CN111803336A - 助行装置和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明的助行装置包括至少一吸盘，吸盘能够吸附在人体体表或助吸服上，而使人体与吸盘连接在一起。包括至少一机械臂，机械臂连接在吸盘上，能够带动吸盘在空间移动/旋转。包括一底盘，底盘上布置有行走装置，能够带动助行装置移动。机械臂连接在底盘上。吸盘优选负压吸盘。使用时，吸盘吸附在人体/助吸服上，机械臂带动吸盘移动进而带动人体移动，改变人体姿态/位置。吸盘能够从人体脱离而放开人体。

Description

助行装置和使用方法

技术领域

本发明涉及一种助行装置和使用方法，尤其是涉及失能人士的助行装置和方法。

背景技术

各种辅助失能人士和老年人行走的助行装置很多。如一种市售的邦邦车，能够把人固定在车上，能够把人从坐姿变成站姿，带动人行走。

然而，使用邦邦车时需要用绑带把使用者固定在车子上，对于上肢失能的用户无法独立完成这一步骤。

发明内容

本发明提供了一种能方便把人体固定在器具上的助行装置，和该装置的使用方法。

本发明的助行装置包括至少一吸盘，吸盘能够吸附在人体体表或助吸服上，而使人体与吸盘连接在一起。包括至少一机械臂，机械臂连接在吸盘上，能够带动吸盘在空间移动/旋转。包括一底盘，底盘上布置有行走装置，能够带动助行装置移动。机械臂能够连接在底盘上。吸盘优选负压吸盘。助行装置包括一负压装置，负压装置能够把空气从吸盘中排出而产生负压。负压装置包括排气泵。助行装置包括压力测量装置，能够测量吸盘中的气压。包括气压调节阀，能够调节吸盘中的气压。

使用时，吸盘吸附在人体/助吸服上，机械臂带动吸盘移动进而带动人体移动，改变人体姿态/位置。吸盘能够从人体脱离而放开人体。

助行装置的控制模块能够实时读取气压传感器的数据，得到吸盘内的气压值。当吸盘内的气压值处于预设的气压范围内时，控制模块能够给机械臂控制模块发送气压达标信号。机械臂控制模块包括至少一锁止装置，锁止装置能够锁止机械臂的位置。锁止装置处于常锁止状态。机械臂控制模块在接收到气压达标信号后，锁止装置解锁机械臂，机械臂运动。

助行装置能够包括至少一助吸服，助吸服包括至少一结构片。

本发明的助行装置克服了现有装置通过绑带固定用户的不方便，使上肢失能者能够方便地使用助行装置。

附图说明

图1是助行装置的原理图；

图2是吸盘的原理图；

图3是一种吸盘结构示意图；

图4是一种吸盘结构示意图；

图5是一种吸盘结构示意图；

图6是人体站立姿势时助行装置图；

图7是人体坐姿时助行装置图；

图8是助吸服结构片示意图；

附图中相同的编号代表相同或相近的组成部分。

具体实施方式

图1中，助行装置包括至少一吸盘2。吸盘2能够吸附住人体1，使人体固定在吸盘2上，并保持与吸盘2的位置不变 。吸盘2与机械臂组件3连接。机械臂组件3与机架5连接。机械臂3能够带动吸盘2在空间中运动/旋转，使吸盘靠近/远离人体。机架5连接有行走机构6，行走机构能够带动底盘移动/转向。当吸盘2吸附在人体1上时，机械臂3能够举起/放下人体，能够带动人体站立/坐下/俯仰/转动，改变人体的姿态，助行装置能够带动人体移动，把人体运送到指定位置。助行装置包括电源组件，电源组件包括蓄电装置，能够储存电能，驱动其他模块工作。助行装置包括运动控制模块，运动控制模块能够通过人操纵或自动控制助行装置移动。助行装置包括环境感知模块，环境感知模块包括超声波雷达和/或激光雷达和/或电磁波雷达，能够感知环境中的障碍物。运动控制模块能够在移动中避开障碍物。运动控制模块能够根据运动区域中的障碍物情况规划到目的地的移动路径。助行装置包括人工操作模块，能够通过有线/无线方式接受人的操作命令，控制助行装置工作。机械臂能够是伺服电机驱动的，或液压、气压、电磁驱动的。

