技术领域
[0001] 本实用新型属于护理器械技术领域，具体为一种全自动主动式病患换载轮椅机器人。
背景技术
[0002] 我国巨大的人口基数将使老龄化和残疾人问题在未来十年内成为严重的社会问题。早在2000年我国就已跨入老年型人口国家的行列，截止2017年年末，60周岁及以上人口24090万人，占总人口的17.3％，其中65周岁及以上人口15831万人，占总人口的11.4％，其中，我国60岁以上的老年人，有三分之二的时间处于“带病生存状态”，活
动能力受限的老年群体数目庞大。然而，独居老人和空巢老人增速加快，比重增高，老年人居家护理问题日益严重。
[0003] 面对部分独居行动失能的老年人，只有在儿女工作时间外对老人进行护理，当无人看护时，其从床具到轮椅、轮椅到厕所的过程极易出现滑倒、磕绊、碰伤等危险情况；在有人护理的情况下，家属或者医护对老年人的转移也是一项费时费力的活动，长久以往对老人的精神和生理上带来巨大的压力。综上，老年群体居家转移换载是一项老年人家庭养老所面临的基本问题。
[0004] 目前，市场上出现了一种电动移位机，由可移动吊具
框架和吊具袋组成，将吊具袋铺在老人下面，然后通过用移动框架上的吊钩将吊具袋吊起可以实现瘫痪病人和老人从床到轮椅的双向移位功能。该装置结构简单，可靠性好，但是在转移过程中仍需外力辅助将吊具袋平铺在病人下面，无法实现自动转移，且无法实现病人从轮椅到
马桶的转移，应用场景及面向对象有限。
[0005] 崔吉，舒平生，张燕超等人
发明了一款“一种病人转运的服务机器人” (
专利申请号：201810472553.5)，该装置基本能够实现病人在床具之间的转移，该装置采用带传送的思想，装置上面的传送带用
摩擦力将病人拖到装置上，装置下面的传送带与床具之间产生摩擦将装置移动到病人身体下面，最后装置整体通过下层传送带将装置和病人一同搬运到目标床具，该装置设计新颖，不过运动过程不确定，安全性较差，且无法解决床具到轮椅和轮椅到马桶的转移功能。
[0006] 市场上急需一种多功能，全自动的主动式病人换载转运装置，使用户在无需外力辅助的情况下仅通过转运装置就能实现在床具、轮椅、马桶等载具之间的轻松换载。实用新型内容
[0007] 本实用新型旨在解决背景技术中，初期行动失能老年人及轻微残障人群日常家居中对自主换载的需求，提出了一种全自动主动式病患换载轮椅机器人。
[0008] 为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：
[0009] 一种全自动主动式病患换载轮椅机器人，包括底盘部件、上层
支撑部件、可活动组合座椅面和控制系统，所述底盘部件通过行走组件实现行走，所述的上层支撑部件通过升降套件安装在底盘部件上，所述的活动组合座椅面通过滑道组件能够相对于上层支撑部件沿Y方向产生相对运动，所述的活动组合座椅面包含互相连接的
背板、座板、小腿板和
脚踏板，所述座板的中心具有自动马桶盖，所述行走组件、升降套件以及滑道组件通过控制系统实现轮椅上的用户在床具、轮椅、马桶之间的转移，所述的控制系统以
软件的形式安装在总
控制器中。
[0010] 进一步地，所述上层支撑部件包括长方体空心框架、背板支撑框架和小腿板支撑框架、第一电动
推杆、第二电动推杆、
电池、
驱动器组和滑道组件；所述滑道组件包括固定滑道、伸缩滑道、第三电动推杆和第四电动推杆；所述长方体空心框架用于支撑座板，其上层矩形框架的Z向下表面与升降套件相连，长方体空心框架的上层矩形框架Z向的上表面安装固定滑道，固定滑道内部配有伸缩滑道，长方体空心框架的上层矩形框架Y方向一侧内部设有铰
