一种智能轮椅机器人
技术领域
本发明涉及轮椅技术领域，具体是指一种智能轮椅机器人。
背景技术
目前，应用在患者中的轮椅在结构以及功能上均逐渐得到了提高，从而为行动不便的患者以及患者家属均减轻了负担，从而也提高了护理的质量与效率。根据现有技术可知，常用的轮椅包括手推式以及自走式，且分别具有不同的相应辅助功能；再有，由于一些患者的住宿条件为楼梯式，从而设置了能够在楼梯上行走的轮椅，从而降低了在楼梯上移动时护理者的工作强度。但是，现有的轮椅在功能上有所欠缺，从而影响了患者以及护理者的护理节奏，且操作性低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种智能轮椅机器人，包括带有行走轮的底座、位于底座上方的伸缩支架、位于伸缩支架上端的椅垫、转接在椅垫上的椅背以及设于椅垫前部的腿部支撑件，其中，
所述底座下端设有攀爬楼梯用的履带，所述伸缩支架后部设有连接椅垫和底座的液压支杆，所述椅背上端设有伸缩框架；所述椅垫上部两侧位置对称设置倒L型扶手，其中一个所述扶手上设有操纵杆；所述椅垫前部且靠近腿部支撑件位置设有腿部挡板，所述椅垫后部设有操作显示屏；
所述机器人上还设有控制模块以及与控制模块电信号连接的智能测距及避障模块、智能健康检测模块、信息支持模块、轮椅驱动模块。
进一步地，所述行走轮包括两前轮、两后轮，所述底座上设有对应的电动推杆一，其推进端用于推动行走轮上升或下降；所述履带缠绕在带轮上，所述带轮轴接在底座下端，并通过前后设置的电动推杆二实现上下运动，所述电动推杆二转接在底座上；两所述前轮、两所述后轮之间均设有横轴，两所述横轴之间通过一连杆连接，所述前轮之间的横轴通过轮椅驱动模块控制驱动。
进一步地，所述伸缩支架包括两铰接折叠杆，所述折叠杆左右交叉并铰接，形成中部为平行四边形的结构，且两所述折叠杆下端连接在底座上，两所述折叠杆上端连接在椅垫上；所述液压支杆下端固接在底座上部，所述液压支杆上端铰接在椅背后部，所述椅背上且靠近椅垫位置设有铰接件。
进一步地，所述椅背和椅垫之间设有转轴以及位于转轴端部的调节轴轮，用于调节椅背的倾斜度；所述椅背两侧还设有穿设伸缩框架的穿设孔，所述伸缩框架设为倒U型。
进一步地，所述轴轮位于椅背的左右两端。
进一步地，所述操纵杆与控制模块信号连接，用于控制机器人运动；所述腿部挡板包括一固接在椅垫上的支撑杆以及一体成型的弧形挡板，所述弧形挡板向下弯曲，且所述弧形挡板的一端与支撑杆连接；所述腿部支撑件设为L型，并通过其一端固接在椅垫上，且所述腿部支撑件靠近腿部挡板设置。
进一步地，所述腿部支撑件上设有按摩滚珠，所述滚珠呈线型排列，且所述滚珠通过电机驱动。
进一步地，所述显示屏上设有手动以及语音输入按钮，其与控制模块连接；所述智能测距及避障模块包括并联连接的GPS定位芯片、地磁传感器以及红外线传感器，且在采集信号后均发送到控制模块；所述智能健康检测模块包括并联电连接的压力传感器、位置传感器、温度传感器、光纤传感器，在采集信号之后发送到显示屏；所述信息支持模块接入无线通讯芯片或无线WIFI，并接收健康监测数据；所述轮椅驱动模块包括电机驱动器以及直流电机，用于驱动机器人前进、后退以及爬楼；所述控制模块包括主控芯片以及人机交互界面，所述人机交互界面位于显示屏上。
进一步地，所述光纤传感器设于椅背和/或椅垫内，且与机器人节点主机通过光纤连接；所述智能控制模块上还电连接有语音采集模块，通过人机交互活动获取用户身高、体重以及期望体位。
进一步地，所述底座设为空心盒状结构；所述底座内设有供电电源，所述供电电源设为锂电池。
采用以上结构后，本发明具有如下优点：
通过本装置设置的可调节椅背，达到了适应不同体位患者的目的，功能性更强；通过设置的控制模块以及与其相连接的各个功能型模块，达到了监测患者生命体征以及本装置位置并自动调整其位置以实现自动避障的目的；再有，本装置通过设置的腿部支撑件以及腿部挡板，达到了在站立状态下的固定作用，提高使用本装置过程中的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例的侧视图；
图2是本发明实施例的主视图；
图3是本发明实施例的后视图；
图4是本发明实施例的仰视图；
