基于室内定位和人工智能的辅助起立装置及方法
技术领域
本发明涉及辅助器具技术领域，特别是一种基于室内定位和人工智能的辅助起立装置及辅助方法。
背景技术
目前，我国老龄化发展呈现高龄、高速、规模大、结构失衡等问题。我国正逐渐从人口红利期进入老龄化社会，随之而来的养老问题在当下日益凸显，有效地提高老人的晚年生活水平和质量迫在眉睫。通过调研，本发明聚焦老年人起立困难的问题。目前市场上仍然缺乏符合国内实际情况需求的成熟产品。
目前大部分以固定安装式为主，主要呈现以下的特点：基本上为安装的固定扶手，价格便宜，但是普遍适用性不好，且存在一定的安全问题；在独居老人家庭中普及率不高；存在少数的结合智能化、自动化的产品，但是价格不菲，普通家庭难以承受。
因而，面对人口老龄化越来越严重的现状，为了提高高龄老人晚年生活的幸福指数，亟需一种价格适中且具有智能性的产品用于辅助老人起立及日常移动，满足老人晚年生活的切身需求。
背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于室内定位和人工智能的辅助起立装置及其方法。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
基于室内定位和人工智能的辅助起立装置包括，
机壳，其包括底板、侧板及上板，
多个车轮，用于移动的车轮设在所述底板上，所述车轮经由电机驱动，
一对八连杆机构，其分别相对地安装在所述上板，八连杆机构经由电动推杆致动运行，
中间型材支撑杆，其连接在一对八连杆机构之间，使得一对八连杆机构同步运行，
型材支撑架，其连接一个八连杆机构，当电动推杆致动八连杆机构时，型材支撑架经由八连杆机构致动以在抬起过程中支撑肘部和腋下，
柔性仿生机构，其可转动连接在另一个八连杆机构，柔性仿生机构经由第二电机驱动转动以贴合用户背部曲线，
超声传感器，其设在所述型材支撑架上，以测量用户与辅助起立装置之间的第一位置数据，
测距传感器，其设在所述侧板以采集辅助起立装置与障碍物之间的第二位置数据，
摄像头，其安装在中间型材支撑杆上提取图像数据，
人工智能平台，其连接所述摄像头以基于所述图像数据生成人脸识别数据，
控制板，其安装在所述底板，所述控制板一端连接所述人工智能平台、测距传感器和超声传感器，另一端连接电动推杆、电机和第二电机，
响应于人脸识别数据，控制板发出启动指令以及生成用户位姿数据，
响应于第一位置数据，控制板发出第一信号到所述电动推杆和第二电机以致动八连杆机构，使得型材支撑架和柔性仿生机构辅助起立支撑，
响应于第二位置数据，控制板规划生成路线轨迹，
摇杆，其配置成生成移动指令以控制辅助起立装置移动，
驱动器，其设在所述底板以基于所述路线轨迹或移动指令控制电机运转以移动车轮。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置中，所述辅助起立装置还包括，
电源，用于提供电力的电源容纳在机壳内部，电源连接所述电机，
开关，用于控制开启和关闭的开关连接所述电源，
电机支座，用于使电机和底盘固连，电机连接所述电机支座。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置中，所述电机经由螺钉和电机座固定在底板上，电源为可充电电池。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置中，海绵垫包覆在型材支撑架上。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置中，八连杆机构转动副采用销轴，销轴轴向定位由套筒实现，径向定位由添加四氟板过盈配合实现。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置中，所述柔性仿生结构由柔性材料和刚性骨架组成。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置中，电磁铁安装在型材支撑架上以锁死柔性仿生保护结构。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置中，八连杆机构的致动轨迹符合人体力学轨迹的起立曲线。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置中，辅助起立装置还包括，
主动锥齿轮，其连接电机的伸出轴以接受动力，
从动锥齿轮，其啮合所述主动锥齿轮以传递动力，
