一种护士机器人
阅读说明：本技术 一种护士机器人 (Nurse robot ) 是由 郭士杰 卢浩 杨志强 陈力 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明属于康复医疗技术领域,具体涉及一种护士机器人,包括移动底座组件、前后俯仰组件、左右摆动组件、胸腔架、以及安装在胸腔架左右两侧的上肢组件；前后俯仰组件包括俯仰驱动电机、连接做俯仰驱动电机输出轴上的俯仰主动带轮、与俯仰主动带轮通过带传动链接的俯仰从动带轮、与俯仰从动带轮同轴连接的俯仰涡杆、与俯仰蜗杆啮合的俯仰蜗轮以及固定连接在俯仰蜗轮上的俯仰轴；俯仰蜗轮与摆动蜗轮的转轴相互垂直。本发明通过前后俯仰组件能够实现护士机器人的前俯后仰,通过左右摆动组件能够实现护士机器人腰部的左右摆动,另外通过上肢组件可以实现对病人的抱起、送药、送饭等,能够对病人完成一般的护理和监控病人的状态。(The invention belongs to the technical field of rehabilitation medicine, and particularly relates to a nurse robot which comprises a movable base assembly, a front-back pitching assembly, a left-right swinging assembly, a thoracic cavity frame and upper limb assemblies, wherein the upper limb assemblies are arranged on the left side and the right side of the thoracic cavity frame; the front-back pitching assembly comprises a pitching driving motor, a pitching driving belt wheel connected with an output shaft of the pitching driving motor, a pitching driven belt wheel connected with the pitching driving belt wheel through belt transmission, a pitching worm rod coaxially connected with the pitching driven belt wheel, a pitching worm wheel meshed with the pitching worm and a pitching shaft fixedly connected to the pitching worm wheel; the rotating shafts of the pitching worm gear and the swinging worm gear are vertical to each other. The nursing robot can pitch forward and backward through the front-back pitching assembly, can swing left and right of the waist of the nursing robot through the left-right swinging assembly, can hold up, deliver medicine, deliver meal and the like to a patient through the upper limb assembly, and can perform general nursing to the patient and monitor the state of the patient.)