图5是本发明实施例的模块连接关系图；
图6是本发明实施例的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
结合附图1-6，一种智能轮椅机器人，包括带有行走轮的底座1、位于底座1上方的伸缩支架2、位于伸缩支架2上端的椅垫3、转接在椅垫3上的椅背4以及设于椅垫3前部的腿部支撑件5，其中，
底座1下端设有攀爬楼梯用的履带6，伸缩支架2后部设有连接椅垫3和底座1的液压支杆7，椅背4上端设有伸缩框架8；椅垫3上部两侧位置对称设置倒L型扶手9，其中一个扶手9上设有操纵杆10；椅垫3前部且靠近腿部支撑件5位置设有腿部挡板11，椅垫3后部设有操作显示屏12；
机器人上还设有控制模块13以及与控制模块13电信号连接的智能测距及避障模块14、智能健康检测模块15、信息支持模块16、轮椅驱动模块17。
在本装置中，通过设置的显示屏12来实现对装置的手动或语音输入控制，并且，显示屏12通过一伸缩杆固接，通过伸缩杆的伸缩可以实现调节显示屏12位置的目的；腿部挡板11在患者坐到本装置上时，其上端盖设在腿部上方，起到一定的固定作用；通过轮椅驱动模块17实现了本装置的整体运动以及状态的变换，具体为直流电机、电机驱动器。
行走轮包括两前轮18、两后轮19，底座1上设有对应的电动推杆一20，其推进端用于推动行走轮上升或下降；履带6缠绕在带轮21上，带轮21轴接在底座1下端，并通过前后设置的电动推杆二22实现上下运动，电动推杆二22转接在底座1上；两前轮18、两后轮19之间均设有横轴，两横轴之间通过一连杆连接，前轮之间的横轴通过轮椅驱动模块17控制驱动。
伸缩支架2包括两铰接折叠杆201，折叠杆201左右交叉并铰接，形成中部为平行四边形的结构，且两折叠杆201下端连接在底座1上，两折叠杆201上端连接在椅垫3上；液压支杆7下端固接在底座1上部，液压支杆7上端铰接在椅背4后部，椅背4上且靠近椅垫3位置设有铰接件23。
折叠杆201在本装置中为两个，也可以设置为若干偶数个，当坐在其上部的患者需要进行拿取一定高度位置的东西时，本装置在底座1的内部设置了一直流电机，直流电机的输出端通过丝杠连接折叠杆，当其按照正向转动时，在丝杠的带动下，折叠杆201中部的平行四边形向上伸展，从而达到了提高椅垫3竖直高度的目的；当需要下降时，直流电机反转即可。对于液压支杆7的作用方式，其下端固接在底座1上，上端通过一铰接件23铰接在椅背4上，具体为：铰接件23设置为U型或V型形状，且其两端分别通过鼻座与椅背4进行连接，为了实现将椅背4连通椅垫3一体上升的目的，在本装置中，分别将铰接件的两端设于椅背4以及椅垫3上。
椅背4和椅垫5之间设有转轴以及位于转轴端部的调节轴轮24，用于调节椅背4的倾斜度；椅背4两侧还设有穿设伸缩框架8的穿设孔，伸缩框架8设为倒U型。
通过设置轴轮24，并具体位于椅背4下端部的两侧位置，从而通过旋拧轴轮24来达到调节椅背4倾斜角度的目的；再者，为了配合不同身高患者，设置可伸缩的伸缩框架8，具体可为通过伸缩杆组合而成的倒U型形状。轴轮24即可用现有技术中常见的能够实现自锁形式的轴轮即可。
轴轮24位于椅背4的左右两端。
通过将轴轮24设置为左右两端的形式，从而达到了便于操作的目的。
操纵杆10与控制模块13信号连接，用于控制机器人运动；腿部挡板11包括一固接在椅垫3上的支撑杆1101以及一体成型的弧形挡板1102，弧形挡板1102向下弯曲，且弧形挡板1102的一端与支撑杆1101连接；腿部支撑件5设为L型，并通过其一端固接在椅垫3上，且腿部支撑件5靠近腿部挡板11设置。
通过设置弧形挡板1102，且其下部弧面与腿部线条相一致，从而提高二者接触时的舒适度。
腿部支撑件5上设有按摩滚珠25，滚珠25呈线型排列，且滚珠25通过电机驱动。
按摩滚珠25通过轴接驱动电机带动，从而在滚动的过程中实现按摩的目的。
显示屏12上设有手动以及语音输入按钮，其与控制模块13连接；智能测距及避障模块14包括并联连接的GPS定位芯片、地磁传感器以及红外线传感器，且在采集信号后均发送到控制模块13；智能健康检测模块15包括并联电连接的压力传感器、位置传感器、温度传感器、光纤传感器，在采集信号之后发送到显示屏；信息支持模块16接入无线通讯芯片或无线WIFI，并接收健康监测数据；轮椅驱动模块17包括电机驱动器以及直流电机，用于驱动机器人前进、后退以及爬楼；控制模块13包括主控芯片以及人机交互界面，人机交互界面位于显示屏12上。