轴承支座，其通过螺钉固连在底板，轴承支座支撑从动锥齿轮的输出轴，
转向器，其连接所述输出轴以转向，
转向器垫块，用于垫起换向器的转向器垫块调整换向器与输出轴、车轮的轴高度相同，
转向器压块，用于压紧换向器的转向器压块通过螺钉与转向器垫块、转向器一同安装在底板上。
根据本发明另一方面，一种所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的辅助方法包括以下步骤，
第一步骤中，通过遥控器或语音发出命令，控制板发出启动指令，生成用户位姿数据；
第二步骤中，基于用户位姿数据，辅助起立装置运用人脸识别算法自动抓取老人正脸位置进行产品位姿的调整，最终靠近用户停靠；
第三步骤中，响应于第一位置数据，控制板发出第一信号到所述电动推杆和第二电机以致动八连杆机构，使得型材支撑架和柔性仿生机构辅助起立支撑；
第四步骤中，关闭电动推杆开关，驱动器基于所述路线轨迹或摇杆的移动指令控制电机运转以移动车轮实现室内自主移动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用八连杆实现符合人体力学轨迹的起立曲线，使得老人起立过程自然舒适且无冲击。八连杆机构承载能力强，安全可靠并且可以减轻装置重量降低成本，本发明利用自动定位和避障算法实现家中全方位自动寻找老人，可以适用于独居老人，大大减轻子女或者养老院等场所的资源压力，本发明利用设计的柔性保护结构大大增加了辅助起立过程中的舒适性和安全性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的底盘部分的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的柔性保护机构的结构示意图；
符号说明：
1、柔性TPE垫，2、海绵垫，3、型材支撑架，4、电磁铁，5-12、八连杆机构，13、侧板及上板，14、电机，15、摇杆，16、连接架，17、销轴，18、套筒，19、摄像头，20-21、中间型材支撑杆，22、内侧板，23、人工智能平台，24、保护壳，25、测距传感器，26、电源，27、电机，28、电机座，29、车轮，30、底板型材支撑杆，31、联轴器，32、主动锥齿轮，33、从动锥齿轮，34、磁铁，35、驱动器，36、控制板，37、底板，38、转向器压块，39、转向器垫块，40、轴承支座，41、万向轮连接架，42、万向轮，43、刚性骨架，44、柔性机构上壳，45、柔性机构外壳，46、柔性机构下壳，47、联轴器，48、电机支架。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图1至附图3更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解，如图1至图3所示，基于室内定位和人工智能的辅助起立装置，
机壳，其包括底板37、侧板及上板，
多个车轮29，用于移动的车轮29设在所述底板37上，所述车轮29经由电机27驱动，
一对八连杆机构，其分别相对地安装在所述上板，八连杆机构经由电动推杆致动运行，
中间型材支撑杆，其连接在一对八连杆机构之间，使得一对八连杆机构同步运行，
型材支撑架3，其连接一个八连杆机构，当电动推杆致动八连杆机构时，型材支撑架3经由八连杆机构致动以在抬起过程中支撑肘部和腋下，
柔性仿生机构，其可转动连接在另一个八连杆机构，柔性仿生机构经由第二电机14驱动转动以贴合用户背部曲线，
超声传感器，其设在所述型材支撑架3上，以测量用户与辅助起立装置之间的第一位置数据，
测距传感器25，其设在所述侧板以采集辅助起立装置与障碍物之间的第二位置数据，
摄像头19，其安装在中间型材支撑杆上提取图像数据，
人工智能平台23，其连接所述摄像头19以基于所述图像数据生成人脸识别数据，
控制板36，其安装在所述底板37，所述控制板36一端连接所述人工智能平台23、测距传感器25和超声传感器，另一端连接电动推杆、电机27和第二电机14，
响应于人脸识别数据，控制板36发出启动指令以及生成用户位姿数据，
响应于第一位置数据，控制板36发出第一信号到所述电动推杆和第二电机14以致动八连杆机构，使得型材支撑架3和柔性仿生机构辅助起立支撑，
响应于第二位置数据，控制板36规划生成路线轨迹，
摇杆15，其配置成生成移动指令以控制辅助起立装置移动，
驱动器35，其设在所述底板37以基于所述路线轨迹或移动指令控制电机27运转以移动车轮29。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的优选实施例中，所述辅助起立装置还包括，
