一种用于行动不便人员的移乘机器人的制作方法

本实用新型属于护理机器人技术领域，具体是一种用于行动不便人员的移乘机器人。

背景技术：

由于人工智能的高速发展，依托人工智能技术的智能服务机器人的应用场景和服务模式也在不断拓展，越来越多的服务机器人走进人们的生活。与此同时，随着人口老龄化趋势的加重，对于服务机器人的需求也在不断增加，全球服务机器人市场迎来了爆发增长期，世界各国纷纷加大投入力度、积极布局服务机器人产业，服务机器人可以帮助搬运使用者，减轻了护理人员的负担。

申请号为201380076990.0的文献公开了一种具有搬运功能的护理机器人，该机器人主要由保持部、基台、身体支撑部、信息获取装置构成；在搬运使用者时，机器人环抱住使用者的腋下，要求使用者依靠自身的支撑力始终站立在基台上，对于自身无法提供较大支撑力的使用者，比如腿脚无力或下肢受损的行动不方便的使用者并不适用；而且该机器人只能搬运使用者，不能辅助使用者取放高处的物品，功能较单一。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种用于行动不便人员的移乘机器人。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种用于行动不便人员的移乘机器人，包括移动装置、起坐升降椅装置和作业臂装置；所述移动装置的左右两侧对称安装有作业臂装置，起坐升降椅装置安装在移动装置的前侧且位于两个作业臂装置之间；移动装置用于机器人的行走；起坐升降椅装置用于支撑、托举使用者；作业臂装置用于搬运并托住使用者；其特征在于，

所述起坐升降椅装置包括旋转座椅板、固定座椅板、副座椅板、五号步进电机、一号气缸、二号气缸、第一连杆、第二连杆、滑块、气缸支座、滑轨和一号丝杠滑台组；

多个一号丝杠滑台组间隔固定在移动装置的竖直架体的前侧；固定座椅板的一侧与所有一号丝杠滑台组的一号滑台固定连接，一号丝杠滑台组用于实现固定座椅板的升降；旋转座椅板转动安装在固定座椅板上；五号步进电机固定在固定座椅板的底部，五号步进电机的输出轴穿过固定座椅板与旋转座椅板固连，五号步进电机的输出轴能相对于固定座椅板转动；副座椅板能穿过固定座椅板的缺口，与旋转座椅板的缺口配合；第二连杆的上端与副座椅板底部的一端铰接，第二连杆的下端与移动装置的竖直架体的下部铰接；一号气缸的伸缩轴的末端与副座椅板底部的另一端铰接，一号气缸的缸筒的底部与第一连杆的中部铰接；第一连杆的上端与第二连杆的中部铰接，下端与滑块铰接；滑块滑动安装在滑轨上，滑块同时与二号气缸的伸缩轴固连；二号气缸通过气缸支座固定于滑轨上，滑轨固定在移动装置的底座上。

所述作业臂装置包括二号丝杠滑台组、肩关节、肘关节、腕关节、上臂、小臂和手掌；所述肩关节包括肩部支座、一号步进电机、肩部转轴和一号电机支座；所述肘关节包括二号步进电机、肘部支座、肘部转轴和二号电机支座；所述小臂包括小臂本体、三号步进电机和三号电机支座；所述腕关节包括四号步进电机、一号带轮、二号带轮、传动带和腕部转轴；

所述肩部支座一侧的上端固定在二号丝杠滑台组的二号滑台上；一号步进电机通过一号电机支座固定在肩部支座的下表面，一号步进电机的输出轴通过轴承座与肩部支座的一侧转动连接；上臂上端的一侧固定在一号步进电机的输出轴上，上臂上端的另一侧固定有肩部转轴，肩部转轴同时通过轴承座与肩部支座的另一侧转动连接；二号步进电机通过二号电机支座固定在上臂的下部，二号步进电机的输出轴通过轴承座与上臂下端的一侧转动连接；肘部支座上端的一侧固定在二号步进电机的输出轴上，肘部支座上端的另一侧固定有肘部转轴，肘部转轴同时通过轴承座与上臂下端的另一侧转动连接；三号步进电机通过三号电机支座固定在肘部支座的内侧，三号步进电机的输出轴垂直于二号步进电机的输出轴，小臂本体的上端固定在三号步进电机的输出轴上；四号步进电机固定在小臂本体的中部，四号步进电机的输出轴通过轴承与小臂本体的一侧转动连接，一号带轮固定在四号步进电机的输出轴上；腕部转轴的两端转动连接在小臂本体下端的两侧，二号带轮固定在腕部转轴上，手掌的一端同时固定在腕部转轴上；传动带套装在一号带轮和二号带轮上。

