一种辅助洗浴机器人装置及其工作方法

1.本发明属于护理机器人技术领域，具体涉及一种辅助洗浴机器人装置及其工作方法。


背景技术：

2.近年来，中国人口老龄化趋势加快，我国已进入老龄化社会。随着老龄化社会的到来和人们对高质量生活的追求，老年人和残疾人对辅助洗浴机器人的需求逐渐增加。在洗浴时，老年人或残疾人由于行动不便，背部和腿部很难搓洗干净。因此，一种能实现辅助洗浴的机器人变得十分必要。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种辅助洗浴机器人装置，以解决上述背景技术中提到的问题。本发明能够实现辅助老年人或残疾人洗浴，主要是实现用户背部搓洗、腿部的冲洗和敲背的功能。
4.本发明一种辅助洗浴机器人装置，包括柔性弯曲装置和洗浴喷头。所述的洗浴喷头可拆安装在柔性弯曲装置的外端。所述的柔性弯曲装置包括气动伸缩管、限制片、拉绳、第三法兰和水管。n根气动伸缩管的内端固定在一起，外端封闭且均与第三法兰固定，n≥3。n根气动伸缩管的内端开口均连接到气源，气源能够单独对对n气动伸缩管中的一根或多根进行充气。n根拉绳分别设置在n根气动伸缩管的一侧，底端均与第三法兰固定，顶端分别连接到n个能够主动旋转的收卷辊上；水管被合围在n根气动伸缩管之间；水管的底端与第三法兰上的出水口对接。水管的顶端连接到洗浴水源。第二法兰与第三法兰之间依次间隔排列有多片限制片。气动伸缩管、拉绳和水管均穿过各限制片。
5.作为优选，本发明一种辅助洗浴机器人装置还包括水平移动装置和刚性竖直移动装置。所述的柔性弯曲装置安装在刚性竖直移动装置上；刚性竖直移动装置安装在水平移动装置上。
6.作为优选，所述的水平移动装置包括机架、横移电机、丝杠和滑移块。丝杠支承在机架上，且由横移电机驱动。滑移块与机架构成滑动副，并与丝杠构成螺旋副。所述的刚性竖直移动装置包括第一法兰、电动推杆和第二法兰。第一法兰与滑移块固定。电动推杆竖直设置，外壳与第一法兰，伸缩杆与第二法兰固定。所述的气动伸缩管采用内外双层结构；内层采用乳胶材料；外层采用呈波纹管状的塑料。
7.作为优选，所述的洗浴喷头能够更换，具有三种不同结构的喷头，分别为背部搓洗喷头、腿部冲洗喷头和敲背喷头。
8.作为优选，所述的洗浴喷头采用背部搓洗喷头，具体包括搓洗外壳、海绵固定盘、搓澡海绵、中心叶轮和第一分支喷口。搓洗外壳的内端中心位置开设有搓洗进水口。搓洗外壳的内腔分隔为由内端至外端依次排列的进水腔、叶轮腔和出水腔。出水腔呈环形。进水腔与搓洗进水口连通。搓洗外壳的外端端面上设置有一个或多个与出水腔连通的第一分支喷
口。进水腔与叶轮腔之间通过叶轮输入孔连通。叶轮腔与出水腔通过叶轮输出孔连通。中心叶轮支承在叶轮腔内。海绵固定盘位于搓洗外壳外，且与中心叶轮固定；搓澡海绵与海绵固定盘的外侧面固定。
9.作为优选，所述的叶轮与搓洗外壳的内腔之间设置有棘轮棘爪机构。所述的搓澡海绵与海绵固定盘通过魔术贴连接。所述的叶轮输入孔、叶轮输出孔均与中心叶轮的轴线错开，且分别位于中心叶轮轴线的两侧。
10.作为优选，所述的腿部冲洗喷头包括连接板、两根分支水管和两个圆弧形洗浴环。连接板的中心位置开设有腿部冲洗进水口。腿部冲洗进水口通过三通接口连接到两根分支水管的内端。两根分支水管的外端与两个圆弧形洗浴环的中部分别连通。两个圆弧形洗浴环的内部均设置有流道。两个圆弧形洗浴环的内侧边缘开设有多个腿部冲洗出水孔。