图2中的吸盘能够依靠负压吸附人体。负压吸盘2包括至少一刚性壳体211和至少一布置有多个气孔的吸附面210。吸盘2通过管道403与负压装置4连接。负压装置4包括至少一排气泵401，能够抽取吸盘2中的空气，使吸盘2的空腔中产生低于大气压的负压。吸盘2能够包括止回阀405，止回阀405布置在排气管路中，使空气只能从吸盘流出。吸盘2能够包括气压调节装置，气压调节装置能够控制吸盘2的工作气压范围。气压调节装置包括气压传感器215、气阀217和控制模块219。气压传感器215能测量吸盘2中的气压，并把测量数据传递给控制模块219。控制模块219能控制气阀217的开合状态。预设负压吸盘的工作气压范围，如0.99～0.5个大气压，优选0.95～0.8个大气压。工作时，负压装置4从吸盘中抽取空气，吸盘空腔中的气压降低。当吸盘腔中气压高于工作气压上限时，控制模块219控制气阀217关闭。当吸盘腔中的气压低于工作气压下限时，气阀217完全或部分打开，空气经气阀流入吸盘腔，以提高吸盘腔中的气压到设定范围内。气压调节装置能够是机械式的，能够是模拟电子或数字电子式的。工作时，气泵401从吸盘2中抽取空气，使吸盘腔中气压降低，外部空气从吸附面210的气孔流入吸盘腔。吸附面210的四周能够布置有至少一道柔性/半刚性密封件。把吸附面靠近物体表面，密封件贴合在物体上，阻碍外部空气流入，吸附面与物体表面间的空气被抽出，在大气压力的作用下，吸附面吸附贴合在物体表面上，使物体无法脱离吸盘2。吸附面210能够是柔性/半刚性/刚性的。当需要吸盘脱离人体时，关闭排气泵401，打开气阀217，使吸盘腔中气压与外部大气压平衡，吸盘脱离人体。在吸盘上布置有至少一个定位探头220。吸附面210能够是平面或曲面形态，优选与要吸附的人体部位体表三维形态相一致的曲面形态。使用时，控制模块219能够实时读取气压传感器215的数据，得到吸盘内的气压值。当吸盘内的气压值处于预设的气压范围内时，控制模块219能够给机械臂控制模块发送气压达标信号。机械臂控制模块包括至少一锁止装置，锁止装置能够锁止机械臂的位置。机械臂控制模块在接收到气压达标信号后，锁止装置解锁机械臂，机械臂能够带动吸盘运动。锁止装置能够是布置在机械臂驱动装置上的断路器，能切断机械臂驱动装置的电源。锁止装置能够是机械臂控制模块中的软件程序，程序包括至少一标志变量，该标志变量至少包括锁止和解锁两个状态。锁止时，标志变量值设定为锁止，解锁时，标志变量值设定为解锁。能设定一时间阙值，当负压装置启动后，吸盘内的气压在超过时间阙值后还没有达到预设的气压范围，控制模块能够发生声/光报警，能够向看护人员发送信息或拨打电话。

图3中负压吸盘2包括至少2个子吸盘213。各子吸盘之间和子吸盘与壳体之间布置有密封件212。子吸盘包括多孔的吸附面，能够吸附在物体表面上。子吸盘包括刚性壳体，子吸盘能够相对壳体移动。各个子吸盘能够彼此互相错动/滑动。工作时，当吸盘2靠近物体表面时，各子吸盘能够根据物体表面的曲面形态错动/移动，使各子吸盘能够分别牢固地吸附在物体表面上。每个子吸盘能够包括气压传感器215、气阀217和控制模块219，能够独立调节子吸盘空腔中的气压。每个子吸盘能够分别向机械臂控制模块发送气压达标信号。机械臂控制模块能够计算每个子吸盘产生的吸附力，当气压达标的子吸盘所产生的吸附力之和大于人体体重或预设的吸附力阙值后，机械臂的锁止装置才解锁。

