助行機器人的製作方法
2023-07-16 22:44:41
專利名稱：助行機器人的製作方法
助行機器人
技術領域：
本發明涉及一種輔助行走裝置，尤其涉及一種助行機器人。背景技術：
隨著經濟的不斷發展，科學技術的不斷進步，人們的生活水平和生活質量在不斷的提高，加上醫療衛生的不斷完善，人們的壽命得到極大延長，全世界呈現出明顯的老齡化趨勢，人口老齡化比例越來越高。老年人由於年老，身體素質和機能下降，腿腳不便，給行走帶來很大困難，常常需要子女或者他人照料，以保證出行的安全。但是，子女各自需要工作或者不與老人一起居住，不能實時的對老人進行照料，老人只能藉助外部工具輔助進行行走。最常用的老人助行工具是拐杖，但是有了拐杖，老人有時依然會感覺吃力，需要臨時坐下來休息或者需要一個支點的時候，往往在沒有休息設施的情況下，拐杖就無能為力了。隨著老人助行工具的發展，出現了老人助行工具。傳統助行工具在老人需要扶持時對老人進行輔助扶持，但是老人在不需要輔助工具輔助時仍然需要攜帶助行工具，以便隨時使用或者防止丟失，從而助行工具就成為了一種負擔，給老人帶來極大不便。
發明內容有鑑於此，有必要提供一種能夠對使用者進行自主跟蹤，減輕使用者負擔的助行機器人。—種助行機器人，包括用於對使用者進行扶持的扶手架、設置在所述扶手架底端的可轉動的行進輪組、設置在所述扶手架內的與行進輪組連接的動力裝置以及與動力裝置連接的控制器、分布在扶手架頂部與控制器連接且至少為一個的紅外接收器；所述至少一個紅外接收器接收使用者所攜帶紅外發射器所發射的紅外信號，所述控制器根據所述至少一個紅外接收器的接收結果判斷使用者方位並控制動力裝置驅動行進輪組向所述方位行進，對使用者進行自主跟蹤。優選的，所述扶手架頂部具有兩個相對的扶手，分別為左扶手以及右扶手，所述扶手架底部形成用於容納所述動力裝置以及控制器的收容倉；所述左扶手和右扶手均由扶手架頂部側壁開設缺口形成。優選的，所述行進輪組為四輪結構，包括沿行進方向設置在扶手架底端前方的兩個前驅動輪以及沿行進方向設置在扶手架底端後方的兩個後隨動輪。優選的，所述紅外接收器為多個，按照預設角度和間隔分布設置在所述扶手架頂部，所述多個紅外接收器各自接收使用者攜帶的紅外發射裝置所發射的特定頻率載波的紅外信號。優選的，所述控制器根據接收到紅外信號的紅外接收器的數量和在扶手架上的分布位置判斷使用者攜帶的紅外發射器所在方位，判定使用者方位。
優選的，所述助行機器人還包括設置在扶手架底部且距離地面一定高度的避障裝置；所述避障裝置包括至少一個避障發射器及至少一個避障接收器，所述避障發射器用於向行進區域發射避障紅外光，所述避障接收器用於接收被障礙物阻擋反射回的避障紅外光，所述控制器根據接收到反射避障紅外光的避障接收器的角度和分布位置確定障礙物位置，控制動力裝置驅動行進輪組進行規避。優選的，所述助行機器人還包括設置在所述扶手架中部、與扶手架轉動連接的便攜座椅。優選的，所述助行機器人還包括對行進輪組進行抱死的抱死裝置；所述抱死裝置包括均與控制器連接的抱死按鈕以及抱死器；所述抱死按鈕設置在扶手架上用於供使用者觸發抱死功能，接收使用者的抱死指令並傳送給控制器，所述控制器接收到抱死指令後控制抱死器對行進輪組進行抱死。優選的，所述抱死按鈕設置在右扶手上。優選的，所述助行機器人還包括家居控制裝置；所述家居控制裝置包括分別與控制器連接的控制按鈕以及家居遙控器，所述控制按鈕設置在扶手架有左扶手的位置，供使用者根據需要進行觸發發出控制命令，所述控制按鈕獲取控制命令通過控制器交由家居遙控器，所述家居遙控器與所控制的家居建立無線傳感控制網絡，接受控制命令並通過建立的無線傳感控制網絡對家居進行控制。優選的，所述控制按鈕為四個，對應起床、休閒、靜謐、睡眠四種情景模式，對所控制的家電進行統一的設定，使用者通過觸發控制按鈕發出控制命令，選擇所需的情景模式。