三构态变胞式助老机器人的制作方法

本发明涉及助老设备领域，具体涉及一种三构态变胞式助老机器人。

背景技术：

助老行走器是指改善、补偿、替代人体功能和辅助性行走以及锻炼身体的产品。实现全民健康很大程度上来源或取自公民的综合健康素质水平，而要达到高水平的健康素质水平，需要助老行走器在设计、生产方面的质与量保证。

国外类似的产品中，瑞士公司noonee设计了一款可穿戴座椅，但是不向普通用户出售因为不通过培训容易摔倒；lexwearableseat可穿戴座椅是纯便携座椅，想要坐下时需手动打开，非常麻烦；日本本田发明了步行辅助器，但外形不美观和成本太高；日本某公司推出了步行辅助器acsive。相对来说，在助老穿戴设备方面日本研究起步较早，技术相对比较成熟，但是整体结构相对复杂，成本较高。

为此，需要一种新型的三构态变胞式助老机器人，针对目前我国老龄化愈加严重、老年人身体机能下降的问题，为方便老人平时起居生活，设计了一款助老器械——助老变胞穿戴装置，该装置可以帮助老人在日常居家生活中，可以帮助老人随时坐下、下蹲、起立、行走。

技术实现要素：

有鉴于此，本技术方案的三构态变胞式助老机器人，通过机构自由度和形态的变换进行变胞，辅助老人日常起居中坐下、下蹲、起立；辅助老人深蹲、锻炼腿部肌肉，装置的机构仅有移动副和转动副，无齿轮副、凸轮副等复杂高副机构，结构简单可靠；采用强度高、重量轻的材料，不过多增加走路负担，在走姿、坐姿、蹲姿时能够支撑人体重量；通过控制舵机的启动，可以根据实际情况，提供起身助力；本装置灵活方便，能够实现多种功能。

一种三构态变胞式助老机器人，包括设置于底部用于安置脚部的脚部安装机构、铰接于脚部安装机构上的小腿杆、铰接于小腿杆端部的大腿杆以及连接设置于大腿杆与脚部安装机构之间的变胞机构；所述变胞机构用于调节小腿杆与大腿杆相对位置。

进一步，所述变胞机构包括铰接设置于大腿杆端部的上伸缩杆、与上伸缩杆相对滑动设置的下伸缩杆、铰接设置于下伸缩杆端部的变胞块以及固定设置于脚部安装机构端部的驱动舵机；所述驱动舵机与变胞块端部铰接设置，所述上伸缩杆与下伸缩杆之间设置有用于锁止上、下伸缩杆相对滑动的锁止组件。

进一步，所述脚部安装机构包括弧形结构的脚前部、与脚前部铰接设置的脚后部以及设置于脚后部上的铰接支撑柱；所述铰接支撑柱垂直脚后部所在平面向上且铰接支撑柱端部与小腿杆下端铰接设置。

进一步，所述脚前部内壁上设置有半圆形的脚尖定位卡槽，所述脚前部与小腿杆上端之间还铰接设置有脚部支撑杆。

进一步，所述铰接支撑柱侧壁固定连接设置有用于安装驱动舵机的舵机安装壳，所述变胞块包括矩形结构的防倾覆板以及设置于防倾覆板两侧的两个安装支耳；所述安装支耳一个与驱动舵机铰接设置，另一个安装支耳与下伸缩杆下端铰接设置。

进一步，所述锁止组件包括滑动套设于上伸缩杆上的下箱体、与下箱体固定连接设置的上箱体以及设置于上箱体和下箱体之间并可沿上伸缩杆径向方向滑动的推杆装置。

进一步，所述下箱体内设置有用于安装上伸缩杆的安装孔，下箱体内设置有用于连通安装孔的限位套管，限位套管上开设有导向滑槽，所述推杆装置包括滑动设置于限位套管内的卡栓以及设置于导向滑槽内并与卡栓固定连接的推杆，所述上箱体上开设有配合推杆径向运动的条形槽。

进一步，所述脚前部的两个端部均设置有半圆形的铰接限位孔，所述脚前部与脚后部之间设置有铰接导柱，所述铰接导柱一端设置有限位卡块且设有限位卡块的一端安装于铰接限位孔内，铰接导柱另一端设置有固定销钉。

进一步，所述大腿杆和小腿杆上均设置有固定绑带，所述大腿杆整体呈“l”型结构，所大腿杆端部还设置有坐垫。

本发明的有益效果是：

本装置主要可以通过机构自由度和形态的变换进行变胞，辅助老人日常起居中坐下、下蹲、起立；辅助老人深蹲、锻炼腿部肌肉。

(1)在行走状态时，机构自由度为2。机构不会影响老人正常的行走，在大腿和腰间加上扭转弹簧后还可辅助老人行走、上楼梯和爬坡等功能。

(2)在坐下状态时，机构自由度为1。老人可由站立状态根据需要选择坐下或者蹲下，通过控制机构(小腿处的舵机)的微调，机构可在坐姿处固定实现自由度转变。坐下时，可以根据实际情况调节伸缩杆的长度，实现不同坐姿的变换。另外，伸缩杆内的弹簧可将坐下时的重力势能储存起来，在站立过程中给予辅助力。

