结构的结构示意图；

图6为控制系统的电路框图；

图7为微控制器的引脚连接示意图；

图8为电源模块中的第一级开关电源电路图；

图9为电源模块中的第二级电压调节电路图；

图10为控制系统中的低压报警电路图；

图中，1为角度可变坐垫结构、1-1为坐垫、1-2为支杆、1-3为坐垫底座、2为剪式伸缩结构、2-1为一号滑道、2-2为二级剪式伸缩结构、2-3为二号滑道、3为传动结构、3-1为一号电机、3-2为一号减速箱、3-3为齿轮、3-4为齿条、3-5为三号滑道、4为车体驱动结构、4-1为前轮、4-2为后轮、4-3为底盘、4-4驱动电机、4-5为二号减速箱、4-6为差速器、5为转向结构、5-1为二号电机、5-2为级联减速齿轮、5-3为电位器、6为控制系统。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本实用新型技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围中。

实施例1

结合图1和图4说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的全自动蹲起辅助装置，它包括角度可变坐垫结构1、剪式伸缩结构2、传动结构3、车体驱动结构4、转向结构5、控制系统6、刹车系统和遥控系统，所述角度可变坐垫结构1固定在剪式伸缩结构2的上端，所述传动结构3固定在剪式伸缩结构2的下端，所述车体驱动结构4包括前轮4-1、后轮4-2和底盘4-3，所述前轮4-1分别安装在底盘4-3的前端，所述后轮4-2安装在底盘4-3的后端，所述传动结构3固定在底盘4-3上，所述转向结构5安装于前轮4-1上，所述传动结构3、车体驱动结构4和转向结构5的输入端均与控制系统6的输出端连接，所述遥控系统的输出端与控制系统6的输入端无线连接，所述刹车系统固定在后轮4-2上，所述刹车系统的输入端与控制系统6的输出端连接。如此设置的目的是，所述全自动蹲起辅助装置为小车状，由用户通过遥控系统发出指令指挥全自动蹲起辅助装置的前进，采用远程控制，当需要本装置辅助蹲起时，用户可通过遥控装置连接小车，随后由小车内置无线接收模块接受信息，通过单片机处理信息并发出指令，控制小车的行驶轨迹，从而从较远距离处前往用户所在地，辅助蹲起。所述刹车系统固定在后轮上，后轮在小车停止后可自锁，使车轮与地面间滚动摩擦力消除，加之以使用摩擦系数较大的材料，通过对剪式提升机构受力分析可知，一位体重在65kg的成年人在使用本装置辅助蹲起过程中车轮不会产生打滑现象，从而解决了蹲起过程中的安全问题。

实施例2

结合图2和实施例1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的全自动蹲起辅助装置，所述角度可变坐垫结构1包括坐垫1-1、支杆1-2和坐垫底座1-3，所述坐垫底座1-3为长方形，所述坐垫1-1的前端与坐垫底座1-3的前端铰接，所述坐垫1-1的中部与支杆1-2的一端固定，所述支杆1-2的另一端与剪式伸缩结构2连接。如此设置的目的是，角度可变坐垫1是根据人体工程学原理，根据人体蹲下与起立时的腿部曲线变化，将坐垫1-1的角度随人体上下位置的变化而变化：随着人体位置的上升，坐垫与1-1水平面的角度变大；坐垫1-1在最高点时，坐垫1-1的角度也达到最大，从而利于用户从座椅上站起，在最低点时，坐垫1-1的角度水平，从而利于用户坐在座椅上，使坐垫1-1的设计更加符合人体腿部以及臀部受力，更加人性化。

实施例3

结合实施例2说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的全自动蹲起辅助装置，所述剪式伸缩结构2包括一号滑道2-1、二级剪式伸缩结构2-2和二号滑道2-3，所述一号滑道2-1固定在坐垫底座1-3底部，所述二号滑道2-3固定在底盘4-3上，所述二级剪式伸缩结构2-2的上端安装在一号滑道2-1内，所述二级剪式伸缩结构2-2的下端安装在二号滑道2-3内，所述支杆1-2的另一端与二级剪式伸缩结构2-2的上端固定。如此设置的目的是，需要蹲起时，由用户通过遥控系统控制小车通过单片机发出指令，控制安装在底盘上的齿轮齿条装置伸缩，进而带动剪式伸缩机构2的下级结构前后位置变化，从而达到带动剪式伸缩机构2上下位置的变化，由于其受力范围较大，采用普通不锈钢机构便可以实现本结构相应受力要求；二级剪式伸缩机构2-2的前后距离变化范围为40—50cm，上下空间位置变化范围为30—60cm，完全可以满足老人蹲起时的上下高度需求。

实施例4

结合图3和实施例3说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的全自动蹲起辅助装置，所述传动结构3包括一号电机3-1、一号减速箱3-2、齿轮3-3、齿条3-4和三号滑道3-5，所述一号减速箱3-2的输入端与一号电机3-1的驱动轴上，所述齿轮3-3固定在一号减速箱3-2的驱动轴上，所述齿条3-4与齿轮3-3啮合，所述齿条3-4安装在三号滑道3-5内部，所述齿条3-4的一端与二级剪式伸缩结构2-2的下端固定。如此设置的目的是，由一号电机3-1输出扭矩，而后由一号减速箱3-2带动传动结构3的前后位置变化，控制剪式伸缩机构2下端前后距离变化，进而控制剪式伸缩结构2空间中上下位置变化，使小车稳定性大大增加；齿轮齿条传动具有以下优点：结构简单、紧凑；传动效率高达90％；占用的体积小；制造成本低；控制方便，可实现无级调速；使用寿命较长等。

