一种坐卧一体复合式智能辅行车

本发明涉及康复辅助设备，尤其涉及一种边缘高算力与健康云协同的坐卧一体复合式智能辅行车。

背景技术：

1、轮椅是康复辅助设备的重要组成部分，不仅是行动不便者日常代步的移动工具，更承载着帮助用户维持基本活动能力、参与社会生活的功能。随着老龄化社会的加速到来以及智能传感、人工智能、物联网等技术的迅猛发展，传统轮椅正向电动化、智能化方向演进，用户对轮椅在移动灵活性、姿态调节舒适性、健康监测实时性以及智能化算力支持等方面提出了更高的要求。

2、中国专利“cn215273982u，一种可完全躺平带自动调节扶手的轮椅”。该轮椅包括前轮、后轮、靠背、座板、扶手、腿托、脚托、轮椅框架，以及腿托和脚托抬起机构、扶手自动调节机构和靠背调节角度机构。其实现过程为：腿托和脚托抬起机构驱动下肢支撑件抬起，靠背调节角度机构驱动靠背向后翻转，同时扶手自动调节机构使扶手随靠背放平而自动调整高度，从而实现轮椅的完全躺平及自动化操作。该方案的核心功能是实现坐姿到卧姿的转换，以提升用户长时间乘坐的舒适性。该方案的创新点集中于机械联动架构的设计，通过多个机构实现了靠背放平、腿托抬起和扶手自动调节，但其内部未集成任何心率、体温或压力传感器，因此完全不具有健康监测功能。用户在躺卧过程中虽然获得了姿态舒适性，但无法获知自身的心率变化、体温异常或坐姿压力分布情况，这对于长期卧床或需要持续监护的用户而言是一个重大缺失。产生这一缺陷的原因在于，该专利的研发思路仍停留在传统康复器械的机械结构改进层面，未将传感器网络和健康数据采集作为设计的必要组成部分。

3、中国专利“cn206324938u，一种具有健康监测功能的电动轮椅车”。该轮椅包括轮椅车底架、座椅支撑架、两个从动前轮和两个驱动后轮，座椅坐垫内装设有心率传感器和体温传感器，轮椅车控制器配装无线通讯模块。其实现过程为：用户乘坐时，心率传感器和体温传感器实时采集生理信号，数据经由控制器处理后通过无线通讯模块发送至手机或云端，从而实现健康数据的远程监测。该方案的核心功能是实时采集用户的生理体征数据，用于日常监护和健康预警。但其结构上仅配置了基本的座椅支撑架，未设置靠背角度调节机构、腿托抬起机构或任何下肢支撑联动部件，因此完全不具备坐姿向卧姿转换的能力。用户长时间乘坐时无法改变体位以缓解臀部压力，导致褥疮风险增加，同时也无法满足需要躺卧休息或医疗护理的场景需求。产生这一缺陷的原因在于，该专利的设计目标仅限于移动驾驶和体征监测，未将姿态调节功能纳入系统架构。

4、无论是躺卧类轮椅还是健康监测类轮椅，其底盘空间均未针对后续智能升级预留冗余。现有设计将控制器、电池等电气部件紧凑地排布于坐垫下方，未在上底盘与下底盘之间设计可用于容纳大尺寸计算单元的夹层结构。因此，上述轮椅仅能采用嵌入式npu或低功耗arm芯片执行简单的运动控制和传感器采集任务，无法支撑gpu、npu等高性能计算平台的部署。在面对机器学习模型推理、实时slam建图与路径规划、多模态健康数据融合分析等高算力需求时，存在明显的性能瓶颈。产生这一缺陷的根源在于，现有轮椅的设计思维仍停留于即时功能实现阶段，未预见未来智能化升级对算力的需求，因而在结构上未预留相应的空间和散热条件。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种坐卧一体复合式智能辅行车，将全向移动底盘、分离式承重传动机构、坐卧联动座椅、多模态生理传感阵列、边缘高算力平台、云端健康管理系统一体化集成，同步实现座椅平稳坐卧姿态切换、实时心率与体压健康监测、自主导航避障、本地ai健康研判、云端长期健康档案管理，解决现有康复辅行车功能割裂、算力不足、承载能力差、无远程健康监护的技术难题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