優選的，所述助行機器人還包括撥號和提醒裝置，所述撥號和提醒裝置包括存儲器、撥號按鈕、語音接收器、揚聲器以及通訊模塊；所述存儲器用於存儲聯繫人號碼；所述撥號按鈕設置在扶手架右扶手的位置，與存儲器中的聯繫人號碼對應，接收使用者一鍵撥號的撥號命令通過控制器交由通訊模塊；所述語音接收模塊接收使用者的語音；所述揚聲器用於對聯繫人語音和提醒簡訊內容進行播報；通訊模塊接收撥號命令對撥號按鈕對應的聯繫人號碼進行撥號，進行連通通訊，將使用者語音進行發送並將聯繫人語音和接收到的提醒簡訊交由揚聲器。優選的，所述無線傳感控制網絡採用ZigBee技術。上述助行機器人，在使用者不需要輔助時，接收使用者攜帶的紅外發射器發射的紅外信號確定使用者方位，進行自主跟蹤，自動跟隨使用者，不需使用者進行任何操作，極大的方便了使用者，大大降低了使用者的負擔。同時，該助行機器人的避障裝置在對使用者自主跟蹤時有效規避障礙物和使用者，防止被障礙物卡死、撞到使用者；便攜座椅在使用者疲勞時為使用者提供短暫休息，抱死裝置有效防止助行機器人對使用者輔助時速度過快或者使用者休息時行進輪組自由滑動對使用者造成危險，家居控制裝置在使用者處於室內時對智能家居進行簡單容易的控制，減輕了使用者負擔。撥號和提醒模塊提供使用者一鍵撥號和提醒功能，使用者能夠簡單輕鬆的與聯繫人進行溝通，聯繫人通過提醒簡訊對老人進行提醒，從而大大的提高對使用者的監督和護理，確保了使用者的安全。
圖1是一個實施例中助行機器人結構主視圖；圖2是一個實施例中助行機器人結構後視圖；圖3是一個實施例中助行機器人內部結構示意圖；圖4是一個實施例中紅外接收器工作原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明的具體實施方式
進行詳細描述。圖1是一個實施例中助行機器人結構主視圖。圖2是一個實施例中助行機器人結構後視圖。圖3是一個實施例中助行機器人內部結構示意圖。該助行機器人包括扶手架110、設置在扶手架110底部且可轉動的行進輪組120、設置在扶手架110內部的動力裝置130以及控制器140、設置在扶手架130頂部的至少一個紅外接收器150。扶手架110具有一定高度，用於供老人(主要為老人，也可為兒童或者腿腳有殘疾的人)進行扶持。該實施例中，扶手架110為U型扶手架，頂部(相對地面)具有兩個相對的扶手，分別為左扶手111以及右扶手112，底部形成用於容納動力裝置130以及控制器140的收容倉113。左扶手111和右扶手112均由扶手架110頂部側壁開設缺口形成，便於老人穩定抓持。行進輪組120用於對扶手架110進行支持且帶動扶手架110行進，為四輪結構，分別為兩個前驅動輪121以及兩個後隨動輪122。前驅動輪121設置在扶手架110底端的前方(相對助行機器人行進方向)，由動力裝置130驅動進行轉動行走，後隨動輪122設置在扶手架110底端後方，在前驅動輪121的帶動下跟隨行走。前驅動輪121和後隨動輪122處於同一高度，四輪結構有效保證該助行機器人平穩行走。動力裝置130用於驅動行進組輪120。該實施例中，動力裝置130為與前驅動輪121連接的電機，驅動前驅動輪121轉動行走。圖4是一個實施例中紅外接收器工作原理圖。紅外接收器150用於捕捉接收老人所攜帶紅外發射器所發出的特定頻率載波的紅外信號，並將接收到的紅外信號交由控制器140。該實施例中，紅外接收器150為多個，按照預設角度和間隔分布設置在扶手架110頂部側壁上。多個紅外接收器150各自接收老人攜帶的紅外發射裝置10所發射的特定頻率載波的紅外信號。控制器140與每個紅外接收器150連接，用於根據紅外接收器150的接收結果判斷紅外發射器10所在的位置，從而判定老人位置，控制動力裝置130驅動行進輪組120對老人進行自主跟蹤。老人處於某處時，紅外發射器10也處於該位置，紅外發射器10所發出的特定頻率載波的紅外光會朝向特定方向，多個紅外接收器150接收時，分布在扶手架110上的多個紅外接收器，只有在一定位置範圍內的紅外接收器150能夠接收到該紅外信號，則根據接收到紅外信號的紅外接收器150的數目和在扶手架110上的分布位置能夠判斷紅外發射器10的方位，即老人方位。該實施例中，控制器140根據接收到紅外信號的紅外接收器150的數量和在扶手架110上的分布位置判斷紅外發射器10所在方位，從而判定老人方位。