一种智能调姿可移动的坐便机器人的制作方法

本发明涉及一种如厕辅助装置，属于智能机器人技术领域。

背景技术：

如厕问题常常困扰着老人、下肢功能缺失，手术后卧床的患者或需要长时间输液的病人。此类人群除行动不便，不易走到卫生间如厕外，往往由于下肢力量不足，不易完成坐上便器和起身的动作，同时由于体质弱，在如厕过程中容易出现突发性晕厥，如果没有相应的监测及保护措施，往往发现不及时，并有可能会从便器上跌落造成二次伤害，严重者甚至危及生命。

发明专利申请文件cn106236421a公开了一种电动移动坐便椅，在其后侧设置有立柱结构，并在其底架下方安装有驱动轮和转向轮，可通过控制器实现座椅沿立柱的升降及坐便椅的移动。但所公开的结构不能实现椅座倾角姿态的调整，并且由于使用的是普通差动轮作为驱动轮，不能实现坐便椅在平面内任意方向的移动。

发明专利cn104337456b公开了一种靠椅式智能辅助马桶座及其控制方法,它通过控制马桶座前后设置的四根伸缩杆的运动,实现座圈的向前上翻转和向后下方翻转的功能。所公开的马桶座不能移动，须配合固定的马桶使用；座圈的调整机构仅实现俯仰、升降两个自由度的运动，仅起到助起、助坐的作用。

发明专利cn104783722b公开了一种电动伸降助力坐便椅，通过前后三根电动升降杆及升降引导机构，可实现坐便椅的升降倾斜。同样坐便椅不能移动，座圈的姿态可调整的自由度有限，仅能够为使用者落座及起身提供助力。

由此，需要开发一种能够智能调整姿态并移动，同时能够提供健康监测和安全保护功能的如厕辅助装置。

技术实现要素：

为了克服现有产品的不足，本发明提供了一种智能调姿移动坐便机器人，它可以实现室内环境中的全方向移动、通过调节座圈的高度和倾角，辅助使用者落座和起身，同时通过对使用者重心的监测，判断使用者的当前状态，如发现异常状况，及时发出危险求救信号，并能够通过调节座圈的姿态和坐便机器人的方位，平衡使用者的重心，从而避免使用者从坐便器上滑出摔倒。

本发明的技术方案如下：

一种坐便机器人，包括移动底盘、座椅、座椅支架、座圈、座圈调姿机构和控制器；其中，

所述移动底盘能够使得所述坐便机器人全方向移动；

所述座椅支架固定在移动底盘上，并连接所述座椅；

其特征在于，所述座圈调姿机构与座椅支架连接，并能够通过调节所述座圈的高度和倾角，辅助使用者落座和起身。

进一步地，所述坐便机器人还包括压力传感器，其能够采集到所述座圈受力变化情况，从而通过对使用者重心的监测，判断使用者的当前状态。

进一步地，所述移动底盘包括全向轮、驱动电机、轴承、电机驱动器和下底板；每个全向轮分别通过轴承与驱动电机连接；所述电机与电机驱动器，以及电机驱动器与控制器之间有电气连接。

进一步地，发现异常状况，所述坐便机器人能够及时发出危险求救信号，并能够通过调节座圈的姿态和坐便机器人的方位，平衡使用者的重心。

进一步地，所述座椅支架包括金属型材、碳纤维管、上端板、直线导向机构；

多根所述金属型材和碳纤维管的一端与移动底盘固定连接，另一端与上端板连接，形成封闭式支撑结构；

所述金属型材上安装有直线导向机构；所述直线导向机构由导轨及导轨滑块组成。

进一步地，所述座圈调姿结构由电机及其驱动器、同步带及带轮、丝杠及丝杠螺母、铰链、支撑杆、座圈、多个压力传感器、座圈姿态传感器组成；所述电机通过同步带传动，驱动与同步带轮连接的丝杠旋转，丝杠螺母通过连接件与导轨滑块固定连接，导轨滑块可以沿导轨作直线移动，电机与驱动器之间，驱动器与控制器之间有电气连接；所述丝杠与移动底盘和座椅支架的上端板通过轴承连接；所述支撑杆一端与丝杠螺母通过铰链连接，另一端通过铰链与铰链支座连接；所述压力传感器安装在铰链支座与座圈之间，与控制器有电气连接；所述座圈姿态传感器安装在座圈下平面，与控制器有电气连接。

进一步地，所述座椅包括便器、扶手，椅背，它们分别与座椅支架的上端板固定连接

进一步地，还包括定位导航装置，其能够创建室内地图并实现同步定位，实现从停放位置到使用者身边的全方向自主移动，并能够避让动、静态障碍物。

进一步地，所述定位导航装置包括超声传感器和/或红外传感器和激光雷达，它们与所述控制器之间有电气连接。

进一步地，所述超声传感器和/或红外传感器均布于坐便机器人的外壳下方；所述激光雷达放置于座椅支架的上端板的前端。

与现有技术相比，本发明具备以下优点：

1.全方向移动，特别适合应用于狭窄的室内空间。

2.具备室内地图创建和自主导航功能、能够避让动静态障碍物，实现室内自主移动，方便使用者如厕，减轻护理人员的工作量。

3.通过座圈调姿机构，能够给使用者落座及起身提供助力，并能够通过压力传感器的监测数据，监测使用者如厕过程的重心变化，从而有效监测如厕者是否突发晕厥，并能够在发出危险求救信号的同时，及时平衡使用者的重心，避免使用者从座椅上跌落，提高如厕者使用的安全性。

