專利名稱：一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能拐杖系統(tǒng)，尤其涉及一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，殘障人士的生活質(zhì)量受到越來越多的關(guān)注?，F(xiàn)階段各個(gè)企業(yè)研究機(jī)構(gòu)所研制的智能拐杖都是以為盲人導(dǎo)航為主要目的，還沒有出現(xiàn)一套帶有自主動(dòng)力的輔助單腿暫時(shí)或永久性殘障人群行走的智能拐杖系統(tǒng)。人們對腿式跳躍機(jī)器人動(dòng)態(tài)性能的研究已有四十余年的歷史，在實(shí)際應(yīng)用中，相對輪式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人的局限性，腿式跳躍機(jī)器人以點(diǎn)支撐的方式移動(dòng)，有著在不 規(guī)則和不平坦的地形環(huán)境中靈活運(yùn)動(dòng)的能力，更適合于在自然路況環(huán)境中快速移動(dòng)。本系統(tǒng)即致力于將智能拐杖概念與單腿跳躍機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出一套能通過檢測使用者身體位姿速度等信息實(shí)時(shí)調(diào)整跳躍步態(tài)從而達(dá)到輔助行走之目的。傳統(tǒng)拐杖需使用者自主將拐杖抬起、前移，而本套系統(tǒng)可以讓拐杖隨著使用者向前移動(dòng)自主向前跳躍。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)包括人體姿態(tài)測量模塊和拐杖模塊；人體姿態(tài)測量模塊包括第一加速度計(jì)、第二加速度計(jì)、第三加速度計(jì)、第四加速度計(jì)、第五加速度計(jì)、第一陀螺儀、第二陀螺儀、第三陀螺儀、第四陀螺儀、第五陀螺儀；第一加速度計(jì)和第一陀螺儀固定在人體胸前，第二加速度計(jì)和第二陀螺儀固定在人體右大腿前側(cè)，第三加速度計(jì)和第三陀螺儀固定在人體左大腿前側(cè)，第四加速度計(jì)和第四陀螺儀固定在人體右小腿前側(cè)，第五加速度計(jì)和第五陀螺儀固定在人體左小腿前側(cè)；拐杖模塊包括機(jī)身、大支撐桿、X軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)；機(jī)身包括第六加速度計(jì)、第六陀螺儀、主體機(jī)架、拐杖支撐、上多軸力傳感器、大萬向鉸、Y軸小萬向鉸、X軸小萬向鉸；拐杖支撐固定在主體機(jī)架上，拐杖支撐上邊沿固定有上多軸力傳感器，主體機(jī)架上固定有第六加速度計(jì)和第六陀螺儀、主體機(jī)架上鉸接有大萬向鉸、X軸小萬向鉸和Y軸小萬向鉸；大支撐桿包括第七加速度計(jì)、第七陀螺儀、Z軸電機(jī)、大支撐桿外殼、第一帶輪、第二帶輪、小支撐桿、下多軸力傳感器、大支撐桿下端蓋、 萬向套筒、大支撐桿上端蓋、大支撐桿絲杠、支撐彈簧、大支撐桿活塞、大支撐桿滑塊；大支撐桿外殼為圓筒型，大支撐桿外殼兩端分別固定有大支撐桿上端蓋和大支撐桿下端蓋，大支撐桿外殼外側(cè)固定有萬向套筒；大支撐桿外殼內(nèi)從上到下順次設(shè)有大支撐桿絲杠、大支撐桿活塞、支撐彈簧、小支撐桿，大支撐桿滑塊外側(cè)固定有第一帶輪，大支撐桿滑塊內(nèi)側(cè)與大支撐桿絲杠配合，小支撐桿通過大支撐桿下端蓋中心孔中穿過伸出大支撐桿外殼，大支撐桿上端蓋上同軸活動(dòng)連接有大支撐桿滑塊，第一帶輪通過皮帶與第二帶輪連接，第一帶輪與第二帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行，第二帶輪與Z軸電機(jī)的軸固定連接，小支撐桿上固定有第七加速度計(jì)和第七陀螺儀，小支撐桿下端固定有下多軸力傳感器；大支撐桿外殼外通過大萬向鉸與機(jī)身的主體機(jī)架相連；x擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中的X軸下萬向鉸和Y擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中的Y軸下萬向鉸在大支撐桿中的萬向套筒上相間90度布置。