本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種自適應(yīng)柔性醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著人口老齡化的加重，醫(yī)護(hù)人員越來(lái)越緊缺。在護(hù)理過(guò)程中，抱抬和移載病人對(duì)護(hù)理人員而言呈現(xiàn)出身體損傷的危害可能性正在上升，這不僅嚴(yán)重影響到護(hù)理人員的工作狀態(tài)，也直接影響到對(duì)病人的服務(wù)質(zhì)量。醫(yī)院護(hù)理方面人力在面對(duì)越來(lái)越多的病人時(shí)已顯得力不從心。服務(wù)這些老年病人需要巨大的時(shí)間和精力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可安全搬運(yùn)病人，降低醫(yī)護(hù)人員工作量的自適應(yīng)柔性醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種自適應(yīng)柔性醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人系統(tǒng)，包括軀干、至少一對(duì)機(jī)械臂、設(shè)于軀干底部可全向移動(dòng)的底座及設(shè)于軀干上具有3D感知功能的導(dǎo)航操作系統(tǒng)；所述導(dǎo)航操作系統(tǒng)連接底座，所述軀干上設(shè)有連接所述機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)器組合。醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人系統(tǒng)能夠在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中服務(wù)更多的病人，幫助醫(yī)護(hù)人員送上醫(yī)療所需用品、降低醫(yī)護(hù)人員由于抱抬和移載重物時(shí)造成背部傷害的風(fēng)險(xiǎn)、與病人進(jìn)行娛樂(lè)互動(dòng)、移動(dòng)重物、成為遠(yuǎn)程醫(yī)護(hù)人員的媒介、協(xié)助進(jìn)行醫(yī)院內(nèi)存貨管理；該機(jī)器人擁有全向移動(dòng)子系統(tǒng)，使得其在醫(yī)院環(huán)境中移動(dòng)更靈巧。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)器組合包括外殼，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件，連接旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件、可將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件旋轉(zhuǎn)動(dòng)力放大的傳動(dòng)箱及扭力彈簧，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件和傳動(dòng)箱均設(shè)于外殼內(nèi)；所述傳動(dòng)箱包括一動(dòng)力輸出軸，所述扭力彈簧固定連接所述外殼與動(dòng)力輸出軸。該結(jié)構(gòu)的機(jī)械臂能抱抬300-500磅的重物，驅(qū)動(dòng)器組合連接在機(jī)械臂上為其強(qiáng)大抱抬能力提供足夠的扭矩或動(dòng)力。該機(jī)器人系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器組合是電力驅(qū)動(dòng)的，為機(jī)械臂執(zhí)行抱抬與移載病人任務(wù)提供柔軟度、安全性、靈活性和強(qiáng)度。驅(qū)動(dòng)器組合提供的敏感度使得機(jī)械臂不會(huì)傷害到病人，提供的靈巧性使得機(jī)械臂能處理更小更精密的物品。驅(qū)動(dòng)器組合強(qiáng)有力且可靠，1)符合重物抱抬任務(wù)的要求。2)通過(guò)柔性位置反饋和力量反饋來(lái)控制輸出力的大小，具有更理想的結(jié)構(gòu)內(nèi)在安全性。3)有效地延長(zhǎng)電池壽命。4)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，易操作。

進(jìn)一步地，所述扭力彈簧為聚氨酯棒，所述動(dòng)力輸出軸外壁沿長(zhǎng)度方向設(shè)有容納聚氨酯棒的溝槽，所述扭力彈簧兩端固定連接于外殼上。