使用本装置的用户可以在社区服务站建立健康管理档案，方便紧急呼救或申请健康服务。通过显示屏12的设置，能够进行语音口令以及手动口令的选项，以便于四肢瘫痪或失语者进行使用，当用户在选择口令模式之后，后续操作均通过此模式发出，具体为可通过语音采集模块进行声音的采集。
光纤传感器设于椅背4和/或椅垫3内，且与机器人节点主机通过光纤连接；控制模块13上还电连接有语音采集模块，通过人机交互活动获取用户身高、体重以及期望体位。
底座1设为空心盒状结构，底座1内设有供电电源。
对供电电源的设置，可以采用锂电池来为本装置提供动力。
一些坐在本装置上的用户有时候需要进行一定高度位置上物品的拿取动作，这时，通过设置的伸缩支架2即可实现；而后，本装置中椅背4后部设置的液压支杆7可以将椅背4以及连带的椅垫3抬起，并呈斜立状态，脚部支撑件5以及腿部挡板11能够起到固定患者膝盖、防止腿部弯曲的目的，辅助完成站立动作；通过本装置中设置的履带6，还能达到上下楼梯的目的，具体过程为：当需要上楼梯时，履带6触碰到台阶，前轮18慢慢抬起，待整条履带6完全触碰台阶时，后轮19收起，达到上楼的目的；当需要下楼时，前轮18收起，履带6整条触碰到台阶，后轮收起，达到下楼目的；本装置还可以变换为急救床装置，具体操作为：旋转位于椅背4两端的轴轮24，缓慢调节椅背4的倾斜角度，直至呈现水平状态，并将椅背4上部的伸缩框架8来进行拉伸，从而形成一个呈水平状态的急救床，提高其功能性，用于日常急救过程中；根据上述结构的记载可知，腿部支撑件5用于放置膝盖以下的部位，当患者久坐之后，会导致腿部以下位置血液循环不畅，因此，本装置在上述设计的基础上加设了滚珠25，从而对腿部的侧面进行按摩，进而提高腿部血液循环效果。
本发明在具体实施时，本装置包括机器人主体结构以及软件控制系统，作用关系为：通过软件系统中的各个模块以及电子元器件来对机器人主体进行行走状态以及结构的变化控制。总体上说，本装置通过控制模块中的微控制器对装配的各个传感器进行信息的融合，接收人机交互接口的信息，从而自主做出决策。具体为，本装置将各个传感器分别设定为地磁传感器、红外线传感器以及测量血压的电容式压力传感器、测量心电图的电容式位置传感器、测量体温谐振式石英晶体温度传感器、监测呼吸的光纤传感器，从而对坐在本装置上的用户体征、轮椅位置等参数进行监测，通过接入无线通讯芯片或无线WIFI，实现本装置人机交互接口，接收健康监测数据，依据大数据进行云端分析，做出结果判断；通过互联网，社区卫生服务中心或医院实时共享用户数据，同时接受用户求助；在本装置进行智能测距以及避障的过程中，通过融合定位、地磁以及红外线传感器测距，感知本装置自身位置、方向以及环境中障碍物的分布，将检测到的信息返回到控制模块13，从而改变本装置的行进路线；再有，本装置通过与交通车辆联网，通过GPS定位配合实时路况信息，确认定位信息，通过微型控制器实现目的地和机器人位置的信息传输，在确认好校正位置之后，依靠相应的坐标建立坐标系，并对各个传感器的返回值进行数学模型上的确认，从而完成整个系统位置的确定，通过微型控制器的终端达到采集的实时性并能实时修正，从而避让障碍物。
在本装置中，实现一系列自动控制的通过一带有主芯片的控制模块13实现，其在接收到本装置人机交互端的命令之后完成指定任务，并处理智能测距及避障模块14的数据信息，做出决策，控制本装置完成自主导航指定任务，实现自动避障、行驶、实时发出爬坡或爬楼梯口令等的功能。
在本装置的各个传感器中，通过电容式位置传感器来实现对患者心脏的监测，并将数据传输到云端数据库进行备份、分析，对使用者的身体状况进行全面掌握；再有，通过设置的谐振式石英晶体温度传感器来对本装置整体的温度状况进行掌握，进而保障使用者及相关电子仪器的安全；当在监测的过程中出现患者的呼吸、温度等参数指标异常时，控制模块13电信号连接一报警器，实现报警，用户可选择紧急呼救或健康服务咨询、预约。
