一種適應(yīng)調(diào)節(jié)和互動(dòng)輔助行走機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種輔助行走工具，屬于醫(yī)療助行和康復(fù)器械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]助行機(jī)器人包括輔助行走、固定框架行走訓(xùn)練和外骨骼助力3種方式。輔助行走方式是通過(guò)輔助行走來(lái)改善腿的運(yùn)動(dòng)機(jī)能，恢復(fù)正常行走能力。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，把行走和康復(fù)訓(xùn)練相結(jié)合，是一種很好的腿運(yùn)動(dòng)康復(fù)工具。目前，這種助行機(jī)器人存在如下不足:
[0003]現(xiàn)有輔助行走機(jī)器人都是在移動(dòng)機(jī)器人原理基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，強(qiáng)調(diào)環(huán)境測(cè)量、定位和跟蹤等移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)，對(duì)于用戶的適應(yīng)性和互動(dòng)性沒(méi)有充分考慮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型目的是為了解決現(xiàn)有輔助行走機(jī)器人都是在移動(dòng)機(jī)器人原理基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，強(qiáng)調(diào)環(huán)境測(cè)量、定位和跟蹤等移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)，對(duì)于用戶的適應(yīng)性和互動(dòng)性沒(méi)有充分考慮的問(wèn)題，提供了一種適應(yīng)調(diào)節(jié)和互動(dòng)輔助行走機(jī)器人，能夠滿足老年人和殘疾人輔助行走恢復(fù)行走功能的工具，通過(guò)自適應(yīng)控制使機(jī)器人適應(yīng)用戶的身高、行走方式和操作習(xí)慣，通過(guò)互動(dòng)方式減少操作難度、提高安全性和可靠性。
[0005]本實(shí)用新型所述一種適應(yīng)調(diào)節(jié)和互動(dòng)輔助行走機(jī)器人，它包括U型上面板、U型下面板、伸縮桿、前輪、兩個(gè)后輪、兩個(gè)肘部支撐扶手、兩組手臂安全帶、操作手柄、升降控制按鈕、背部安全帶和控制單元；
[0006]U型上面板和U型下面板通過(guò)伸縮桿連接上下平行設(shè)置，U型上面板和U型下面板共同形成的凹形空間用于容納直立的使用者；
[0007]U型下面板的中間橫板下方設(shè)置前輪，U型下面板的左右板下方各設(shè)置一個(gè)后輪；
[0008]U型上面板的左右板端部之間設(shè)置背部安全帶;U型上面板的左右板上表面各設(shè)置一個(gè)肘部支撐扶手，每個(gè)肘部支撐扶手設(shè)置一組手臂安全帶，U型上面板的中間橫板上表面設(shè)置有操作手柄和升降控制按鈕;升降控制按鈕控制伸縮桿的伸縮，進(jìn)而控制U型上面板的升降；
[0009]控制單元嵌在U型上面板內(nèi)部；
[0010]控制單元根據(jù)操作手柄的方向選擇外部命令控制前輪的運(yùn)動(dòng)方向，控制單元根據(jù)背部安全帶的跌倒觸發(fā)指令，控制安全帶彈簧開(kāi)關(guān)，所述安全帶彈簧開(kāi)關(guān)產(chǎn)生向前拉力幫助人恢復(fù)站立。
[0011]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型機(jī)器人對(duì)使用者的適應(yīng)，使助行過(guò)程更舒適、有效。通過(guò)自適應(yīng)控制機(jī)器人的高度、和人相對(duì)距離、基礎(chǔ)速度，并且根據(jù)人的操作能力選擇合適的控制方式，實(shí)現(xiàn)人機(jī)的有機(jī)結(jié)合。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型所述一種適應(yīng)調(diào)節(jié)和互動(dòng)輔助行走機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是圖1的俯視圖；