進(jìn)一步地，所述機(jī)械臂上設(shè)有溫度傳感器和/或力傳感器。從而使得機(jī)械臂對(duì)病人的感知更敏感。

進(jìn)一步地，所述機(jī)械臂具有可彎曲的中部，該中部處設(shè)有可在受力時(shí)張緊的柔性關(guān)節(jié)，機(jī)械臂內(nèi)設(shè)有可柔性控制支撐力度的柔性執(zhí)行器。靈巧柔性雙臂可從肢軀干處伸展出來(lái)，像機(jī)械臂一樣抱抬和移動(dòng)物品，比如醫(yī)療器械、藥品、食物和病人。其柔性關(guān)節(jié)的操控具有自適應(yīng)性，可以確保在護(hù)理過(guò)程中的安全與良好的操控性能。模仿真人 機(jī)械臂，使機(jī)器人在功能性和舒適性上都提高。靈巧且柔性的機(jī)械臂既有足夠的載荷抱抬重物，又具有足夠的柔性來(lái)安全地處理敏感的醫(yī)療器械和病人。該柔性機(jī)械臂上柔性關(guān)節(jié)及柔性執(zhí)行器是機(jī)械臂強(qiáng)大的抱抬能力的力量或力矩的來(lái)源。機(jī)械臂中使用的柔性執(zhí)行器更好地模仿了人類機(jī)械臂的肌肉模型之特性。柔性執(zhí)行器使得機(jī)械臂在與人交互時(shí)更好地控制力量和顯得更柔軟。當(dāng)機(jī)械臂像人類的手臂一樣有更高的觸覺(jué)感知時(shí)病人會(huì)感覺(jué)到更安全、更放松和更加信任護(hù)理機(jī)器人。機(jī)械臂從上肢軀干兩側(cè)向前伸展開(kāi)來(lái)，有足夠的長(zhǎng)度來(lái)抱抬起一個(gè)正常成年病人。

進(jìn)一步地，所述軀干前部設(shè)有顯示器和連接顯示器的信息接收裝置。醫(yī)生通過(guò)機(jī)器人胸前的顯示器與病人交流。遠(yuǎn)程交流通過(guò)無(wú)線環(huán)境實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步地，所述底座上設(shè)有可沿地面水平伸出、進(jìn)而擴(kuò)大支撐面積的穩(wěn)定提升裝置。確保抱抬病人時(shí)的穩(wěn)定與安全。

進(jìn)一步地，軀干底部通過(guò)一動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、可升降連接于底座上。可根據(jù)需要調(diào)節(jié)軀干的高度，進(jìn)而調(diào)節(jié)顯示器和機(jī)械臂的高度。

綜上所述，本發(fā)明可代替醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行搬運(yùn)病人，運(yùn)送醫(yī)療用品等，減輕醫(yī)護(hù)人員工作負(fù)擔(dān)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的立體圖一；

圖2a為本發(fā)明機(jī)械臂與驅(qū)動(dòng)器組合連接示意圖一；

圖2b為本發(fā)明的機(jī)械臂相對(duì)于整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的位置示意圖；

圖3a為本發(fā)明機(jī)械臂與驅(qū)動(dòng)器組合連接示意圖二；

圖3b為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器組合分體示意圖；

圖3c為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器組合安裝后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3d為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器組合部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3e為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器組合安裝不同數(shù)量扭力彈簧后的三種狀態(tài)圖。

圖4a為本發(fā)明主視圖；

圖4b為本發(fā)明立體圖二；

圖5a為本發(fā)明的底座結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖5b為本發(fā)明的底座結(jié)構(gòu)示意圖二。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。

本發(fā)明包含的內(nèi)容主要與機(jī)器人相關(guān)，更具體說(shuō)是一種適應(yīng)柔性醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人系統(tǒng)，該醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人系統(tǒng)旨在護(hù)士指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)抱抬病人并移載病人等功能。其功能不包括取代護(hù)士的日常工作，僅適于在減輕護(hù)理過(guò)程中的體力勞動(dòng)負(fù)荷以及協(xié)助護(hù)士提升其工作效率和完成工作質(zhì)量，并大幅降低護(hù)理人員受傷的可能性。因?yàn)樵摍C(jī)器人系統(tǒng)之操作部分具有自適應(yīng)柔性關(guān)節(jié)，在其直接與病人接觸時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)的操控過(guò)程可以根據(jù)載荷輕重自動(dòng)調(diào)節(jié)柔性關(guān)節(jié)參數(shù)以達(dá)到操控的有效性與安全性。