3、一种坐卧一体复合式智能辅行车，包括轮毂模块、座椅模块、机箱模块、前后控制模块、升降控制模块、下底盘、两侧护栏、上底盘；

4、所述轮毂模块包括下轮、下轮连接件、弹簧减震、转向电机，下轮通过下轮连接件连接弹簧减震，弹簧减震上端固接转向电机输出轴，转向电机输出轴与上底盘固定，转向电机能360°连续旋转驱动下轮全向移动、原地转向；

5、所述上底盘下部固定下底盘上方，上底盘与下底盘之间形成双层夹层结构，夹层内部预留用于布置大容量电池与高性能计算平台的冗余安装空间；上底盘上部固定安装两侧护栏；

6、所述机箱模块固定于上底盘后部上方，机箱模块包括机箱、机箱护栏、机箱上盖，机箱护栏与机箱上盖之间设有储物空间，机箱内部集成高性能计算平台与独立散热通道，高性能计算平台用于运行slam实时建图、路径避障规划、多模态健康数据融合分析、机器学习模型推理高算力任务；机箱模块顶部装配雷达传感器；

7、所述前后控制模块固定于两侧护栏一侧，前后控制模块包括丝杆电机、丝杆、螺母座、丝杆连接件、两根sbr滑杆；丝杆电机输出轴连接丝杆，丝杆套设螺母座，螺母座固接丝杆连接件，丝杆连接件上端连接升降架下台，两根sbr滑杆装配于升降架下台；丝杆仅传递轴向驱动力，两根sbr滑杆单独承担垂向承重载荷，实现动力与承重结构分离；

8、所述升降控制模块内置电动推杆，升降控制模块的上台与座椅模块固定连接并能随电动推杆升降；座椅模块包括电动推杆、下肢支撑件、坐垫、背靠、头枕；电动推杆底部固定于下底盘，电动推杆顶部滑动连接下肢支撑件，下肢支撑件铰接于升降控制模块前侧顶部旋转活动关节；坐垫后侧内置带驱动电机的旋转轴，旋转轴与背靠下端固定，背靠上端装配头枕，驱动电机通过旋转轴调节背靠倾角，配合下肢支撑件联动完成坐卧姿态切换；所述升降控制模块能驱动座椅模块整体垂直升降，配合背靠、下肢支撑件姿态调节；

9、所述两侧护栏上部集成pulse sensor心率传感器，坐垫、背靠内部布设压电薄膜传感器阵列；辅行车内置无线传输模块，心率传感器、压电薄膜传感器采集的多模态生理数据经高性能计算平台预处理后，通过无线传输模块上传至云端健康平台。

10、进一步地，所述双层夹层结构无需增大辅行车整体外形尺寸，夹层空间用于容纳gpu、npu高性能计算单元与大容量储能电池，预留标准化传感器拓展接口与供电走线。

11、进一步地，所述丝杆不承受径向、垂向载荷，仅输出轴向推拉动力；两根sbr滑杆不参与动力传递，仅承载座椅模块与人体重量，辅行车最大承重为150kg。

12、进一步地，所述下肢支撑件与背靠倾角调节同步联动，完成坐姿至完全躺卧姿态平稳转换，即电动推杆与背靠的驱动电机经整车电控主板实现电气联动控制，具体联动逻辑为：当用户通过车载交互终端或遥控器发出“躺卧”指令时，电控主板同步输出两路pwm控制信号，一路驱动电动推杆伸出，推动下肢支撑件绕旋转活动关节向上抬升，另一路同时驱动背靠的旋转电机正向转动，使背靠向后倾斜；两路执行器的运动速度曲线经预标定，保证在任意时刻靠背倾角与下肢抬升角度满足人体工程学联动比例，直至二者分别触发行程末端限位开关，电控主板自动切断驱动电源，完成平稳姿态切换；坐姿恢复过程则执行相反时序，背靠优先回正，下肢支撑件随后下降，避免用户前倾失稳；

13、所有联动过程中，电控主板实时采集电动推杆电流和驱动电机霍尔反馈，若检测到过流或卡滞，立即停止动作并发出声光报警；

14、压电薄膜传感器阵列实时采集坐垫、背靠体压分布数据，当局部压力持续超过阈值时，设备自动微调背靠角度或推送体位调整提醒信号。

15、进一步地，所述雷达传感器配合机箱内高性能计算平台实现环境扫描、自主路径规划与障碍物实时避障；高性能计算平台本地完成生理体征数据实时分析，识别心率异常、体压过载风险后本地预警，并同步将完整健康数据流同步至云端健康平台建立个人健康档案。

