一种电动轮椅机械臂的制作方法

本实用新型专利属于携带机械臂的电动轮椅装置，特别是涉及一种携带有一个六自由度的轻量型仿生机械臂的电动轮椅机械臂。

背景技术：

伴随着人类社会的发展，世界性的人口老龄化问题越来越严重，随之带来的一系列老人疾病，比如脑中风患者或者严重偏瘫患者，在日常生活中越来越常见。再者，由于各种交通事故、天灾人祸而致残的人也越来越多。对于重度残疾病人，他们既不能自由行走，双臂也逐渐丧失功能，因此，开发一种既可以载着病人四处行走，也可以帮忙操作外界的系统是非常必要的。六自由度轻量型仿生机械臂具有灵活、轻便和易于控制的特点以及良好的安全性以及人机交互性，在很多科研领域有着广泛的应用。由于电动轮椅具有便利性、安全性以及智能化的操纵控制器等优秀性能，且六自由度的轻量型仿生机械臂自身能够完成众多任务，在这种基础之上，若能够实现将两者的有机结合，充分发挥两者自身的优点，弥补两者自身的不足，必定能够更好的实现智能化的控制。因此，提出了该装载六自由度的轻量型仿生机械臂的电动轮椅装置。通过该装置，能够充分的发挥电动轮椅便利、安全性高以及拥有智能化的操纵控制器的特点，同时由于具有六自由度的轻量型仿生机械臂而能够实现物体的抓取等功能，从而能帮助老人、残疾人实现生活质量的提高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自主电动轮椅机械臂的设计方法。

为了实现上述实用装置，采用的技术方案如下：

一种电动轮椅机械臂，包括电动轮椅，还包括：六自由度轻量型仿生机械臂、激光雷达、第一3D体感摄影机、第二3D体感摄影机、前支架、后支架、侧面支架， 所述六自由度的轻量型仿生机械臂通过连接电动轮椅的侧面支架固定在电动轮椅的左前方，用于根据目标物体的位置信息实施抓取任务，并根据第二3D体感摄影机对使用者嘴部的定位信息，将目标物体送至使用者嘴部；所述的激光雷达和第一3D体感摄影机通过连接电动轮椅的前支架固定在电动轮椅的正前方，用于实时定位电动轮椅的位置及目标物体的识别与定位；所述第二3D体感摄影机通过连接电动轮椅的后支架固定在电动轮椅的上方，用于使用者嘴部的识别定位。

进一步地，：所述的第一3D体感摄影机5、第二3D体感摄影机均采用Kinect。

进一步地，所述的侧面支架固定在电动轮椅底盘并从电动轮椅底盘的左前方延伸而出，同时设置有分别连接六自由度轻量型仿生机械臂和电动轮椅的机械接口和固定接口。

进一步地，所述的前支架固定在电动轮椅底盘并从电动轮椅底盘的正前方延伸而出，所述前支架的底部设置有三角小支架及连接电动轮椅的固定接口，所述前支架的中部还设置有连接电动轮椅底盘的连接管，所述前支架的顶端设置有用于安装第一3D体感摄影机的支撑平台。

进一步地，所述的后支架7固定在电动轮椅1底盘并从电动轮椅1底盘的后方延伸而出，所述后支架的底部设置有三角支撑及连接电动轮椅的固定接口，所述的后支架前端设置有用于固定第二3D体感摄影机的固定平台。

进一步地，所述固定平台的左、右及底面均设有一定高度的凸起，顶面设置有用于散热的开口。防止第二3D体感摄影机在电动轮椅移动过程中的滑落，同时让第二3D体感摄影机更好的散热。

进一步地，所述的第一3D体感摄影机位于激光雷达的正上方。

进一步地，所述激光雷达的安放高度距地1m-1.1m。

进一步地，所述第二3D体感摄影机与人脸的距离为0.7m-0.8m。

相比现有技术，本实用新型专利由电动轮椅以及轻量型仿生机械臂组成，能够充分的发挥电动轮椅便利、安全性高以及拥有智能化的操纵控制器的特点，同时由于具有六自由度的轻量型仿生机械臂而能够实现物体的抓取等功能，从而能帮助老人、残疾人实现生活质量的提高并具备能够开发各种实用性功能。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电动轮椅机械臂整体结构示意图。

图2为本实用新型实施例的前支架及其上的激光雷达和kinect结构示意图。

图3为本实用新型实施例的侧面支架及其上的六自由度轻量型仿生机械臂结构示意图。

图4为本实用新型实施例的后支架及其上的kinect模型。

图中所示：1-电动轮椅；2-侧面支架；3-六自由度轻量型仿生机械臂；4-激光雷达；5-第一3D体感摄影机；6-前支架；61-连接管；62-三角小支架；7-后支架；71-三角支撑；8-第二3D体感摄影机。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型做进一步的说明。