如圖1、圖4a及圖4b均為本適應(yīng)柔性醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，包括人性形的軀干125、至少一對(duì)靈巧柔性的機(jī)械臂110、底座130及導(dǎo)航操作系統(tǒng)。所述底座130設(shè)于軀干125底部，且該底座130可全向移動(dòng)，導(dǎo)航操作系統(tǒng)設(shè)于軀干125上，導(dǎo)航操作系統(tǒng)具有3D感知功能。所述導(dǎo)航操作系統(tǒng)連接底座130，進(jìn)而在底座130移動(dòng)過(guò)程中，可以通過(guò)導(dǎo)航系統(tǒng)避開(kāi)障礙物。所述軀干125上設(shè)有驅(qū)動(dòng)器組合112,驅(qū)動(dòng)器組合112連接所述機(jī)械臂110，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂110移動(dòng)。

如圖2b所示，機(jī)械臂110的前端是一個(gè)扁平的結(jié)構(gòu)，使得機(jī)械臂110更好伸入病人與病床間隔之間。所述機(jī)械臂110上設(shè)有溫度傳感器和力傳感器，從而使得機(jī)械臂110對(duì)病人的感知更敏感。所述機(jī)械臂110具有可彎曲的中部，該中部處設(shè)有柔性關(guān)節(jié)，柔性關(guān)節(jié)可在受力時(shí)張緊，柔性關(guān)節(jié)能適應(yīng)于不同載荷下操控能力。機(jī)械臂110內(nèi)設(shè)有柔性執(zhí)行器，柔性執(zhí)行器可柔性控制支撐力度，更好地模仿了人類手臂的肌肉模型之特性。柔性執(zhí)行器使得機(jī)械臂110在與人交互時(shí)更好地控制力量和顯得更柔軟。該機(jī)械臂110上的柔性關(guān)節(jié)及柔性執(zhí)行器是機(jī)械臂110強(qiáng)大的抱抬能力的力量或力矩的來(lái)源。靈巧且柔性的機(jī)械臂110既有足夠的載荷抱抬重物，又具有足夠的柔性來(lái)安全地處理敏感的醫(yī)療器械和病人。當(dāng)機(jī)械臂110像人類的手臂一樣有更高的觸覺(jué)感知時(shí)病人會(huì)感覺(jué)到更安全、更放松和更加信任護(hù)理機(jī)器人。機(jī)械臂110從軀干125兩側(cè)向前伸展開(kāi)來(lái)，有足夠的長(zhǎng)度來(lái)抱抬起一個(gè)正常成年病人。

在特殊需求下，在本實(shí)施例中，一對(duì)機(jī)械臂110為兩只，兩只機(jī)械臂110可以拆卸下來(lái)，替換為所需要的其他功能操作工具，例如電鉆、磁鐵、鉗子、激光頭、電鋸等等。而自適應(yīng)的柔性執(zhí)行器則使得機(jī)器人系統(tǒng)有能力自適應(yīng)地調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制性能以便達(dá)到有效地在不同載荷下工作良好。

所述軀干125前部設(shè)有顯示器128和信息接收裝置，所述顯示器為帶觸摸屏的顯示屏。信息接收裝置連接顯示器128。所述軀干125為模塊化的結(jié)構(gòu)，包括三個(gè)互相緊靠的驅(qū)動(dòng)器組件，即位于軀干125中間的驅(qū)動(dòng)組件安裝了顯示器、接收裝置，兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)組件則為驅(qū)動(dòng)器組合。這種設(shè)計(jì)使得生產(chǎn)和維護(hù)都更加方便。出現(xiàn)了問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)組件可以快速地被替換或更換零件。軀干125模仿真人造型，使機(jī)器人系統(tǒng)在功能性和舒適性上都提高。醫(yī)生通過(guò)機(jī)器人系統(tǒng)胸前的顯示器128與病人交流。遠(yuǎn)程交流通過(guò)無(wú)線環(huán)境實(shí)現(xiàn)。