[0014]圖3是本實(shí)用新型所述一種適應(yīng)調(diào)節(jié)和互動(dòng)輔助行走機(jī)器人的控制原理框圖；
[0015]圖4是手環(huán)配件的控制原理框圖；
[0016]圖5是腰帶配件的控制原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種適應(yīng)調(diào)節(jié)和互動(dòng)輔助行走機(jī)器人，它包括U型上面板1、U型下面板2、伸縮桿3、前輪4、兩個(gè)后輪5、兩個(gè)肘部支撐扶手6、兩組手臂安全帶7、操作手柄8、升降控制按鈕9、背部安全帶10和控制單元；
[0018]U型上面板1和U型下面板2通過(guò)伸縮桿3連接上下平行設(shè)置，U型上面板1和U型下面板2共同形成的凹形空間用于容納直立的使用者；
[0019]U型下面板2的中間橫板下方設(shè)置前輪4，U型下面板2的左右板下方各設(shè)置一個(gè)后輪5;
[0020]U型上面板1的左右板端部之間設(shè)置背部安全帶10;U型上面板1的左右板上表面各設(shè)置一個(gè)肘部支撐扶手6，每個(gè)肘部支撐扶手6設(shè)置一組手臂安全帶7，U型上面板1的中間橫板上表面設(shè)置有操作手柄8和升降控制按鈕9;升降控制按鈕9控制伸縮桿3的伸縮，進(jìn)而控制U型上面板1的升降；
[0021 ]控制單元嵌在U型上面板1內(nèi)部；
[0022]控制單元根據(jù)操作手柄8的方向選擇外部命令控制前輪4的運(yùn)動(dòng)方向，控制單元根據(jù)背部安全帶10的跌倒觸發(fā)指令，控制安全帶彈簧開(kāi)關(guān)，所述安全帶彈簧開(kāi)關(guān)產(chǎn)生向前拉力幫助人恢復(fù)站立。
[0023]伸縮桿3采用支撐柱套筒結(jié)構(gòu)，支撐柱連接U型上面板1的中間橫板下表面中部;套筒連接U型下面板2上表面中部。
[0024]對(duì)使用者的身高的適應(yīng)調(diào)節(jié)。把手臂安放在肘部支撐扶手6上，扣好手臂安全帶7，用手指按下升降控制按鈕9，按下升降控制按鈕9時(shí)伸縮桿3的支撐柱、套筒連接被打開(kāi)，可以上下調(diào)整，伸縮桿3帶動(dòng)U型上面板1升降。開(kāi)始下壓或抬升手臂到舒適位置，松開(kāi)后自動(dòng)鎖死。如果感覺(jué)不合適可以反復(fù)調(diào)試到舒適為止。兩個(gè)肘部支撐扶手6是主要支撐身體的受力部分。通過(guò)手臂安全帶7的袋扣把手小臂固定在肘部支撐扶手6上。
[0025]對(duì)使用者的距離和步伐的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。每個(gè)人的臂長(zhǎng)和操作習(xí)慣不一樣，合適的操作距離也不一樣。每個(gè)人的習(xí)慣步伐、行走速度和腿行走能力都不一樣。機(jī)器人會(huì)在操作過(guò)程中自動(dòng)計(jì)算用戶的平均操作距離、運(yùn)動(dòng)速度和擺動(dòng)量，進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)調(diào)節(jié)，使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和用戶操作相協(xié)調(diào)。在進(jìn)入巡航模式時(shí)可以不操作，根據(jù)設(shè)定和步伐自動(dòng)行走。在任何情況下都可以通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行正確控制，保證安全。
[0026]背部安全帶10的自動(dòng)調(diào)節(jié)。用戶在操作前扣好背部安全帶10，按動(dòng)收放帶按鈕，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)回收或釋放背部安全帶10到合適位置。在使用過(guò)程中，機(jī)器人會(huì)根據(jù)身體擺動(dòng)量和安全帶受力自動(dòng)調(diào)節(jié)到合適位置，保證背部安全帶10不影響正常行走。當(dāng)用戶在行走過(guò)程中突然向后傾倒時(shí)，突然拉動(dòng)安全帶給機(jī)器人一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，機(jī)器人自動(dòng)停車并收緊背部安全帶10給一個(gè)反向推力抵抗跌倒，加上手臂安全帶7的固定作用，幫助人站穩(wěn)。
