專利名稱：一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及智能拐杖系統(tǒng)，尤其涉及一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)。
背景技術：
隨著社會的不斷發(fā)展，殘障人士的生活質量受到越來越多的關注。現(xiàn)階段各個企業(yè)研究機構所研制的智能拐杖都是以為盲人導航為主要目的，還沒有出現(xiàn)一套帶有自主動力的輔助單腿暫時或永久性殘障人群行走的智能拐杖系統(tǒng)。人們對腿式跳躍機器人動態(tài)性能的研究已有四十余年的歷史，在實際應用中，相對輪式機器人和履帶式機器人的局限性，腿式跳躍機器人以點支撐的方式移動，有著在不 規(guī)則和不平坦的地形環(huán)境中靈活運動的能力，更適合于在自然路況環(huán)境中快速移動。本系統(tǒng)即致力于將智能拐杖概念與單腿跳躍機器人技術相結合，開發(fā)出一套能通過檢測使用者身體位姿速度等信息實時調整跳躍步態(tài)從而達到輔助行走之目的。傳統(tǒng)拐杖需使用者自主將拐杖抬起、前移，而本套系統(tǒng)可以讓拐杖隨著使用者向前移動自主向前跳躍。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)。本發(fā)明采用如下技術方案
輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)包括人體姿態(tài)測量模塊和拐杖模塊；人體姿態(tài)測量模塊包括第一加速度計、第二加速度計、第三加速度計、第四加速度計、第五加速度計、第一陀螺儀、第二陀螺儀、第三陀螺儀、第四陀螺儀、第五陀螺儀；第一加速度計和第一陀螺儀固定在人體胸前，第二加速度計和第二陀螺儀固定在人體右大腿前側，第三加速度計和第三陀螺儀固定在人體左大腿前側，第四加速度計和第四陀螺儀固定在人體右小腿前側，第五加速度計和第五陀螺儀固定在人體左小腿前側；拐杖模塊包括機身、大支撐桿、X軸擺動機構和Y軸擺動機構；機身包括第六加速度計、第六陀螺儀、主體機架、拐杖支撐、上多軸力傳感器、大萬向鉸、Y軸小萬向鉸、X軸小萬向鉸；拐杖支撐固定在主體機架上，拐杖支撐上邊沿固定有上多軸力傳感器，主體機架上固定有第六加速度計和第六陀螺儀、主體機架上鉸接有大萬向鉸、X軸小萬向鉸和Y軸小萬向鉸；大支撐桿包括第七加速度計、第七陀螺儀、Z軸電機、大支撐桿外殼、第一帶輪、第二帶輪、小支撐桿、下多軸力傳感器、大支撐桿下端蓋、 萬向套筒、大支撐桿上端蓋、大支撐桿絲杠、支撐彈簧、大支撐桿活塞、大支撐桿滑塊；大支撐桿外殼為圓筒型，大支撐桿外殼兩端分別固定有大支撐桿上端蓋和大支撐桿下端蓋，大支撐桿外殼外側固定有萬向套筒；大支撐桿外殼內從上到下順次設有大支撐桿絲杠、大支撐桿活塞、支撐彈簧、小支撐桿，大支撐桿滑塊外側固定有第一帶輪，大支撐桿滑塊內側與大支撐桿絲杠配合，小支撐桿通過大支撐桿下端蓋中心孔中穿過伸出大支撐桿外殼，大支撐桿上端蓋上同軸活動連接有大支撐桿滑塊，第一帶輪通過皮帶與第二帶輪連接，第一帶輪與第二帶輪的轉動軸平行，第二帶輪與Z軸電機的軸固定連接，小支撐桿上固定有第七加速度計和第七陀螺儀，小支撐桿下端固定有下多軸力傳感器；大支撐桿外殼外通過大萬向鉸與機身的主體機架相連；x擺動機構中的X軸下萬向鉸和Y擺動機構中的Y軸下萬向鉸在大支撐桿中的萬向套筒上相間90度布置。所述的X軸擺動機構包括X軸電機、第三帶輪、第四帶輪、X軸絲杠、X軸滑塊、X軸擺動連接件、X軸下萬向鉸；χ擺動連接件上活動連接有X軸滑塊，X軸滑塊外側固定有第四帶輪，X軸滑塊內側與X軸絲杠配合，第四帶輪通過皮帶與第三帶輪連接，第四帶輪與第三帶輪的轉動軸保持平行，第三帶輪與X軸電機的軸固定連接，X軸絲杠一端與X軸下萬向鉸鉸接，X軸下萬向鉸與大支撐桿的萬向套筒鉸接。