所述上臂包括上臂左夹板、上臂右夹板和支撑柱；上臂左夹板和上臂右夹板通过多个支撑柱固定在一起，上臂左夹板的上端固定在一号步进电机的输出轴上，上臂左夹板的下端与二号步进电机的输出轴转动连接；上臂右夹板的上端固定有肩部转轴，上臂右夹板的下端与肘部转轴转动连接。

所述小臂本体包括小臂左夹板、小臂右夹板和固定柱；小臂左夹板和小臂右夹板通过固定柱固定在一起，两个小臂夹板的上端固定在三号步进电机的输出轴上，腕部转轴的两端分别与两个小臂夹板转动连接。

所述作业臂装置还包括小臂外壳一、小臂外壳二和上臂外壳；上臂外壳套装在上臂的周向上；小臂外壳一套装在其中一个小臂的小臂左夹板和小臂右夹板上，小臂外壳二套装在另一个小臂的小臂左夹板和小臂右夹板上；小臂外壳二上设有内凹弧面，安装时小臂外壳二的内凹弧面朝向小臂本体的外侧。

所述二号丝杠滑台组包括二号丝杠、二号滑台、二号连接座、二号丝杠驱动电机和二号电机支架；所述二号丝杠的两端分别通过二号连接座固定在移动装置的竖直架体的侧面，二号丝杠的两端分别与各自的二号连接座转动连接；二号滑台滑动安装在二号丝杠上；二号丝杠驱动电机通过二号电机支架固定在移动装置的竖直架体的前侧，二号丝杠驱动电机的输出轴与二号丝杠的上端固连。

所述二号丝杠滑台组还包括多个与二号丝杠平行的二号支撑杆，每个二号支撑杆的两端分别与各自的二号连接座固连，二号滑台同时套装在二号支撑杆上，与二号支撑杆滑动连接。

所述一号丝杠滑台组均包括一号滑台、一号丝杠、一号连接座、一号丝杠驱动电机和一号电机支架；一号丝杠的两端分别通过一号连接座与移动装置的竖直架体的前侧连接，一号丝杠的两端分别与各自的一号连接座转动连接；一号丝杠驱动电机通过一号电机支架安装在移动装置的竖直架体上，一号丝杠驱动电机的输出轴与一号丝杠的上端固连；一号滑台滑动安装在一号丝杠上。

所述一号丝杠滑台组还包括多个与一号丝杠平行的一号支撑杆，一号支撑杆的两端分别与各自的一号连接座固连，一号滑台同时滑动安装在一号支撑杆上。

所述旋转座椅板的一侧设有扶手。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型的两个手臂能伸至使用者的身体下方将平躺状态的使用者抱起，不需要其他人的辅助就能完成抱起动作，使用更加方便；通过旋转座椅板将侧坐状态的使用者旋转至面向机器人的前侧，通过副座椅板能将使用者向前上方举起，方便使用者取放高处的物品。

2.本实用新型手臂具有六个自由度，结构完整，充分拟合了人体手臂的动作，能实现抱、托、举等难度较高的仿人动作，同时增加了小臂本体在垂直于小臂的平面内的旋转运动，旋转作用在使用者背部的小臂本体，使手掌的指尖朝向机器人内侧，手臂能从使用者的侧面环抱住使用者，提高了安全性；在搬运的过程中，使用者侧坐在旋转座椅板上，且位于机器人的内侧，机器人的两个手臂始终托住使用者，更加安全可靠，而且降低了搬运时机器人和使用者占用的整体空间，对于家庭也适用。