如图1所示，一种电动轮椅机械臂，包括电动轮椅、六自由度轻量型仿生机械臂3、激光雷达4、第一3D体感摄影机5、第二3D体感摄影机8、前支架6、后支架7、侧面支架2， 所述六自由度的轻量型仿生机械臂3通过连接电动轮椅1的侧面支架固定在电动轮椅1的左前方，用于根据目标物体的位置信息实施抓取任务，并根据第二3D体感摄影机8对使用者嘴部的定位信息，将目标物体送至使用者嘴部；所述的激光雷达4和第一3D体感摄影机5通过连接电动轮椅1的前支架6固定在电动轮椅1的正前方，用于实时定位电动轮椅1的位置及目标物体的识别与定位；所述第二3D体感摄影机8通过连接电动轮椅1的后支架7固定在电动轮椅1的上方，用于使用者嘴部的识别定位；所述的第一3D体感摄影机5、第二3D体感摄影机8均采用Kinect，所述的六自由度轻量型仿生机械臂3采用kinova六自由度的轻量型仿生机械臂。

电动轮椅1能够实现电动轮椅机械臂的空间移动。坐在电动轮椅上的人可以通过两种方式来实现电动轮椅机械臂的空间移动：（1）利用电动轮椅1自身携带的智能化的操纵控制器实现电动轮椅1在空间的前后左右以及拐弯等移动；（2）利用前支架6上搭载的激光雷达4来对所在空间进行定位，激光雷达4对空间定位之后，将位置信息反馈给PC机，PC机将处理之后的信息以及运动命令传送给电动轮椅1，驱动电动轮椅1实现空间的前后左右以及拐弯等移动，从而顺利到达目标位置。

其中的六自由度轻量型仿生机械臂3具有6个自由度，主要由电动轮椅1底盘延伸出来的侧面支架2给予支撑。六自由度轻量型仿生机械臂3带有一个可夹取的末端执行器，可以实现对物体的夹取或者完成一些抓取任务。六自由度轻量型仿生机械臂3的控制由一台PC机完成，在第一3D体感摄影机5将电动轮椅前方物体的图像信息收集完成并通过控制电路传输给PC机的同时，第二3D体感摄影机8会将人的脸部的位置信息传输通过控制电路传输给PC机，PC机会将处理后的信息再反馈给六自由度轻量型仿生机械臂3，六自由度轻量型仿生机械臂3在接受到PC机的信息之后，就会驱动起来，以完成抓取实物并传送给人的任务。

图2为前支架6及其上的激光雷达4和第一3D体感摄影机5示意图。前支架6是由电动轮椅1底盘延伸出来的，通过电动轮椅1底盘的空心钢管与前支架6嵌套连接；支架的下部分主要通过利用三角形稳定性的原理设置有三角小支架62以实现支架的稳固；在支架的中部，还有一根连接管61与电动轮椅底盘相连接，进一步加强支架的稳定性；激光雷达4的安放高度主要在距地1m-1.1m的高度上，设置在这个高度的原因是激光雷达4的工作高度不得太低，需要在此高度附近，同时，激光雷达4的上方0.2m处设置用于安装第一3D体感摄影机5的支撑平台。本实施例在前支架6的上方，通过放置的激光雷达4来确定相对位置，对第一3D体感摄影机5获取的图像信息进行坐标定位，激光雷达4正上方的第一3D体感摄影机5则完成相应的物体的识别与定位，包括路况的识别。通过以上特点，第一3D体感摄影机5和激光雷达4所获取的图像信号能够反馈六自由度轻量型仿生机械臂3所需执行的任务的相应视觉内容，可以实现智能化控制。

图3为侧面支架2及其上的六自由度轻量型仿生机械臂3的模型。所述的侧面支架2固定在电动轮椅1底盘并从电动轮椅1底盘的左前方延伸而出，同时设置有分别连接六自由度轻量型仿生机械臂3和电动轮椅1的机械接口和固定接口。侧面支架2上搭载的六自由度轻量型仿生机械臂3能够接受从PC机传送过来的物体的位置信息以及工作命令，并根据上述信息执行工作命令如抓取并移动物体到指定地点等，进而完成复杂的运动任务。

图4为后支架7及其上的第二3D体感摄影机8模型。所述的后支架7固定在电动轮椅1底盘并从电动轮椅1底盘的后方延伸而出，通过电动轮椅1底盘的空心钢管与后支架7嵌套连接；所述后支架7的底部设置有增加稳定性的三角支撑71及连接电动轮椅1的固定接口；后支架7会从电动轮椅1背后绕过电动轮椅1座垫，然后按一定角度向前倾斜延伸，使得第二3D体感摄影机8与人脸的距离在0.7m-0.8m范围内，因为在该范围内第二3D体感摄影机8识别与定位的功能能得到最好的发挥；所述的后支架7前端设置有用于固定第二3D体感摄影机8的固定平台，所述固定平台的左、右及底面均设有一定高度的凸起，防止第二3D体感摄影机8在电动轮椅移动过程中的滑落，顶面设置有用于散热的开口，这样的设计主要是为了让第二3D体感摄影机8更够更好的散热，从而使第二3D体感摄影机8能够正常地进行图像的采集工作。第二3D体感摄影机8的主要任务是识别人脸的图像信息并定位，然后传递给PC机，PC机在将获得的信息处理之后又会传递给六自由度轻量型仿生机械臂3，以便六自由度轻量型仿生机械臂3能够成功抓取实物并准确地送达指定位置。在六自由度轻量型仿生机械臂3完成任务的过程中，两个3D体感摄影机与激光雷达4也会进行图像信息的实时更新，并且不断地传输给PC机，让PC机进行处理。通过该结构来实现图像的稳定实时获取。实现对目标物体的图像识别以及定位，有利于装载六自由度轻量型仿生机械臂3的电动轮椅1完成相应的任务。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。