所述的X軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸電機(jī)、第三帶輪、第四帶輪、X軸絲杠、X軸滑塊、X軸擺動(dòng)連接件、X軸下萬向鉸；χ?jǐn)[動(dòng)連接件上活動(dòng)連接有X軸滑塊，X軸滑塊外側(cè)固定有第四帶輪，X軸滑塊內(nèi)側(cè)與X軸絲杠配合，第四帶輪通過皮帶與第三帶輪連接，第四帶輪與第三帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸保持平行，第三帶輪與X軸電機(jī)的軸固定連接，X軸絲杠一端與X軸下萬向鉸鉸接，X軸下萬向鉸與大支撐桿的萬向套筒鉸接。所述的Y軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Y軸電機(jī)、第五帶輪、第六帶輪、Y軸絲杠、Y軸滑塊、Y軸擺動(dòng)連接件、Y軸下萬向鉸'Y擺動(dòng)連接件上活動(dòng)連接有Y軸滑塊，Y軸滑塊外側(cè)固定有第六帶輪，Y軸滑塊內(nèi)側(cè)與Y軸絲杠配合，第六帶輪通過皮帶與第五帶輪連接，第六帶輪與第五帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸保持平行，第五帶輪與Y軸電機(jī)的軸固定連接，Y軸絲杠一端與Y軸下萬向 鉸鉸接，Y軸下萬向鉸與大支撐桿的萬向套筒鉸接。本發(fā)明通過人體姿態(tài)測量模塊采集人體運(yùn)動(dòng)信息，通過拐杖模塊中的加速度計(jì)和陀螺儀采集拐杖模塊的運(yùn)動(dòng)信息，通過拐杖模塊中的多維力傳感器采集拐杖模塊的受力信息，綜合上述信息后，計(jì)算機(jī)將發(fā)出控制信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使拐杖模塊自動(dòng)隨著使用者行走，使使用者行走更輕松。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
圖I為所述系統(tǒng)不意 圖2為所述拐杖模塊仰視 圖3為所述大支撐桿和所述Y軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的主視圖(大支撐桿去掉了大支撐桿外殼)。
具體實(shí)施例方式如圖1-3所示，輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)包括人體姿態(tài)測量模塊和拐杖模塊；人體姿態(tài)測量模塊包括第一加速度計(jì)I、第二加速度計(jì)2、第三加速度計(jì)3、第四加速度計(jì)4、第五加速度計(jì)5、第一陀螺儀8、第二陀螺儀9、第三陀螺儀10、第四陀螺儀11、第五陀螺儀12 ;第一加速度計(jì)I和第一陀螺儀8固定在人體胸前，第二加速度計(jì)2和第二陀螺儀9固定在人體右大腿前側(cè)，第三加速度計(jì)3和第三陀螺儀10固定在人體左大腿前側(cè)，第四加速度計(jì)4和第四陀螺儀11固定在人體右小腿前側(cè)，第五加速度計(jì)5和第五陀螺儀12固定在人體左小腿前側(cè)；拐杖模塊包括機(jī)身、大支撐桿、X軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)；機(jī)身包括第六加速度計(jì)6、第六陀螺儀13、主體機(jī)架15、拐杖支撐16、上多軸力傳感器20、大萬向鉸22、Y軸小萬向鉸23、Χ軸小萬向鉸24 ;拐杖支撐16固定在主體機(jī)架15上，拐杖支撐16上邊沿固定有上多軸力傳感器20，主體機(jī)架15上固定有第六加速度計(jì)6和第六陀螺儀13、主體機(jī)架15上鉸接有大萬向鉸22、X軸小萬向鉸和Y軸小萬向鉸；大支撐桿包括第七加速度計(jì)7、第七陀螺儀14、Ζ軸電機(jī)17、大支撐桿外殼21、第一帶輪25、第二帶輪26、小支撐桿31、下多軸力傳感器40、大支撐桿下端蓋41、萬向套筒42、大支撐桿上端蓋43、大支撐桿絲杠44、支撐彈簧45、大支撐桿活塞46、大支撐桿滑塊47 ;大支撐桿外殼21為圓筒型，大支撐桿外殼21兩端分別固定有大支撐桿上端蓋43和大支撐桿下端蓋41，大支撐桿外殼21外側(cè)固定有萬向套筒42 ;大支撐桿外殼8內(nèi)從上到下順次設(shè)有大支撐桿絲杠44、大支撐桿活塞46、支撐彈簧45、小支撐桿31，大支撐桿滑塊47外側(cè)固定有第一帶輪25，大支撐桿滑塊47內(nèi)側(cè)與大支撐桿絲杠44配合，小支撐桿31通過大支撐桿下端蓋41中心孔中穿過伸出大支撐桿外殼21，大支撐桿上端蓋43上同軸活動(dòng)連接有大支撐桿滑塊47，第一帶輪25通過皮帶與第二帶輪26連接，第一帶輪25與第二帶輪26的轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行，第二帶輪26與Z軸電機(jī)17的軸固定連接，小支撐桿31上固定有第七加速度計(jì)7和第七陀螺儀14，小支撐桿31下端固定有下多軸力傳感器40 ;大支撐桿外殼21外通過大萬向鉸22與機(jī)身的主體機(jī)架15相連；X擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中的X軸下萬向鉸38和Y擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中的Y軸下萬向鉸39在大支撐桿中的萬向套筒42上相間90度布置。所述的X軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸電機(jī)18、第三帶輪27、第四帶輪28、X軸絲杠32、X軸滑塊34、X軸擺動(dòng)連接件37、X軸下萬向鉸38 ；X擺動(dòng)連接件37上活動(dòng)連接有X軸滑塊34，X軸滑塊34外側(cè)固定有第四帶輪28，X軸滑塊34內(nèi)側(cè)與X軸絲杠32配合，第四帶輪28通過皮帶與第三帶輪27連接，第四帶輪28與第三帶輪27的轉(zhuǎn)動(dòng)軸保持平行，第三帶輪27與X軸電機(jī)18的軸固定連接，X軸絲杠32 —端與X軸下萬向鉸38鉸接，X軸下萬向鉸38與大支撐桿的萬向套筒42鉸接。所述的Y軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Y軸電機(jī)19、第五帶輪29、第六帶輪30、Y軸絲杠33、Y軸滑塊35、Y軸擺動(dòng)連接件36、Y軸下萬向鉸39 ；Υ擺動(dòng)連接件36上活動(dòng)連接有Y軸滑塊35，Y軸滑塊35外側(cè)固定有第六帶輪30，Y軸滑塊35內(nèi)側(cè)與Y軸絲杠33配合，第六帶輪30通過皮帶與第五帶輪29連接，第六帶輪30與第五帶輪29的轉(zhuǎn)動(dòng)軸保持平行，第五帶輪29與Y軸電機(jī)19的軸固定連接，Y軸絲杠33 —端與Y軸下萬向鉸39鉸接，Y軸下萬向鉸39與大支撐桿的萬向套筒42鉸接。