CN105563498B - 一种多功能自主喂饭如厕机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能自主喂饭如厕机器人，包括小车、电池、驱动电机、转角电机和喂饭平台，人随可移动的床垫从床上移动带小车上，小车上设有自主喂饭装置，它具有语音识别、实时扫描、自动导航定位多项功能，小车自主导航、自动定位、联接、如厕、冲洗、吹干、自主返回。

Description

一种多功能自主喂饭如厕机器人

技术领域

本发明提供一种多功能自主喂饭如厕机器人，属于自动机械技术领域。

背景技术

目前，国内外养老院以及医院对于腿脚不好、生活不能自理的病人和残疾人如厕，需要配备护工如厕、喂饭、从床上移动到小车上，对于体重较重的人，一个人不能完成，对于体重超过100公斤以上生活不能自理的人群，需要配备体力健壮的男护工对生活不能自理的人群如厕，且不能对异性护理，否则，带来不方便，如厕完成后，需要擦洗屁股，环境脏、累、差，随着劳动力日益短缺，研发适合不同工作环境的自主导航遥控如厕机器人是大势所趋。

发明内容

本发明的目的是能够解决现在的养老院、医院以及家庭腿脚不好、生活不能自理的病人和残疾人喂饭、如厕面临的困难，提供一种自主导航遥控自主喂饭、如厕机器人，使病人从床上移动到小车上，通过主导航遥自主取饭、喂饭、如厕，自动冲洗、自动上床，自助定点消遣游玩，实现人机交互对话的功能。