所述的Y軸擺動機構包括Y軸電機、第五帶輪、第六帶輪、Y軸絲杠、Y軸滑塊、Y軸擺動連接件、Y軸下萬向鉸'Y擺動連接件上活動連接有Y軸滑塊，Y軸滑塊外側固定有第六帶輪，Y軸滑塊內側與Y軸絲杠配合，第六帶輪通過皮帶與第五帶輪連接，第六帶輪與第五帶輪的轉動軸保持平行，第五帶輪與Y軸電機的軸固定連接，Y軸絲杠一端與Y軸下萬向 鉸鉸接，Y軸下萬向鉸與大支撐桿的萬向套筒鉸接。本發(fā)明通過人體姿態(tài)測量模塊采集人體運動信息，通過拐杖模塊中的加速度計和陀螺儀采集拐杖模塊的運動信息，通過拐杖模塊中的多維力傳感器采集拐杖模塊的受力信息，綜合上述信息后，計算機將發(fā)出控制信號，控制電機轉動，使拐杖模塊自動隨著使用者行走，使使用者行走更輕松。


下面結合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明
圖I為所述系統(tǒng)不意 圖2為所述拐杖模塊仰視 圖3為所述大支撐桿和所述Y軸擺動機構的主視圖(大支撐桿去掉了大支撐桿外殼)。
具體實施例方式如圖1-3所示，輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)包括人體姿態(tài)測量模塊和拐杖模塊；人體姿態(tài)測量模塊包括第一加速度計I、第二加速度計2、第三加速度計3、第四加速度計4、第五加速度計5、第一陀螺儀8、第二陀螺儀9、第三陀螺儀10、第四陀螺儀11、第五陀螺儀12 ;第一加速度計I和第一陀螺儀8固定在人體胸前，第二加速度計2和第二陀螺儀9固定在人體右大腿前側，第三加速度計3和第三陀螺儀10固定在人體左大腿前側，第四加速度計4和第四陀螺儀11固定在人體右小腿前側，第五加速度計5和第五陀螺儀12固定在人體左小腿前側；拐杖模塊包括機身、大支撐桿、X軸擺動機構和Y軸擺動機構；機身包括第六加速度計6、第六陀螺儀13、主體機架15、拐杖支撐16、上多軸力傳感器20、大萬向鉸22、Y軸小萬向鉸23、Χ軸小萬向鉸24 ;拐杖支撐16固定在主體機架15上，拐杖支撐16上邊沿固定有上多軸力傳感器20，主體機架15上固定有第六加速度計6和第六陀螺儀13、主體機架15上鉸接有大萬向鉸22、X軸小萬向鉸和Y軸小萬向鉸；大支撐桿包括第七加速度計7、第七陀螺儀14、Ζ軸電機17、大支撐桿外殼21、第一帶輪25、第二帶輪26、小支撐桿31、下多軸力傳感器40、大支撐桿下端蓋41、萬向套筒42、大支撐桿上端蓋43、大支撐桿絲杠44、支撐彈簧45、大支撐桿活塞46、大支撐桿滑塊47 ;大支撐桿外殼21為圓筒型，大支撐桿外殼21兩端分別固定有大支撐桿上端蓋43和大支撐桿下端蓋41，大支撐桿外殼21外側固定有萬向套筒42 ;大支撐桿外殼8內從上到下順次設有大支撐桿絲杠44、大支撐桿活塞46、支撐彈簧45、小支撐桿31，大支撐桿滑塊47外側固定有第一帶輪25，大支撐桿滑塊47內側與大支撐桿絲杠44配合，小支撐桿31通過大支撐桿下端蓋41中心孔中穿過伸出大支撐桿外殼21，大支撐桿上端蓋43上同軸活動連接有大支撐桿滑塊47，第一帶輪25通過皮帶與第二帶輪26連接，第一帶輪25與第二帶輪26的轉動軸平行，第二帶輪26與Z軸電機17的軸固定連接，小支撐桿31上固定有第七加速度計7和第七陀螺儀14，小支撐桿31下端固定有下多軸力傳感器40 ;大支撐桿外殼21外通過大萬向鉸22與機身的主體機架15相連；X擺動機構中的X軸下萬向鉸38和Y擺動機構中的Y軸下萬向鉸39在大支撐桿中的萬向套筒42上相間90度布置。