电源26，用于提供电力的电源26容纳在机壳内部，电源26连接所述电机27，
开关，用于控制开启和关闭的开关连接所述电源26，
电机27支座，用于使电机27和底盘固连，电机27连接所述电机27支座。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的优选实施例中，所述电机27经由螺钉和电机27座固定在底板37上，电源26为可充电电池。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的优选实施例中，海绵垫包覆在型材支撑架3上。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的优选实施例中，八连杆机构转动副采用销轴，销轴轴向定位由套筒实现，径向定位由添加四氟板过盈配合实现。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的优选实施例中，所述柔性仿生结构由柔性材料和刚性骨架组成。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的优选实施例中，电磁铁4安装在型材支撑架3上以锁死柔性仿生保护结构。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的优选实施例中，八连杆机构的致动轨迹符合人体力学轨迹的起立曲线。
所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的优选实施例中，辅助起立装置还包括，
主动锥齿轮32，其连接电机27的伸出轴以接受动力，
从动锥齿轮33，其啮合所述主动锥齿轮32以传递动力，
轴承支座40，其通过螺钉固连在底板37，轴承支座40支撑从动锥齿轮33的输出轴，
转向器，其连接所述输出轴以转向，
转向器垫块39，用于垫起换向器的转向器垫块39调整换向器与输出轴、车轮29的轴高度相同，
转向器压块38，用于压紧换向器的转向器压块38通过螺钉与转向器垫块39、转向器一同安装在底板37上。
在一个实施例，一种基于室内定位和人工智能的辅助起立装置包括机壳、控制部分、驱动部分、传动部分、执行部分和检测部分。
柔性TPE垫1，用于贴合老人背部曲线，提高抬起过程舒适性，
海绵垫2，用于支撑老人抬起过程中提高舒适性，
型材支撑架3，用于抬起过程中支撑老人肘部和腋下，连接在连杆7上，
电磁铁4，用于柔性仿生保护结构闭合后锁死，保障老人起立过程中安全，安装在型材支撑架3上，
八连杆机构5-12，通过电动推杆10提供动力，使其末端完成符合人体力学轨迹的起立曲线，安装在所述上板13上，
侧板及上板13，用于包覆电气设备和用于支撑八连杆机构5-12连接所述底板37，
电机14，用于驱动柔性仿生机构转动，
摇杆15、用于控制装置自主移动，
销轴17、作为八连杆机构5-12的转动副，轴向定位由套筒18实现，径向定位由添加四氟板过盈配合实现，
套筒18，作为销轴17轴向定位件，
摄像头19，用于提取图像数据完成人脸识别功能，安装在中间型材支撑杆20上，
中间型材支撑杆20-21，用于增加结构刚度并保证两侧八连杆机构5-12运行同步，
内侧板22，用于包裹内部电气设备，
人工智能平台23：运行人脸识别模型，作为控制板36的上位机实现与控制板36的通信，
保护壳24、用于保护内部NVIDIA AI平台23，
测距传感器25，用于测量装置与障碍物之间的距离，从而实现避障功能，安装在所述侧板13上。
在一个实施例中，图2是根据本发明一个实施例的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置底盘的结构示意图，如图2所示，底盘包括以下结构：
电源26，用于提供电力并且可充电的电源26，容纳在移动底板37内部，
电机27，用于提供动力，连接所述电源26，
电机座28，用于支撑电机27并使其固接在底盘37上，
车轮29，用于实现辅助起立装置的室内移动，与电机(27)轴相连，
底板型材支撑杆30，用于支撑上板13，增加刚度，通过螺钉与底板37和上板13相连，
联轴器31，通过顶丝压紧实现电机27轴和主动锥齿轮32连接转轴的传动，
主动锥齿轮32，其连接所述电机27，
从动锥齿轮33，啮合所述主动锥齿轮32的从动锥齿轮33连接转轴，
磁铁34，用于使内侧板22固定在底板37上，