3.本实用新型的座椅板能升降，能与不同高度的床衔接，通用性强。

4.本实用新型的两个小臂本体上的外壳与人体接触的位置均采用弧面设计，更加符合人体曲线，增加搬运过程中的舒适性和安全性。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的起坐升降椅装置的结构示意图；

图3为本实用新型的固定座椅板的结构示意图；

图4为本实用新型的作业臂装置的结构示意图；

图5为本实用新型的小臂及其安装的结构示意图；

图6为本实用新型的上臂及其安装的结构示意图；

图7为本实用新型的小臂外壳一的结构示意图；

图8为本实用新型的小臂外壳二的结构示意图；

图9为本实用新型的旋转座椅板的初始状态示意图；

图10为本实用新型的副座椅板处于升起状态的示意图；

图中，1、移动装置；2、起坐升降椅装置；3、作业臂装置；

1-1、竖向架体；1-2、底座；1-3、麦克纳姆轮；1-4、车轮驱动电机；

2-1、一号支撑杆；2-2、旋转座椅板；2-3、固定座椅板；2-4、副座椅板；2-5、一号滑台；2-6、一号丝杠；2-7、一号连接座；2-8、一号丝杠驱动电机；2-9、一号电机支架；2-10、五号步进电机；2-11、一号气缸；2-12、第一连杆；2-13、第二连杆；2-14、二号气缸；2-15、滑轨；2-16、滑块；2-17、气缸支座；

3-1、肩部支座；3-2一号步进电机；3-3、肩部转轴；3-4、一号电机支座；3-5、上臂左夹板；3-6、上臂右夹板；3-7、支撑柱；3-8、二号步进电机；3-9、肘部支座；3-10、肘部转轴；3-11、二号电机支座；3-12、三号步进电机；3-13、三号电机支座；3-14、四号步进电机；3-15、一号带轮；3-16、二号带轮；3-17、传动带；3-18、腕部转轴；3-19、手掌；3-20、二号丝杠；3-21、二号滑台；3-22、二号连接座；3-23、二号丝杠驱动电机；3-24、二号电机支架；3-25、二号支撑杆；3-26、小臂外壳一；3-27、小臂外壳二；3-28、上臂外壳；3-29、小臂左夹板；3-30、小臂右夹板；3-31、固定柱；

2-2-1、扶手；2-3-1、凹槽；2-3-2、缺口；3-27-1、内凹弧面。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种用于行动不便人员的移乘机器人(简称机器人，参见图1-7)，包括移动装置1、起坐升降椅装置2和作业臂装置3；所述移动装置1的左右两侧对称安装有作业臂装置3，起坐升降椅装置2安装在移动装置1的前侧且位于两个作业臂装置3之间；移动装置1用于机器人的行走；起坐升降椅装置2用于支撑、托举使用者；作业臂装置3用于搬运并托住使用者；

所述起坐升降椅装置2包括旋转座椅板2-2、固定座椅板2-3、副座椅板2-4、五号步进电机2-10、一号气缸2-11、二号气缸2-14、第一连杆2-12、第二连杆2-13、滑块2-16、气缸支座2-17、滑轨2-15和一号丝杠滑台组；

