防倾倒装置、防倾倒护理机器人、防倾倒检测系统及方法

摘要

本发明提供一种防倾倒装置、防倾倒护理机器人、防倾倒检测系统及方法，防倾倒装置包括安装底盘、转动配重单元和转动支撑单元，当将要发生倾倒时，转动配重单元转向与倾斜方向相对的方向，且支撑单元将支撑腿撑开，为其提供额外的支撑力，有效的防止护理机器人在执行护理任务的过程中发生倾倒，保证被护理人以及护理机器人的安全。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人设计技术领域，尤其涉及一种防倾倒装置、防倾倒护理机器人、防倾倒检测系统及方法。

背景技术

失能老人的日常护理任务主要包括移乘搬运、洗澡、喂饭、换洗床单等，其中，移乘搬运任务是指把行动不便的人从床上抱到轮椅，或从轮椅抱到床上、洗澡间、厕所等日常生活场景的体力劳动，是最劳动强度最大的护理任务之一，有时需要多个护理人员协作才能完成。

随着传感技术以及控制技术的发展，诞生了家庭或医院护理机器人，但是护理机器人在进行移乘搬运任务(护理任务)时有可能会发生倾倒，从而有可能对被护理人造成二次伤害。

发明内容

本发明公开的一种倾倒装置、防倾倒护理机器人、防倾倒检测系统及方法，解决了护理机器人在进行护理任务时有可能会发生倾倒的问题，可有效的防止护理机器人在执行护理任务的过程中发生倾倒，保证被护理人以及护理机器人的安全。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明一方面公开一种防倾倒装置，包括安装底盘、转动配重单元和转动支撑单元，其中，所述转动配重单元可转动的安装在所述安装底盘上，若干个所述转动支撑单元可转动的安装在所述安装底盘沿长度方向延伸的两侧；所述转动配重单元包括第一驱动电机、转动杆、转动配重块和转盘导轨，所述转动杆连接所述第一驱动电机的输出轴，所述转动杆的末端固定连接转动配重块，所述转动配重块沿所述转盘导轨转动；所述转动支撑单元包括电机安装座、第二驱动电机、主动轮、从动轮、支撑装置和支撑腿，所述电机安装座固定连接所述安装底盘，所述第二驱动电机固定安装在所述电机安装座上，且第二驱动电机的输出轴连接所述主动轮，所述主动轮通过同步带连接所述从动轮，所述支撑装置包括支撑安装座，所述支撑安装座固定在所述安装底盘上，所述支撑安装座内相对的两个端面上均固定有支撑轴承，两个支撑轴承通过支撑轴连接，所述从动轮固定安装在所述支撑轴上，且所述支撑腿固定连接所述支撑轴。

进一步地，所述主动轮与从动轮的转动比为2:1。

进一步地，所述转动支撑单元相对于所述安装底盘倾斜15°。

进一步地，所述支撑腿与地面接触的末端安装有牛眼轮。

进一步地，所述支撑安装座上固定有轴承固定件，用以固定所述支撑轴承。

本发明另一方面公开一种防倾倒护理机器人包括上所述的一种防倾倒装置。

进一步地，防倾倒护理机器人还包括机器人本体和陀螺仪，所述机器人本体固定在所述安装底盘上，所述陀螺仪固定在所述安装底盘上，所述机器人本体的头部安装有雷达，所述机器人本体的表面覆盖有柔性电子皮肤。

本发明再一方面公开一种防倾倒护理机器人的防倾倒检测系统，包括雷达、柔性电子皮肤、陀螺仪和控制单元，其中，雷达用以获取护理机器人与所处工作环境中各种障碍物的距离，并将获取的信息传送至控制单元；柔性电子皮肤，当护理机器人与所处环境中的障碍物碰撞时，用以检测护理机器人与障碍物接触力的大小和方向，并将获取的信息传送至控制单元；陀螺仪用以实时测量护理机器人的倾斜角度，并将获取的信息传送至控制单元；控制单元用以接收所述雷达发送的护理机器人与所处工作环境中各种障碍物的距离，当判断出护理机器人与障碍物之间的距离小于设定的第一安全阈值时，则启动防倾倒检测；接收所述柔性电子皮肤发送的护理机器人与障碍物接触力的大小和方向，当判断出护理机器人与障碍物的接触力大于设定的第二安全阈值时，则启动防倾倒装置；接收所述陀螺仪发送的护理机器人的倾斜角度，当判断出护理机器人的倾斜角度大于设定的第三安全阈值，则继续保持防倾倒装置的启动状态。