(3)在蹲下状态时，机构自由度为0，可用舵机辅助起身。

(4)在机构整体结构上，共采用两套原理机构加上固定结构分别作用于两腿，实现方便的穿戴式便携辅助。

(5)为达到便携的目的，本装置的材料计划选用质量轻巧，强度大的碳纤维材料或铝合金材料。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明脚前部结构示意图；

图3为本发明锁止组件结构示意图；

图4为本发明第二结构示意图；

图5为本发明第三结构示意图；

图6为本发明脚部安装机构构示意图；

图7为本发明第四结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明结构示意图；图2为本发明脚前部结构示意图；图3为本发明锁止组件结构示意图；图4为本发明第二结构示意图；图5为本发明第三结构示意图；图6为本发明脚部安装机构构示意图；图7为本发明第四结构示意图；如图所示，一种三构态变胞式助老机器人，包括设置于底部用于安置脚部的脚部安装机构4、铰接于脚部安装机构4上的小腿杆5、铰接于小腿杆5端部的大腿杆6以及连接设置于大腿杆6与脚部安装机构4之间的变胞机构；所述变胞机构4用于调节小腿杆5与大腿杆6相对位置。本技术方案的三构态变胞式助老机器人，通过机构自由度和形态的变换进行变胞，辅助老人日常起居中坐下、下蹲、起立；辅助老人深蹲、锻炼腿部肌肉，装置的机构仅有移动副和转动副，无齿轮副、凸轮副等复杂高副机构，结构简单可靠；采用强度高、重量轻的材料，不过多增加走路负担，在走姿、坐姿、蹲姿时能够支撑人体重量；通过控制舵机的启动，可以根据实际情况，提供起身助力；本装置灵活方便，能够实现多种功能的需求。

本实施例中，所述变胞机构包括铰接设置于大腿杆6端部的上伸缩杆1、与上伸缩杆1相对滑动设置的下伸缩杆2、铰接设置于下伸缩杆2端部的变胞块3以及固定设置于脚部安装机构4端部的驱动舵机8；所述驱动舵机8与变胞块3端部铰接设置，所述上伸缩杆1与下伸缩杆2之间设置有用于锁止上、下伸缩杆相对滑动的锁止组件7。整体机构为多杆机构，通过实现上伸缩杆1与下伸缩杆2相对位置的改变进而实现了变胞块3位置的整体调节，以此达到多种形态的装换。

本实施例中，所述脚部安装机构4包括弧形结构的脚前部401、与脚前部401铰接设置的脚后部402以及设置于脚后部上的铰接支撑柱404；所述铰接支撑柱404垂直脚后部402所在平面(图6中脚后部402所在的水平平面)向上且铰接支撑柱404端部与小腿杆5下端铰接设置。脚部安装机构4包括相对铰接设置的脚前部401和脚后部402，脚前部401前端也设置有铰接支耳，方便于安装脚部支撑杆11，脚部安装机构4整体结构用于使用者脚部进行安装。

本实施例中，所述脚前部401内壁上设置有半圆形的脚尖定位卡槽403，所述脚前部401与小腿杆5上端之间还铰接设置有脚部支撑杆11。半圆形的脚尖定位卡槽403便于实现脚尖进行穿戴时进行安装放置，脚部支撑杆11两端进行铰接设置，配合机构进行形态变换，实现有效支撑。

本实施例中，所述铰接支撑柱404侧壁固定连接设置有用于安装驱动舵机8的舵机安装壳405，所述变胞块包括矩形结构的防倾覆板3以及设置于防倾覆板3两侧的两个安装支耳31；所述安装支耳31一个与驱动舵机8铰接设置，另一个安装支耳31与下伸缩杆5下端铰接设置。驱动舵机8用于驱动防倾覆板3进行转动，两个安装支耳31实现其两端进行铰接，便于实现整体转动。

本实施例中，所述锁止组件包括滑动套设于上伸缩杆1上的下箱体702、与下箱体702固定连接设置的上箱体701以及设置于上箱体701和下箱体702之间并可沿上伸缩杆1径向方向(径向方向即伸缩杆的径向方向)滑动的推杆装置，上下伸缩杆可以相对滑动，推杆装置可以实现对两根杆进行锁紧，实现上下伸缩杆的调节锁止。

