CN102699918A - 助餐机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种助餐机器人控制系统，包括：驱动电机、与驱动电机相连的电机驱动控制模块、与电机驱动控制模块相连的主控模块以及与主控模块相连的显示模块和用户操作模块。该系统还包括：与主控模块相连的语音提示模块、与主控模块和电机驱动控制模块相连的安全保护模块和电源管理模块。本发明提供的助餐机器人控制系统适应于不同类型用户，应用范围广泛，且按键少、易操作，保证了用户和助餐机器人自身的安全。

Description

助餐机器人控制系统

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别是涉及一种助餐机器人控制系统。

背景技术

大约世界上10%的人口即六亿五千万是残疾人，他们是世界上最大的少数群体，世界卫生组织称残疾人的数量随着人口的增长、医疗的进步以及老龄化在持续增长。在预期寿命超过70岁的国家中，平均每人有8年、11.5%的生命是在残疾中度过的。联合国开发计划署数据显示，80%的残疾人生活在发展中国家。根据第二次全国残疾人抽样调查数据推算，中国目前各类残疾人总数为8296万，其中肢体残疾人2412万，视力残疾1233万，多重残疾1352万。这当中有很大部分人是需要家庭成员来进行饮食护理和照顾。助餐机器人能够减轻很多家庭的负担，同时也可以应用于医院等场所，对病人进行饮食护理。

目前国内的助餐机器人还比较少，国外有些比较成功的案例，例如日本SECOM公司的My spoon，以及英国Mike topping公司的Handy1，美国Sammons Preston公司的Electric Self-Feeder。

Handy1是目前世界上最成功、应用较广的一种助餐机器人。它选用5个自由度、带有手爪的机器手臂，手臂可灵活地从带有7个格子的进餐托盘中取餐。但Handy1附带洗脸、刷牙等功能，价格偏高，结构、控制略显复杂。“My spoon”助餐机器人采用下巴控制操纵杆、按钮输入、键盘输入、语音输入方式控制机器人完成助餐操作。Electric Self-Feeder通过下颔选择开关控制选食。这些方式都对用餐者适用范围有一定的局限性，并且控制复杂。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种助餐机器人控制系统，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种应用范围广且操作方便的助餐机器人控制系统。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种助餐机器人控制系统，所述系统包括：驱动电机、与驱动电机相连的电机驱动控制模块、与电机驱动控制模块相连的主控模块以及与主控模块相连的显示模块和用户操作模块。

作为本发明的进一步改进，所述系统还包括语音提示模块，用于配合用户操作模块和显示模块的操作和显示提示用户，所述语音提示模块和主控模块相连。

作为本发明的进一步改进，所述用户操作模块包括：

头戴鼠标控制模块，所述头戴鼠标控制模块由传感器与无线通信模块组成，所述传感器为角度传感器或加速度传感器或倾角传感器；

脚踏开关控制模块，所述脚踏开关控制模块由两个脚踏开关组成，一个脚踏开关用于确认操作，另一个脚踏开关用于选择操作；

语音识别控制模块，所述语音识别控制模块用于识别用户语音控制指令。

作为本发明的进一步改进，所述系统还包括安全保护模块，所述安全保护模块与主控模块和电机驱动控制模块相连。

作为本发明的进一步改进，所述安全保护模块具体为：

测距模块，包括测距传感器，用于测量机器人末端喂食端与用户和周围物体和人的距离；

限位模块，包括限位传感器，用于限制机器人关节的运动范围。

作为本发明的进一步改进，所述系统还包括电源管理模块，用于控制整个系统的电源，所述电源管理模块与主控模块和电机驱动控制模块相连。

作为本发明的进一步改进，所述主控模块包括基于ARM的嵌入式控制主板。

作为本发明的进一步改进，所述电机驱动控制模块包括单片机或DSP嵌入式电机控制芯片。

由以上技术方案可以见，本发明实施例提供的助餐机器人控制系统具有以下优点：

头戴鼠标、脚踏开关、语音识别多种人机交互操作模式可供选择，适应于不同类型用户，应用范围广泛；

头戴鼠标、脚踏开关、语音识别三种方式配合语音提示和显示屏进行操作，按键少、易操作、直观；

安全保护模块保证了用户和助餐机器人自身的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的助餐机器人控制系统的整体架构图。

其中：10、主控模块；20显示模块、；30、用户操作模块；301、头戴鼠标控制模块；302、脚踏开关控制模块；303、语音识别控制模块；40、语音提示模块；50、安全保护模块；501、测距模块；502、限位模块；60、电源管理模块；70、电机驱动控制模块；80、驱动电机。

具体实施方式

本发明公开了一种助餐机器人控制系统，包括：驱动电机、与驱动电机相连的电机驱动控制模块、与电机驱动控制模块相连的主控模块以及与主控模块相连的显示模块和用户操作模块。该系统还包括：与主控模块相连的语音提示模块、与主控模块和电机驱动控制模块相连的安全保护模块和电源管理模块。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图1所示为本发明一实施方式中助餐机器人控制系统的整体架构图，该助餐机器人控制系统100包括：

驱动电机80、与驱动电机80相连的电机驱动控制模块70、与电机驱动控制模块相连的主控模块10以及与主控模块10相连的显示模块20和用户操作模块30。还包括：与主控模块10相连的语音提示模块40、与主控模块10和电机驱动控制模块70相连的安全保护模块50和电源管理模块60。