耳，所述的铰耳与第三电动推杆固定端相连，第三电动推杆另一活动端与伸缩滑道上设有的铰耳相连；长方体空心框架的X方向外侧前后分别设有两个铰耳，前铰耳与第二电动推杆活动端相连，第二电动推杆的固定端与小腿板支撑框架上的一铰耳相连；后铰耳与第一电动推杆的固定端相连，第一电动推杆的活动端与背板支撑框架上的铰耳相连；所述电池用于给驱动器组供电，所述驱动器组与控制系统电性连接，用于驱动第一电动推杆、第二电动推杆、第三电动推杆和第四电动推杆的推杆运动，进而实现上层支撑部件的体位变换和推动组合座椅面移动。
[0011] 进一步地，所述背板支撑框架的主体为背板支撑框架主体，背板支撑框架与长方体空心框架通过
铰链相连，所述铰链与背板支撑框架主体之间通过U 型折杆相连，背背板支撑框架主体上方设有第一滚球，第一滚球能够相对于背板支撑框架主体的X、Y、Z方向移动固定。
[0012] 进一步地，所述的小腿板支撑框架的主体为小腿板支撑框架主体，小腿板支撑框架通过铰链与长方体空心框架相连，小腿板支撑框架主体下方设有第二滚球，第二滚球能够相对于小腿板支撑框架主体的X、Y、Z方向移动固定。
[0013] 进一步地，所述的固定滑道分为三层设计，最底层为两第一根矩形方
钢管，第一根矩形方钢管与长方体空心框架相固定，两根第一根矩形方钢管上面一层为一矩形方钢管框架，矩形方钢管框架上面还沿X方向安装有两条平行的第一空心
导轨，每个导轨外侧开有一头为半圆的长矩形的限位槽，
槽口面向Y方向；两条第一空心导轨在Z方向底侧还开有沿X方向的通槽；矩形方钢管框架在X正方向一侧开有一个与两第一空心导轨间距等大的槽口；固定滑道在Y方向内部一侧设有第四电动推杆的安置板，用于固定第四电动推杆的固定端，第四电动推杆活动端与活动组合座椅面中的座板相连。
[0014] 进一步地，伸缩滑道配合安装在固定滑道的第一空心导轨中，所述伸缩滑道主体为一对沿Y方向放置的两根沿X方向排列的第二空心导轨，两根第二空心导轨之间用一矩形方钢管连接，矩形方钢管包含一段倒U型折弯，在用于连接的矩形方钢管上焊有一对铰耳；两根第二空心导轨截面为底部带有凸起的矩形，两根第二空心导轨相对于伸缩滑道整体的外侧分别焊有一对短限位圆柱销；伸缩滑道的Y反方向的尽头安装有压力
传感器，所述的
压力传感器设置为一对共两个，分别安装在两根空心导轨的内部，压力传感器的
探头从空心导
轨底部伸出。
[0015] 进一步地，所述行走组件包括主动行走驱动套件和被动万向
脚轮；所述的主动行走驱动套件包含两个电动轮，分别安装在底盘部件沿X方向后方左右两侧，所述的电动轮采用
电机、减速机、轮胎一体化的电动轮；所述的被动万向脚轮共两只，分别安装在底盘沿X方向前方左右两侧。
[0016] 进一步地，所述升降套件沿Z方向上方连接到上层支撑部件上，升降套件包含两对剪叉型
支架和一个电动推杆，升降套件主体沿Y方向排列有两对剪叉型支架，每对剪叉型支架包含两个剪叉机构，两个剪叉机构通过铰链相连，所述的剪叉型机构其主体为X型机构，中间
位置通过铰链相连；两对剪叉型支架之间用两只
连杆在每对剪叉机构的连接处连接，每对剪叉支架上下分别通过一只固定铰链和一只
水平滑动铰链与底盘部件和上层支撑部件相连接，连接两对剪叉支架的两根连杆之间安装有第五电动推杆，所述第五电动推杆与控制系统电性连接。
[0017] 进一步地，所述背板、座板、小腿板和脚
踏板之间通过失电自
锁铰链连接。
[0018] 进一步地，所述活动组合座椅面还包括座椅垫、