多个一号丝杠滑台组间隔固定在移动装置1的竖向架体1-1的前侧；固定座椅板2-3的一侧与所有一号丝杠滑台组的一号滑台2-5固定连接，一号丝杠滑台组用于实现固定座椅板2-3的升降；旋转座椅板2-2可转动安装在固定座椅板2-3的凹槽2-3-1内；五号步进电机2-10固定在固定座椅板2-3的底部，其输出轴穿过固定座椅板2-3与旋转座椅板2-2固连，五号步进电机2-10的输出轴能相对于固定座椅板2-3转动，实现旋转座椅板2-2相对于固定座椅板2-3的转动；旋转座椅板2-2和固定座椅板2-3的中心位置均开有容纳副座椅板2-4的缺口2-3-2，副座椅板2-4能穿过固定座椅板2-3的缺口，与旋转座椅板2-2的缺口配合；副座椅板2-4的面积足够大，保证使用者能坐在副座椅板2-4上；第二连杆2-13的上端与副座椅板2-4底部的一端铰接，第二连杆2-13的下端与移动装置1的底座1-2的下部铰接；一号气缸2-11的伸缩轴的末端与副座椅板2-4底部的另一端铰接，一号气缸2-11的缸筒的底部与第一连杆2-12的中部铰接；第一连杆2-12的上端与第二连杆2-13的中部铰接，下端与滑块2-16铰接；滑块2-16滑动安装在滑轨2-15上，滑块2-16同时与二号气缸2-14的伸缩轴固连；二号气缸2-14通过气缸支座2-17固定于滑轨2-15上，滑轨2-15固定在移动装置1的底座1-2上；二号气缸2-14推动滑块2-16滑动，使第一连杆2-12、第二连杆2-13和一号气缸2-11分别相对于铰接点转动，一号气缸2-11同时伸缩，实现副座椅板2-4的升降，一号气缸2-11使副座椅板2-4在升降过程中始终保持水平。

所述作业臂装置3包括二号丝杠滑台组和手臂，手臂包括肩关节、肘关节、腕关节、上臂、小臂和手掌3-19；所述肩关节包括肩部支座3-1、一号步进电机3-2、肩部转轴3-3和一号电机支座3-4；所述肘关节包括二号步进电机3-8、肘部支座3-9、肘部转轴3-10和二号电机支座3-11；所述小臂包括小臂本体、三号步进电机3-12和三号电机支座3-13；所述腕关节包括四号步进电机3-14、一号带轮3-15、二号带轮3-16、传动带3-17和腕部转轴3-18；

所述肩部支座3-1的两侧分别设有端耳，其中一侧的上部设有挂耳，挂耳固定在二号丝杠滑台组的二号滑台3-21上；一号步进电机3-2通过一号电机支座3-4固定在肩部支座3-1的下方，一号步进电机3-2的输出轴通过轴承与肩部支座3-1的一个端耳转动连接；上臂上端的一侧固定在一号步进电机3-2的输出轴上，上臂上端的另一侧过盈配合有肩部转轴3-3，肩部转轴3-3同时通过轴承与肩部支座3-1的另一个端耳转动连接；一号步进电机3-2带动上臂绕肩部支座3-1转动，实现上臂绕肩关节的转动；二号步进电机3-8通过二号电机支座3-11固定在上臂的下端，二号步进电机3-8的输出轴通过轴承与上臂下端的一侧转动连接；肘部支座3-9上端的一侧过盈配合在二号步进电机3-8的输出轴上，肘部支座3-9上端的另一侧固定有肘部转轴3-10，肘部转轴3-10同时通过轴承与上臂下端的另一侧转动连接；二号步进电机3-8带动肘部支座3-9绕上臂转动，实现肘关节绕着上臂的转动；三号步进电机3-12通过三号电机支座3-13固定在肘部支座3-9的内侧，三号步进电机3-12的输出轴垂直于二号步进电机3-8的输出轴；小臂本体的上端固定在三号步进电机3-12的输出轴上，三号步进电机3-12实现小臂本体在垂直于小臂的平面内的转动，增加小臂本体环抱使用者时的舒适度；四号步进电机3-14固定在小臂本体的中部，四号步进电机3-14的输出轴通过轴承与小臂本体的一侧转动连接，一号带轮3-15固定在四号步进电机3-14的输出轴上；腕部转轴3-18的两端分别与小臂本体下端的两侧转动连接，二号带轮3-16和手掌3-19的一端均固定在腕部转轴3-18上；传动带3-17套装在一号带轮3-15和二号带轮3-16上；四号步进电机3-14带动传动带3-17转动，使腕部转轴3-18相对于小臂本体转动，实现手掌3-19相对于小臂的转动。