实现本发明所采用的技术方案为：一种多功能自主喂饭如厕机器人，包括小车、电池、驱动电机、转角电机和喂饭平台，其特征在于：小车底面的一端设有行走轮，另一端设有转向轮，驱动电机嵌入行走轮内， 带动小车转动，转向轮的轮轴上设有转角电机，转角电机带动转向轮旋转，实现小车的方向改变，在小车的车架上设有升降油缸，升降油缸一端安装在车架底座上，另一端与车架伸缩套管上的联板联接，升降油缸的伸缩带动伸缩套管升降，进而带动车架升降，平台固定在小车的车架上，平台为长方形，平台一个面上的两个长边端面和一个短边端面上分别设有铰接点，同时设有两条平行的导向槽，在导向槽内安装导轨，平台的中间设有凹形的圆形通孔，平台的另一个面上设有伸缩油缸和倾斜油缸，伸缩油缸一端固定在小车上，另一端固定在平台的长边端面上，倾斜油缸一端固定在小车上，另一端固定在靠背板上，倾斜油缸伸长短边端面绕接点旋转，形成座椅的靠背板，靠背板的另一端设有脚踏板，与脚踏板在同一端面设有跟踪摄像机和喂饭机构，跟踪摄像机既可以设定既可以设定跟踪人，也可以在行走路线跟踪目标物，还可以将行走的路线设定在控制系统中，通过GPS搜寻进行目标定位，喂饭机构由旋转台、升降气缸、转轮、支撑杆、转勺气缸、转勺和图像采集处理器组成，旋转台上设有转角电机和倾斜电机，升降气缸的一端与旋转台上设置的转角电机联接，转角电机通过控制面板设置旋转角度，通过语音系统发出指令，传给总控制系统，然后再将处理后的指令传给转角电机，在旋转台设有多个凹槽，凹槽设有编号，将设有编号米饭、菜和汤的碗放入对应的设有编号的凹槽内，旋转台上装有语音接收系统，将接收到的语音信息传递给控制系统，由控制系统处理，控制系统发送数据指令，对于的电机启动，另一端与转轮联接，转轮内置驱动电机，转轮在轨道上转动，调节旋转台与小车的水平距离，升降气缸伸缩调节旋转台离地面的垂直距离，支撑杆一端与升降气缸联接，另一端通过球头与转勺联接，球头的转轴上设有转角电机，转勺气缸一端与支撑杆联接，另一端与转勺联接，喂饭前人发出指令，小车上的接收系统接收人请求喂饭的指令，小车沿导航指定路线进入餐厅的制作间，将设有编号米饭、菜和汤的碗放入对应的设有编号凹槽内，小车离开制作间，进入餐厅的喂饭大厅，启动倾斜油缸，倾斜油缸运动，靠背板与平台呈90°设置，使人直坐在平台上，启动升降气缸，旋转台上的图像扫描识别系统工作，当旋转台运动到指定位置高度时停止，然后启动转轮电机，转轮在导轨上转动，到达设定的位置停止转动，小车上的控制系统能够接收和发送各种语音信号，当控制系统能接收到米饭语音信号时，控制系统发出指令，旋转台上的转角电机转动，到达嘴部的位置时停止，图像处理系统采集人的嘴部图像，当座椅上人的嘴张开时，转勺气缸伸长，转勺绕球头转动，转勺插入米饭的碗中，从碗中取米饭，转勺气缸收缩，转勺离开米饭碗绕球头缓慢转动，当转勺进入口中，球头旋转，转勺中的米饭倒入口中，需要喂菜和喂稀饭时，旋转台上的转角电机转动，菜和稀饭分别到达嘴部的位置时停止，重复喂饭时的动作，语言表达好的人，通过控制系统接收语音接收，图像处理系统实时扫描处理，传送数据，由控制系统发出各种语音信号指令，控制电机完成各种动作，对于语言表达不好的人，通过面部图像扫描，根据面部表情和嘴的张开做出喂饭、喂菜和喂稀饭相关的判断，控制系统发出指令，控制电机依次完成各种动作，喂饭完成后，小车由GPS导航进入餐厅的饭菜回收间，旋转台上的倾斜电机将碗中的剩饭菜倒入回收器中，完成自主喂饭，平台的另一端面在设有电加热水箱、热风机和磁性导管，磁性导管固定在内外贯通的圆形通孔上，磁性导管内壁上设有喷头和热风管，水管一端与喷头连接，另一端与电加热水箱上的电磁阀连接，热风管与热风机的出风口连接，电池安装在小车底面的车架上，电池为驱动电机、转角电机、升降油缸和控制系统提供动力，在小车上设有多个红外感应定位器，作业时，将小车遥控移动到床边，人躺在床垫上，床上设有导向槽，在导向槽内安装导轨，床垫上设有圆形通孔、滚轮和红外定位感应器，人的屁股位于圆形通孔内，滚轮在导轨上滚动，床垫上的圆形通孔与平台上设置的圆形通孔相匹配，滚轮的中心距与导向槽内安装导轨的中心距一致，滚轮上设有驱动电机，启动遥控器上的升降油缸按钮，升降油缸伸缩带动小车上设置的平台上下运动，通过红外定位感应器，使平台导轨的高度与床垫上设置的滚轮在同一平面上，移动小车使平台两条导轨与床垫上设置的一对滚轮对齐，启动滚轮上的驱动电机，滚轮转动，床垫由床上移动到小车的平台上，床垫与平台对应一致，床垫上的圆形通孔运动到平台上设置的圆形通孔位置时，床垫上的红外感应定位器感应到平台的圆形通孔位置时，床垫运动停止，启动升降油缸调整小车的高度，启动伸缩油缸和倾斜油缸，伸缩油缸伸长，平台与床垫上的两个长边端面两端形成两个扶手，倾斜油缸伸长靠背板转动，靠背板铰接在床垫上， 呈0～90°之间的夹角，当靠背板与平台呈0°设置时，人平躺坐在床垫上，靠背板与平台呈90°设置时，人直立坐在床垫上，如厕时，小车上设置的自主导航系统遥控小车进入卫生间，卫生间没有座便器，小车上的红外定位感应器将小车移动到卫生间指定的下水道位置，下水道由升降导管和密封盖组成，随后，卫生间地面上的下水道密封盖旋转打开，升降导管在动力的带动下上升，离开地面与小车上设置的磁性导管吸附密封联接，大小便经磁性导管进入升降导管，最后进入地下污水管道，大小便完成后，电加热水箱上的电磁阀打开，热水经过喷头冲洗屁股，冲洗时间由遥控器设定，冲洗完成后，热风机启动，热风经过热风管将冲洗的屁股吹干，然后，升降导管脱离磁性导管下降，回到初始位置，密封盖关闭，如厕完成，小车离开卫生间，返回房间，自动上床。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、代替人工能将如厕的病人自动从床上移动到如厕小车上，自动定位进入卫生间，自动如厕、冲洗、吹干。