本发明再一方面公开一种防倾倒护理机器人的防倾倒方法，包括以下步骤：

设定护理机器人与障碍物之间的最小安全距离，作为第一安全阈值；设定护理机器人与障碍物接触力的最小安全值，作为第二安全阈值；设定护理机器人倾斜的最大安全角度，作为第三安全阈值；

雷达实时获取护理机器人与所处工作环境中各种障碍物的距离，并将获取的信息传送至控制单元，当控制单元判断出护理机器人与障碍物之间的距离小于设定的第一安全阈值时，则启动倾倒检测；

开启倾倒检测后，当护理机器人与障碍物发生碰撞时，柔性电子皮肤实时检测护理机器人与障碍物接触力的大小和方向，并将获取的信息传送至控制单元，当控制单元判断出护理机器人与障碍物的接触力大于设定的第二安全阈值时，则启动防倾倒装置，以将护理机器人正位；

陀螺仪实时测量护理机器人的倾斜角度，并将获取的信息传送至控制单元，当控制单元判断出护理机器人的倾斜角度大于设定的第三安全阈值，则继续保持防倾倒装置的启动状态，直至护理机器人正位。

有益技术效果：

1、本发明公开一种防倾倒装置，包括安装底盘、转动配重单元和转动支撑单元，当将要发生倾倒时，转动配重单元转向与倾斜方向相对的方向，且支撑单元将支撑腿撑开，为其提供额外的支撑力，有效的防止护理机器人在执行护理任务的过程中发生倾倒，保证被护理人以及护理机器人的安全；

2、本发明中，所述主动轮与从动轮的转动比为2:1，可以保证支撑腿快速转出；

3、本发明中，所述转动支撑单元相对于所述安装底盘倾斜15°，保证正常状态下，支撑腿呈收起状态时，支撑腿与地面不接触，从而保证转动支撑单元在正常状态下不影响护理机器人安装底盘的运动；

4、本发明中，所述支撑腿与地面接触的末端安装有牛眼轮，保证即使支撑腿为打开状态时安装底盘仍可正常移动；

5、本发明中，所述支撑安装座上固定有轴承固定件，用以固定所述支撑轴承，有效防止设置在支撑安装座内相对的两个端面上的支撑轴承上下移动；

6、本发明公开的防倾倒检测系统包括雷达、柔性电子皮肤、陀螺仪和控制单元，通过多个传感器融合，形成闭环回路，可以全方位的检测护理机器人是否倾倒，以及时开启防倾倒装置，确保护理机器人的运行安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1本发明所述的一种防倾倒装置中支撑腿打开时的结构状态图；

图2本发明所述的一种防倾倒装置中支撑腿收起时的结构状态图；

图3发明所述的一种防倾倒装置中转动配重单元的结构示意图；

图4本发明所述的一种防倾倒装置转动支撑单元的结构示意图；

图5本发明所述的一种防倾倒装置中转动支撑单元中支撑装置的正视图；

图6本发明所述的一种防倾倒装置中转动支撑单元中支撑装置的剖面图；

图7为本发明所述的一种防倾倒护理机器人的整体结构示意图；

图8发明所述的一种护理机器人防倾倒方法的步骤流程图。

其中，1-安装底盘，2-转动配重单元，21-第一驱动电机，22-转动杆，23-转动配重块，24—转盘导轨，3-转动支撑单元，31-电机安装座，32-第二驱动电机，33-主动轮，34-从动轮，35-支撑装置，351-支撑安装座，352-支撑轴承，353-支撑轴，354-轴承固定件，36-支撑腿，361-牛眼轮，37-同步带，4-机器人本体，5-陀螺仪，6-雷达，7-柔性电子皮肤。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。