16、进一步地，所述轮毂模块的弹簧减震设于下轮连接件与转向电机之间，用于缓冲路面颠簸冲击，提升坐卧姿态下的行驶平顺性。

17、进一步地，所述机箱护栏、机箱上盖合围形成开放式储物仓，用于存放随身物品；机箱采用可拆卸密封结构，便于高性能计算单元拆装维护与散热通道清理。

18、进一步地，所述无线传输模块支持4g/5g、wifi、蓝牙多模式通讯，本地高性能计算平台可选择性上传原始传感数据或本地研判后的健康告警信息至云端健康云平台，实现云端远程健康监护、长期健康数据追溯与异常预警推送。

19、进一步地，所述独立散热通道包括进风口、内部导流隔板、出风口及轴流散热风扇；进风口设于机箱前侧壁下部，出风口设于机箱后侧壁上部，导流隔板将机箱内腔分隔为冷风区与热风区，使冷风自进风口进入后，流经高性能计算平台散热片，再经轴流散热风扇强制抽出至出风口，形成单向对流风路；轴流散热风扇由温控电路驱动，当高性能计算平台温度超过预设阈值时，自动启动低速运转，温度继续升高则线性提高转速，确保高算力持续运行时机箱内部温度不超过75℃。

20、进一步地，所述上底盘、下底盘双层夹层结构、机箱内置算力平台安装位、座椅多传感器布线槽为一体化预制结构，上底盘与下底盘均采用独立板材冲压成型后通过焊接或高强螺栓固定连接，组合后形成统一承载框架，夹层空间内各安装位的螺纹柱、减震胶垫、走线槽以及传感器扁平线缆预埋路径，均在零部件加工阶段按统一设计图纸提前预留、整体预制，而非后期临时打孔改线；各独立零件经分别加工后，于总装线上按预设定位基准拼合固定，形成功能紧密耦合的整体底盘模块，出厂预留标准化拓展接口，支持新增生理传感器、环境感知设备、车载交互终端后期加装升级。

21、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的坐卧一体复合式智能辅行车，具有以下有益效果：

22、（1）一体化融合坐卧调节与多模态健康监测，功能无割裂。本发明依靠联动电动推杆、旋转电机实现靠背、下肢支撑同步调节，完整实现坐姿、躺卧姿态切换；搭配护栏心率传感器、坐垫背靠压电薄膜阵列实时监测心率、体压分布，压力或心率异常可自动调整体位，兼顾乘坐舒适性与持续健康监护，解决传统产品二者无法兼顾的缺陷，适配居家代步、卧床休养、医院康复多场景。

23、（2）双层夹层底盘结构，解决高算力硬件部署难题。本发明在上、下底盘之间设置夹层冗余空间，分区布置大容量电池与高性能计算平台，配套独立散热风道，无需扩大整车外形即可搭载gpu、npu等高算力单元，支撑slam导航、ai健康数据推理等高算力任务，底盘预制标准化拓展线路与接口，预留长期智能化升级空间，突破现有轮椅算力硬件安装瓶颈。

24、（3）动力与承重分离式传动机构，承载能力强、使用寿命长。采用丝杆输出动力、sbr滑杆单独承重的分离式结构，丝杆不承受人体垂直载荷，大幅降低磨损卡滞风险，理论最大承重可达150kg，适配大体重用户；各运动机构配套限位开关，杜绝过冲故障，设备稳定性、耐用性显著优于传统丝杆承重一体化传动结构。

25、（4）边缘算力+健康云双向协同，构建完整远程健康监护闭环。本地高算力平台实时预处理、分析生理数据，本地即时预警、自动调节姿态；数据双向同步云端，云端存储长期健康档案、生成健康报告，还可远程下发控制指令、推送告警至医护与家属，实现本地实时监护+云端长期健康管理一体化。

26、（5）全向移动+减震行驶，狭小空间通行能力强。360°连续旋转转向电机支持原地转向、横向平移，搭配车轮弹簧减震结构，室内卧室、卫生间等狭窄区域灵活通行，颠簸路面有效缓冲震动，躺卧状态行驶依然平稳。

27、（6）模块化可拆卸设计，维护拓展便捷。机箱、算力单元、座椅、电池独立模块化装配，拆装检修简单；整机预留多类型拓展接口，可灵活新增各类生理监测、交互外设，产品迭代升级成本低。