本实施例中，所述下箱体内702设置有用于安装上伸缩杆1的安装孔，下箱体702内设置有用于连通安装孔的限位套管703，限位套管703上开设有导向滑槽704，所述推杆装置包括滑动设置于限位套管703内的卡栓705以及设置于导向滑槽704内并与卡栓705固定连接的推杆706，所述上箱体701上开设有配合推杆706径向运动的条形槽。推动滑帽707与推杆706固定连接设置，推杆706带动导向滑槽704内的卡栓705实现滑动，进而可以实现锁止功能，整体结构简单，操作方便。

本实施例中，所述脚前部401的两个端部均设置有半圆形的铰接限位孔，所述脚前部401与脚后部402之间设置有铰接导柱406，所述铰接导柱406一端设置有限位卡块且设有限位卡块的一端安装于铰接限位孔内，铰接导柱406另一端设置有固定销钉407。半圆形的铰接限位孔与铰接导柱406端部的限位卡块配合使用，在发生相对转动后可以实现部件之间的限位，使得转动只能在指定角度内，可以起到防止跌倒的作用。

本实施例中，所述大腿杆6和小腿杆5上均设置有固定绑带9，所述大腿杆6整体呈“l”型结构，所大腿杆6端部还设置有坐垫10。固定绑带9采用类似橡胶的具有弹性的绑带即可，坐垫10可以对使用者进行有效支撑，便于姿势变换。

本发明原理：

走姿构态，老年人通过固定装置将小腿杆5和大腿杆6固定于人体的小腿和大腿上，将鞋子固定于脚后部402，脚后部402和小腿杆5联结处转动副靠近于人体脚踝处，小腿杆5和大腿杆6联结处转动副位于人体膝盖处附近，大腿杆6的弯折处(大腿杆6整体呈l型结构)位于人体的髋部，舵机不启动，限位开关的推扣707带动推杆706，推杆带动卡栓将卡栓插入下伸缩杆的孔中，使上伸缩杆和下伸缩杆固定住，坐垫自然附于人体臀部后方。

当固定装置和人体大腿小腿固定完毕后，人体开始走路，在走路的过程中，脚后部和小腿杆联结处的转动副随着人体脚踝自然转动，小腿杆和大腿杆联结处的转动副随着人体的膝盖自然转动，小腿杆跟随着小腿运动，大腿杆跟随着大腿运动，脚前部和脚部支撑杆11随着小腿杆和大腿杆在人体前方摆动，上伸缩杆、下伸缩杆和防倾覆板3跟随小腿杆和大腿杆在人体后方摆动。

第二构态(坐姿)

坐姿原理，当老年人由走姿(第一构态)转变为坐姿(第二构态)时，脚部不动(此时脚部视为机架)，人体用手指推动限位开关的推扣带动推杆，推杆从而带动卡栓将卡栓从下伸缩杆的孔中抽出，使上伸缩杆和下伸缩杆可以相对滑动。

然后人体重心向下移动，臀部接触坐垫，防防倾覆板3向地面转动，当防防倾覆板3着地后，防倾覆板3与脚后部402可以视为一体(作为机架)，下伸缩杆和上伸缩杆合并合并为一个杆，完成变胞。当人体觉得坐姿角度不合适时，可以调节限位开关，进而调节下伸缩杆在上伸缩杆中的伸缩长度，调节角度。

第三构态(蹲姿)

蹲姿原理，当老年人由坐姿(第二构态)转变为蹲姿(第三构态)时，拨动限位开关的推扣，使上伸缩杆和下伸缩杆可以相对滑动。解除坐姿时上伸缩杆和下伸缩杆相对锁定的状态。

然后人体重心向上移动，准备起身，此时，按下舵机的开关，使舵机启动，防倾覆板3向小腿方向转动，当防倾覆板3转动超过90度时，人体重心向下移动，压动防倾覆板3继续向小腿转动，人体重心下移的同时，小腿会往人体前方向下转动，从而带动脚前部向下转动，当脚前部转动到一定角度时，脚前限位销会将半圆杆限位住，此时脚后部和脚前部在一条直线上，防止人体小腿与脚部的角度过小而伤害跟腱。防倾覆板3转动到一定角度时，防倾覆板3上的限位槽(图1中所示防倾覆板3端部设置有限位槽)会使防倾覆板3卡在小腿杆5上，防止大腿与小腿角度过小，伤害膝盖，此时防倾覆板3、支撑杆11、小腿杆5和下伸缩杆的转动副于变胞点重合，实现变胞。

当人体想要做深蹲运动锻炼腿部肌肉时，推动限位开关的推扣使下伸缩杆的某个长度固定在上伸缩杆中。按动舵机的开关，使舵机带动防倾覆板3向地面方向转动，进而带动大腿杆向上运动，从而达到帮助老年人因为腿部力量不足蹲下后起身困难的功能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。