2、对于体重超过100公斤的人群，代替人工繁重、脏累的工作状况。

3、解决了家庭养老和社会养老亟待解决的设备自动化、智能化的现实问题，应对我国人口老龄化问题和居家养老问题，为社会化养老开辟了广阔的前景。

4、到达指定的位置自主取饭、喂饭、将碗中的剩饭菜倒入回收器中。

5、可节省人工成本，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例的主视结构示意图。

图2是本发明实施例的平台的结构示意图。

图3是本发明实施例的喂饭机构的结构示意图。

图4是本发明实施例的旋转台的结构示意图。

其中图中：1、小车 2、转向轮 3、喷头 4、升降油缸 5、行走轮 6、电加热水箱7、伸缩油缸 8、倾斜油缸 9、靠背板 10、扶手 11、热风机 12、跟踪摄像机 13、转勺14、旋转台 15、凹槽 16、脚踏板 17、轨道 18、球头 19、转勺气缸 20、支撑杆 21、转轮 22、升降气缸 23、圆形通孔 24、平台 25、导向槽 26、长边端面 27、短边端面。

具体实施方式：

在图1～4实施例中，一种多功能自主喂饭如厕机器人，包括小车、电池、驱动电机、转角电机和喂饭平台，小车1底面的一端设有行走轮5，另一端设有转向轮2，驱动电机嵌入行走轮5内， 带动小车1转动，转向轮2的轮轴上设有转角电机，转角电机带动转向轮2旋转，实现小车1的方向改变，在小车1的车架上设有升降油缸4，升降油缸4一端安装在车架底座上，另一端与车架伸缩套管上的联板联接，升降油缸4的伸缩带动伸缩套管升降，进而带动车架升降，平台24固定在小车1的车架上，平台24为长方形，平台24一个面上的两个长边端面26和一个短边端面27上分别设有铰接点，同时设有两条平行的导向槽25，在导向槽25内安装导轨，平台24的中间设有凹形的圆形通孔23，平台24的另一个面上设有伸缩油缸7和倾斜油缸8，伸缩油缸7一端固定在小车1上，另一端固定在平台24的长边端面26上，倾斜油缸8一端固定在小车1上，另一端固定在靠背板9上，倾斜油缸8伸长短边端面27绕接点旋转，形成座椅的靠背板9，靠背板9的另一端设有脚踏板16，与脚踏板16在同一端面设有跟踪摄像机12和喂饭机构，跟踪摄像机12将行走的路线在控制系统中设定，通过GPS搜寻进行目标定位，喂饭机构由旋转台14、升降气缸22、转轮21、支撑杆20、转勺气缸19、转勺13和成像图像采集处理器组成，旋转台14上设有转角电机和倾斜电机，升降气缸22的一端与旋转台14上设置的转角电机联接，通过语音系统发出指令，传给总控制系统，然后再将处理后的指令传给转角电机，在旋转台14设有多个凹槽15，凹槽15设有编号，将设有编号米饭、菜和汤的碗放入对应的设有编号凹槽15内，旋转台14上装有语音接收系统，将接收到的语音信息传递给控制系统，由控制系统处理，控制系统发送数据指令，电机启动，另一端与转轮21联接，转轮21内置驱动电机，转轮21在轨道17上转动，调节旋转台14与小车1的水平距离，升降气缸22伸缩调节旋转台14离地面的垂直高度，支撑杆20一端与升降气缸22联接，另一端通过球头18与转勺13联接，球头18的转轴上设有转角电机，转勺气缸19一端与支撑杆20联接，另一端与转勺13联接，喂饭前人发出指令，小车1上的接收系统接收人请求喂饭的指令，小车1沿导航指定路线进入餐厅的制作间，将设有编号米饭、菜和汤的碗放入对应的设有编号凹槽15内，小车1离开制作间，进入餐厅的喂饭大厅，启动倾斜油缸8，倾斜油缸8运动，靠背板9与平台