图4中，吸盘2的吸附面上布置有至少一个沟槽，气孔2101布置在沟槽凹陷中。当吸附面贴近物体表面时，空气能够在沟槽中流动而进入气孔。因为沟槽中的空气是流动的，因此气压低于静止的空气压力，进而在吸附面与物体表面间形成负压，使物体吸附在吸盘上。

图5中，吸盘2的吸附面上包括多个凹陷区域，在凹陷区域底部布置有气孔2101。凹陷区域的边缘布置有至少一密封圈2103。密封圈能够是柔性的。当吸盘2贴近物体表面时，密封圈接触物体表面，凹陷区域中的空气被从气孔排出，密封圈阻止外部空气流入凹陷区域，产生负压。每一个凹陷区域形成一个子吸盘。凹陷区域所在位置的物体表面被吸附在吸盘上。

负压吸盘能够直接吸附在人的皮肤上，能够吸附在人的衣物上。因为人的衣物通常是透气的，吸盘能隔着衣物吸附在人的皮肤上。为了使负压吸盘吸附的更加牢固，也为了避免由于老年人皮肤松弛变薄而可能造成的伤害，能够使用助吸服辅助把人体吸附在吸盘上。

图6中，人体1穿着有助吸服。助吸服能够包括至少一结构片，结构片包括至少一躯干片71，能够包括至少一大腿片73，能够包括至少一小腿片75，能够包括至少一胳膊片。助吸服由柔性/半刚性/刚性材料制成，能够穿着在人体相应部位。助吸服材料为不透气或部分透气，如采用涂覆有不透气涂层/半透气涂层的纺织面料，或采用橡胶/塑料/尼龙片材。助吸服能够承受人体的重量。助吸服的躯干片71、大腿片73、小腿片75、胳膊片在使用状态时能够是一个圆筒形/锥筒形，躯干片穿着在人的躯干部位，大腿片穿着在大腿部位，小腿片穿着在小腿部位，胳膊片穿着在上臂和/或下臂部位。助吸服的结构片能包括至少一开口，开口处布置有连接件，连接件能是拉链/纽扣/绑带/卡扣/尼龙扣/魔术贴。能通过开口穿着/脱掉各结构片。躯干片开口能布置在胸部/背部/躯干侧部。大腿片/小腿片/胳膊片的开口能布置在前面/后面/侧面。躯干片能够包括至少一肩带，能够包括至少一裆部固定带。助行装置包括至少一躯干吸盘23，能够包括至少一大腿吸盘25，能够包括至少一小腿吸盘27，能够包括至少一胳膊吸盘。躯干吸盘、大腿吸盘、小腿吸盘、胳膊吸盘分别通过机械臂组件与助行装置连接，能够分别在机械臂组件的带动下在空间移动、旋转。各吸盘能够分别与负压装置连接，能够分别处于吸附状态和非吸附状态。

使用时，在人体相应部位穿上助吸服的各结构片。躯干部位穿上躯干片，大腿上穿着大腿片，小腿穿着小腿片。各结构片间能通过连接件彼此连接。助行装置靠近人体。躯干吸盘在机械臂组件的带动下，靠近人体躯干部，并吸附在助吸服的躯干片上。大腿吸盘在机械臂的带动下移动到大腿部位，并根据大腿是站立还是坐姿调整大腿吸盘的空间角度，吸附在大腿片上。小腿吸盘在机械臂的带动下移动到小腿部位，吸附在小腿片上。与各吸盘连接的机械臂组件升高，带动人体升高，举起人体。助行装置带动人体移动到目标位置。机械臂带动人体下降，使人体坐在椅子上或保持站立。各吸盘所连接的负压装置能够停止工作，与人体相应部位分离。