所述作业臂装置3还包括小臂外壳一3-26、小臂外壳二3-27和上臂外壳3-28；上臂外壳3-28套装在上臂的上臂左夹板3-5和上臂右夹板3-6的外侧；小臂外壳一3-26套装在其中一个小臂的小臂本体的哪个部件上，用于增加使用者腿部的舒适度；小臂外壳二3-27套装在另一个小臂的小臂本体上，小臂外壳二3-27上设有与人体背部弧度相适应的内凹弧面3-27-1，用于环抱使用者时支撑使用者的背部，增加舒适度；安装时小臂外壳二3-27的内凹弧面3-27-1朝向小臂本体的外侧；小臂外壳一3-26和小臂外壳二3-27均采用柔软的硅胶制成。

所述上臂包括上臂左夹板3-5、上臂右夹板3-6和支撑柱3-7；上臂左夹板3-5和上臂右夹板3-6通过多个支撑柱3-7固定在一起，上臂左夹板3-5的上端固定在一号步进电机3-2的输出轴上，上臂左夹板3-5的下端与二号步进电机3-8的输出轴转动连接；上臂右夹板3-6的上端固定有肩部转轴3-3，上臂右夹板3-6的下端与肘部转轴3-10转动连接。

所述小臂本体包括小臂左夹板3-29、小臂右夹板3-30和固定柱3-31；小臂左夹板3-29和小臂右夹板3-30通过固定柱3-31固定在一起，两个小臂夹板的上端固定在三号步进电机3-12的输出轴上，腕部转轴3-18的两端分别与两个小臂夹板转动连接。

所述二号丝杠滑台组包括二号丝杠3-20、二号滑台3-21、二号连接座3-22、二号丝杠驱动电机3-23和二号电机支架3-24；所述二号丝杠3-20的两端分别通过二号连接座3-22设置在移动装置1的竖向架体1-1的侧面，二号丝杠3-20的两端分别通过轴承与各自的二号连接座3-22转动连接；二号滑台3-21滑动安装在二号丝杠3-20上；二号丝杠驱动电机3-23通过二号电机支架3-24固定在移动装置1的竖向架体1-1的前侧，二号丝杠驱动电机3-23的输出轴通过联轴器与二号丝杠3-20的一端固连；二号丝杠驱动电机3-23带动二号滑台3-22上下往复滑动，实现手臂的升降。

所述二号丝杠滑台组还包括多个与二号丝杠3-20平行的二号支撑杆3-25，每个二号支撑杆3-25的两端分别与各自的二号连接座3-22固连，二号滑台3-21同时套装在二号支撑杆3-25上，与二号支撑杆3-25滑动连接，以减少二号丝杠3-20承受的载荷。

所述一号丝杠滑台组包括一号滑台2-5、一号丝杠2-6、一号连接座2-7、一号丝杠驱动电机2-8和一号电机支架2-9；一号丝杠2-6的两端分别通过一号连接座2-7与移动装置1的竖向架体1-1的前侧连接，一号丝杠2-6的两端分别通过轴承与各自的一号连接座2-7转动连接，一号丝杠2-6垂直于移动装置1的底座1-2；一号丝杠驱动电机2-8通过一号电机支架2-9安装在移动装置1的竖向架体1-1上，一号丝杠驱动电机2-8的输出轴通过联轴器与一号丝杠2-5的上端连接；一号滑台2-5滑动安装在一号丝杠2-6上；通过一号丝杠2-6带动一号滑台2-5上下往复滑动，进而实现固定座椅板2-3的升降；

所述一号丝杠滑台组还包括多个与一号丝杠2-5平行的一号支撑杆2-1，一号支撑杆2-1的两端分别与各自的一号连接座2-6固连，一号滑台2-4同时滑动安装在一号支撑杆2-1上，以减少一号丝杠2-5承受的载荷。