技术领域
本发明属于康复医疗技术领域，具体涉及一种护士机器人。
背景技术
重大传染病和突发公共卫生事件发生时，常伴有医护人员感染，导致病患交叉感染、隔离环境难有效控制等难题。为解决这些难题及护士不足的问题，本申请研究远程操作护士机器人，旨在研发一种具备消毒、患者健康状态监测、对患者进行搀扶、移动辅助、送饭(水)送药、喂饭(水)喂药、换输液袋、生活照料、推轮椅以及情感陪护等功能的护士机器人，满足传染病房内多模式环境下的患者照顾需求。对解决疫情突发期间医护人员不足、无法为患者提供必要照护及24小时无缝监护等问题至关重要，社会意义重大。另一方面，机器人护士更有利于患者病历管理和医疗数据的积累、整理与传输，对提高医疗智能化水平，具有重要意义。护士机器人也可用于普通病房、居家、养老机构等场所，可有效缓解我国人口老龄化背景下养老护理人手不足问题，从而减轻子女负担，提高老人的生活品质。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的医护人员不足、容易病患人员与医护人员之间容易产生交叉感染的问题，提供一种护士机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种护士机器人，其特征在于：包括：移动底座组件、前后俯仰组件、左右摆动组件、胸腔架、以及安装在胸腔架左右两侧的上肢组件；移动底座组件上固定安装有俯仰支架，前后俯仰组件包括安装在俯仰支架上的俯仰驱动电机、连接做所述俯仰驱动电机输出轴上的俯仰主动带轮、与所述俯仰主动带轮通过带传动链接的俯仰从动带轮、与所述俯仰从动带轮同轴连接的俯仰涡杆、与所述俯仰蜗杆啮合的俯仰蜗轮以及固定连接在俯仰蜗轮上的俯仰轴；俯仰支架上通过俯仰轴转动连接有第一连接架，俯仰轴通过轴承安装在俯仰支架上，所述第一连接架上安装有摆动支架，所述左右摆动组件包括通过电机支架安装在摆动支架上的摆动电机、连接在摆动电机输出轴上的摆动主动带轮、与所述摆动主动带轮通过带传动连接的摆动从动带轮、与所述摆动从动带轮同轴连接的摆动蜗杆、与所述摆动蜗杆啮合的摆动蜗轮固定在所述摆动蜗轮中心的摆动轴；摆动支架上通过摆动轴转动连接有第二连接架，摆动轴通过轴承安装在所述摆动支架上；所述俯仰蜗轮与所述摆动蜗轮的转轴相互垂直。
进一步地，所述第二连接架上固定安装有第三连接架，第三连接架内安装驱动器，第三连接架上固定有第四连接架，所述第四连接架上端中心处的前后侧具有安装挡块，安装挡块的两侧对称设置有从中间向左右两侧倾斜的第一对接面；所述第四连接架上侧面安装胸腔架，所述胸腔架的下侧面为与所述第一对接面倾斜角度相同的第二对接面，胸腔架的下侧的中间位置安装在两安装挡块之间，并通过螺栓固定在第四连接架上；两所述第二对接面设置在安装档卡的左右两侧。
进一步地，所述上肢组件包括：肩关节组件、第一大臂连架、第二大臂连架、肘关节组件、第一小臂连架、第二小臂连架和手部；肩关节组件包括：安装在胸腔架内的第一肩关节电机、安装在所述第一肩关节电机输出轴上的第一主动齿轮、与所述第一主动齿轮啮合的第一从动齿轮、与所述第一从动齿轮同轴连接的第一肩关节蜗杆、与所述第一肩关节蜗杆啮合的第一肩关节涡轮、与所述第一肩关节涡轮同轴连接的第一肩关节主动锥齿轮、安装在胸腔架内的第二肩关节电机、安装在所述第二肩关节电机输出轴上的第二主动齿轮、与所述第二主动齿轮啮合的第二从动齿轮、与所述第二从动齿轮同轴连接的第二肩关节蜗杆、与所述第二肩关节蜗杆啮合的第二肩关节涡轮、与所述第二肩关节涡轮同轴连接的第二肩关节主动锥齿轮以及均与所述第一肩关节主动锥齿轮和第二肩关节主动锥齿轮啮合的第一肩关节从动锥齿轮；所述第一肩关节主动锥齿轮与所述第二肩关节主动锥齿轮通过轴承相对安装在第一肩关节转轴上。第一肩关节转轴与胸腔架的上下两端固定连接，所述第一肩关节从动锥齿轮位于第一肩关节主动锥齿轮和第二肩关节主动锥齿轮之间；所述第一肩关节连架通过轴承转动安装在第一肩关节转轴的两端。