控制器100判斷老人方位後，控制動力裝置130驅動可轉動行進輪組120向該方位行進，從而對老人進行自主跟蹤。該助行機器人，在老人不需要輔助時，只需攜帶並打開紅外發射器10，該助行機器人紅外接收器150對紅外發射器10發出的紅外信號進行接收，控制器140根據接收到紅外信號的紅外接收器150的數目和在扶手架110上的分布位置確定紅外發射器10的方位來確定老人的方位，然後控制動力裝置130驅動前驅動輪121轉向該方位並行進跟隨老人，無需老人任何操作，極大方便了老人，減輕了老人負擔。同時，該紅外信號中加入了一定頻率的載波，這樣就避免了其他的紅外發射裝置所發射的紅外線對此跟蹤裝置的誤導，如在戶外行走時，帶有一定頻率載波的紅外光就避免了太陽光對跟蹤效果的影響。在戶內行走，就避免了其他紅外遙控等設備在操作時對他的影響。紅外跟蹤不需要高速處理器，大大降低了跟蹤裝置的成本。為防止該助行機器人在自主跟蹤過程中被障礙物阻擋或者撞到老人，該助行機器人還包括設置在扶手架Iio底部且距離地面一定高度的避障裝置160。避障裝置160與控制器140連接，其包括至少一個避障發射器及至少一個避障接收器。避障發射器及避障接收器按照預設高度、位置和角度安裝在扶手架110底部前方(相對助行機器人行進方向)。避障發射器用於向行進方向發射避障紅外光，避障接收器用於接收被障礙物或者老人阻擋反射回的避障紅外光。控制器140根據接收到反射避障紅外光的避障接收器的角度和分布位置確定障礙物或者老人位置，控制動力裝置130驅動行進輪組120進行減速或者轉向規避，以免被障礙物阻擋卡死或者撞到老人，對老人造成傷害。此外，為方便老人在勞累時能夠進行短暫休息，該助行機器人還包括設置在扶手架Iio中部的便攜座椅170。該便攜座椅170為可摺疊收攏式座椅，與扶手架110轉動連接，需要時打開供老人靠座進行休息，在不需要時能夠收合在扶手架110上，既能供老人休息又不增大體積且不對老人行走造成影響。同時，為防止老人在使用該助行機器人進行輔助行走時行進速度過快，老人無法跟上，或者老人坐在便攜座椅170上進行休息時行進輪組120自由滑動造成危險，該助行機器人還具有抱死裝置180。該實施例中，該抱死裝置180包括均與控制器140連接的抱死按鈕181以及抱死器182。抱死按鈕181設置在扶手架110頂部，優選的設置在右扶手112上。抱死器182設置在行進輪組120上。用於供老人觸發抱死功能，接收老人的抱死指令並傳送給控制器140。控制器140接收到抱死指令後控制抱死器182對行進輪組120進行抱死，從而使該機器人停止行進或者滑動，消除安全隱患。由於目前家庭生活的智能化，各種智能家電家居的日益普遍，日常通訊設備集成的功能越來越豐富化，但是信息量如此大的生活並不適合於老人，但是老人又必須要適應這樣的生活和使用這些生活必需品，這就給老人造成極大的不便。為了使老人更加容易便利地使用現代家居的各種智能家電設備，該助行機器人還包括對多種智能家居設備進行控制的家居控制裝置190，其中智能家居包括電視機、微波爐、燈光、音響、窗簾。該實施例中，家居控制裝置190包括分別與控制器140連接的控制按鈕191以及家居遙控器192。控制按鈕191設置在扶手架110上，優選的設置在扶手架110有左扶手111的位
7置，便於老人進行觸發。該控制按鈕191具有四個按鈕，代表四個情景模式，包括起床、休閒、靜謐、睡眠四種情景模式，對所控制的智能家電進行統一的設定。老人通過觸發控制按鈕191發出控制命令，選擇所需的情景模式。控制按鈕191獲取老人的控制命令並通過控制器140交由家居遙控器192。家居遙控器192與所控制智能家居建立無線傳感控制網絡，接受控制器140的控制命令並通過建立的無線傳感控制網絡對智能家居進行控制。與普通家居環境相比，智能家居環境不僅具有傳統的居住功能，而且由原來的被動靜止結構轉變為能動智慧的動態結構，利用無線傳感組網技術、無線網絡通信技術、安全防範技術、智能控制技術、音視頻技術等將各種信息傳感設備集成，從而構建住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外界保持信息暢通，優化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性、便利性和舒適性，甚至為各種能源費用節約資金。