所述旋转座椅板2-2的一侧设有扶手2-2-1，方便旋转时使用者抓握，提高安全性。

所述移动装置1包括竖向架体1-1、底座1-2、麦克纳姆轮1-3和车轮驱动电机1-4；所述竖向架体1-1通过螺钉固定在底座1-2上；底座1-2底部的四个端角处均固定有车轮驱动电机1-4，每个车轮驱动电机1-4的输出轴上均固定有麦克纳姆轮1-3，麦克纳姆轮可以实现任意方向的移动，确保了整个机器人的稳定性和灵活性，采用四个车轮驱动电机1-4能够给机器人提供了较大的驱动力。

本实用新型采用stc89c51单片机实现控制，分别控制车轮驱动电机1-4、一号丝杠驱动电机2-8、五号步进电机2-10、一号气缸2-11、二号气缸2-14、一号步进电机3-2、二号步进电机3-8、三号步进电机3-12、四号步进电机3-14和二号丝杠驱动电机3-23完成相应动作，实现各个部件相互配合运行，使机器人完成抱起、搬运、举起、放回使用者的动作；上述电机的型号均为110hcy160al3s-tk0；气缸的型号均为sc50x150。

本实用新型的工作原理和工作流程是：

机器人未工作时，旋转座椅板2-2的缺口朝向机器人的侧面，机器人的手臂处于自然下垂状态，固定座椅板2-3位于副座椅板2-4的上方或与副座椅板2-4平齐；当机器人移动到工作区域，机器人面向护理床，此时使用者平躺在护理床上；

启动两个二号丝杠驱动电机3-23，带动两个二号滑台3-21将各自的手臂升降至合适高度(机器人手臂能抱起使用者的最佳高度)，此时两个手臂处于同一高度；然后两个一号步进电机3-2工作，带动各自的上臂相对于肩关节转动，将整个手臂向前伸(朝向使用者的方向)；机器人安装小臂外壳二3-27的小臂伸至使用者的背部下方，安装小臂外壳一3-26的小臂伸至使用者的腿部下方；启动一号步进电机3-2、二号步进电机3-8和四号步进电机3-14，使上臂竖直、小臂本体转动至水平位置、手掌垂直于小臂本体，将使用者从护理床上抱起，并将使用者的臀部放置在旋转座椅板2-2上；然后安装小臂外壳二3-27的作业臂装置3的二号丝杠驱动电机3-23转动，相应的二号滑台3-21向上滑动，使安装小臂外壳二3-27的手臂上移，支撑使用者的背部，辅助使用者坐立起来；安装小臂外壳二3-27的手臂的三号步进电机3-12工作，将小臂本体旋转90°，使小臂外壳二3-27的内凹弧面3-27-1贴合在使用者的背部，同时手掌的指尖朝向机器人内侧，将使用者环抱住；与此同时，安装小臂外壳一3-26的作业臂装置3的二号丝杠驱动电机3-23转动，相应的二号滑台3-21向下滑动，使安装小臂外壳一3-26的手臂下移，将使用者的腿部放低，增加舒适度；最后移动装置1带动机器人行走，可将使用者搬运至指定位置；

当使用者需要拿放置在高处的东西时，机器人手臂上的所有电机工作，手臂回到自然下垂状态；启动五号步进电机2-10，带动旋转座椅板2-2转动，将使用者从侧坐转换为面朝机器人的前侧；同时旋转座椅板2-2上的缺口与固定座椅板2-3上的缺口2-3-1方向一致，朝向机器人的前侧；启动所有一号丝杠滑台组的一号丝杠驱动电机2-8，一号滑台2-5下降带动固定座椅板2-3下降，使旋转座椅板2-2与副座椅板2-4平齐，此时使用者将臀部挪动至副座椅板2-4上；然后启动二号气缸2-14和一号气缸2-11，二号气缸2-14推动滑块2-16向机器人的前方滑动，使第一连杆2-12、第二连杆2-13和一号气缸2-11分别相对于铰接点转动，一号气缸2-11同时伸长，实现副座椅板2-4向前上方的升起，进而将使用者举高，使用者即可完成高处取物动作。

本实用新型的机器人适用于腰椎完好、腿脚行动不方便的使用者，适用于家庭、护理中心等场合。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。