实施例5

结合图4和实施例4说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的全自动蹲起辅助装置，所述车体驱动结构4包括驱动电机4-4、二号减速箱4-5和差速器4-6，所述驱动电机4-4的输出端与二号减速箱4-5的输入端连接，所述二号减速箱4-5的输出端与差速器4-6的输入端连接，所述差速器4-6的输出端与后轮4-2的输入轴连接，所述前轮4-1为万向轮。如此设置的目的是，驱动电机4-4带动二号减速箱4-5驱动小车的后轮4-2运转实现驱动前进的目的，后轮4-2之间通过差速器4-6控制两侧后轮4-2分别以不同速度运转，配合前轮4-1转向。电机采用直流电机驱动，直流电机的主要优点是起动性能和调速性能相对较好，并且过载能力大。

实施例6

结合图5和实施例5说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的全自动蹲起辅助装置，所述转向结构5包括舵机，所述舵机包括二号电机5-1、级联减速齿轮5-2、电位器5-3和电路控制板，所述电路控制板的输入端与控制系统6的输出端连接，所述电路控制板的输出端与二号电机5-1的输入端连接，所述二号电机5-1的输出端与级联减速齿轮5-2的的输入端连接，所述级联减速齿轮5-2固定在前轮4-1与底盘4-3之间，所述二号电机5-1和电位器5-3均固定在前轮4-1的支撑杆上，所述电位器5-3的输出端与电路控制板的输入端连接。如此设置的目的是，前轮4-1部分通过舵机转向输出力矩，进行控制转向。舵机是一种位置(伺服)的驱动器，适用于角度需要不断变化并保持的控制系统6。其工作原理是：控制信号进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它的内部有一个基准电路，产生周期为20ms宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器5-3的电压进行比较，获得电压差输出；最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定二号电机5-1的正反转。当二号电机5-1转速一定时，通过级联减速齿轮5-2带动电位器5-3旋转，使电压差为0，二号电机5-1停止转动；利用单片机控制舵机实现转向是一种简单，高效的控制方案；因此我们选择mg996r型号舵机作为控制系统6的转向元件，在50hz条件下通过改变单片机输出的pwm波高电平时间从0.5ms-2.5ms变化，舵机打角从0-180°变化。

实施例7

结合图6-图10以及实施例6说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的全自动蹲起辅助装置，所述控制系统6包括电源模块、微控制器、无线接收模块、电机驱动模块，所述电源模块与微控制器的输入端连接，用于整个系统的供电；所述无线接收模块的输出端与微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与电机驱动模块的输入端连接，所述差速器4-6的输入端与微处理器的输出端连接；所述遥控系统包括无线发射模块和人机交互模块，所述无线发射模块的输入端与人机交互模块的输出端连接，所述一号电机3-1、驱动电机4-4、差速器4-6和二号电机5-1的输入端分别与电机驱动模块的输出端连接。如此设置的目的是，控制部分为遥控手柄或手机app，控制系统6包括电源模块、微控制器、无线模块sx1278、蓝牙通信模块bc04-b、电机驱动电路，转向系统和人机交互模块组成，遥控系统为遥控手柄和手机两类；电源模块采用两节12v铅酸蓄电池，通过lm7805和asm1117-3.3芯片降压为舵机和微控制器等外围电路供电；遥控手柄由18650电池组作为供电元件；控制系统6与遥控手柄、手机之间分别通过sx1278无线模块和bc04-b蓝牙模块进行通信；两种不同的控制方式可根据需求自由切换；采用的蓝牙通信既可以避免没有wifi时的尴尬局面；遥控手柄采集电位器adc值以及按键信号实时发送给控制系统6，控制系统6上的微控制器通过输出不同占空比的pwm方波控制电机转速和舵机打角实现对其运动的控制。

如图7所示，微控制器芯片需要具有快速处理信息能力，同时还需要对执行结构进行精确控制的能力，既能够快速的响应中断的能力，又具有强大的计算能力，选择stm32f103c8t6作为控制系统6的主控制器，stm32f103c8t6完全能够满足控制系统6主控制器对实时性和复杂数据处理能力的要求；主控制器电路包括了各种通信接口，以及该控制器最小系统；主控制器主要功能是：接收处理来自遥控系统的信号，控制车体运动实现用户的要求。

如图8和图9所示，电源模块：该系统中主控制器，bc04-b蓝牙模块采用+3.3v电压供电，舵机和sx1278无线模块工作电压为+5v，电机驱动电路为+12v和+24v电压供电，我们采用两节12v铅酸蓄电池作为系统的输入电压。+5v电压可以通过lm7805得到，构成系统的第一级开关电源电路，系统的第二级由lm1117-3.3v构成电压调节电路，电源锁定和通信唤醒电路：由于控制系统6的电源供应采用的是两节的铅酸蓄电池，电池电量有限，降低功耗提高轮椅持续运行时间是我们在设计控制器时要考虑的关键问题之一。通过遥控系统发出电源锁定的信号，控制系统6的微控制器处于低功耗模式，通信模块正常供电，其余供电系统切断。当遥控系统发出唤醒信号时，重新上电，系统工作在正常模式；同时在车体上安装合适的电压显示模块，显示铅酸蓄电池实时电压，用户可以根据电压显示值选择是否对电池进行充电。

如图10所示，控制系统6还包括一种低压报警电路，即当电池电压低于某一基准电压(可调)时蜂鸣器报警，提醒用户及时充电；该电路中采用tl431可控精密稳压源做成基准源为电压比较器lm358提供基准电压，当电池电压低于基准电压时，输出端输出高电平驱动有源蜂鸣器，蜂鸣器发出响声提醒用户充电。