进一步地，所述胸腔架的上端用来与所述第一肩关节连架对接的面为从中间向左右两侧向下倾斜的肩关节安装斜面，肩关节安装斜面与第二对接面平行。
进一步地，第二肩关节连接架固定安装在第一肩关节从动锥齿轮的转轴上，肩关节组件还包括：安装在第二肩关节连接架内的第三肩关节电机、安装在所述第三肩关节电机输出轴上的第三肩关节主动带轮、与所述第三肩关节主动带轮带传动连接的第三肩关节从动带轮、与所述第三肩关节从动带轮同轴连接的第三肩关节主动锥齿轮、与所述第三肩关节主动锥齿轮啮合的第三肩关节从动锥齿轮、安装在第二肩关节连接架内的第四肩关节电机、安装在所述第四肩关节电机输出轴上的第四肩关节主动带轮、与所述第四肩关节主动带轮带传动连接的第四肩关节从动带轮、与所述第四肩关节从动带轮同轴连接的第四肩关节主动锥齿轮、与所述第四肩关节主动锥齿轮啮合的第四肩关节从动锥齿轮、以及均与所述第三肩关节从动锥齿轮和第四肩关节从动锥齿轮啮合的第五肩关节从动锥齿轮。
进一步地，所述第三肩关节主动锥齿轮和所述第四肩关节主动锥齿轮相对设置且均通过轴承安装在第二肩关节转轴上，第五肩关节从动锥齿轮被夹持在所述第三肩关节从动锥齿轮和第四肩关节从动锥齿轮之间；第一大臂连架转动连接在第二肩关节连接架的末端，第二肩关节转轴与第二肩关节连接架固定连接，第一大臂连架通过轴承转动安装在所述第二肩关节转轴上，第二大臂连架与第五肩关节从动锥齿轮的转轴固定连接。
进一步地，所述肘关节组件包括：安装在第二大臂连架内的第一肘关节电机、与所述第一肘关节电机的输出轴连接的第一肘关节主动带轮、与所述第一肘关节主动带轮通过带连接的第一肘关节从动带轮、与所述第一肘关节从动带轮同轴连接的第一肘关节主动锥齿轮、与所述第一肘关节主动锥齿轮啮合的第一肘关节从动锥齿轮、安装在第二大臂连架内的第二肘关节电机、与所述第二肘关节电机的输出轴连接的第二肘关节主动带轮、与所述第二肘关节主动带轮通过带连接的第二肘关节从动带轮、与所述第二肘关节从动带轮同轴连接的第二肘关节主动锥齿轮、与所述第二肘关节主动锥齿轮啮合的第二肘关节从动锥齿轮以及与第一肘关节从动锥齿轮和第二肘关节从动锥齿轮均啮合的第三肘关节从动锥齿轮；第二大臂连架的下端转动连接有第一小臂连架，第一肘关节从动锥齿轮和第二肘关节从动锥齿轮转动安装在同一个肘关节转轴上，肘关节转轴与第二大臂连架固定连接，肘关节转轴的两端通过轴承转动安装在第一小臂连架上，所述第三肘关节从动锥齿轮位于第一肘关节从动锥齿轮和第二肘关节从动锥齿轮之间。
进一步地，所述第二肘关节从动锥齿轮的转轴上固定连接有第二小臂连架，所述第二小臂连架的末端转动连接有手部。
进一步地，所述胸腔架上端的中心位置为平面且安装有头部组件，头部组件上具有摄像头。
更进一步地，所述第一连接架的上面具有定位槽，所述摆动支架包括四个相互平行设置的第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板和第四支撑板，四个支撑板的下端具有定位条，通过定位条卡设到定位槽到正确的位置后，再通过螺栓将四个支撑板于第一连接架固定在一起。
本发明的一种护士机器人的有益效果是：
1、通过前后俯仰组件能够实现护士机器人的前俯后仰，通过左右摆动组件能够实现护士机器人腰部的左右摆动，另外通过上肢组件可以实现对病人的抱起、送药、送饭等，能够对病人完成一般的护理和监控病人的状态。