11.作为优选，所述的敲背喷头包括敲背外壳、第二分支喷头、敲背杆和敲背驱动组件。搓洗外壳的内端中心位置开设有搓洗进水口。敲背外壳的外侧设置有一个或多个与搓洗进水口连通的第二分支喷口。敲背杆滑动连接在敲背外壳内，且外端伸出敲背外壳。敲背杆的外端端部固定有弹性按摩球。敲背杆由敲背驱动组件驱动进行往复滑动。
12.作为优选，所述的敲背驱动组件包括转动杆、圆盘、齿轮、齿条和敲背驱动电机。圆盘支承在敲背外壳内，并由敲背驱动电机驱动旋转。圆盘的一侧侧面上偏心固定有传动柱。转动杆的一端与敲背外壳的内腔构成转动副。转动杆上开设有条形滑槽。圆盘上的传动柱伸入条形滑槽内，使得圆盘的旋转能够带动转动杆的翻转。齿轮与转动杆固定。齿条与敲背杆固定。齿条与齿轮啮合。
13.该辅助洗浴机器人装置挤的自动洗浴方法，具体结构如下：
14.步骤一、根据使用者的需要，在背部搓洗喷头、腿部冲洗喷头和敲背喷头中选择一个作为使用的洗浴喷头安装到第三法兰上。
15.步骤二、水平移动装置和刚性竖直移动装置带动洗浴喷头在竖直平面内移动到靠近使用者的被清洗部位。柔性弯曲装置内远离被清洗部位一侧的一根或两根气动伸缩管充气伸长弯曲，柔性弯曲装置内靠近被清洗部位一侧的一根或两根拉绳被收卷收卷，使得柔性弯曲装置的外端带动洗浴喷头弯曲至朝向使用者的被清洗部位的状态。
16.若步骤一中选用背部搓洗喷头，则被清洗部位为背部；水平移动装置和刚性竖直移动装置驱动背部搓洗喷头抵住使用者的背部。水管连接的水源开始输出洗浴水，使得洗浴水从背部搓洗喷头喷淋到使用者的背部；洗浴水经过叶轮腔时带动中心叶轮旋转，进而带动搓澡海绵旋转；同时，水平移动装置和刚性竖直移动装置带动背部搓洗喷头在使用者的背部移动，实现对是使用者背部的搓洗。
17.若步骤一中选用腿部冲洗喷头，则被清洗部位为双腿；使用者将双腿摆开，水平移动装置和刚性竖直移动装置驱动两个圆弧形洗浴环的内侧边缘分别靠近使用者的双腿。水管连接的水源开始输出洗浴水，使得洗浴水喷淋到使用者的双腿；同时，刚性竖直移动装置带动背部搓洗喷头上下往复移动，实现对是使用者双腿的冲洗。
18.若步骤一中选用敲背喷头，则被清洗部位为背部；水平移动装置和刚性竖直移动装置带动背部搓洗喷头靠近使用者的背部。水管连接的水源开始输出洗浴水，使得洗浴水从背部搓洗喷头喷淋到使用者的背部；同时，敲背驱动组件带动敲背杆往复运动，敲击按摩使用者的背部，水平移动装置和刚性竖直移动装置带动背部搓洗喷头在使用者的背部移
动，实现对是使用者背部的按摩和冲洗。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.1.本发明设计了三款洗浴喷头且便于更换，能满足用户对于背部搓洗、腿部冲洗和敲背三种不同工作模式的需求。其中，背部搓洗喷头在搓澡的基础上增加冲洗功能，可以快速精确冲洗背部被搓下的皮屑和油脂。
21.2.本发明中的柔性弯曲装置采用软体结构，在与用户身体接触过程中，更加安全。柔性弯曲装置采用气动与拉绳驱动的混合驱动方式，在弯曲驱动过程中，由于拮抗效应，两种驱动方式相互抑制，使得弯曲装置刚度增加。
22.3.本发明适用于不同身高的人群，本发明的刚性竖直移动装置可使搓澡头实现竖直方向上的移动，用户既可站着洗，也可以坐着洗。所述柔性弯曲装置可以调节所述背部搓洗喷头的俯仰角度，使背部搓洗喷头更加契合用户身体。
