阅读说明：本技术 一种轮椅式移动双臂协作机器人 (Wheelchair type mobile double-arm cooperative robot ) 是由 李世其 李肖 韩可 贺平 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于机器人技术领域,并具体公开了一种轮椅式移动双臂协作机器人,其包括支持组件、移动组件、操作组件和智能控制单元,支持组件包括支架和在支架上的底座,底座上活动安装靠背；移动组件安装在支架下端；操作组件包括固定在靠背两侧的一对多自由度机械臂,日常状态时,两个机械臂末端位于底座以作为扶手；移动状态时,两个机械臂末端连接并位于靠背前侧,以作为安全带；操作状态时,机械臂末端与夹具连接,以实现辅助服务；平躺状态时,两个机械臂末端连接并位于靠背后侧,配合靠背翻倒,实现对靠背的支撑；智能控制单元用于控制移动组件和操作组件。本发明机器人可适应老人不同状态时的需求,为老人提供更多服务并保障其安全。(The invention belongs to the technical field of robots, and particularly discloses a wheelchair type mobile double-arm cooperative robot which comprises a supporting component, a mobile component, an operating component and an intelligent control unit, wherein the supporting component comprises a support and a base on the support, and a backrest is movably arranged on the base; the moving assembly is arranged at the lower end of the bracket; the operating assembly comprises a pair of multi-degree-of-freedom mechanical arms fixed on two sides of the backrest, and the tail ends of the two mechanical arms are positioned on the base to serve as handrails in a daily state; when the chair is in a moving state, the tail ends of the two mechanical arms are connected and positioned on the front side of the backrest to be used as a safety belt; in an operation state, the tail end of the mechanical arm is connected with the clamp so as to realize auxiliary service; when the chair lies down, the tail ends of the two mechanical arms are connected and positioned at the back side of the backrest, and the support for the backrest is realized by matching with the turnover of the backrest; the intelligent control unit is used for controlling the moving assembly and the operating assembly. The robot can meet the requirements of the old in different states, provide more services for the old and ensure the safety of the old.)

一种轮椅式移动双臂协作机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地，涉及一种轮椅式移动双臂协作机器人。

背景技术

目前，世界人口老龄化问题日益严重，老龄人口的比例不断增加，生育率不断下降。人口老龄化带来的直接问题便是老年人的监护和赡养问题，由于社会压力的逐步增大，老人“空巢率”越发提高。为了帮助“空巢老人”及行动不便者，提高他们的生活质量，各种各样的助老、助残装置应运而生。

相关技术人员已经对助老、助残装置做了一些研究。专利CN108670595A公开了一种多功能轮椅，包含轮椅本体、机械手臂及功能组件，其中包含具有显示屏组件座的功能组件安装在机械手臂上，用户可利用显示屏进行导航、娱乐等操作，且组件座的背面可作为置物平台或取物托盘，机械手臂以及功能组件可折叠。此多功能轮椅可以为老年人完成一些简单的操作，提高老年人的独立能力，但并不能够控制机械手帮助老年人抓取物体。专利CN110974562A公开了一种便老式的智能轮椅，包括有切换机构、设置在切换机构中的底盘、设置在底盘两侧的同步履带轮、连接在底盘上的椅子、设置在椅子两侧的箱体、椅子前端连接有脚踏板，其左箱体中设有用于物体抓取的机械手，右箱体设有血氧心率模块、LCD屏对老年人的身体情况进行监测和显示。此便老式的智能轮椅具有移动方式的切换、机械臂的抓取、身体健康监测功能，但并不能实现诸如喂饭、穿衣等复杂的灵巧操作，也不能够保证轮椅使用过程中的安全性。因此，为了更好地满足老年人日常生活的需求，提高老年人的生活质量，开发一种能够为老年人提供更多服务的机器人十分必要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种轮椅式移动双臂协作机器人，其目的在于，通过两个多自由度机械臂的灵活性协同工作，适应老人对于日常、移动、操作和平躺状态时的需求，为老人提供更多服务并保障其安全。

为实现上述目的，本发明提出了一种轮椅式移动双臂协作机器人，包括支持组件、移动组件、操作组件和智能控制单元，其中：

所述支持组件包括支架和固定在该支架上的底座，所述底座上活动安装有靠背；所述移动组件安装在所述支架下端，用于带动整个机器人运动；

所述操作组件包括固定在所述靠背两侧的一对多自由度机械臂，其具有四种状态：日常状态时，两个机械臂末端均位于底座上，以作为两侧扶手；移动状态时，两个机械臂末端连接并位于靠背前侧，以作为安全带；操作状态时，机械臂末端与夹具连接，以实现辅助服务；平躺状态时，两个机械臂末端连接并位于靠背后侧，配合靠背翻倒，实现对靠背的支撑；