本系統(tǒng)將通過人體姿態(tài)測量模塊中的第一加速度計(jì)I、第二加速度計(jì)2、第三加速度計(jì)3、第四加速度計(jì)4、第五加速度計(jì)5、第一陀螺儀8、第二陀螺儀9、第三陀螺儀10、第四陀螺儀11和第五陀螺儀12采集人體運(yùn)動(dòng)信息，通過拐杖模塊中的第六加速度計(jì)6、第七加速度計(jì)7、第六陀螺儀13和第七陀螺儀14采集拐杖模塊的運(yùn)動(dòng)信息，通過拐杖模塊中的上多維力傳感器20和下多維力傳感器40采集拐杖模塊的受力信息，這些信息通過采集卡送入計(jì)算機(jī)，綜合上述信息后，計(jì)算機(jī)將發(fā)出控制信號(hào)，控制Z軸電機(jī)17、X軸電機(jī)18和Y軸電機(jī)19轉(zhuǎn)動(dòng)，通過絲杠滑塊的傳動(dòng)，X軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)控制大支撐桿的X軸方向擺動(dòng)，Y軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)控制大支撐桿的Y方向擺動(dòng)，大支撐桿中的絲桿滑塊將控制小支撐桿的伸縮，使拐杖模塊自動(dòng)隨著使用者行走，使使用者行走無礙。
權(quán)利要求
1.一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)，其特征在于包括人體姿態(tài)測量模塊和拐杖模塊 ’人體姿態(tài)測量模塊包括第一加速度計(jì)(I)、第二加速度計(jì)(2)、第三加速度計(jì)(3)、第四加速度計(jì)(4)、第五加速度計(jì)(5)、第一陀螺儀(8)、第二陀螺儀(9)、第三陀螺儀(10)、第四陀螺儀(11)、第五陀螺儀(12);第一加速度計(jì)(I)和第一陀螺儀(8)固定在人體胸前，第二加速度計(jì)(2)和第二陀螺儀(9)固定在人體右大腿前側(cè)，第三加速度計(jì)(3)和第三陀螺儀(10)固定在人體左大腿前側(cè)，第四加速度計(jì)(4)和第四陀螺儀(11)固定在人體右小腿前側(cè)，第五加速度計(jì)(5)和第五陀螺儀(12)固定在人體左小腿前側(cè)；拐杖模塊包括機(jī)身、大支撐桿、X軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)；機(jī)身包括第六加速度計(jì)(6)、第六陀螺儀(13)、主體機(jī)架(15)、拐杖支撐(16)、上多軸力傳感器(20)、大萬向鉸(22)、Y軸小萬向鉸(23)、X軸小萬向鉸(24);拐杖支撐(16)固定在主體機(jī)架(15)上，拐杖支撐(16)上邊沿固定有上多軸力傳感器(20)，主體機(jī)架(15)上固定有第六加速度計(jì)(6)和第六陀螺儀(13)、主體機(jī)架(15)上鉸接有大萬向鉸(22)、X軸小萬向鉸(24)和Y軸小萬向鉸(23);大支撐桿包括第七加速度計(jì)(7)、第七陀螺儀(14)、Z軸電機(jī)(17)、大支撐桿外殼(21)、第一帶輪(25)、第二帶輪(26)、小支撐桿(31)、下多軸力傳感器(40)、大支撐桿下端蓋(41)、萬向套筒(42)、大支撐桿上端蓋(43)、大支撐桿絲杠(44)、支撐彈簧(45)、大支撐桿活塞(46)、大支撐桿滑塊(47);大支撐桿外殼(21)為圓筒型，大支撐桿外殼(21)兩端分別固定有大支撐桿上端蓋(43)和大支撐桿下端蓋(41)，大支撐桿外殼(21)外側(cè)固定有萬向套筒(42);大支撐桿外殼(8)內(nèi)從上到下順次設(shè)有大支撐桿絲杠(44)、大支撐桿活塞(46)、支撐彈簧(45)、小支撐桿(31)，大支撐桿滑塊(47)外側(cè)固定有第一帶輪(25)，大支撐桿滑塊(47)內(nèi)側(cè)與大支撐桿絲杠(44)配合，小支撐桿(31)通過大支撐桿下端蓋(41)中心孔中穿過伸出大支撐桿外殼(21)，大支撐桿上端蓋(43)上同軸活動(dòng)連接有大支撐桿滑塊(47)，第一帶輪(25)通過皮帶與第二帶輪(26 )連接，第一帶輪(25 )與第二帶輪(26 )的轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行，第二帶輪(26 )與Z軸電機(jī)(17 )的軸固定連接，小支撐桿(31)上固定有第七加速度計(jì)(7 )和第七陀螺儀(14 )，小支撐桿(31)下端固定有下多軸力傳感器(40);大支撐桿外殼(21)外通過大萬向鉸(22)與機(jī)身的主體機(jī)架(15)相連；X擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中的X軸下萬向鉸(38)和Y擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中的Y軸下萬向鉸(39)在大支撐桿中的萬向套筒(42)上相間90度布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)，其特征在于所述的X軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸電機(jī)(18)、第三帶輪(27)、第四帶輪(28)、X軸絲杠(32)、X軸滑塊(34)、X軸擺動(dòng)連接件(37)、X軸下萬向鉸(38) ；X擺動(dòng)連接件(37)上活動(dòng)連接有X軸滑塊(34)，X軸滑塊(34)外側(cè)固定有第四帶輪(28)，X軸滑塊(34)內(nèi)側(cè)與X軸絲杠(32)配合，第四帶輪(28)通過皮帶與第三帶輪(27)連接，第四帶輪(28)與第三帶輪(27)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸保持平行，第三帶輪(27)與X軸電機(jī)(18)的軸固定連接，X軸絲杠(32) —端與X軸下萬向鉸(38)鉸接，X軸下萬向鉸(38)與大支撐桿的萬向套筒(42)鉸接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)，其特征在于所述的Y軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Y軸電機(jī)(19)、第五帶輪(29)、第六帶輪(30)、Y軸絲杠(33)、Y軸滑塊(35)、Y軸擺動(dòng)連接件(36)、Y軸下萬向鉸(39) ；Υ擺動(dòng)連接件(36)上活動(dòng)連接有Y軸滑塊(35)，Y軸滑塊(35)外側(cè)固定有第六帶輪(30)，Y軸滑塊(35)內(nèi)側(cè)與Y軸絲杠(33)配合，第六帶輪(30)通過皮帶與第五帶輪(29)連接，第六帶輪(30)與第五帶輪(29)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸保持平行，第五帶輪(29)與Y軸電機(jī)(19)的軸固定連接，Y軸絲杠(33) 一端與Y軸下萬向鉸(39)鉸接，Y軸下萬向鉸(39)與大支撐桿的萬 向套筒(42)鉸接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輔助行走的智能拐杖系統(tǒng)。包括人體姿態(tài)測量模塊和拐杖模塊，所述拐杖模塊包括機(jī)身、大支撐桿、X軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述機(jī)身包括拐杖支撐和主體機(jī)架，拐杖支撐固定在主體機(jī)架上，拐杖支撐上固定有上多軸力傳感器，主體機(jī)架上固定有第六加速度計(jì)和第六陀螺儀，所述大支撐桿通過大萬向鉸與主體機(jī)架連接，所述X軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)通過X軸小萬向鉸與主體機(jī)架連接，Y軸擺動(dòng)機(jī)構(gòu)通過Y軸小萬向鉸與主體機(jī)架連接。本發(fā)明通過人體姿態(tài)測量模塊和拐杖模塊中的傳感器采集到的信息，經(jīng)過計(jì)算機(jī)判斷，控制該系統(tǒng)中的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)整拐杖模塊位姿，主動(dòng)輔助行走的目的。
文檔編號(hào)A61H3/06GK102670382SQ20121009883
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者施夢嘉, 畢千, 潘樹文 申請人:浙江大學(xué)