为解决护理机器人的倾倒问题，本发明公开一种防倒装置、防倾倒护理机器人、防倾倒检测系统及方法。

本发明一方面公开一种防倾倒装置，参见图1-图2，防倾倒装置包括安装底盘1、转动配重单元2和转动支撑单元3，其中，转动配重单元2可转动的安装在安装底盘1上，若干个转动支撑单元3可转动的安装在安装底盘1沿长度方向延伸的两侧，在本发明的实施例中，安装底盘1沿长度方向延伸的两侧各安装有两个转动支撑单元3，当将要发生倾倒时，转动配重单元转向与倾斜方向相对的方向，且支撑单元将支撑腿撑开，为其提供额外的支撑力，有效的防止护理机器人在执行护理任务的过程中发生倾倒，保证被护理人以及护理机器人的安全。

作为本发明的一个实施例，转动配重单元2的结构参见图3，具体地，转动配重单元2包括第一驱动电机21、转动杆22、转动配重块23和转盘导轨24，转动杆22连接第一驱动电机21的输出轴，转动杆22的末端固定连接转动配重块23，转动配重块23沿转盘导轨24转动，第一驱动电机21驱动转动杆22转动，转动杆22的转动带动与其固定连接的转动配重块23沿着转盘导轨24转动，转盘导轨24既可以为转动配重块23提供导向也提供支撑作用，当判断出护理机器人的倾斜的方向后，转动配重块23速转动到与护理机器人倾斜方向相反的方向，为护理机器人提供反向的配重进而扶正护理机器人，将护理机器人扶正后，转动配重块装置23回到初始位置。

作为本发明的一个实施例，转动支撑单元3的结构参见图4，具体地，转动支撑单元3包括电机安装座31、第二驱动电机32、主动轮33、从动轮34、支撑装置35和支撑腿36，电机安装座31固定连接安装底盘1，第二驱动电机32固定安装在电机安装座31上，且第二驱动电机32的输出轴连接主动轮33，主动轮33通过同步带37连接从动轮34，支撑装置35的具体结构参见图5和图6，包括支撑安装座351，支撑安装座351固定在安装底盘1上，支撑安装座351内相对的两个端面上均固定有支撑轴承352，为防止相对的两个支撑轴承352上下移动，支撑安装座351上固定有轴承固定件354，用以固定两个支撑轴承352，两个支撑轴承352通过支撑轴353连接，从动轮34固定安装在支撑轴353上，且支撑腿36固定连接支撑轴353，第二驱动电机32转动，带动安装在其输出轴上的主动轮33转动，主动轮33转动从而带动与之通过同步带37连接的从动轮33转动，从动轮33的转动带动设置在两个支撑轴承352之间的支撑轴353转动，进而，支撑轴353的转动带动安装在支撑轴353上的支撑腿36转动，随着转动角度的增大，支撑腿36与地面开始接触，且转动角度越大，支撑腿36面接触的越多，以达到将护理机器人扶正的目的，优选地，主动轮33与从动轮34的转动比为2:1，以保证支撑腿36快速转出，且支撑腿36与地面接触的末端安装有牛眼轮361，以保证支撑腿36为打开状态时安装底盘1仍可移动，这样防倾倒装置可以在护理机器人有倾倒趋势的情况下为其提供额外的支撑力，确保护理机器人以及被护理人安全。

如图2所示，支撑腿36在正常状态下是贴近安装底盘1的，与地面不接触，优选地，转动支撑单元3整体相对于安装底盘1倾斜15°，以保证在正常状态下，支撑腿36处于收起状态时，支撑腿36不与地面接触，这样可以保证转动支撑单元在正常状态下不影响机器人安装底盘1的运动，当检测到护理机器人有倾倒的趋势时，支撑腿36会迅速转动，随着转动角度的增大，支撑腿36与地面开始接触，且转动角度越大，支撑腿36与地面接触的越多，以达到将护理机器人扶正的目的。