2、肩关节的驱动机构安装在胸腔架的内部以及第一大臂连架的内部，肘关节的驱动机构安装在第一小臂连架的内部，保证护士机器人的外表没有突出的结构，减小机器人的体积，包上人造皮肤后在护理病人时给病人产生亲和感和舒适感。
3、将胸腔架的上端设置肩关节安装斜面，更类似人类肩膀处的机构使手臂运动更灵活。
附图说明
下面结合附图和
具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例整体立体结构图；
图2是本发明实施例的前后俯仰组件立体图；
图3是本发明实施例的左右摆动组件立体图；
图4是本发明实施例的左右摆动组件缺省部分部件后立体图；
图5是本发明实施例的胸腔架附近零部件图；
图6是本发明实施例的肩关节组件的部分结构图；
图7是本发明实施例的肘关节组件的部分结构图；
图8是本发明实施例的摆动支架的立体图；
图9是本发明实施例的第四连接架结构图。
图中:1、麦克纳姆轮，2、俯仰支架，3、俯仰驱动电机，4、俯仰主动带轮，5、俯仰从动带轮，6、俯仰涡杆，7、俯仰蜗轮，8、俯仰轴，9、第一连接架，91、定位槽，10、摆动支架，11、第一支撑板，12、第二支撑板，13、第三支撑板，14、第四支撑板，15、定位条，16、摆动电机，17、摆动主动带轮，18、摆动从动带轮，19、摆动蜗杆，20、摆动蜗轮，21、摆动轴，22、第二连接架，23、第三连接架，24、第四连接架，241、安装挡块，242、第一对接面，25、胸腔架，251、第二对接面，253、肩关节安装斜面，26、第一肩关节电机，27、第一主动齿轮，28、第一从动齿轮，29、第一肩关节蜗杆，30、第一肩关节涡轮，31、第一肩关节主动锥齿轮，32、第二肩关节电机，34、第二从动齿轮，35、第二肩关节蜗杆，36、第二肩关节涡轮，37、第二肩关节主动锥齿轮，38、第一肩关节从动锥齿轮，39、第一肩关节转轴，40、第一肩关节连架，41、头部组件，42、第二肩关节连接架，43、第三肩关节电机，44、第三肩关节主动带轮，45、第三肩关节从动带轮，46、第三肩关节主动锥齿轮，47、第三肩关节从动锥齿轮，48、第四肩关节电机，49、第四肩关节主动带轮，50、第四肩关节从动带轮，51、第四肩关节主动锥齿轮，52、第四肩关节从动锥齿轮，53、第一大臂连架，54、第二肩关节转轴，55、第五肩关节从动锥齿轮，56、第二大臂连架，57、第一肘关节电机，58、第一肘关节主动带轮，59、第一肘关节从动带轮，60、第一肘关节主动锥齿轮，61、第一肘关节从动锥齿轮，62、第二肘关节电机，63、第二肘关节主动带轮，64、第二肘关节从动带轮，65、第二肘关节主动锥齿轮，66、第二肘关节从动锥齿轮，67、第三肘关节从动锥齿轮，68、第一小臂连架，69、肘关节转轴，70、手部，71、摄像头，72、第二小臂连架。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图9所示的本发明的一种护士机器人的具体实施例，
包括移动底座组件、前后俯仰组件、左右摆动组件、胸腔架25、以及安装在胸腔架25左右两侧的上肢组件；
移动底座组件包括底架以及安装在底架四个角位置的四个麦克纳姆轮1；底架上放置有蓄电池。
参见图1和图2，底架上固定安装有俯仰支架2，前后俯仰组件包括安装在俯仰支架2上的俯仰驱动电机3、连接做所述俯仰驱动电机3输出轴上的俯仰主动带轮4、与所述俯仰主动带轮4通过带传动链接的俯仰从动带轮5、与所述俯仰从动带轮5同轴连接的俯仰涡杆6、与所述俯仰蜗杆啮合的俯仰蜗轮7以及固定连接在俯仰蜗轮7上的俯仰轴8。