如圖2a、2b、3a、3b、3c、3d及3e所示，所述驅(qū)動(dòng)器組合112包括外殼、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件114、傳動(dòng)箱116及扭力彈簧120。所述傳動(dòng)箱116連接旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件114，所述傳動(dòng)箱116包括一動(dòng)力輸出軸118，傳動(dòng)箱116可將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件114旋轉(zhuǎn)動(dòng)力放大然后傳至動(dòng)力輸出軸118輸出，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件114和傳動(dòng)箱116均設(shè)于外殼內(nèi)。所述扭力彈簧120固定連接所述外殼與動(dòng)力輸出軸118。再者，所述扭力彈簧120為聚氨酯棒，所述動(dòng)力輸出軸118外壁沿長(zhǎng)度方向設(shè)有溝槽，所述溝槽可容納聚氨酯棒，所述扭力彈簧120兩端固定連接于外殼上。驅(qū)動(dòng)器組合112的外殼和輸出軸118之間的相對(duì)角度的位移使聚 氨酯棒發(fā)生形變，從而在有限的空間內(nèi)產(chǎn)生很高的扭轉(zhuǎn)彈簧率。圖3d為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器組合部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖3e為驅(qū)動(dòng)器組合安裝了7根、11根及14根扭力彈簧120后的三種狀態(tài)示意圖。所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件114為電機(jī)，當(dāng)然在其他實(shí)施例中還可是其他的驅(qū)動(dòng)部件。這樣的驅(qū)動(dòng)器組合112連接在機(jī)械臂上，為其強(qiáng)大抱抬能力提供足夠的扭矩或動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)器組合112是電力驅(qū)動(dòng)的，為機(jī)械臂112執(zhí)行抱抬與移載病人任務(wù)提供柔軟度、安全性、靈活性和強(qiáng)度。驅(qū)動(dòng)器組合112提供的敏感度使得機(jī)械臂110不會(huì)傷害到病人，提供的靈巧性使得機(jī)械臂110能處理更小更精密的物品。驅(qū)動(dòng)器組合112強(qiáng)有力且可靠，符合重物抱抬任務(wù)的要求，通過(guò)柔性位置反饋和力量反饋來(lái)控制輸出力的大小，具有更理想的結(jié)構(gòu)內(nèi)在安全性，本身結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，易操作。

如圖5a、5b所示，具有零力矩點(diǎn)平衡功能的底座130，使機(jī)器人占地更大，更穩(wěn)定。底座130為整體機(jī)器人系統(tǒng)提供移動(dòng)基礎(chǔ)。所述底座130上設(shè)有穩(wěn)定提升裝置132，穩(wěn)定提升裝置132可沿地面水平伸出，進(jìn)而擴(kuò)大支撐面積，移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性得到提高，這在抱抬重物時(shí)尤其有用。所述軀干125底部通過(guò)一動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)連接于底座130上，動(dòng)力系統(tǒng)可帶動(dòng)軀干125升降,進(jìn)而調(diào)節(jié)軀干125的高度，且該動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)連接信息接收裝置，信息接受裝置接收顯示器信息，同時(shí)探測(cè)顯示器與病床之間的高度差，然后通過(guò)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)抬高或降低軀干、顯示器的高度，控制病人的視線和顯示器處于同一直線上，方便病人的使用。有直觀的人機(jī)交互界面，也用于 人機(jī)交互的視頻界面和高度集成的醫(yī)療護(hù)理及保健系統(tǒng)方案。底座130在接觸地面時(shí)有反作用力也會(huì)產(chǎn)生力矩。若存在某一點(diǎn)使其反作用力、慣性力的凈力矩和為零的點(diǎn)稱之為零力矩點(diǎn)(ZMP)。零力矩點(diǎn)是判定仿人機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的重要指標(biāo)，零力矩點(diǎn)落在底座的支撐平面范圍里面，則機(jī)器人可以穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)行走。本機(jī)器人系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地判斷出該力矩點(diǎn)所在從而動(dòng)態(tài)調(diào)整底座支撐機(jī)構(gòu)已到達(dá)確保系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定而不至于傾覆。機(jī)器人系統(tǒng)可以通過(guò)特別的感知軟件和全向移動(dòng)功能在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中做智能移動(dòng)。全向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)在運(yùn)動(dòng)控制需要較高的移動(dòng)性和低摩擦力的情況下尤其適用。

導(dǎo)航操作系統(tǒng)可以控制機(jī)器人系統(tǒng)在醫(yī)院里移動(dòng)。導(dǎo)航系統(tǒng)可通過(guò)遠(yuǎn)程操控。該系統(tǒng)利用智能軟件進(jìn)行感知、偵測(cè)、避障、和半自動(dòng)化。醫(yī)護(hù)人員可直接通過(guò)引導(dǎo)機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)械臂110和手掌來(lái)指引機(jī)器人系統(tǒng)移動(dòng)位置以及將機(jī)械臂110置于病人身下。在另一些情況下，機(jī)器人系統(tǒng)可通過(guò)語(yǔ)音識(shí)軟件來(lái)識(shí)別病人。機(jī)器人系統(tǒng)同時(shí)有溫和的人類語(yǔ)音內(nèi)置，可以使病人情緒穩(wěn)定下來(lái)。