所述智能控制单元用于控制所述移动组件和操作组件运动。

作为进一步优选的，所述智能控制单元包括传感器和微型计算机，所述传感器用于获取周围环境信息及人体信息，所述微型计算机用于接收并处理所述传感器信息，进而控制移动组件和操作组件运动。

作为进一步优选的，所述传感器包括电子皮肤，其贴附在多自由度机械臂表面，用于检测机械臂表面受力。

作为进一步优选的，所述传感器包括RGBD深度相机，其安装在多自由度机械臂末端，用于采集人体状态信息及周围环境信息。

作为进一步优选的，所述传感器包括激光雷达，该激光雷达用于为机器人进行定位导航；所述RGBD深度相机还安装在所述支架前后两侧，用于检测周围环境并辅助定位导航。

作为进一步优选的，所述微型计算机安装在所述支架上，该微型计算机上配置有外置扩音器；所述底座两侧设置有麦克风阵列，该麦克风阵列与所述微型计算机连接，用于接收外部语音指令。作为进一步优选的，多自由度机械臂末端设置有插拔式磁吸结构，该插拔式磁吸结构用于连接多功能夹具，该多功能夹具用于提供辅助服务。

作为进一步优选的，所述移动组件包括主动轮、从动轮和伺服电机，两个所述主动轮安装在所述支架后端两侧，并分别由不同伺服电机控制；两个所述从动轮通过从动轮转向机构安装在所述支架前端两侧。

作为进一步优选的，所述移动组件还包括控制箱和电池箱，其均安装在所述支架上，所述控制箱用于存放所述微型计算机，所述电池箱中电池与所述主动轮连接。

作为进一步优选的，其特征在于，还包括床铺，其高度与所述底座相当，当处于平躺状态时，所述底座与靠背形成的整体与该床铺对接。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、本发明在轮椅的两侧布置了两个多自由度机械臂，能够利用两个多自由度械臂的灵活性协同工作，同时为双臂设置了日常、移动、灵巧操作以及平躺四种状态：处于日常状态时，机器人的双臂充当轮椅两侧的扶手，防止老人侧向摔倒、保护老人安全；当机器人处于移动状态时，机器人的双臂充当轮椅的安全带，保护老人的安全；当机器人处于灵巧操作状态时，机器人能够为老人提供助餐、穿衣等服务；当机器人处于平躺状态时，机器人展开后能够和老人床铺完美衔接，成为老人床铺的一部分，为老人起居提供更大的便利。因此，该轮椅式机器人结构简单，能适应老人各种需求并保障其安全。

2、本发明双臂协作机器人处于灵巧操作状态时，能够利用两个多自由机械臂的灵活性协同工作，同时双臂能够结合老人手部的运动实现人机协同工作模式，在满足任务需求的情况下尽量降低机械臂的自由度，从而降低轮椅制造费用。

3、本发明双臂协作机器人在软件层面具备控制一体化的特点，具体的，智能控制单元能够接收机器人全身搭载的传感器信息，并进行分析处理，从而实现环境感知、健康监督、情感陪护和任务规划等功能，控制机器人操作部分为老人提供助餐、穿衣等灵巧操作服务，控制机器人移动部分的自适应运动，同时机器人移动部分和操作部分可以通过自由度共享实现一致性操作。

4、本发明多自由度机械臂的表面贴附了电子皮肤，当双臂表面受力超过一定阈值后，机械臂就会进入安全状态，停止运动，从而防止机械臂对老人的安全造成威胁。

5、本发明机械臂末端夹具和机械臂通过插拔式磁吸装置连接，由于磁吸机构具备可快速更换的特点，进而可以实现机械臂末端夹具的快速更换，通过两个多自由机械臂的灵活性协同工作，可为老人提供吃饭、穿衣等手臂精细操作服务。

