[发明专利]一种老年人室内活动搀扶机器人系统及其应用方法

说明书

本发明公开一种老年人室内活动搀扶机器人系统及其应用方法，包括前搀扶装置和后搀扶装置，前搀扶装置和后搀扶装置均包括控制系统模块、搀扶机构、移动执行机构、人体运动和环境感知传感器系统，其中前搀扶装置和后搀扶装置传感器数目和类型均相同，前搀扶装置和后搀扶装置对称布置，且一同夹住老年人，控制系统模块安装于移动执行机构。本发明具备主动跟随功能，在老年人摔倒发生时，主动给予辅助支撑力矩，实时分析室内环境宽度的可通过性，尤其是复杂转弯时既保证老年人搀扶力矩，又能避免与周围环境刮擦，最重要的是能够在老年人正常行进时给予自动跟随，使用方便灵活，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明属于智能机器人技术，具体涉及一种辅助步行防跌倒的老年人室内活动搀扶机器人系统及其应用方法。

背景技术

中国已经进入老龄化社会，全社会老龄人口不断增加，同时随着健康预期的提高，对老龄生活自主品质的追求也有所增长，老龄人群由于骨质疏松和腿部血管堵塞，腿脚无力感增加，摔倒几率增加。

一方面，人类活动七成以上是在室内完成的，老龄人群在室内的时间更多，老龄人群大部分日常活动在室内，这些活动具备典型性，任务较为单一，比如夜间起床上厕所，到客厅看电视等少数典型室内活动，使得环境具有一定的结构化特征。另一方面，年轻人压力大，工作节奏快，难以实时陪伴在老年人身边，而由于各种原因，目前老年人群服务业尚不够发达。这些情况为机器人辅助老年人步行提供了可行性和必要性。

现有相关技术研究主要集中于机器视觉方法、微硅加速度计、陀螺仪等各种不同传感器对老年人失稳的判断(例如申请号为201711224730X的发明专利(申请公布号为CN108247642 A))，有一些研究讨论了采用气囊对行将倾倒的老年人给予缓冲；还有一些研究讨论了类似拐棍的步行辅助车，但是以上系统方法和设备都不具备主动跟随，摔倒发生时这些设备不能主动给予辅助支撑力矩，实现辅助条件下的全程步行功能才是老年人步行辅助最需要的。

并且，一般的移动机器设备对于室内环境宽度可通过性，尤其是复杂转弯时可通过性分析不够，既保证不了老年人搀扶力矩，又不能避免与周围环境刮擦，最重要的是不能够在老年人正常行进时给予自动跟随，使用还是不够方便灵活，存在很多缺陷。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种老年人室内活动搀扶机器人系统及其应用方法。

技术方案：本发明的一种老年人室内活动搀扶机器人系统，包括前搀扶装置和后搀扶装置，前搀扶装置和后搀扶装置均包括控制系统模块、搀扶机构、移动执行机构、人体运动和环境感知传感器系统，其中前搀扶装置和后搀扶装置传感器数目和类型均相同，前搀扶装置和后搀扶装置对称布置，且一同夹住老年人，但前搀扶装置和后搀扶装置中的传感器的特征提取算法和控制方法不同，所述控制系统模块安装于移动执行机构，移动执行机构即底盘；所述移动执行机构上均安装有Grabowiecki轮或Mecanum轮，以实现非完整约束的转动；且根据从外部环境感知的定位信息、老年人运动意图和状态信息来指示移动执行机构和搀扶机构的执行动作；所述搀扶机构通过支撑柱安装于底盘，搀扶机构包括对称安装的搀扶手臂以及安装于搀扶手臂上的气囊，在发现老年人跌倒倾向后，控制系统模块立即控制搀扶机构给予托扶和力矩矫正，并在老年人行走方向发生严重偏离的情况下进行矫正；所述的传感器系统按不同高度对外(朝向环境)和对内(朝向老年人)安装在搀扶机构上，传感器系统包括激光雷达和环境空间感测系统，所述激光雷达绘制地图和定位所述空间感测系统包括线结构光和摄像头。

进一步的，还包括可外扩网络通信模块，可外扩网络通信模块可安装在底盘即移动执行机构，用于远端人员交互操作和状态信息传递。

进一步的，所述控制系统模块控制人体运动和环境感知传感器系统进行探测，人体运动和环境感知传感器系统实时提取内外部环境特征，控制系统模块收到相应内外部环境数据后进行地图更新、特征匹配定位以及路径规划，在使用过程中实时根据老年人状态进行判断。