24呈90°设置，使人直坐在平台24上，启动升降气缸22，当旋转台14运动到指定位置高度时停止，然后启动转轮21电机，转轮21在轨道17上转动，到达设定的位置停止转动，小车1上的控制系统能够接收和发送各种语音信号，当控制系统能接收到米饭语音信号时，控制系统发出指令，旋转台14上的转角电机转动，到达嘴部的位置时停止，图像处理系统采集人的嘴部图像，当座椅上人的嘴张开时，转勺气缸19伸长，转勺13绕球头18转动，转勺13插入米饭的碗中，从碗中取米饭，转勺气缸19收缩，转勺13离开米饭碗绕球头18缓慢转动，当转勺13进入口中，球头18旋转，转勺13中的米饭倒入口中，需要为喂菜和喂稀饭时，旋转台14上的转角电机转动，菜和稀饭分别到达嘴部的位置时停止，重复喂饭时的动作，语言表达好的人，通过控制系统接收语音接收，图像处理系统实时扫描处理，传送数据，由控制系统发出各种语音信号指令，控制电机完成各种动作，对于语言表达不好的人，通过面部图像扫描，根据面部表情和嘴的张开做出喂饭、喂菜和喂稀饭相关的判断，控制系统发出指令，控制电机依次完成各种动作，喂饭完成后，小车1由GPS导航进入餐厅的饭菜回收间，旋转台14上的倾斜电机将碗中的剩饭菜倒入回收器中，完成自主喂饭，平台24的另一端面在设有电加热水箱6、热风机11和磁性导管，磁性导管固定在内外贯通的圆形通孔23上，磁性导管内壁上设有喷头3和热风管，水管一端与喷头3连接，另一端与电加热水箱6上的电磁阀连接，热风管与热风机11的出风口连接，电池安装在小车1底面的车架上，电池为驱动电机、转角电机、升降油缸4和控制系统提供动力，在小车1上设有多个红外感应定位器，作业时，将小车1遥控移动到床边，人躺在床垫上，床上设有导向槽25，在导向槽25内安装导轨，床垫上设有圆形通孔23、滚轮和红外定位感应器，人的屁股位于圆形通孔23内，滚轮在导轨上滚动，床垫上的圆形通孔23与平台24上设置的圆形通孔23相匹配， 滚轮的中心距与导向槽内安装导轨的中心距一致，滚轮上设有驱动电机，启动遥控器上的升降油缸4按钮，升降油缸4伸缩带动小车1上设置的平台24上下运动，通过红外定位感应器，使平台24导轨的高度与床垫上设置的滚轮在同一平面上，移动小车1使平台24两条导轨与床垫上设置的一对滚轮对齐，启动滚轮上的驱动电机，滚轮转动，床垫由床上移动到小车1的平台24上，床垫与平台24对应一致，床垫上的圆形通孔23运动到平台24上设置的圆形通孔23位置时，床垫上的红外感应定位器感应到平台24的圆形通孔23位置时，床垫运动停止，启动升降油缸4调整小车1的高度，启动伸缩油缸7和倾斜油缸8，伸缩油缸7伸长，平台24与床垫上的两个长边端面26两端形成两个扶手10，倾斜油缸8伸长靠背板9转动，靠背板9铰接在床垫上，靠背板9与平台呈90°设置时，人直立坐在床垫上，如厕时，小车1上设置的自主导航系统遥控小车1进入卫生间，卫生间没有座便器，小车1上的红外定位感应器将小车1移动到卫生间指定的下水道位置，下水道由升降导管和密封盖组成，随后，卫生间地面上的下水道密封盖旋转打开，升降导管在动力的带动下上升，离开地面与小车1上设置的磁性导管吸附密封联接，大小便经磁性导管进入升降导管，最后进入地下污水管道，大小便完成后，电加热水箱6上的电磁阀打开，热水经过喷头3冲洗屁股，冲洗时间由遥控器设定，冲洗完成后，热风机11启动，热风经过热风管将冲洗的屁股吹干，然后，升降导管脱离磁性导管下降，回到初始位置，密封盖关闭，如厕完成，小车1离开卫生间，返回房间，自动上床。