附图说明

图1为本发明实施例轮椅式移动双臂协作机器人的立体结构示意图；

图2中A～D分别为本发明实施例轮椅式移动双臂协作机器人在日常状态、移动状态、操作状态、平躺状态下的示意图；

图3为本发明实施例轮椅式移动双臂协作机器人与老人床铺对接的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-支架，2-底座，3-靠背，4-踏板，5-多自由度左臂，6-多自由度右臂，7-手臂支撑，8、9-RGBD深度相机，10-激光雷达，11-从动轮转向机构，12-从动轮，13-主动轮，14-伺服电机，15-电池箱，16-控制箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供的一种轮椅式移动双臂协作机器人，如图1所示，包括支持组件、移动组件、操作组件和智能控制单元，其中：

所述支持组件包括支架1和固定在该支架1上的底座2，所述底座2上活动安装有靠背3；

所述移动组件为智能移动平台，其安装在所述支架1下端，用于带动整个机器人运动。具体的，所述移动组件包括主动轮13、从动轮12、伺服电机14、电池箱15和控制箱16，其中，两个所述主动轮13安装在所述支架1后端两侧，两个主动轮13利用左右两侧伺服电机14差速运动实现机器人的前进、后退及转向；两个所述从动轮12通过从动轮转向机构11安装在所述支架1前端两侧，两个从动轮12通过对应的从动轮转向机构11辅助主动轮完成转向运动，支架1前端设置有踏板4；控制箱16和电池箱15均安装在所述支架1上，所述控制箱16用于存放所述微型计算机，所述电池箱15中电池与所述伺服电机14连接。

所述操作组件包括固定在所述靠背两侧的一对多自由度机械臂，即多自由度左臂5和多自由度右臂6，其通过螺栓等易拆卸连接件固定在轮椅靠背上。其具有多种状态，如图2所示，当机器人处于日常状态时，两个机械臂末端位于底座两侧手臂支撑7上，机器人的双臂充当轮椅两侧的扶手，防止老人侧向摔倒、保护老人安全；当机器人处于移动状态时，两个机械臂末端连接并位于靠背前侧，以充当轮椅的安全带，保护老人的安全；当机器人处于灵巧操作状态时，机械臂末端与夹具连接，从而为老人提供助餐、穿衣等服务，具体的，单机械臂可以为老人完成一些简单的操作任务，如取放书本、传递水杯等，同时对于复杂的任务，如辅助老年人吃饭、穿衣等，可以通过机器人双臂相互协作更好地为老人提供服务；当机器人处于平躺状态时，如图3所示，两个机械臂末端连接并位于靠背后侧，配合靠背翻倒，实现对靠背的支撑，机器人展开后能够和老人床铺完美衔接，成为老人床铺的一部分，为老人起居提供更大的便利；此外，机器人还可以与无障碍马桶、洗澡设施无缝对接，方便失能老人上厕所和洗澡。

进一步的，同时机械臂末端夹具和机械臂通过插拔式磁吸装置连接，可以实现机械臂末端夹具的快速更换，通过两个多自由机械臂的灵活性协同工作，为老人提供吃饭、穿衣等手臂精细操作服务。

所述智能控制单元是由机器人全身搭载的传感器及微型计算机共同组成的服务机器人操作系统，其可以实现环境感知、健康监督、情感陪护、任务规划等功能。具体的，所述传感器包括移动部分搭载的RGBD深度相机8和9、激光雷达10，机器人操作部分搭载的RGBD深度相机、电子皮肤，以及机器人支持部分布置的声音接收器等传感器。所述微型计算机装载在机器人移动底盘的控制箱内，其能够接收机器人全身搭载的传感器所监测的信息，并对采集到的传感器数据进行分析处理，发送给电机控制板，然后控制机器人各部件进行运动，从而能够在复杂环境中实现自适应运动，实现控制一体化。

进一步的，所述电子皮肤贴附在多自由度机械臂表面，用于检测机械臂表面受力，当双臂表面受力超过一定阈值后，机械臂就会进入安全状态，停止运动，以保证老人的安全。多自由度机械臂末端安装有RGBD深度相机，该RGBD深度相机用于采集老人的身体状态信息，从而实现对老人的健康监督和助餐穿衣等服务。所述激光雷达用于为机器人进行定位导航，支架前后两侧也搭载有RGBD深度相机，用于获取视觉信息以检测周围环境并辅助定位导航。微型计算机上配置有外置扩音器，所述底座两侧设置有麦克风阵列，该麦克风阵列与所述微型计算机连接，可以实现提醒老人吃药、陪老人聊天，以及和老人家人通话等功能。

进一步的，所述微型计算机能够利用4G/5G将接收到的数据及处理结果上传至云服务器，以方便外部人员随时查看，同时老人能够通过智能控制单元和外部人员进行实时通信。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。