所述的X軸擺動機構包括X軸電機18、第三帶輪27、第四帶輪28、X軸絲杠32、X軸滑塊34、X軸擺動連接件37、X軸下萬向鉸38 ；X擺動連接件37上活動連接有X軸滑塊34，X軸滑塊34外側固定有第四帶輪28，X軸滑塊34內側與X軸絲杠32配合，第四帶輪28通過皮帶與第三帶輪27連接，第四帶輪28與第三帶輪27的轉動軸保持平行，第三帶輪27與X軸電機18的軸固定連接，X軸絲杠32 —端與X軸下萬向鉸38鉸接，X軸下萬向鉸38與大支撐桿的萬向套筒42鉸接。所述的Y軸擺動機構包括Y軸電機19、第五帶輪29、第六帶輪30、Y軸絲杠33、Y軸滑塊35、Y軸擺動連接件36、Y軸下萬向鉸39 ；Υ擺動連接件36上活動連接有Y軸滑塊35，Y軸滑塊35外側固定有第六帶輪30，Y軸滑塊35內側與Y軸絲杠33配合，第六帶輪30通過皮帶與第五帶輪29連接，第六帶輪30與第五帶輪29的轉動軸保持平行，第五帶輪29與Y軸電機19的軸固定連接，Y軸絲杠33 —端與Y軸下萬向鉸39鉸接，Y軸下萬向鉸39與大支撐桿的萬向套筒42鉸接。本系統(tǒng)將通過人體姿態(tài)測量模塊中的第一加速度計I、第二加速度計2、第三加速度計3、第四加速度計4、第五加速度計5、第一陀螺儀8、第二陀螺儀9、第三陀螺儀10、第四陀螺儀11和第五陀螺儀12采集人體運動信息，通過拐杖模塊中的第六加速度計6、第七加速度計7、第六陀螺儀13和第七陀螺儀14采集拐杖模塊的運動信息，通過拐杖模塊中的上多維力傳感器20和下多維力傳感器40采集拐杖模塊的受力信息，這些信息通過采集卡送入計算機，綜合上述信息后，計算機將發(fā)出控制信號，控制Z軸電機17、X軸電機18和Y軸電機19轉動，通過絲杠滑塊的傳動，X軸擺動機構控制大支撐桿的X軸方向擺動，Y軸擺動機構控制大支撐桿的Y方向擺動，大支撐桿中的絲桿滑塊將控制小支撐桿的伸縮，使拐杖模塊自動隨著使用者行走，使使用者行走無礙。
權利要求
1.一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)，其特征在于包括人體姿態(tài)測量模塊和拐杖模塊 ’人體姿態(tài)測量模塊包括第一加速度計(I)、第二加速度計(2)、第三加速度計(3)、第四加速度計(4)、第五加速度計(5)、第一陀螺儀(8)、第二陀螺儀(9)、第三陀螺儀(10)、第四陀螺儀(11)、第五陀螺儀(12);第一加速度計(I)和第一陀螺儀(8)固定在人體胸前，第二加速度計(2)和第二陀螺儀(9)固定在人體右大腿前側，第三加速度計(3)和第三陀螺儀(10)固定在人體左大腿前側，第四加速度計(4)和第四陀螺儀(11)固定在人體右小腿前側，第五加速度計(5)和第五陀螺儀(12)固定在人體左小腿前側；拐杖模塊包括機身、大支撐桿、X軸擺動機構和Y軸擺動機構；機身包括第六加速度計(6)、第六陀螺儀(13)、主體機架(15)、拐杖支撐(16)、上多軸力傳感器(20)、大萬向鉸(22)、Y軸小萬向鉸(23)、X軸小萬向鉸(24);拐杖支撐(16)固定在主體機架(15)上，拐杖支撐(16)上邊沿固定有上多軸力傳感器(20)，主體機架(15)上固定有第六加速度計(6)和第六陀螺儀(13)、主體機架(15)上鉸接有大萬向鉸(22)、X軸小萬向鉸(24)和Y軸小萬向鉸(23);大支撐桿包括第七加速度計(7)、第七陀螺儀(14)、Z軸電機(17)、大支撐桿外殼(21)、第一帶輪(25)、第二帶輪(26)、小支撐桿(31)、下多軸力傳感器(40)、大支撐桿下端蓋(41)、萬向套筒(42)、大支撐桿上端蓋(43)、大支撐桿絲杠(44)、支撐彈簧(45)、大支撐桿活塞(46)、大支撐桿滑塊(47);大支撐桿外殼(21)為圓筒型，大支撐桿外殼(21)兩端分別固定有大支撐桿上端蓋(43)和大支撐桿下端蓋(41)，大支撐桿外殼(21)外側固定有萬向套筒(42);大支撐桿外殼(8)內從上到下順次設有大支撐桿絲杠(44)、大支撐桿活塞(46)、支撐彈簧(45)、小支撐桿(31)，大支撐桿滑塊(47)外側固定有第一帶輪(25)，大支撐桿滑塊(47)內側與大支撐桿絲杠(44)配合，小支撐桿(31)通過大支撐桿下端蓋(41)中心孔中穿過伸出大支撐桿外殼(21)，大支撐桿上端蓋(43)上同軸活動連接有大支撐桿滑塊(47)，第一帶輪(25)通過皮帶與第二帶輪(26 )連接，第一帶輪(25 )與第二帶輪(26 )的轉動軸平行，第二帶輪(26 )與Z軸電機(17 )的軸固定連接，小支撐桿(31)上固定有第七加速度計(7 )和第七陀螺儀(14 )，小支撐桿(31)下端固定有下多軸力傳感器(40);大支撐桿外殼(21)外通過大萬向鉸(22)與機身的主體機架(15)相連；X擺動機構中的X軸下萬向鉸(38)和Y擺動機構中的Y軸下萬向鉸(39)在大支撐桿中的萬向套筒(42)上相間90度布置。
2.根據權利要求I所述的一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)，其特征在于所述的X軸擺動機構包括X軸電機(18)、第三帶輪(27)、第四帶輪(28)、X軸絲杠(32)、X軸滑塊(34)、X軸擺動連接件(37)、X軸下萬向鉸(38) ；X擺動連接件(37)上活動連接有X軸滑塊(34)，X軸滑塊(34)外側固定有第四帶輪(28)，X軸滑塊(34)內側與X軸絲杠(32)配合，第四帶輪(28)通過皮帶與第三帶輪(27)連接，第四帶輪(28)與第三帶輪(27)的轉動軸保持平行，第三帶輪(27)與X軸電機(18)的軸固定連接，X軸絲杠(32) —端與X軸下萬向鉸(38)鉸接，X軸下萬向鉸(38)與大支撐桿的萬向套筒(42)鉸接。
3.根據權利要求I所述的一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)，其特征在于所述的Y軸擺動機構包括Y軸電機(19)、第五帶輪(29)、第六帶輪(30)、Y軸絲杠(33)、Y軸滑塊(35)、Y軸擺動連接件(36)、Y軸下萬向鉸(39) ；Υ擺動連接件(36)上活動連接有Y軸滑塊(35)，Y軸滑塊(35)外側固定有第六帶輪(30)，Y軸滑塊(35)內側與Y軸絲杠(33)配合，第六帶輪(30)通過皮帶與第五帶輪(29)連接，第六帶輪(30)與第五帶輪(29)的轉動軸保持平行，第五帶輪(29)與Y軸電機(19)的軸固定連接，Y軸絲杠(33) 一端與Y軸下萬向鉸(39)鉸接，Y軸下萬向鉸(39)與大支撐桿的萬 向套筒(42)鉸接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)。包括人體姿態(tài)測量模塊和拐杖模塊，所述拐杖模塊包括機身、大支撐桿、X軸擺動機構和Y軸擺動機構，所述機身包括拐杖支撐和主體機架，拐杖支撐固定在主體機架上，拐杖支撐上固定有上多軸力傳感器，主體機架上固定有第六加速度計和第六陀螺儀，所述大支撐桿通過大萬向鉸與主體機架連接，所述X軸擺動機構通過X軸小萬向鉸與主體機架連接，Y軸擺動機構通過Y軸小萬向鉸與主體機架連接。本發(fā)明通過人體姿態(tài)測量模塊和拐杖模塊中的傳感器采集到的信息，經過計算機判斷，控制該系統(tǒng)中的電機轉動，從而達到調整拐杖模塊位姿，主動輔助行走的目的。
文檔編號A61H3/06GK102670382SQ20121009883
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權日2012年4月6日
發(fā)明者施夢嘉, 畢千, 潘樹文 申請人:浙江大學