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明型技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种多功能自主喂饭如厕机器人，包括小车、电池、驱动电机、转角电机和喂饭平台，其特征在于：小车（1）底面的一端设有行走轮（5），另一端设有转向轮（2），驱动电机嵌入行走轮（5）内，驱动电机转动带动行走轮（5）转动，进而带动小车（1）移动，转向轮（2）的轮轴上设有转角电机，转角电机带动转向轮（2）旋转，实现小车（1）的方向改变，在小车（1）的车架上设有升降油缸（4），升降油缸（4 ）一端安装在车架底座上，另一端与车架伸缩套管上的联板联接，升降油缸（4）的伸缩带动伸缩套管升降，进而带动车架升降，平台（24）固定在小车（1）的车架上，平台（24）为长方形，平台（24）一个面上的两个长边端面（26）和一个短边端面（27）上分别设有铰接点，同时设有两条平行的导向槽（25），在导向槽（25）内安装导轨，平台（24）的中间设有凹形的圆形通孔（23），平台（24）的另一个面上设有伸缩油缸（7）和倾斜油缸（8），伸缩油缸（7）一端固定在小车（1）上，另一端固定在平台（24）上的长边端面（26）上，倾斜油缸（8）一端固定在小车（1）上，另一端固定在靠背板（9）上，倾斜油缸（8）伸长短边端面（27）绕铰接点旋转，形成座椅的靠背板（9），靠背板（9）的另一端设有脚踏板（16），与脚踏板（16）在同一端面设有跟踪摄像机（12）和喂饭机构，跟踪摄像机（12）既可以设定跟踪人，也可以在行走路线跟踪目标物，还可以将行走的路线设定在控制系统中，通过GPS搜寻进行目标定位，喂饭机构由旋转台（14）、升降气缸（22）、转轮（21）、支撑杆（20）、转勺气缸（19）、转勺（13）和成像图像采集处理器组成，旋转台（14）上设有转角电机和倾斜电机，升降气缸（22）的一端与旋转台（14）上设置的转角电机联接，通过语音系统发出指令，传给总控制系统，然后再将处理后的指令传给转角电机，在旋转台（14）设有多个凹槽（15），凹槽（15）设有编号，将设有编号米饭、菜和汤的碗放入对应的设有编号凹槽（15）内，旋转台（14）上装有语音接收系统，将接收到的语音信息传递给控制系统，由控制系统分析、判断，控制系统发送数据指令，电机启动，另一端与转轮（21）联接，转轮（21）内置驱动电机，转轮（21）在轨道（17）上转动，调节旋转台（14）与小车（1）的水平距离，升降气缸（22）伸缩调节旋转台（14）离地面的垂直距离，支撑杆（20）一端与升降气缸（22）联接，另一端通过球头（18）与转勺（13）联接，球头（18）的转轴上设有转角电机，转勺气缸（19）一端与支撑杆（20）联接，另一端与转勺（13）联接，喂饭前人发出指令，小车（1）上的接收系统接收人请求喂饭的指令，小车（1）沿导航指定路线进入餐厅的制作间，将设有编号米饭、菜和汤的碗放入对应的设有编号凹槽（15）内，小车（1）离开制作间，进入餐厅的喂饭大厅，启动倾斜油缸（8），倾斜油缸（8）运动，靠背板（9）与平台（24）呈90°设置，使人直坐在平台（24）上，启动升降气缸（22），当旋转台（14）运动到指定位置高度时停止，然后启动转轮（21）电机，转轮（21）在轨道（17）上转动，到达设定的位置停止转动，小车（1）上的控制系统能够接收和发送各种语音信号，当控制系统能接收到米饭语音信号时，控制系统发出指令，旋转台（14）上的转角电机转动，到达嘴部的位置时停止，图像处理系统