該實施例中，無線傳感控制網絡採用ZigBee技術。ZigBee技術是一種近距離、低複雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用於距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。通過合理的網絡體系設置以及節點配置，建立具有多參數單元傳感節點的智能無線傳感體系，以及對各種家用電器、家居設備等信息傳感設備和該助行機器人兼容的智能無線控制體系，通過拓撲結構控制、數據智能路由、數據加密、通訊協議標準設計等手段實現智能家庭無線傳感控制網絡。老人只要通過簡單的對控制按鈕191進行觸發就能對各種複雜智能家居進行控制，不需要對各種複雜智能家居進行了解，方便容易，減輕了老人負擔。進一步，考慮到目前手機的多樣化以及功能的複雜化，更多地是迎合了年輕人的需求，對於老人其適用性越來越低，但是手機又成為出行老人不可或缺的日常用品，同時，考慮到老人由於記憶力衰退經常會忘記一些事項，該助行機器人還包括撥號和提醒裝置200，用於供老人進行一鍵撥號，與設定的聯繫人進行通話，並對老人進行定時提醒。其中，撥號和提醒裝置200對老人進行定時提醒採用接收提醒簡訊的方式進行定時提醒。該實施例中，撥號和提醒裝置200包括存儲器201、撥號按鈕202、語音接收器203、揚聲器204以及通訊模塊205。存儲器201用於存儲聯繫人號碼。撥號按鈕202與存儲器201中的聯繫人號碼對應，用於供老人進行一鍵撥號，接收老人的撥號命令通過控制器140交由通訊模塊203。該實施例中，撥號按鈕202為多個，且設置在扶手架110右扶手112的位置，便於老人撥號，每個撥號按鈕202均與一個聯繫人號
碼對應。語音接收模塊203接收老人的語音。揚聲器204用於對聯繫人語音進行語音播報和提醒簡訊內容進行播報。通訊模塊205接收撥號命令對撥號按鈕202對應的聯繫人號碼進行撥號，進行連通通訊，將老人語音進行發送並將聯繫人語音和接收到的提醒簡訊交由揚聲器204。該實施例中，通訊模塊203採用GPRS開發模塊或者GMS開發模塊。上述助行機器人，在使用者不需要輔助時，接收使用者攜帶的紅外發射器發射的紅外信號確定使用者方位，進行自主跟蹤，自動跟隨使用者，不需使用者進行任何操作，極大的方便了使用者，大大降低了使用者的負擔。同時，該助行機器人的避障裝置在對使用者自主跟蹤時有效規避障礙物和使用者，防止被障礙物卡死、撞到使用者；便攜座椅在使用者疲勞時為使用者提供短暫休息，抱死裝置有效防止助行機器人對使用者輔助時速度過快或者使用者休息時行進輪組自由滑動對使用者造成危險，家居控制裝置在使用者處於室內時對智能家居進行簡單容易的控制，減輕了使用者負擔。撥號和提醒模塊提供使用者一鍵撥號和提醒功能，使用者能夠簡單輕鬆的與聯繫人進行溝通，聯繫人通過提醒簡訊對老人進行提醒，從而大大的提高對使用者的監督和護理，確保了使用者的安全。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種助行機器人，其特徵在於，包括用於對使用者進行扶持的扶手架、設置在所述扶手架底端的可轉動的行進輪組、設置在所述扶手架內的與行進輪組連接的動力裝置以及與動力裝置連接的控制器、分布在扶手架頂部與控制器連接且至少為一個的紅外接收器；所述至少一個紅外接收器接收使用者所攜帶紅外發射器所發射的紅外信號，所述控制器根據所述至少一個紅外接收器的接收結果判斷使用者方位並控制動力裝置驅動行進輪組向所述方位行進，對使用者進行自主跟蹤。
2.根據權利要求1所述的助行機器人，其特徵在於，所述扶手架頂部具有兩個相對的扶手，分別為左扶手以及右扶手，所述扶手架底部形成用於容納所述動力裝置以及控制器的收容倉；所述左扶手和右扶手均由扶手架頂部側壁開設缺口形成。
3.根據權利要求2所述的助行機器人，其特徵在於，所述行進輪組為四輪結構，包括沿行進方向設置在扶手架底端前方的兩個前驅動輪以及沿行進方向設置在扶手架底端後方的兩個後隨動輪。