本機(jī)器人系統(tǒng)需要能夠安全地、有效地配合醫(yī)護(hù)人員給病人提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)以滿足需要體力進(jìn)行的護(hù)理操作。

適應(yīng)柔性醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人系統(tǒng)還有以下功能：a)通過(guò)全向移動(dòng)平臺(tái)在醫(yī)院環(huán)境中智能移動(dòng)；b)為人機(jī)交互提供真實(shí)界面；c)醫(yī)護(hù)人員可通過(guò)遠(yuǎn)程臨鏡控制對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行直接操控；d)具有柔性關(guān)節(jié)的機(jī)械臂110擁有足夠的強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)抱抬和搬運(yùn)病人和重物等操作；e)其柔性關(guān)節(jié)的操控具有自適應(yīng)性，可以確保在護(hù)理過(guò)程中的安全與良 好的操控性能。

本發(fā)明提供的醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人系統(tǒng)，可以在一個(gè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)中服務(wù)于大約200個(gè)病人。該機(jī)器人系統(tǒng)還可在直接或遠(yuǎn)程臨境(Telepresence)控制下在醫(yī)院里移動(dòng)到給定位置，具有足夠抱抬300-500磅重物功能的靈巧柔性的機(jī)械臂110。

機(jī)器人系統(tǒng)100為病人提供服務(wù)時(shí)，可運(yùn)用兩只靈活機(jī)械臂110來(lái)抱抬病人。機(jī)器人系統(tǒng)100可接近病人的病床邊，機(jī)器人系統(tǒng)100上有信息接受裝置，它可調(diào)節(jié)自身上身的高度來(lái)使人機(jī)交互視頻界面處于病人的視平線高度。軀干125的高度由一個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的抬起和降低控制。醫(yī)護(hù)人員(包括醫(yī)生、護(hù)士或技師)可以通過(guò)視頻和音頻遠(yuǎn)程和病人溝通，病人可在機(jī)器人系統(tǒng)上身的觸摸屏上書(shū)寫(xiě)自己的要求和問(wèn)題，遠(yuǎn)程交流通過(guò)無(wú)線環(huán)境實(shí)現(xiàn)。醫(yī)護(hù)人員可通過(guò)給機(jī)器人系統(tǒng)輸入指令使得機(jī)器人系統(tǒng)接近并抬升病人。機(jī)器人系統(tǒng)的底座130可伸展出一個(gè)穩(wěn)定提升裝置而擴(kuò)大底座130支撐范圍的面積，確保抱抬病人時(shí)的穩(wěn)定與安全。靈活機(jī)械臂110覆蓋有織布材料，使和人的敏感肌膚接觸時(shí)更舒適。機(jī)械臂110中使用的柔性執(zhí)行器更好地模仿了人類手臂的特性。柔性執(zhí)行器使得機(jī)械臂110在與人交互時(shí)更好地控制力量和更柔軟。自適應(yīng)柔性執(zhí)行器可以確保在不同載荷下機(jī)器人系統(tǒng)100能有效地工作。當(dāng)機(jī)械臂110像人類的手臂一樣有更高的觸覺(jué)感知時(shí)病人會(huì)感覺(jué)到更放松和信任機(jī)器人。機(jī)器人系統(tǒng)100具有導(dǎo)航操作系統(tǒng)114，可以在醫(yī)院里移動(dòng)，導(dǎo)航操作系統(tǒng)114也可通過(guò)遠(yuǎn)程操控。該導(dǎo)航操作系統(tǒng)114利用智能軟件進(jìn)行感知、偵測(cè)、避 障、和半自動(dòng)化。機(jī)器人系統(tǒng)100可通過(guò)語(yǔ)音識(shí)軟件來(lái)識(shí)別病人，同時(shí)有溫柔的人類語(yǔ)音內(nèi)置可以使病人情緒穩(wěn)定下來(lái)。

顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。