驱动器35，用于根据指令驱动电机27运转，安装在所述底板37上，
控制板36：用于控制底盘的移动，超声传感器和测距传感器25的数据采集及处理，电动推杆10的升降，安装在所述底板37上，
底板37，用于安装控制板36、电机27、电源26等，作为移动的平台，
转向器压块38，用于压紧换向器，提升结构刚度，通过螺钉与转向器垫块39、转向器一同安装在底板37上，
转向器垫块39，用于垫起换向器，调整换向器与电机27轴、车轮29轴高度相同，通过螺钉与转向器压块38、转向器一同安装在底板37上，
轴承支座40，用于支撑从动锥齿轮33轴，通过螺钉固连在底板37上，
万向轮连接架41，用于连接万向轮42与装置，通过螺钉安装在轴承支座40上，
万向轮42，用于提升装置运行时的刚度，通过螺钉安装在万向轮连接架41上。
在一个实施例，图3是根据本发明一个实施例的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的柔性仿生保护机构的结构示意图，如图3所示，包括以下结构：
刚性骨架43，用于支撑柔性TPE材料1，通过粘连剂固定柔性TPE材料1上，
柔性机构上壳44，用于固定柔性TPE材料1，通过螺钉与柔性机构下壳46、柔性机构外壳45固接，
柔性机构外壳45，用于固定柔性机构上壳44与柔性机构下壳46，通过螺钉与柔性机构下壳46、柔性机构上壳44固接，
柔性机构下壳46，用于固定柔性TPE材料1，通过螺钉与柔性机构上壳44、柔性机构外壳45固接，
联轴器47、用于连接电机14与柔性机构外壳45，
电机支架48，用于固定电机14，通过螺钉与连接架16相连
本发明的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置运行安全舒适可靠。
在一个实施例中，辅助起立装置中，通过高精度的超声传感器搭配人脸识别算法使得装置有较高的定位精度。
在一个实施例中，辅助起立装置中，八连杆机构实现符合人体起立曲线的轨迹使得老人起立过程中平滑无冲击。
在一个实施例中，连接架16、换向器压块38、换向器垫块39、万向轮连接架41、刚性骨架43由3D打印制造。
在一个实施例中，辅助起立装置中，八连杆机构在受力方向刚度高，节省材料降低重量的同时安全可靠。
在一个实施例中，辅助起立装置中，设计的柔性保护结构大大增加了辅助起立过程中的舒适性和安全性。
一种所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置的辅助方法包括以下步骤，
第一步骤中，通过遥控器或语音发出命令，控制板36发出启动指令，生成用户位姿数据；
第二步骤中，基于用户位姿数据，辅助起立装置运用人脸识别算法自动抓取老人正脸位置进行产品位姿的调整，最终靠近用户停靠；
第三步骤中，响应于第一位置数据，控制板36发出第一信号到所述电动推杆和第二电机14以致动八连杆机构，使得型材支撑架3和柔性仿生机构辅助起立支撑；
第四步骤中，关闭电动推杆开关，驱动器35基于所述路线轨迹或摇杆15的移动指令控制电机27运转以移动车轮29实现室内自主移动。
在一个实施方式中，方法包括，
第一步骤中，老人通过遥控器或语音发出命令，启动装置并完成装置和老人的室内定位。
第二步骤中，根据第一步骤中得到的装置和老人的室内坐标，装置在家庭内任何位置均可实现无碰撞靠近老人，在靠近的过程中，使用摄像头获取场景图像，运用人脸识别算法自动抓取老人正脸位置进行产品位姿的调整，最终准确停靠。
第三步骤中，老人将腋下和手肘放在支撑架下，按下电动推杆开关，推杆运行，柔性保护机构运转，抬升老人。
第四步骤中，老人抬起后，关闭推杆开关，通过摇杆或者手机APP控制装置运动，实现室内自主移动。
本发明由控制部分、驱动部分、传动部分、执行部分、检测部分、外壳六部分组成，应用了超声传感器通过三角定位原理实现装置和老人的定位功能，应用Bug算法实现避障和路径规划，使用人脸识别算法及PID控制实现老人最终准确定位，应用了电动推杆驱动八连杆机构实现符合人体力学轨迹的起立抬升功能，应用柔性仿生结构实现抬起过程中的保护，应用摇杆完成老人在室内的自主移动，最终实现自动定位、辅助起立及室内自主移动的功能。本发明提供的一种基于室内定位和人工智能的辅助起立装置能够减轻独居老人的生活困难及子女和社会的养老压力。
工业实用性
本发明所述的基于室内定位和人工智能的辅助起立装置及其方法可以在辅助器械领域制造并使用。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