图7中，躯干吸盘23吸附在躯干片71上，大腿吸盘25吸附在大腿片73上，小腿吸盘27吸附在小腿片75上。躯干吸盘处于竖立位置，大腿吸盘处于水平位置且高度低于躯干吸盘，人体躯干和大腿位置被各吸盘限定，人体呈坐姿。助行装置能够包括至少一胳膊吸盘，胳膊吸盘能够吸附助吸服的胳膊片，机械臂组件能够带动胳膊吸盘移动，进而带动胳膊移动。助吸服包括至少一结构片连接件77。助吸服的各结构片之间能够通过连接件组合在一起。连接件包括但不限于弹性带/非弹性带，连接件能够解开。连接件能够在各结构片间传递力。当躯干吸盘吸附住躯干片把人体躯干举起时，躯干会由于重力而会向下坠。躯干片通过连接件77与大腿片连接，躯干片能够牵拉大腿片，抬起大腿，减缓人体下坠趋势。尤其是当人体为坐姿时，大腿吸盘使大腿处于水平姿态，躯干片牵拉大腿片，提供腿部支持。

助行装置的各吸盘能够在机械臂组件的带动下分别移动，大腿吸盘能够带动大腿从竖立姿态变为水平姿态，或从水平姿态变成竖立姿态。躯干吸盘能够带动躯干从直立姿态变成躺卧姿态，或从躺卧姿态变成直立姿态。小腿吸盘能够带动小腿在直立姿态与水平姿态间转换。助行装置能够通过调整各吸盘的空间位置/角度而改变人体的姿态，能够使人体从站姿变成坐姿，能够从坐姿变成躺卧姿势。也能够带动人体从卧姿变成坐姿，从坐姿变成站立姿态。当人体处于站姿或坐姿时，助行装置能够带动人体移动。

图8是助吸服的一个结构片，结构片包括包围体70，包围体能够穿着在躯干/四肢上，带动躯干/四肢运动。包围体能够承托躯干/四肢的重量。优选的包围体由半透气/不透气的纺织物材料制成。结构片包括一开口，能够通过开口展开包围体，把包围体穿着/包围在人体相应部位。开口处布置有至少一连接件703。连接件能够打开，方便穿着结构片。结构片能够贴身穿着，也能够穿着在衣服外面。结构片能够具有弹性。结构片的围长略大于人体部位尺寸，优选大于人体部位围长5CM。

结构片上能够布置有至少一个定位点701。助行装置的至少一个吸盘上能够布置至少一个定位探头，定位探头能够测量定位点的空间位置。一个定位探头能够测量多个定位点的空间位置，一个定位点的空间位置能够被多个定位探头测量。定位探头能够把定位点的空间位置信息传递给机械臂组件的控制模块。控制模块能够根据定位探头和定位点的空间位置关系确定吸盘与结构片之间的相对距离姿态角度等位置信息。控制模块根据上述信息控制机械臂带动吸盘移动，使吸盘根据定位点所指示的位置吸附在机构片上。定位探头能够布置在机械臂上，能够布置在助行装置的机架上。定位点能够是光学定位点，包括图案/图形，定位探头能够是图像/颜色感知装置，如摄像头。定位点能够是磁性器件，定位探头能够是磁性感知装置。定位点能够是声波发射装置，定位探头能够是声音接收定位装置。

当采用光学定位时，定位点能够是与结构片不同颜色的图案/图形。定位点能够被布置在结构片的外表面，多个定位点之间按预设规律排列，如直角三角形、正方形、直线排列。定位探头能够是摄像头，摄像头能够拍摄结构片和人体图像。图片被传送给定位模块，定位模块能够从图片中识别出定位点，能够测量摄像头与定位点之间的相对空间位置，并把空间位置信息传递给机械臂控制模块。机械臂控制模块能根据当前吸盘的位置和定位点的位置规划吸盘的移动路线，控制机械臂带动吸盘移动，使吸盘靠近定位点，进而靠近结构片并贴附在结构片上。负压装置启动，在负压的作用下，吸盘吸附住结构片。定位探头包括至少一距离测量模块，能够测量吸盘与结构片之间的距离，并把距离信息传递给机械臂控制模块。机械臂控制模块控制吸盘的移动距离和速度，避免吸盘碰撞人体。距离测量模块能够包括声波测距模块/光学测距模块/雷达测距模块/机械探杆测距。