俯仰支架2上通过俯仰轴8转动连接有第一连接架9，俯仰轴8通过轴承安装在俯仰支架2上，所述第一连接架9上安装有摆动支架10，第一连接架9的上面具有定位槽91，摆动支架10包括四个相互平行设置的第一支撑板11、第二支撑板12、第三支撑板13和第四支撑板14，参见图8，四个支撑板的下端具有定位条15，通过定位条15卡设到定位槽91到正确的位置后，再通过螺栓将四个支撑板于第一连接架9固定在一起。
参见图3，所述左右摆动组件包括通过电机支架安装在摆动支架10上的摆动电机16、连接在摆动电机16输出轴上的摆动主动带轮17、与所述摆动主动带轮17通过带传动连接的摆动从动带轮18、与所述摆动从动带轮18同轴连接的摆动蜗杆19、与所述摆动蜗杆19啮合的摆动蜗轮20固定在所述摆动蜗轮20中心的摆动轴21；摆动支架10上通过摆动轴21转动连接有第二连接架22，摆动轴21通过轴承安装在所述摆动支架10上；摆动电机16、摆动主动带轮17、摆动从动带轮18、摆动蜗杆19、摆动蜗轮20位于第一支撑板11和第二支撑板12形成的空间内。其中俯仰蜗轮7与所述摆动蜗轮20的转轴相互垂直。
第二连接架22上固定安装有第三连接架23，第三连接架23内安装驱动器，第三连接架23上固定有第四连接架24，参见图9，第四连接架24上端中心处的前后侧具有安装挡块24，安装挡块241的两侧对称设置有从中间向左右两侧倾斜的第一对接面242；所述第四连接架24上侧面安装胸腔架25，所述胸腔架25的下侧面为与所述第一对接面242倾斜角度相同的第二对接面251，胸腔架25的下侧的中间位置安装在两安装挡块241之间，并通过螺栓固定在第四连接架24上。两所述第二对接面251设置在安装档卡24的左右两侧。
两上肢组件对称安装在胸腔架25的左右两侧，参见图1，上肢组件包括：肩关节组件、第一大臂连架53、第二大臂连架56、肘关节组件、第一小臂连架68、第二小臂连架73和手部70。参见图5，肩关节组件包括：安装在胸腔架25内的第一肩关节电机26、安装在所述第一肩关节电机26输出轴上的第一主动齿轮27、与所述第一主动齿轮27啮合的第一从动齿轮28、与所述第一从动齿轮28同轴连接的第一肩关节蜗杆29、与所述第一肩关节蜗杆29啮合的第一肩关节涡轮30、与所述第一肩关节涡轮30同轴连接的第一肩关节主动锥齿轮31、安装在胸腔架25内的第二肩关节电机32、安装在所述第二肩关节电机32输出轴上的第二主动齿轮未示出、与所述第二主动齿轮啮合的第二从动齿轮34、与所述第二从动齿轮34同轴连接的第二肩关节蜗杆35、与所述第二肩关节蜗杆35啮合的第二肩关节涡轮36、与所述第二肩关节涡轮36同轴连接的第二肩关节主动锥齿轮37以及均与所述第一肩关节主动锥齿轮31和第二肩关节主动锥齿轮37啮合的第一肩关节从动锥齿轮38；所述第一肩关节主动锥齿轮31与所述第二肩关节主动锥齿轮37通过轴承相对安装在第一肩关节转轴39上。第一肩关节转轴39与胸腔架25的上下两端固定连接，所述第一肩关节从动锥齿轮38位于第一肩关节主动锥齿轮31和第二肩关节主动锥齿轮37之间。第一肩关节连架40通过轴承转动安装在第一肩关节转轴39的两端。
参见图5，胸腔架25的上端用来与所述第一肩关节连架40对接的面为从中间向左右两侧向下倾斜的肩关节安装斜面253，肩关节安装斜面253与第二对接面251平行，这种结构跟类似人体的肩膀处结构。胸腔架25上端的中心位置为平面且安装有头部组件41，头部组件41上具有摄像头71，相当于人类的眼睛。
参见图6，第二肩关节连接架42固定安装在第一肩关节从动锥齿轮38的转轴上，肩关节组件还包括：安装在第二肩关节连接架42内的第三肩关节电机43、安装在所述第三肩关节电机43输出轴上的第三肩关节主动带轮44、与所述第三肩关节主动带轮44带传动连接的第三肩关节从动带轮45、与所述第三肩关节从动带轮45同轴连接的第三肩关节主动锥齿轮46、与所述第三肩关节主动锥齿轮46啮合的第三肩关节从动锥齿轮47、安装在第二肩关节连接架42内的第四肩关节电机48、安装在所述第四肩关节电机48输出轴上的第四肩关节主动带轮49、与所述第四肩关节主动带轮49带传动连接的第四肩关节从动带轮50、与所述第四肩关节从动带轮50同轴连接的第四肩关节主动锥齿轮51、与所述第四肩关节主动锥齿轮51啮合的第四肩关节从动锥齿轮52、以及均与所述第三肩关节从动锥齿轮47和第四肩关节从动锥齿轮52啮合的第五肩关节从动锥齿轮55。
