CN105479462A - 一种助餐服务机器人 - Google Patents

Abstract

本发明所述一种助餐服务机器人，包括可升降餐台，可升降餐台设有四自由度机械手、餐盘、麦克风、射频天线、水平摄像机和竖直摄像头，可升降餐台设有机械手可在其上移动的导轨。本发明采用了机器视觉技术，竖直摄像头负责对餐盘及食物进行拍摄，通过图像处理技术发现食物集中区域，数控装置发出指令驱动机械手到达目标位置进行取食。水平摄像机负责对人脸的朝向、人嘴部位置以及人嘴与餐勺的分离情况进行测量或判断，数控装置发出指令驱动机械手到达指定位置进行喂食。

Description

一种助餐服务机器人

技术领域

本发明涉及餐饮机械技术领域，具体地说，涉及一种助餐服务机器人。

背景技术

我国正逐步进入老年化社会，据预测，到2050年全国60岁以上老人将占我国总人口比例的1/3以上。此外据统计，我国患有各种肢体残疾的残疾人总数达2000万以上，而由脑中风及脑性病变、脊髓及神经损伤、类风湿和肌肉萎缩病变等原因引起的四肢瘫痪者人数也逐年上升。采用助餐机器人辅助无自理能力的老人或残疾人进餐，可以降低护理成本和家庭压力。

现有的助餐机器人存在总体尺寸偏大、智能化程度不高、对餐盘形状有特殊要求、运动轨迹比较简单等缺点，因此暂时没有得到推广。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种助餐服务机器人，其智能化程度高、运动控制算法相对简单、取餐动作人性化、制作成本较低，来帮助有运动障碍或肢体残疾的特殊人群，以降低护理成本以和家庭压力。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种助餐服务机器人，包括可升降餐台，所述可升降餐台设有四自由度机械手、餐盘、麦克风、射频天线、水平摄像机和竖直摄像头，所述可升降餐台设有所述机械手可在其上移动的导轨，所述水平摄像机和竖直摄像头连接图像采集卡，所述麦克风连接语音处理模块，所述射频天线连处理器通信模块，所述图像采集卡、语音处理模块和无线通信模块连接多微处理器，所述多微处理器连接多轴运动控制卡，所述多轴运动控制卡连接驱动放大电路，所述驱动放大电路连接四自由度机械手，所述驱动放大电路还连接导轨，所述导轨连接光电编码器，所述光电编码器连接所述多微处理器。

进一步，所述四自由度机械手包括执行器，所述执行器包括曲柄摇块机构，所述曲柄摇块机构包括摇杆，所述摇杆的一端套接餐勺。

进一步，所述曲柄摇块机构还包括曲柄和摇块，所述摇杆穿过所述摇块套接所述餐勺。

进一步，所述四自由度机械手还包括在所述导轨上移动的移动块，所述移动块铰接第一连杆，所述第一连杆铰接第二连杆，所述第二连杆连接所述执行器。

进一步，所述导轨为滚珠丝杠台。

进一步，所述餐盘底部靠近所述四自由度机械手的一侧设有支撑弹簧，远离所述四自由度机械手的一侧设有活页和支撑板，所述支撑板通过所述活页与所述餐盘底部铰接。

进一步，所述可升降餐台包括餐台台面，所述餐台台面的底面设有夹层，所述夹层内安装有数控装置电路板，所述夹层的背面留有通信、输入输出、电源等接口，所述夹层前方设有指示灯、电源开关和喇叭。

进一步，所述餐盘设有横向隔板。

进一步，所述水平摄像机和竖直摄像头交替拍摄，分别实现机械手取食和喂食动作的视觉伺服方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述一种助餐服务机器人，采用了机器视觉技术，竖直摄像头负责对餐盘及食物进行拍摄，通过图像处理技术发现食物集中区域，数控装置发出指令驱动机械手到达目标位置进行取食。水平摄像机负责对人脸的朝向、人嘴部位置以及人嘴与餐勺的分离情况进行测量或判断，数控装置发出指令驱动机械手到达指定位置进行喂食。本发明还设有麦克风和射频天线，主要用来实现语音识别和无线通讯的功能。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1是本发明一种助餐服务机器人的示意图；

图2是本发明一种助餐服务机器人的数控装置电路框图；

图3是本发明一种助餐服务机器人的执行器内曲柄摇块机构简图；

图4是本发明一种助餐服务机器人的餐盘支撑机构简图。

图中，1——可升降餐台；2——餐盘；

3——麦克风；4——水平摄像机；

5——竖直摄像头；6——餐勺；

7——执行器；8——四自由度机械手；

9——滚珠丝杠台；10——射频天线；

11——弹簧；12——支撑板；

13——摇杆；14——曲柄；

15——摇块

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明一种助餐服务机器人的示意图，升降餐台1可通过调节下方的剪叉式机构调整高度。启动机器人电源后，左右两个水平摄像机4自动开启，拍摄使用者脸部照片作为人脸图像处理的源图片。

可升降餐台1的支撑部分采用剪叉式机构，可对餐台的高度分档位调整，适应不同身高使用者的要求。餐台台面和剪叉式机构之间有一个夹层，数控装置电路板、电源模块等均安装在夹层内，夹层背面留有通信、输入输出、电源等接口，夹层前方设有指示灯、电源开关、喇叭等装置。滚珠丝杠台9安装在餐台台面上，它通过一个带有光电编码器的直流电机驱动，使安装在滚珠丝杠台9上方的四自由度机械手8来回移动，采用这样的结构可以比较容易地增大四自由度机械手8行程。