23.4.本发明在背部搓洗喷头上配有可拆卸的海绵，可在不同人使用时进行更换，保障个人卫生。
附图说明
24.图1是本发明的整体外形示意图；
25.图2是本发明的水平移动装置的结构示意图；
26.图3是本发明中的刚性竖直移动装置剖面的结构示意图；
27.图4是本发明中的柔性弯曲装置的结构示意图；
28.图5是本发明中的背部搓洗喷头剖面结构示意图；
29.图6是本发明中的腿部冲洗喷头外形示意图；
30.图7是本发明中的敲背喷头外形示意图；
31.图8是本发明中的敲背喷头的敲背杆内部驱动结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
33.如图1所示，一种辅助洗浴机器人装置，包括水平移动装置1、刚性竖直移动装置2、柔性弯曲装置3和洗浴喷头4。水平移动装置1安装在墙体上；刚性竖直移动装置2安装在水平移动装置1的滑移块上。柔性弯曲装置3的内端安装在刚性竖直移动装置2上。柔性弯曲装置3的外端安装有洗浴喷头。洗浴喷头能够更换，具有三种不同结构的喷头，分别为背部搓洗喷头、腿部冲洗喷头和敲背喷头(图1中洗浴喷头为背部搓洗喷头)。
34.如图1和2所示，水平移动装置1包括机架1.1、横移电机1.2、丝杠1.3和滑移块1.4。横移电机1.2安装在机架一侧，输出轴通过联轴器与丝杠1.3一端相连。滑移块1.4安装在丝杠上。当横移电机1.2转动时，驱动丝杠1.3转动，滑移块1.4随着丝杠1.3的正反转动作往复直线运动。滑移块1.4上安装有控制盒；控制盒内设置有控制模块和三个收卷电机，并用来传递一定压强的水、气和电控制信号。三个收卷电机与三根拉绳相连，滑移块内部设有三个独立的气阀门，分别与下方三根气管相接。控制模块上集成有无线通信模块，用户可根据自身需求通过无线传输设备调节所述辅助洗浴机器人位姿及工作状态。控制盒的一侧开有三个孔，分别接入控制信号和一定压强的水和气，用于控制滑移块1.4下方的刚性竖直移动装
置2和柔性弯曲装置3运动。
35.如图1和3所示，所述刚性竖直移动装置2包括第一法兰2.1、电动推杆2.2和第二法兰2.3。第一法兰2.1与滑移块1.4固定。三根电动推杆2.2呈正三角形排布，外壳的顶端与第一法兰2.1，伸缩杆的底端与第二法兰2.3固定。三根电动推杆的型号和各参数完全一致。
36.如图1和4所示，柔性弯曲装置3包括第二法兰2.3、气动伸缩管3.1、限制片3.2、拉绳3.3、第三法兰3.4、水管3.5、线缆收卷模块、气源和换向阀。线缆收卷模块和三个换向阀均安装的控制盒内。线缆收卷模块包括三个收卷电机和三个收卷辊。三个收卷辊均支承在滑移块1.4内，并由三个收卷电机分别驱动。换向阀的输入气口均连接到气源。气源采用气泵。气动伸缩管3.1采用内外双层结构；内层采用光滑且柔软的材料，具体为乳胶材料；外层采用呈波纹管状的塑料；当气动伸缩管的内层发生伸长或收缩变形时，外层结构会相应的伸长或收缩。三根气动伸缩管3.1的内端均与第二法兰固定，外端封闭且均与第三法兰3.4固定。三根气动伸缩管3.1呈正三角形排布。三根气动伸缩管3.1的内端开口分别通过气管3.6连接到三个换向阀的工作气口。三根拉绳3.3分别设置在三根气动伸缩管3.1的一侧，底端均与第三法兰3.4固定，顶端穿过第二法兰连接到三个收卷辊上；通过收卷电机驱动收卷辊的转动，可以控制拉绳的释放量，来对柔性弯曲装置3的弯曲方向和弯曲程度进行调节。