第三肩关节主动锥齿轮46和第四肩关节主动锥齿轮51相对设置且均通过轴承安装在第二肩关节转轴54上，第五肩关节从动锥齿轮55被夹持在所述第三肩关节从动锥齿轮47和第四肩关节从动锥齿轮52之间。第一大臂连架53转动连接在第二肩关节连接架42的末端，第二肩关节转轴54与第二肩关节连接架42固定连接，第一大臂连架53通过轴承转动安装在所述第二肩关节转轴54上，第二大臂连架56与第五肩关节从动锥齿轮55的转轴固定连接。
参见图7，肘关节组件的驱动部分安装在第二大臂连架56内，肘关节组件包括：安装在第二大臂连架56内的第一肘关节电机57、与所述第一肘关节电机57的输出轴连接的第一肘关节主动带轮58、与所述第一肘关节主动带轮58通过带连接的第一肘关节从动带轮59、与所述第一肘关节从动带轮59同轴连接的第一肘关节主动锥齿轮60、与所述第一肘关节主动锥齿轮60啮合的第一肘关节从动锥齿轮61、安装在第二大臂连架56内的第二肘关节电机62、与所述第二肘关节电机62的输出轴连接的第二肘关节主动带轮63、与所述第二肘关节主动带轮63通过带连接的第二肘关节从动带轮64、与所述第二肘关节从动带轮64同轴连接的第二肘关节主动锥齿轮65、与所述第二肘关节主动锥齿轮65啮合的第二肘关节从动锥齿轮66以及与第一肘关节从动锥齿轮61和第二肘关节从动锥齿轮66均啮合的第三肘关节从动锥齿轮67；第二大臂连架56的下端转动连接有第一小臂连架68，第一肘关节从动锥齿轮61和第二肘关节从动锥齿轮66转动安装在同一个肘关节转轴69上，肘关节转轴69与第二大臂连架56固定连接，肘关节转轴69的两端通过轴承转动安装在第一小臂连架68上，所述第三肘关节从动锥齿轮67位于第一肘关节从动锥齿轮61和第二肘关节从动锥齿轮66之间。
第二肘关节从动锥齿轮67的转轴上固定连接有第二小臂连架72，第二小臂连架72的末端转动连接有手部70。
本发明实施例的附图中仅表现出了护士机器人内部的机械传动结构，还需要在机械传动结构外部包上人造皮肤，人体皮肤使机器人更温和的与病人接触。
本发明实施例能够实现对病人的贴身陪护，时刻监控病人的表情状态以及需求，通过摄像头71拍摄实时视频和图像反馈给远端的监控室。本发明实施例还能为病人喂药送药服务以及将病人抱起的动作。
本发明的各关节的运动过程为：
麦克娜姆轮可以带动护士机器人移动、转弯等。前后俯仰组件和左右摆动组件均是通过蜗杆带动涡轮转动进而带动与涡轮固定连接的架体转动分别实现身体的俯仰和左右摆动动作。
上肢组件的肩关节采用两个差动机构实现机器人肩关节的灵活运动，以肩关节组件为例说明差动运动的工作原理和过程，若第一肩关节主动锥齿轮31和第二肩关节主动锥齿轮37同向同速转动，则带动第一肩关节从动锥齿轮38绕其自身的转轴转动，实现大臂绕自身轴线的内旋和外旋运动。若第一肩关节主动锥齿轮31和第二肩关节主动锥齿轮37反向同速运动，则带动第一肩关节从动锥齿轮38绕第一肩关节转轴39转动，实现大臂的内收和外展运动。若第一肩关节主动锥齿轮31和第二肩关节主动锥齿轮37同向不同速转动或者反向不同速运动，则实现内旋/外旋和内收/外展的复合运动。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
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