当采用声波定位时，定位点能够包括至少一声波/超声波发射器件。定位探头包括至少一声波/超声波接收器件。定位探头能够利用公知的声音测向测距方法确定定位点的空间位置。

当采用磁性定位时，定位点包括至少一磁性器件，如磁片、磁条。定位探头包括至少一磁性感应元件，能够测量磁性器件的空间位置。

定位点能够是电磁波反射器件，如金属片。定位探头包括一雷达组件，能够发射雷达波，能够接收反射回来的雷达波并定位金属片的位置。

助行装置的吸盘能够采用电磁效应吸附助吸服。助吸服的局部或全部布置有铁磁材料。吸盘能够是电磁吸盘。吸盘包括至少一电磁铁。当电磁铁通电后，能够吸住助吸服上的铁磁材料，进而吸附人体。

助行装置的吸盘与助吸服间能够通过魔术扣贴合。吸盘包括至少一魔术贴，助吸服包括至少一能够相扣和的魔术贴。吸盘表面布置有魔术贴，在助吸服表面布置有魔术贴，吸盘上的魔术贴能够连接助吸服上的魔术贴，使吸盘与助吸服连接在一起。

助吸服上能够布置有至少一机械连接件，如金属环/塑料环。吸盘能够包括至少一机械连接件，如挂钩/登山扣。吸盘上的连接件能够扣住助吸服上的连接件，进而把吸盘和助吸服连接在一起。

助行装置包括至少一三维环境感知装置，三维环境感知装置能够包括激光雷达、三维激光测量装置、超声波雷达、三维结构光测量装置、TOF测量装置、双目立体视觉测量装置，优选激光雷达。三维环境感知装置能够实时测量空间中家具、墙壁、障碍物的位置。助行装置包括至少一控制模块，控制模块中能够预先设定空间环境模型，空间环境模型包括但不限于房间、家具、障碍物、墙壁、通道、地面的三维空间位置和三维模型。助行装置包括至少一空间定位装置，包括但不限于GPS、超声波定位、三维激光定位、雷达定位、图像定位。空间定位装置能够实时确定助行装置的位置，并根据预设的空间环境模型确定助行装置与空间中各物体间的相对位置，并据此确定助行装置的移动路线，以避开障碍物或到达目的地。助行装置的控制模块能够根据三维环境感知装置实时测量周围环境并实时建立/确定空间环境模型。能够在空间环境模型中预设目标位置，如吃饭时椅子的位置、休息时椅子的位置、座便的位置、行走时的路线。能够预设人处于各预设目标位置的时间，如12点处于吃饭的椅子上。助行装置的控制模块能够根据上述位置和时间带动人在预设的时间移动到预设目标位置。

当人处于坐姿时，如坐在椅子上，助行装置能够在人操作下或自动接近人体。躯干吸盘能够在机械臂的带动下向躯干移动。吸盘上的定位探头测量定位点的位置，并根据定位探头与定位点之间的空间位置控制吸盘向定位点移动。当吸盘与定位点处于预设的距离范围内时，如距离小于5CM，负压装置启动，吸盘内产生负压，吸盘吸附住助吸服和人体。人体与吸盘连接在一起。大腿吸盘在机械臂的带动下旋转成吸附面贴伏大腿表面的状态，优选吸附面从上向下吸附住大腿的前面或吸附面从侧面吸附住大腿的侧面。大腿吸盘吸附住大腿。躯干吸盘带动人体向上/向前移动。大腿吸盘向上移动。人体被从椅子上带起。助行装置移动，带动人体移动。大腿吸盘能够带动大腿从水平状态旋转成竖直状态，人体从坐姿转换为站立姿态。机械臂能够带动站立姿态的人体移动，站立在助行装置上，或站立在地面上。助行装置能够带动人体移动。当人站立在地面上时，大腿吸盘能够在机械臂的带动下，按照人行走时腿部的运动规律带动大腿抬起/放下，辅助人体运动。