37.第三法兰3.4的中心位置开设有出水口。水管3.5的底端与第三法兰3.4上的出水口固定。水管3.5的顶端穿过第二法兰2.3的中心孔，并连接滑移块1.4上，并经过滑移块1.4进一步连接到外部的热水源(水龙头)；水管3.5在第二法兰2.3与滑移块1.4之间留有余量，用于配合柔性弯曲装置3伸缩弯曲的需要。第二法兰与第三法兰3.4之间依次间隔排列有多片限制片3.2。限制片3.2上开设有三个穿绳孔、三个气管孔和一个水管孔。三个穿绳孔分别用于穿过三根拉绳3.3；三个气管孔分别用于穿过三根气动伸缩管3.1；水管孔用于穿过水管3.5，并与水管固定。其中，气管孔的孔径略大于气动伸缩管最小外径，且略小于气动伸缩管最大外径；穿绳孔的孔径略大于拉绳3.3的线径。
38.洗浴喷头与第三法兰3.4通过螺栓可拆卸固定；洗浴喷头上的进水口与第三法兰3.4上的出水口对接。三种洗浴喷头的结构分别如下：
39.(1)如图5所示，背部搓洗喷头包括搓洗外壳、海绵固定盘4.1、搓澡海绵4.2、中心叶轮4.6、魔术贴4.3和第一分支喷口4.4。搓洗外壳的内端边缘处开设有与第三法兰3.4对应的螺纹孔，用于与第三法兰3.4对接固定。搓洗外壳的内端中心位置开设有搓洗进水口。搓洗进水口与第三法兰3.4上的出水口对应。搓洗外壳的内腔通过隔板分隔为由内端至外端依次排列的进水腔4.9、叶轮腔4.10和出水腔4.11。出水腔4.11呈环形。进水腔4.9与搓洗进水口连通。搓洗外壳的外端端面上设置有多圈与出水腔4.11连通的第一分支喷口4.4，用于输出水流对使用者的背部进行冲洗。进水腔4.9与叶轮腔4.10之间通过叶轮输入孔4.8连通。叶轮腔4.10与出水腔4.11通过叶轮输出孔4.5连通。中心叶轮4.6通过套筒支承在叶轮腔4.10内的中心位置。中心叶轮4.6上的套筒与搓洗外壳的内腔之间设置有棘轮棘爪机构，从而保证中心叶轮4.6的转动方向保持不变。
40.叶轮输入孔4.8、叶轮输出孔4.5均与中心叶轮4.6的轴线错开，且分别位于中心叶轮4.6轴线的两侧。当水流经叶轮输入孔4.8输入叶轮腔4.10，再经叶轮输出孔4.5输出叶轮腔4.10时，将带动中心叶轮4.6旋转。与中心叶轮4.6固定的套筒外端端部伸出搓洗外壳外；海绵固定盘4.1与套筒的外端固定；搓澡海绵4.2与海绵固定盘4.1的外侧面通过魔术贴固
定，使得搓澡海绵4.2可随时更换。中心叶轮4.6旋转时能够带动搓澡海绵4.2在使用者的背部转动，达到搓澡效果。可见，背部搓洗喷头能够同时实现搓澡头的转动搓洗功能和喷水洗浴功能，且完全由水动力驱动，无需电力。
41.(2)如图6所示，腿部冲洗喷头包括连接板、两根分支水管5.2和两个圆弧形洗浴环5.3。连接板开设有与第三法兰3.4对应的螺纹孔，用于与第三法兰3.4对接固定。连接板的中心位置开设有腿部冲洗进水口。腿部冲洗进水口通过三通接口连接到两根分支水管5.2的内端。两根分支水管5.2的外端与两个圆弧形洗浴环5.3的中部分别连通。两个圆弧形洗浴环5.3的内部均设置有流道。两个圆弧形洗浴环5.3的内侧边缘开设有多个与内部流道连通的腿部冲洗出水孔。两个圆弧形洗浴环5.3并排设置，且圆心轴线相互平行，用于对使用者的两条腿部进行冲洗。使用时，两个圆弧形洗浴环5.3的内侧边缘分别对准使用者的双腿，洗浴用水沿分支水管5.2进入圆弧形洗浴环5.3中，并通过圆弧形洗浴环5.3内侧的腿部冲洗出水孔喷出，对使用者的双腿进行同步清洗。
