[发明专利]一种具有坡路助行功能的助行装置

说明书

本发明公开了一种具有坡路助行功能的助行装置，包括躯干、力感知部件、上平台、底盘和驱动系统；所述躯干包括电池、控制器、联杆、前支架、调节钮、调节杆和支板；所述力感知部件包括下固定板、支撑轴、上固定板、力传感器和直线轴承；所述上平台包括上扶杆、扶手和支撑板；所述底盘包括前轮、底板、后轮支架、阻尼器支架和后轮；所述驱动系统包括锥齿轮支架、阻尼器、蜗轮蜗杆减速器、电机、导电滑环、锥齿轮、锥齿轮轴、链条、链轮和驱动轮轴；本助行装置采用主被动混合驱动系统，可以为使用者在坡路行走时提供辅助力，并且下坡和上坡过程中均由阻尼器提供辅助力，不需要人机接口感知人机交互信息，易于进行人机交互力控制。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体是一种具有坡路助行功能的助行装置。

背景技术

运动对老年人保持健康状态具有重要作用，运动可以增强老年人身体机能，防止与老化有关的身体功能下降，防止渐进残疾，降低发病率和死亡率。步行是老年人运动的重要形式，对步行运动的需求，使助行器得到广泛应用。然而普通助行器许多情况下不能满足使用者在功能、舒适性和安全性等方面的需求，因此智能助行器的研究受到广泛关注。智能助行器通常是在传统助行器的基础上加装动力装置、制动装置、检测系统、控制系统等。按驱动形式不同，可分为主动式智能助行器和被动式智能助行器。

主动式智能助行器通常以伺服电机作为执行元件，应用人机接口感知使用者的意向运动信息，并跟随使用者运动，同时，提供辅助力，防止跌倒。麻省理工学院的研究人员研发的智能助行器为四轮结构，声纳阵列布置前部，两个扶手通过六维力/力矩传感器与底盘连接，采用伺服电机驱动助行器运动。日本科学技术研究所研制的主动式助行机器人JARoW(JAIST active robotic walker)，可以在室内为老年人提供自然、无约束、全方位的运动。JARoW由三个组成部分，底座、顶架和连接杆。底座和顶架均为弧形结构，底座下安装有三个全向轮。底座上安装有两个激光范围探测器，用以检测使用者下肢的位置。连接杆的长度可调，以适用于不用的使用者。使用时，使用者站立于弧形结构内，可以将前臂与手部置于顶架上。应用激光探测器信息实时估测使用者腿部和身体的位置，进而调整JARoW跟随使用者运动。台湾大学研制的智能助行器，应用于老年人及帕金森症患者。该机器人由传统四轮助行器改造而来，两个后轮为主动轮，车身前部安装有激光范围探测器，用以避障，后部安装有微型激光探测器，用以感知使用者腿部与机器人的距离，两个扶手处安装有八个力传感器，根据力传感器信息来决定直行还是转向，当检测到突然施加推力时机器人自动停止，防止跌倒。

被动式智能助行器不具备主动运动能力，在使用者的作用力下运动，可为使用者提供导航、避障等功能，应用伺服制动器为使用者提供辅助力，可实现按轨迹运行和防止跌倒等功能。日本山形大学研制的被动式智能助行器名为i-walker，用于助行和进行步态康复训练。i-walker由商用六轮助行器改造而来。助行器每侧有三个轮子，每侧中间的轮子加装了伺服制动器和旋转式编码器，在i-walker前部装有一个摄像机。通过控制两个伺服制动器，可以控制i-walker运动的速度和方向，应用编码器信息可以计算运行的距离和速度，应用摄像机获得的视觉信息，可使i-walker沿着地面上的预定轨迹运动。