附图说明

图1是本发明的智能调姿可移动的坐便机器人组成示意图。

图2是本发明的智能调姿可移动的坐便机器人结构示意图。

图3是座圈的升高、前倾的姿态调整过程示意图。

图4是座圈在水平面的前后俯仰或左右翻转示意图。

图中附图标记的含义如下：

1移动底盘，2座椅支架，3座圈调姿机构，4座椅，5全向轮，6驱动电机，7下底板,8金属型材，9碳纤维管，10上端板，11直线导向机构，12导轨，13导轨滑块，14电机，15同步带及带轮，16丝杠，17丝杠螺母，18铰链，19支撑杆，20座圈，21压力传感器，22座圈姿态传感器，23便器，24扶手，25椅背，26超声和/或红外传感器，27激光雷达。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。

如图1-2所示，本发明提供了一种智能调姿可移动的坐便机器人，包括：移动底盘1、座椅支架2、座圈调姿机构3、座椅4、控制器。所述座椅支架2固定在移动底盘1上，座圈调姿机构3及座椅4分别与座椅支架2连接。

所述移动底盘1由三个或四个全向轮5、驱动电机6、轴承、电机驱动器、下底板7组成；每个全向轮分别通过轴承与驱动电机6连接；所述驱动电机与电机驱动器，电机驱动器与控制器之间有电气连接。

所述座椅支架2由金属型材8、碳纤维管9、上端板10、直线导向机构11组成；多根所述金属型材8和碳纤维管9，一端与移动底盘2固定连接，另一端与上端板10连接，形成封闭式支撑结构。所述金属型材8上安装有直线导向机构11；所述直线导向机构11由导轨12及导轨滑块13组成。

所述座圈调姿结构3由电机14及其驱动器、同步带及带轮15、丝杠16及丝杠螺母17、铰链18、支撑杆19、座圈20、多个压力传感器21、座圈姿态传感器22组成；所述电机14通过同步带传动，驱动与同步带轮连接的丝杠16旋转，丝杠螺母17通过连接件与导轨滑块13固定连接，导轨滑块13可以沿导轨12作直线移动，电机14与驱动器之间，驱动器与控制器之间有电气连接；所述丝杠16与移动底盘1和座椅支架2的上端板10通过轴承连接；所述支撑杆19一端与丝杠螺母17通过铰链连接，另一端通过铰链18与铰链支座连接；所述压力传感器21安装在铰链支座与座圈20之间，与控制器有电气连接；所述座圈姿态传感器22安装在座圈下平面，与控制器有电气连接。

所述座椅4包括便器23、扶手24、椅背25，它们分别与座椅支架2的上端板10固定连接；所述扶手24可以翻转抬起或放下。

所述控制器,包括语音交互模块、遥控模块、无线通信模块、传感器信号处理模块、座圈调姿机构运动控制模块、移动底盘控制模块，各模块可以在同一硬件控制板卡上采用软件实现，也可以采用独立的硬件电路板实现，并通过无线或者有线通信方式与主控制器建立通信。

所述坐便机器人，还包括超声传感器和/或红外传感器26、激光雷达27，它们与控制器之间有电气连接；所述超声传感器和/或红外传感器26均布于坐便机器人的外壳下方；所述激光雷达27放置于座椅支架的上端板的前端。

使用者有如厕需求时，可以通过语音或者遥控的方式召唤所述坐便机器人，所述坐便机器人通过超声传感器和/或红外传感器26、激光雷达27及电机编码器的信息能够创建室内地图并实现同步定位，实现从停放位置到使用者身边的全方向自主移动，并能够避让动、静态障碍物。

当所述坐便机器人到达指定位置后，可在控制器的控制下，根据座圈姿态传感器22的反馈数据，同时控制六根支撑杆19分别移动到各自的设定高度，实现座圈20的升高、前倾的姿态调整(如图3所示)，待使用者臀部接触到座圈20，下发落座指令后，再根据座圈姿态传感器22的反馈数据，通过同时控制六根支撑杆各自的升降动作，实现座圈20恢复水平及下降的动作。当使用者如厕完毕后，可按照上述过程的逆过程，给使用者提供起身的助力。

当使用者在如厕过程中突发晕厥，通过所述压力传感器21可以采集到座圈20受力变化情况，晕厥过程中座圈20受力变化与使用者在正常状态下调整坐姿存在一定区别，前者压力变化突然，幅度较大，后者压力变化缓慢，幅度较小。通过控制器根据采集的压力变化数据，计算使用者重心偏移距离，并根据座圈姿态传感器22的反馈数据，控制六根支撑杆的升降高度，实现座圈在水平面的前后俯仰或左右翻转(如图4所示)，或配合控制移动底盘在水平面的移动，稳定平衡使用者的重心在座椅的支撑范围内，防止使用者由于晕厥，从座椅上跌落。同时可选地，坐便机器人还可以通过无线通信模块，将使用者的异常状态发送给预设的监护人，并通过语音交互模块，发出危险求救语音。