扶手和副控制器扶手，所述座椅垫
覆盖在活动组合座椅面的上表面，所述扶手和副控制器扶手分别位于活动组合座椅面的左右两侧，所述的扶手和副控制器扶手其机械部分通过控制系统控制转动；所述副控制器扶手包含扶手部分和副控制器部分，所述的副控制器部分与总控制器是通过蓝牙通信连接，副控制器包含行走方向控制按键、行走方向控制摇杆、摇杆控
制模式-按键控制模式切换按键、用户换载控制按键和自定义常用功能按键，所述的方向控制摇杆为备用行走方向控制器。
[0019] 与
现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
[0020] 本实用新型的全自动主动式病患换载轮椅机器人，通过座椅面和支撑机构分离的设计方案，用户坐在活动组合座椅面上，将用户与活动组合座椅面视为整体，建立轮椅与目标载具之间的滑道，通过控制用户和活动组合座椅面在滑道上的移动，实现轮椅上的用户在床具、轮椅、马桶之间的转移。
[0021] 本实用新型将轮椅与换载转移机械相结合，能够实现用户在无外力辅助下的全自动主动换载。
[0022] 本实用新型拥有电动轮椅的行走功能；本实用新型结合护理床具，将体位变换功能集成在轮椅上，用户通过轮椅可以实现多种在护理床具上才能实现的体位变换功能，节省用户在护理器械上的开销，增加了实用性。
[0023] 本实用新型搭载智能控制系统，与用户的交互方式简单，通过按键能解决大多数的用户需求，同时还附带操纵杆，操纵杆能为肢体协调能力更好的用户提供更加方便的行走方向控制。
附图说明
[0024] 为了更清楚地说明本申请
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025] 图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0026] 图2为本实用新型的爆炸示意图；
[0027] 图3为本实用新型的背板支撑框架示意图；
[0028] 图4为本实用新型的小腿板支撑框架示意图；
[0029] 图5为本实用新型的固定滑道示意图；
[0030] 图6为本实用新型的伸缩滑道示意图；
[0031] 图7为本实用新型带实验假人的效果图；
[0032] 图8为本实用新型床——椅转移演示示意图；
[0033] 图9为本实用新型升降套件机构简图；
[0034] 图10为本实用新型座板结构示意图；
[0035] 附图标记说明：
[0036] 1、活动组合座椅面；2、上层支撑部件；3、底盘部件；
[0037] 1-1、座椅垫；1-2、背板；1-3、座板；1-4、小腿板；1-5、脚踏板；1-6、副控制器扶手；1-7、扶手；
[0038] 2-1、背板支撑框架；2-2、固定滑道；2-3、小腿板支撑框架；2-4、伸缩滑道；2-5、第一电动推杆；2-6、第二电动推杆；2-7、第三电动推杆；2-8、第四电动推杆；2-9、总控制器；2-10、长方体空心框架；2-11、电池；2-12、驱动器组；
[0039] 3-1、主动行走驱动套件；3-2、被动万向脚轮；3-3、升降套件；3-4、第五电动推杆。
具体实施方式
[0040] 为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。
[0041] 参照图1至图9所示，本实用新型提供的全自动主动式病患换载轮椅机器人，总体包含底盘部件3、上层支撑部件2、可活动组合座椅面1和控制系统；