4.根據權利要求3所述的助行機器人，其特徵在於，所述紅外接收器為多個，按照預設角度和間隔分布設置在所述扶手架頂部，所述多個紅外接收器各自接收使用者攜帶的紅外發射裝置所發射的特定頻率載波的紅外信號。
5.根據權利要求4所述的助行機器人，其特徵在於，所述控制器根據接收到紅外信號的紅外接收器的數量和在扶手架上的分布位置判斷使用者攜帶的紅外發射器所在方位，判定使用者方位。
6.根據權利要求1所述的助行機器人，其特徵在於，所述助行機器人還包括設置在扶手架底部且距離地面一定高度的避障裝置；所述避障裝置包括至少一個避障發射器及至少一個避障接收器，所述避障發射器用於向行進區域發射避障紅外光，所述避障接收器用於接收被障礙物阻擋反射回的避障紅外光，所述控制器根據接收到反射避障紅外光的避障接收器的角度和分布位置確定障礙物位置，控制動力裝置驅動行進輪組進行規避。
7.根據權利要求1所述的助行機器人，其特徵在於，所述助行機器人還包括設置在所述扶手架中部、與扶手架轉動連接的便攜座椅。
8.根據權利要求2所述的助行機器人，其特徵在於，所述助行機器人還包括對行進輪組進行抱死的抱死裝置；所述抱死裝置包括均與控制器連接的抱死按鈕以及抱死器；所述抱死按鈕設置在扶手架上用於供使用者觸發抱死功能，接收使用者的抱死指令並傳送給控制器，所述控制器接收到抱死指令後控制抱死器對行進輪組進行抱死。
9.根據權利要求8所述的助行機器人，其特徵在於，所述抱死按鈕設置在右扶手上。
10.根據權利要求2所述的助行機器人，其特徵在於，所述助行機器人還包括家居控制裝置；所述家居控制裝置包括分別與控制器連接的控制按鈕以及家居遙控器，所述控制按鈕設置在扶手架有左扶手的位置，供使用者根據需要進行觸發發出控制命令，所述控制按鈕獲取控制命令通過控制器交由家居遙控器，所述家居遙控器與所控制的家居建立無線傳感控制網絡，接受控制命令並通過建立的無線傳感控制網絡對家居進行控制。
11.根據權利要求10所述的助行機器人，其特徵在於，所述控制按鈕為四個，對應起床、休閒、靜謐、睡眠四種情景模式，對所控制的家電進行統一的設定，使用者通過觸發控制按鈕發出控制命令，選擇所需的情景模式。
12.根據權利要求2所述的助行機器人，其特徵在於，所述助行機器人還包括撥號和提醒裝置，所述撥號和提醒裝置包括存儲器、撥號按鈕、語音接收器、揚聲器以及通訊模塊；所述存儲器用於存儲聯繫人號碼；所述撥號按鈕設置在扶手架右扶手的位置，與存儲器中的聯繫人號碼對應，接收使用者一鍵撥號的撥號命令通過控制器交由通訊模塊；所述語音接收模塊接收使用者的語音；所述揚聲器用於對聯繫人語音和提醒簡訊內容進行播報；通訊模塊接收撥號命令對撥號按鈕對應的聯繫人號碼進行撥號，進行連通通訊，將使用者語音進行發送並將聯繫人語音和接收到的提醒簡訊交由揚聲器。
13.根據權利要求12所述的助行機器人，其特徵在於，所述無線傳感控制網絡採用ZigBee 技術。
全文摘要
本發明涉及一種助行機器人，包括用於對使用者進行扶持的扶手架、設置在所述扶手架底端的可轉動的行進輪組、設置在所述扶手架內的與行進輪組連接的動力裝置以及與動力裝置連接的控制器、分布在扶手架頂部與控制器連接且至少為一個的紅外接收器；所述至少一個紅外接收器接收使用者所攜帶紅外發射器所發射的紅外信號，所述控制器根據所述至少一個紅外接收器的接收結果判斷使用者方位並控制動力裝置驅動行進輪組向所述方位行進，對使用者進行自主跟蹤。本發明在使用者不需要輔助時，接收使用者攜帶的紅外發射器發射的紅外信號確定使用者方位，進行自主跟蹤，自動跟隨使用者，不需使用者進行任何操作，極大的方便了使用者，大大降低了使用者的負擔。
文檔編號A61H3/04GK102551993SQ20101060555
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者吳新宇, 徐可, 徐揚生, 成竹, 歐勇盛, 汪盛 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院