本发明另一方面，公开一种防倾倒护理机器人，参见图7，包括如上所述防倾倒装置、机器人本体4和陀螺仪5，机器人本体4固定在安装底盘1上，陀螺仪也固定在安装底盘1上，且机器人本体4的头部安装有雷达6，机器人本体4的表面覆盖有柔性电子皮肤7。

本发明再一方面公开一种防倾倒护理机器人的防倾倒检测系统，包括雷达6、柔性电子皮肤7、陀螺仪5和控制单元，其中，雷达6用以获取护理机器人与所处工作环境中各种障碍物的距离，并将获取的信息传送至控制单元；当护理机器人与所处环境中的障碍物碰撞时，柔性电子皮肤检测护理机器人与障碍物接触力的大小和方向，并将获取的信息传送至控制单元；陀螺仪5用以实时测量护理机器人的倾斜角度，并将获取的信息传送至控制单元；控制单元用以接收雷达6发送的护理机器人与所处工作环境中各种障碍物的距离，当判断出护理机器人与障碍物之间的距离小于设定的第一安全阈值时，则启动防倾倒检测；接收柔性电子皮肤7发送的护理机器人与障碍物接触力的大小和方向，当判断出护理机器人与障碍物的接触力大于设定的第二安全阈值时，则启动防倾倒装置；接收陀螺仪5发送的护理机器人的倾斜角度，当判断出护理机器人的倾斜角度大于设定的第三安全阈值，则继续保持防倾倒装置的启动状态。

在防倾倒检测系统中通过多个传感器融合，形成闭环回路，可以全方位的检测护理机器人是否倾倒，以及时开启防倾倒装置，确保护理机器人的运行安全。

本发明另一方面公开一种防倾倒检测方法，参见图8，具体包括以下步骤：

设定护理机器人与障碍物之间的最小安全距离，作为第一安全阈值；设定护理机器人与障碍物接触力的最小安全值，作为第二安全阈值；设定护理机器人倾斜的最大安全角度，作为第三安全阈值；

雷达6实时获取护理机器人与所处工作环境中各种障碍物的距离，并将获取的信息传送至控制单元，当控制单元判断出护理机器人与障碍物之间的距离小于设定的第一安全阈值时，则启动倾倒检测，反之，则不启动防倾倒装置；

开启倾倒检测后，当护理机器人与障碍物发生碰撞时，柔性电子皮肤7实时检测护理机器人与障碍物接触力的大小和方向，并将获取的信息传送至控制单元，当控制单元判断出护理机器人与障碍物的接触力大于设定的第二安全阈值时，则启动防倾倒装置，以将护理机器人正位，反之，防倾倒装置则停止运行，回到初始状态；

陀螺仪5实时测量护理机器人的倾斜角度，并将获取的信息传送至控制单元，当控制单元判断出护理机器人的倾斜角度大于设定的第三安全阈值，则继续保持防倾倒装置的启动状态，直至护理机器人正位。

具体地，当检测到机器人有倾倒趋势时，支撑腿36转动，随着转动角度的增大，支撑腿36逐渐与地面开始接触，且转动角度越大，支撑腿36面接触的越多，以达到将护理机器人扶正的目的；当判断出护理机器人的倾斜的方向后，转动配重块23会快速转动到与护理机器人倾斜方向相反的方向，为护理机器人提供反向的配重进而扶正护理机器人，将护理机器人扶正后，转动配重块23回到初始位置。

本发明公开一种防倾倒装置、设置有该防倾倒装置的护理机器人、防倾倒检测系统及方法，可有效的防止护理机器人在执行护理任务的过程中发生倾倒，保证被护理人以及护理机器人的安全，且结构简单，实现方法简便，便于广泛的应用推广。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。