[0042] 所述底盘部件3通过行走组件实现行走，所述的上层支撑部件2通过升降套件安装在底盘部件3上，所述的活动组合座椅面1通过滑道组件能够相对于上层支撑部件2沿Y方向产生相对运动，所述行走组件、升降套件以及滑道组件通过控制系统的合理控制实现轮椅上的用户在床具4、轮椅、马桶之间的转移。
[0043] 其中，所述的底盘部件3包含主动行走驱动套件3-1、被动万向脚轮3-2、升降套件3-3和第五电动推杆3-4；
[0044] 所述的上层支撑部件2包括长方体空心框架2-10、背板支撑框架2-1、小腿板支撑框架2-3、固定滑道2-2、伸缩滑道2-4、第一电动推杆2-5、第二电动推杆2-6、第三电动推杆2-7、第四电动推杆2-8、电池2-11、驱动器组2-12 和总控制器2-9；
[0045] 所述的活动组合座椅面1包含背板1-2、座板1-3、小腿板1-4、脚踏板 1-5、自动马桶盖1-8、座椅垫1-1、扶手1-7和副控制器扶手1-6；
[0046] 所述的上层支撑部件2通过升降套件3-3安装在底盘部件3上，所述的活动组合座椅面1通过座板1-3上的滑道1-3-2与固定滑道2-2配合于上层支撑部件2上，所述的控制系统以软件的形式安装在总控制器2-9中。
[0047] 所述的主动行走驱动套件3-1包含一对共两个电动轮，分别安装在底盘部件3沿X方向后方左右两侧，所述的电动轮为电机、减速机、轮胎一体化设计，电动轮直接安装在底盘部件3上，所述的被动万向脚轮3-2共一对两只，分别安装在底盘沿X方向前方左右两侧。
[0048] 所述的升降套件3-3安装在底盘部件3上，所述的升降套件包含两对剪叉型支架，和一个第三电动推杆-4，升降套件3-3沿Z方向上方连接到上层支撑部件2的长方体空心框架2-10上。
[0049] 所述的升降套件3-3主体沿Y方向排列有两对剪叉型支架，每对剪叉型支架包含两个剪叉机构3-3-1和3-3-2，剪叉机构共两对四个，两个剪叉机构通过铰链相连，所述的剪叉型机构其主体为X型机构，中间位置通过铰链相连；两对支架之间用两只连杆3-3-3在每对剪叉机构的连接处连接，每对剪叉支架上下分别通过一只固定铰链3-3-4和一只水平滑动铰链3-3-5与底盘部件 3和长方体空心框架2-10相连接，连接两对剪叉支架的两根连杆3-3-3之间安装有第五电动推杆3-4。
[0050] 所述的长方体空心框架2-10其上层矩形框架的Z向下表面与升降套件3-3 相连，长方体空心框架2-10的上层矩形框架Z向的上表面安装有固定滑道2-2，固定滑道2-2内部配有伸缩滑道2-4；长方体空心框架2-10的上层矩形框架Y 方向一内侧设有铰耳，所述的铰耳与第三电动推杆2-7固定端相连，第三电动推杆2-7另一活动端与伸缩滑道2-4上设有的铰耳相连；长方体空心框架2-10 的X方向外侧前后分别设有两个铰耳，前铰耳与第二电动推杆2-6活动端相连，第二电动推杆2-6的固定端与小腿板支撑框架2-3上的一铰耳相连；后铰耳与第一电动推杆2-5的固定端相连，第一电动推杆2-5的活动端与背板支撑框架2-1上的铰耳相连。
[0051] 所述的背板支撑框架2-1主体为一空心矩形框架2-1-1，背板支撑框架2-1 与长方体空心框架2-10通过铰链相连，所述铰链与背板支撑框架主体2-1-1 之间通过U型折杆2-1-2相连，背板支撑框架的主体2-1-1上方设有第一滚球 2-1-3，第一滚球2-1-3相对于背板支撑框架主体2-1-1的X、Y、Z方向移动固定，但旋转不受限。