图2是本发明一种助餐服务机器人的数控装置电路框图，当听到机器人语音提示后，使用者通过麦克风3发出语音指令启动四自由度机械手8，四自由度机械手8在滚珠丝杠9上方移动至餐盘2的适当位置，此时水平摄像机4关闭，竖直摄像头5自动启动，竖直摄像头5安装在餐盘2的正上方。餐盘2内部设有横向隔板，将不同类型的食物分成了多个区域，使用者可通过语音指令控制四自由度机械手8取用不同区域的食物。

四自由度机械手8前端设有执行器7，执行器7内部采用了曲柄摇块机构，如图3所示。曲柄摇块机构包括摇杆13、曲柄14和摇块15，餐勺6与曲柄摇块机构的摇杆13为套接，摇杆13穿过摇块15和餐勺6套接，这样可以方便地更换、清洗餐勺6。当餐盘2各区域的食物较多时，四自由度机械手8带动餐勺6按照一定的规律依次取食，当食物逐渐减少时，竖直摄像头5所采集的图像上会出现餐盘2底部特征，当底部特征区域面积超过某个阈值时，机器人数控装置发出指令使四自由度机械手8取食时避开该区域，而前往食物较集中的区域取食。

执行器7带动餐勺6取餐时，餐勺6实现了一个向下铲插，接着一个向上挑收的动作，更加符合普通人就餐时的手部动作，对于一些有粘性的食物，如米饭、土豆泥等，这种机构便于食物分离。餐勺6与执行器7套接，可直接从执行器7上抽出清洗，使用时，将餐勺插入执行器7即可。

如图4所示，由于餐盘2底部左侧通过活页与支撑板12连接，从而形成了一个铰链。底部右侧由两根弹簧11作支撑，弹簧的一端与台面连接，另一端插入餐盘底部的套筒里。因此餐盘2是一个弹性随动机构，与餐勺6接触时会有1个自由度的摆动，可以伴随餐勺6的动作调整摆角，符合普通人就餐时一手拿碗、一手拿勺的动作特点，可使餐勺取食更加顺畅，不会留有死角。餐盘2内部设有横向的分隔板，这样做的原因有三个，首先是为了分隔不同的食物，此外有了分隔板的约束，更加容易取用一些滑的食物，最后分隔板也有利于竖直摄像头5进行图像处理。

取食完毕后，四自由度机械手8移动到滚珠丝杠机构9的近使用者一侧，水平摄像机4开启，竖直摄像头5关闭，通过图像处理技术，计算出人脸的朝向和嘴部位置，四自由度机械手8缓慢进给，将餐勺6送至距离嘴部最近的位置。使用者进食后，机器人通过水平摄像机4的图像判断嘴部与餐勺6脱离，随即再进入取食状态。机器人工作时，使用者随时可以通过语音指令对其进行干预和控制，当餐盘2食物不足时，机器人也会自动停止工作。看护人员可以通过无线射频天线10，对机器人参数进行设置，也可读取机器人状态，必要时可对多台智能助餐机器人进行组网监控。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种助餐服务机器人，其特征在于：包括可升降餐台，所述可升降餐台设有四自由度机械手、餐盘、麦克风、射频天线、水平摄像机和竖直摄像头，所述可升降餐台设有所述机械手可在其上移动的导轨，所述水平摄像机和竖直摄像头连接图像采集卡，所述麦克风连接语音处理模块，所述射频天线连处理器通信模块，所述图像采集卡、语音处理模块和无线通信模块连接多微处理器，所述多微处理器连接多轴运动控制卡，所述多轴运动控制卡连接驱动放大电路，所述驱动放大电路连接四自由度机械手，所述驱动放大电路还连接导轨，所述导轨连接光电编码器，所述光电编码器连接所述多微处理器。

2.根据权利要求1所述一种助餐服务机器人，其特征在于：所述四自由度机械手包括执行器，所述执行器包括曲柄摇块机构，所述曲柄摇块机构包括摇杆，所述摇杆的一端套接餐勺。

3.根据权利要求2所述一种助餐服务机器人，其特征在于：所述曲柄摇块机构还包括曲柄和摇块，所述摇杆穿过所述摇块套接所述餐勺。

4.根据权利要求3所述一种助餐服务机器人，其特征在于：所述四自由度机械手还包括在所述导轨上移动的移动块，所述移动块铰接第一连杆，所述第一连杆铰接第二连杆，所述第二连杆连接所述执行器。

5.根据权利要求1所述一种助餐服务机器人，其特征在于：所述导轨为滚珠丝杠台。

6.根据权利要求1至5任一项所述一种助餐服务机器人，其特征在于：所述餐盘底部靠近所述四自由度机械手的一侧设有支撑弹簧，远离所述四自由度机械手的一侧设有活页和支撑板，所述支撑板通过所述活页与所述餐盘底部铰接。

7.根据权利要求6所述一种助餐服务机器人，其特征在于：所述可升降餐台包括餐台台面，所述餐台台面的底面设有夹层，所述夹层内安装有数控装置电路板，所述夹层的背面留有通信、输入输出、电源等接口，所述夹层前方设有指示灯、电源开关和喇叭。

8.根据权利要求1所述一种助餐服务机器人，其特征在于：所述餐盘设有横向隔板。

9.根据权利要求1所述一种助餐服务机器人，其特征在于：所述水平摄像机和竖直摄像头交替拍摄，分别实现机械手取食和喂食动作的视觉伺服方法。