采集人的嘴部图像，当座椅上人的嘴张开时，转勺气缸（19）伸长，转勺（13）绕球头（18）转动，转勺（13）插入米饭的碗中，从碗中取米饭，转勺气缸（19）收缩，转勺（13）离开米饭碗绕球头（18）缓慢转动，当转勺（13）进入口中，球头（18）旋转，转勺（13）中的米饭倒入口中，需要喂菜和喂稀饭时，旋转台（14）上的转角电机转动，菜和稀饭分别到达嘴部的位置时停止，重复喂饭时的动作，语言表达好的人，通过控制系统接收语音接收，图像处理系统实时扫描处理，传送数据，由控制系统发出各种语音信号指令，控制电机完成各种动作，对于语言表达不好的人，通过面部图像扫描，根据面部表情和嘴的张开做出喂饭、喂菜和喂稀饭相关的判断，控制系统发出指令，控制电机依次完成各种动作，喂饭完成后，小车（1）由GPS导航进入餐厅的饭菜回收间，旋转台（14）上的倾斜电机将碗中的剩饭菜倒入回收器中，完成自主喂饭，平台（24）的另一端面在设有电加热水箱（6）、热风机（11）和磁性导管，磁性导管固定在内外贯通的圆形通孔（23）上，磁性导管内壁上设有喷头（3）和热风管，水管一端与喷头（3）连接，另一端与电加热水箱（6）上的电磁阀连接，热风管与热风机（11）的出风口连接，电池安装在小车（1）底面的车架上，电池为驱动电机、转角电机、升降油缸（4 ）和控制系统提供动力，在小车（1）上设有多个红外感应定位器，作业时，将小车（1）遥控移动到床边，人躺在床垫上，床上设有导向槽（25），在导向槽（25）内安装导轨，床垫上设有圆形通孔（23）、滚轮和红外定位感应器，人的屁股位于圆形通孔（23）内，滚轮在导轨上滚动，床垫上的圆形通孔（23）与平台（24）上设置的圆形通孔（23）相匹配， 滚轮的中心距与导向槽内安装导轨的中心距一致，滚轮上设有驱动电机，启动遥控器上的升降油缸（4 ）按钮，升降油缸（4 ）伸缩带动小车（1）上设置的平台（24）上下运动，通过红外定位感应器，使平台（24）导轨的高度与床垫上设置的滚轮在同一平面上，移动小车（1）使平台（24）两条导轨与床垫上设置的一对滚轮对齐，启动滚轮上的驱动电机，滚轮转动，床垫由床上移动到小车（1）的平台（24）上，床垫与平台（24）对应一致，床垫上的圆形通孔（23）运动到平台（24）上设置的圆形通孔（23）位置时，床垫上的红外感应定位器感应到平台（24）的圆形通孔（23）位置时，床垫运动停止，启动升降油缸（4）调整小车（1）的高度，启动伸缩油缸（7）和倾斜油缸（8），伸缩油缸（7）伸长，平台（24）与床垫上的两个长边端面（26）两端形成两个扶手（10），倾斜油缸（8）伸长靠背板（9）转动，呈0～90°之间的夹角，当靠背板（9）与平台（24）呈0°设置时，人平躺坐在床垫上，靠背板（9）与平台呈90°设置时，人直立坐在床垫上，如厕时，小车（1）上设置的自主导航系统遥控小车（1）进入卫生间，卫生间没有座便器，小车（1）上的红外定位感应器将小车（1）移动到卫生间指定的下水道位置，下水道由升降导管和密封盖组成，随后，卫生间地面上的下水道密封盖旋转180度°打开，升降导管在动力的带动下上升，离开地面与小车（1）上设置的磁性导管吸附密封联接，大小便经磁性导管进入升降导管，最后进入地下污水管道，大小便完成后，通过红外感应电加热水箱（6）上的电磁阀打开，热水经过喷头（3）冲洗屁股，冲洗时间由遥控器设定，冲洗完成后，热风机（11）启动，热风经过热风管将冲洗的屁股吹干，然后，升降导管脱离磁性导管下降，回到初始位置，密封盖关闭，如厕完成，小车（1）离开卫生间，返回房间，自动上床。