[0052] 所述的小腿板支撑框架2-3的主体为一空心矩形框架2-3-1，小腿板支撑框架2-3通过铰链与长方体空心框架2-10相连，小腿板支撑框架主体2-3-1 下方设有一第二滚球2-3-2，第二滚球2-3-2相对于背板支撑框架主体2-3-1的 X、Y、Z方向移动固定，但旋转不受限。
[0053] 所述的固定滑道2-2分为三层设计，最底层为一对共两根第一根矩形方钢管2-2-1，第一根矩形方钢管2-2-1与长方体空心框架2-10相固定，两根第一根矩形方钢管2-2-1上面一层为一矩形方钢管框架2-2-2，矩形方钢管框架 2-2-2上面还沿X方向安装有一对共两条平行的第一空心导轨2-2-3，每个导轨外侧开有一头为半圆的长矩形的限位槽，槽口面向Y方向；两条第一空心导轨2-2-3在Z方向底侧还开有沿X方向的通槽；矩形方钢管框架2-2-2在X 正方向一侧开有一个与两第一空心导轨2-2-3间距等大的槽。固定滑道2-2在 Y方向内部一侧设有第四电动推杆2-8安置板2-2-4，第四电动推杆2-8活动端与活动床板部件1中的座板1-3相连。
[0054] 所述的伸缩滑道2-4配合安装在固定滑道2-2的空心导轨中；伸缩滑道 2-4主体为一对沿Y方向放置的两根沿X方向排列的两根第二空心导轨2-4-1，两根第二空心导轨2-4-1之间用一矩形方钢管2-4-2连接，矩形方钢管2-4-2 包含一段U型折弯，在用于连接的矩形方钢管2-4-2上焊有一对铰耳；两根第二空心导轨2-4-1截面为底部带有凸起的矩形，两根第二空心导轨2-4-1相对于伸缩滑道2-4整体的外侧分别焊有一对短限位圆柱销2-4-3；伸缩滑道2-4 的Y反方向的尽头安装有压力传感器2-4-4，所述的压力传感器2-4-4一对共两个安装在第二空心导轨2-4-1内部，压力传感器2-4-4的探头从第二空心导轨2-4-1底部伸出。
[0055] 所述的活动组合座椅面1相对于上层支撑部件2沿Y方向可产生相对运动，所述的活动组合座椅面1包含背板1-2、座板1-3、小腿板1-4、脚踏板 1-5、自动马桶盖1-8、座椅垫1-1、扶手1-7和副控制器扶手1-6；背板1-2、座板1-3、小腿板1-4和脚踏板1-5之间通过失电自锁铰链连接；所述的失电自锁铰链仅在通电时可以自由转动，铰链断电将自锁，无法自由转动。
[0056] 所述的自动马桶盖1-8活动配合在座板1-3上，长方体空心框架在升降套件的作用下上升时，自动马桶盖相对于座板下降，达到脱离的目的，并且，座板1-3中间形成圆形排便口，座板1-3包括主体结构1-3-1和滑道1-3-2，用于在固定滑道和它所伸出来的伸缩滑道上运动。
[0057] 所述的扶手1-7和副控制器扶手1-6安装在背板1-2两侧。所述的副控制器扶手1-6包含扶手部分和副控制器部分，所述的扶手部分副控制器与总控制器2-9是通过蓝牙通信的，副控制器包含行走方向控制按键、行走方向控制摇杆、摇杆控制模式-按键控制模式切换按键、用户换载控制按键、和自定义常用功能按键，所述的方向控制摇杆为备用行走方向控制器。所述的扶手1-7 和副控制器扶手1-6其机械部分都是电动控制的，两只扶手都可以自动转动。
[0058] 本实用新型的工作原理为：
[0059] 本实用新型的核心是全自动病患换载功能，所述的升降功能，行走功能，抬背、坐姿转换功能为换载功能服务，用户最初搭乘轮椅需靠外界帮助，或者用户应具有在床具上自主翻身能力。
[0060] 用户此时已经坐于座椅上，目标功能为从轮椅到马桶的转移，用户可以选择手动，或者自动寻路到达卫生间，自动寻路应在家庭中铺设寻路感应线。当轮椅霍尔传感器检测到距离马桶足够近的时候，轮椅的总控制器2-9将询问用户是否开始轮椅到马桶的转移流程，用户点击总控制器2-9面板的同意按钮，从安全和可靠性