42.(3)如图7和8所示，敲背喷头包括敲背外壳、第二分支喷头6.2、敲背杆6.1和敲背驱动组件。敲背外壳的内测边缘处开设有与第三法兰3.4对应的螺纹孔，用于与第三法兰3.4对接固定。搓洗外壳的内端中心位置开设有搓洗进水口。敲背外壳的外侧设置有一圈或多圈与搓洗进水口连通的第二分支喷口6.2，用于输出水流对使用者的背部进行冲洗。敲背杆6.1滑动连接在敲背外壳内，且外端伸出敲背外壳。敲背杆6.1的外端端部固定有弹性按摩球。
43.敲背驱动组件包括转动杆6.4、圆盘6.5、齿轮、齿条和敲背驱动电机。圆盘6.5支承在敲背外壳6.3内，并由敲背驱动电机驱动旋转。圆盘6.5的一侧侧面上偏心固定有传动柱。转动杆6.4的一端与敲背外壳6.3的内腔构成转动副。转动杆6.4上开设有条形滑槽。圆盘6.5上的传动柱伸入条形滑槽内，使得圆盘6.5的旋转能够带动转动杆6.4的翻转。齿轮与转动杆6.4固定。齿轮的转动轴线与转动杆6.4的转动轴线重合，该齿轮为不完全齿轮。齿条与敲背杆6.1固定。齿条与齿轮啮合，实现对转动杆6.4的往复伸缩驱动。使用时，洗浴用水进入敲背喷头后从第二分支喷头6.2喷出，达到冲洗效果。敲背驱动电机转动带动圆盘6.5转动，带动敲背杆6.1做周期往复直线运动，敲背头敲击用户背部，达到敲背的效果。
44.该辅助洗浴机器人装置的自动洗浴方法，具体结构如下：
45.步骤一、根据使用者的需要，在背部搓洗喷头、腿部冲洗喷头和敲背喷头中选择一个作为使用的洗浴喷头安装到第三法兰3.4上。
46.步骤二、水平移动装置1内的横移电机1.2转动，刚性竖直移动装置2内的电动推杆2.2伸缩；带动洗浴喷头在竖直平面内移动到靠近使用者的被清洗部位。柔性弯曲装置3内远离被清洗部位一侧的一根或两根气动伸缩管3.1充气伸长弯曲，柔性弯曲装置3内靠近被清洗部位一侧的一根或两根拉绳3.3被收卷收卷(释放出来的部分缩短)，使得柔性弯曲装置3的外端带动洗浴喷头弯曲至朝向使用者的被清洗部位的状态。
47.若步骤一中选用背部搓洗喷头，则被清洗部位为背部；水平移动装置1和刚性竖直移动装置2驱动背部搓洗喷头抵住使用者的背部。水管5.2连接的水源开始输出洗浴水，使得洗浴水从背部搓洗喷头喷淋到使用者的背部；洗浴水经过叶轮腔4.10时带动中心叶轮4.6旋转，进而带动搓澡海绵4.2旋转；同时，水平移动装置1和刚性竖直移动装置2带动背部搓洗喷头在使用者的背部移动，实现对是使用者背部的搓洗。由于柔性弯曲装置3是以气动
伸缩管3.1和拉绳组成的软体结构，受到阻力能够变形，故洗浴喷头能够持续保持对使用者背部的贴合，且不会对使用者造成伤害。
48.若步骤一中选用腿部冲洗喷头，则被清洗部位为双腿；使用者将双腿摆开，水平移动装置1和刚性竖直移动装置2驱动两个圆弧形洗浴环5.3的内侧边缘分别靠近使用者的双腿。水管5.2连接的水源开始输出洗浴水，使得洗浴水喷淋到使用者的双腿；同时，刚性竖直移动装置2带动背部搓洗喷头上下往复移动，实现对是使用者双腿的冲洗。
49.若步骤一中选用敲背喷头，则被清洗部位为背部；水平移动装置1和刚性竖直移动装置2驱动背部搓洗喷头靠近使用者的背部。水管5.2连接的水源开始输出洗浴水，使得洗浴水从背部搓洗喷头喷淋到使用者的背部；同时，敲背驱动电机调动敲背杆6.1往复运动，敲击按摩使用者的背部，水平移动装置1和刚性竖直移动装置2带动背部搓洗喷头在使用者的背部移动，实现对是使用者背部的按摩和冲洗。