以下对助餐机器人控制系统100的各模块做进一步的说明。

1、主控模块10，具体表现为一主控器，为一基于ARM的嵌入式控制主板，作为整个系统的主控单元。主控模块10可用于：

与电源管理模块60通讯，实现电源管理模块对电机驱动模块70供电管理；

用户操作模块30的用户指令接收；

显示模块20驱动显示相应用户操作界面和用户操作提示；

通过用户操作控制相应语音提示模块40发出相应提示语音；

根据用户操作发送相应指令给电机驱动控制模块70。

2、显示模块20，在本实施方式中显示模块20为显示屏，显示屏显示用户的操作界面，配合用户操作模块30完成餐食选择。

3、用户操作模块30，包括头戴鼠标控制模块301、脚踏开关控制模块302和语音识别控制模块303，分别对应头戴鼠标、脚踏开关、语音识别三种人机交互操作模式。其中：

头戴鼠标控制模块301由传感器与无线通信模块组成，优选地传感器可为角度传感器或加速度传感器或倾角传感器。将该模块如头套一样带在用户头部，通过检测用户头部的左右摆动与点头操作经无线传输通讯将指令发送给主控模块，实现鼠标功能。通过用户头部的左右摆头实现鼠标的移动选择显示模块所显示的操作选项，通过用户点头实现提示操作的确认，进而完成机器人启停和餐食选取等一系列机器人控制指令；

脚踏开关控制模块302由两个脚踏开关组成，一个脚踏开关用于选择操作，另一个脚踏开关用于确认操作。同头戴鼠标控制模块301一样，选择操作开关顺序选择显示屏提示的操作选项，通过确认开关实现操作的确认，进而完成机器人餐食选取和启停等一系列机器人控制指令；

语音识别控制模块303，通过该模块识别用户语音控制指令：吃饭（开始）、餐盘编号、吃完（结束）等指令，控制系统机器人启停和餐食选取等。

4、语音提示模块40，配合用户操作模块30的操作、显示模块20的显示通过语音方式提示用户。

5、安全保护模块50为人机安全保证的模块，在本实施方式中包括：

测距模块501，包括测距传感器，用于测量机器人末端喂食端与用户和周围物体和人的距离；

限位模块502，包括限位传感器，用于限制机器人四个关节的运动范围，保证机器人不会危害到人和周围物体。

6、电源管理模块60用于控制、管理整个系统的电源。

7、电机驱动控制模块70用于控制是否驱动机器人。

8、驱动电机80可驱动助餐机器人进行取餐、喂餐等机械动作。

以下结合上述模块说明，对助餐机器人控制系统的工作流程做进一步说明。首先系统上电初始化，显示屏显示初始化界面；

系统完成初始化后，显示模块显示完成初始化操作，进入人机交互方式选择界面，用户通过按键选择人机交互方式，语音提示模块提示相应的操作内容；

电机控制驱动模块上电，机器人复位寻零各关节运行到初始位置，显示模块进入餐食选择界面；

用户通过所选择的人机交互方式（头戴鼠标、脚踏开关、语音识别）进行餐食选择，主控模块根据用户所选餐食编号，按照设定的通讯协议发送餐食编号给电机控制驱动模块，电机控制驱动模块按事先规划的轨迹控制机器人各关节进行取餐、喂餐，同时系统实时检测安全保护模块信号，当限位模块中任一关节的限位传感器检测到该关节到达限制位置或测距模块中的测距传感器检测到机器人末端即餐匙端距离用户或周围物体过近，机器人会停止运行，以确保用户使用安全和机器人自身安全。

由以上技术方案可以见，本发明实施例提供的助餐机器人控制系统具有以下优点：

头戴鼠标、脚踏开关、语音识别多种人机交互操作模式可供选择，适应于不同类型用户，应用范围广泛；

头戴鼠标、脚踏开关、语音识别三种方式配合语音提示和显示屏进行操作，按键少、易操作、直观；

安全保护模块保证了用户和助餐机器人自身的安全。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施方式或者实施方式的某些部分所述的方法。

以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施方式方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种助餐机器人控制系统，其特征在于，所述系统包括：驱动电机、与驱动电机相连的电机驱动控制模块、与电机驱动控制模块相连的主控模块以及与主控模块相连的显示模块和用户操作模块。

2.根据权利要求1所述的助餐机器人控制系统，其特征在于，所述系统还包括语音提示模块，用于配合用户操作模块和显示模块的操作和显示提示用户，所述语音提示模块和主控模块相连。

3.根据权利要求1或2所述的助餐机器人控制系统，其特征在于，所述用户操作模块包括：

头戴鼠标控制模块，所述头戴鼠标控制模块由传感器与无线通信模块组成，所述传感器为角度传感器或加速度传感器或倾角传感器；

脚踏开关控制模块，所述脚踏开关控制模块由两个脚踏开关组成，一个脚踏开关用于确认操作，另一个脚踏开关用于选择操作；

语音识别控制模块，所述语音识别控制模块用于识别用户语音控制指令。

4.根据权利要求1所述的助餐机器人控制系统，其特征在于，所述系统还包括安全保护模块，所述安全保护模块与主控模块和电机驱动控制模块相连。

5.根据权利要求4所述的助餐机器人控制系统，其特征在于，所述安全保护模块具体为：

测距模块，包括测距传感器，用于测量机器人末端喂食端与用户和周围物体和人的距离；

限位模块，包括限位传感器，用于限制机器人关节的运动范围。

6.根据权利要求1所述的助餐机器人控制系统，其特征在于，所述系统还包括电源管理模块，用于控制整个系统的电源，所述电源管理模块与主控模块和电机驱动控制模块相连。

7.根据权利要求1所述的助餐机器人控制系统，其特征在于，所述主控模块包括基于ARM的嵌入式控制主板。

8.根据权利要求1所述的助餐机器人控制系统，其特征在于，所述电机驱动控制模块包括单片机或DSP嵌入式电机控制芯片。

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