当需要把人体放在椅子上时，机械臂带动大腿吸盘运动，把大腿调整成水平姿态。躯干吸盘带动躯干竖立，使人体处于坐姿。助行装置带动人体移动到椅子前面，把人体放在椅子上。各吸盘停止吸附人体，助行装置从人体离开。

当人处于仰卧躺姿时，助行装置能够帮助人体坐起。当人仰卧在床上时，助行装置能够从侧面接近人体，躯干吸盘能够旋转到吸附面向下的状态，吸盘能够旋转到方向与人体一致的状态。躯干吸盘从上面吸附人体躯干。大腿吸盘能够旋转到与大腿方向一致的状态，能够从上面或侧面吸附大腿。躯干吸盘向上提起并同时旋转，使人体躯干竖起。大腿吸盘带动大腿向上提起并离开床面。躯干吸盘和大腿吸盘旋转，带动人体到人体正面朝向助行装置的状态即人体朝向床侧面的状态。助行装置能够把人体放在床上使人体坐在床沿，也能够带动人体移动到其它位置。

Claims (10)

1.一种助行装置，包括机架、底盘、行走模块、电源模块，其特征是：

包括至少一负压吸盘，负压吸盘包括壳体和至少一吸附面；

包括至少一负压装置，所述负压吸盘能够与负压装置连接以在吸盘内产生负压使吸盘吸附住人体/助吸服；

包括至少一机械臂，所述机械臂与所述负压吸盘连接，所述机械臂能够带动负压吸盘移动/旋转；

所述机械臂与助行装置连接。

2.一种如权利要求1所述的助行装置，其特征是：

吸盘包括至少2个子吸盘，子吸盘之间/子吸盘与壳体之间布置有密封件；

子吸盘包括吸附面，子吸盘能够吸附在人体/助吸服上。

3.如权利要求1或2所述的助行装置，其特征是：

吸盘包括至少一气压调节装置，所述气压调节装置能够控制吸盘的工作气压范围。

4.一种助行装置，包括机架、底盘、行走模块、电源模块，其特征是：

包括至少一吸盘，所述吸盘能够与助吸服连接；

包括至少一机械臂，所述机械臂与所述吸盘连接，所述机械臂能够带动吸盘移动/旋转；

所述机械臂与助行装置连接。

5.如权利要求2所述的助行装置，其特征是：

所述吸盘是电磁吸盘。

6.如权利要求2所述的助行装置，其特征是：

所述吸盘包括至少一机械连接件，所述机械连接件能够与助吸服上的机械连接件连接在一起。

7.如权利要求2所述的助行装置，其特征是：

所述吸盘包括至少一魔术贴，所述魔术贴能够与助吸服上的魔术贴连接在一起。

8.一种如权利要求1或2所述的助行装置，其特征是：

吸盘上能够布置至少一个定位探头，定位探头能够测量助吸服上定位点的空间位置。

9.一种助行装置，包括：

包括至少一控制模块，控制模块中能够预先设定空间环境模型；

包括至少一空间定位装置，能够实时确定助行装置的位置；

控制模块能够根据预设的空间环境模型和助行装置的位置确定助行装置与空间中各物体的相对位置。

10.一种助行装置，包括：

至少一三维环境感知装置，三维环境感知装置能够实时测量空间中家具、墙壁、障碍物的位置；

包括至少一控制模块，控制模块能够根据三维环境感知装置实时测量的周围环境建立空间环境模型。

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