[0027]操作方式選擇。搖桿操作、語(yǔ)音控制、圖形顯示和語(yǔ)言提示巧妙的組合，可以有效解決大部分老人和殘疾人的操作問(wèn)題。對(duì)于手感靈活有操作能力的用戶建議用操作手柄8進(jìn)行搖桿操作，簡(jiǎn)單、可靠和方便?？紤]左右手偏好，采取兩種裝配方式，用戶可以選擇適合自己的操作方向。
[0028]【具體實(shí)施方式】二:下面結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說(shuō)明，控制單元包括控制處理器101、系統(tǒng)處理器102、超聲波傳感器103、超聲波處理模塊104、語(yǔ)音輸入模塊105、語(yǔ)音識(shí)別模塊106、紅外傳感器107、IXD觸摸屏108、語(yǔ)音合成模塊109、語(yǔ)音輸出模塊110、驅(qū)動(dòng)電路111、電動(dòng)機(jī)112和主機(jī)無(wú)線通信模塊113;
[0029]控制處理器101和系統(tǒng)處理器102相互通信；
[0030]IXD觸摸屏108的數(shù)據(jù)輸入輸出端與系統(tǒng)處理器102的數(shù)據(jù)輸入輸出端相連；
[0031]超聲波傳感器103的障礙物信號(hào)輸出端通過(guò)超聲波處理模塊104與控制處理器101的障礙物信號(hào)輸入端相連；
[0032]語(yǔ)音輸入模塊105的語(yǔ)音信號(hào)輸出端通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別模塊106與控制處理器101的語(yǔ)音信號(hào)輸入端相連；
[0033]操作手柄8的方向選擇外部命令輸出端與控制處理器101的方向選擇外部命令輸入端相連；
[0034]紅外傳感器107的行動(dòng)軌跡信號(hào)輸出端與控制處理器101的行動(dòng)軌跡信號(hào)輸入端相連；
[00；35]控制處理器101的語(yǔ)音輸出端指令通過(guò)語(yǔ)音合成模塊109合成后，由語(yǔ)音輸出模塊110輸出；
[0036]控制處理器101的運(yùn)動(dòng)指令通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路111下達(dá)給電動(dòng)機(jī)112，進(jìn)而控制前輪4的運(yùn)動(dòng)方向和速度；
[0037]控制處理器101的無(wú)線輸入輸出端與主機(jī)無(wú)線通信模塊113的無(wú)線輸入輸出端相連。
[0038]控制處理器101采用型號(hào)為STM32F103的微處理器，系統(tǒng)處理器102采用型號(hào)為STM32F407的微處理器。兩款處理器分別用來(lái)運(yùn)行界面與控制部分。
[0039]人機(jī)交互界面，通過(guò)LCD觸摸屏108進(jìn)行操作，IXD觸摸屏108，可以顯示與觸摸操作。
[0040]操作系統(tǒng)，采用是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，運(yùn)行流暢穩(wěn)定，硬件動(dòng)作及時(shí)。
[0041 ]超聲波傳感器進(jìn)行距離探測(cè)，探測(cè)周圍情況。
[0042]語(yǔ)音輸入模塊105采用麥克。
[0043]操作手柄8進(jìn)行AD采集。
[0044]紅外傳感器107檢測(cè)軌跡，檢測(cè)操作人是否在安全位置。
[0045]超聲波處理模塊104，對(duì)超聲波傳感器103采集到的信號(hào)進(jìn)行處理之后通過(guò)I2C總線傳輸給控制處理器101。
[0046]語(yǔ)音識(shí)別模塊106，把語(yǔ)音輸入模塊105采集到的聲音信號(hào)解析處理成為相對(duì)應(yīng)的指令，發(fā)送給控制處理器101。
[0047]語(yǔ)音合成模塊109，把控制處理器101給的信號(hào)合成為語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送給語(yǔ)音輸出模塊110，用喇叭播放語(yǔ)音。
[0048]把控制處理器101給的HVM脈沖信號(hào)