角度出发，轮椅最后与马桶的对接将会是强制自动实现的。马桶在与轮椅对接的一面
指定位置贴有
定位磁条，轮椅上的总控制器通过霍尔传感器检测与马桶的位置关系，通过超声测距传感器检测与马桶之间的距离，等到轮椅与马桶之间的位置合适后执行下一步操作，即滑道的连接；滑道的连接是为了在轮椅主体与马桶之间建立一水平滑道，并使活动组合轮椅面1能在滑道上面滑动到指定位置。滑道连接的第一步是让升降套件3-3 抬到极限位置，与此同时地活动组合轮椅面座板上1的马桶盖1-8在轮椅主体操作机构的控制下下降并脱离座板1-3，直到最低点，以免与后续动作干涉，然后伸缩滑道2-4伸出指定长度，该长度根据轮椅与马桶边沿的距离设置，伸出后，轮椅开始下降，此时轮椅的总控制器2-9监测伸缩滑道2-4上的压力传感器2-4-4读数，当检测到读数之后停止下降，此时轮椅与马桶之间已经建立了水平的滑道，下一步将开始活动组合轮椅面1的水平滑动。活动组合轮椅面1滑动之前总控制器2-9发送
信号给扶手副控制器1-6，扶手副控制器1-6 控制失电自锁铰链失电，此时铰链自锁开启，活动组合轮椅面1中的各板之间不能相对转动，活动组合轮椅面1保持坐姿状态，正式开始换载转移，活动组合轮椅面1在第四电动推杆2-8的推动下在滑道上滑动，用户坐在轮椅面 1上一同滑动，滑动到马桶上方停止，轮椅到马桶换载功能完成。
[0061] 用户如厕完毕时，通过扶手副控制器1-6上的轮椅换载控制按钮控制换载回轮椅，换载回轮椅是换载到马桶的逆过程，不再赘述，当成功换载回轮椅的时候，总控制器2-9发送信号给扶手副控制器1-6，解除对电控铰链的软件锁定，但失电自锁铰链仍然处于失电状态，只有在需要进行抬背、曲腿等动作变换时，铰链才会上电，解除物理锁定。
[0062] 目标功能为从轮椅到床具的转移，用户可以选择手动，或者自动寻路到达卧室，自动寻路应在家庭中铺设寻路感应线。当轮椅距离床具足够近的时候，轮椅的总控制器2-9将询问用户是否开始轮椅到床具的转移流程，用户点击总控制器2-9面板的同意按钮，从安全和可靠性角度出发，轮椅最后与马桶的对接将会是强制自动实现的。定位原理及方式不再赘述，当轮椅与床具之间的位置关系确定了之后，轮椅开始
姿态转换，即从坐姿转换成卧姿姿态，第一电动推杆2-5驱动背板逆
时针旋转，第二电动推杆2-6驱动小腿板顺时针旋转，脚板1-5在重力和铰链限位的作用顺时针翻转成水平。姿态转换完毕之后开始滑道的搭建，滑道搭建完毕之后即可开始换载流程，换载过程与轮椅到马桶的流程相近。
[0063] 如果用户需要从床具到轮椅的无人辅助转移，将必须在家中铺设寻路感应线。在呼叫轮椅之后，轮椅将执行以下流程，自动寻路到床边并与床对接，搭建滑道，自动进行姿态转换，从座椅模式变成床模式，活动组合轮椅面1 在第四电动推杆2-8的推动下通过滑道移动到床上，用户整周翻身即可上轮椅，等到用户移动到轮椅上之后按下换载控制按键即可与活动组合轮椅面1 一同换载到轮椅上。
[0064] 所述位于背板支撑框架2-1和小腿板支撑框架2-3上的第一滚球2-1-3、第二滚球2-3-2用于支撑活动组合座椅面1的背板1-2和小腿板1-4，使活动背板1-2、小腿板1-4相对于背板支撑框架2-1小腿板支撑框架2-3之间可以产生多方向的相对滑动。
[0065] 以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型
权利要求保护范围的限制。
