CN108818566A - 一种全自动助餐机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动助餐机器人，包括：底盘、助餐机械手、设于底盘上的餐盘和连接于助餐机械手前端的餐勺；所述助餐机械手通过回转座连接于底盘上；所述助餐机械手上还连接有用于检测餐勺运行区域内是否有障碍物的障碍物检测模块，当障碍物检测模块检测到餐勺运行区域有障碍物时，助餐机械手停止运行。本发明设置了障碍物检测模块，能够实时检测餐勺运动区域内是否有障碍物，避免出现碰撞撒餐及人员误伤。

Description

一种全自动助餐机器人

技术领域

本发明涉及一种全自动助餐机器人，属于机械自动化技术领域。

背景技术

现有的助餐机器人体积较大，只能放置在固定位置或移动基座上，无法随意搬运，且喂餐点固定，对座椅的位置和用户的坐姿都有要求，用户体验性较差；控制方式多采用点动控制，每次进餐时都需要按照固定顺序逐一进行选餐，无法直接选取想吃的食物，进餐步骤重复冗余，智能化程度低；取餐轨迹固定，无法判别餐盘中餐食位置，会出现取不到餐的情况，运行可靠性低；由于机器人末端连接勺子或叉子等刚性或尖锐物体，在进餐时若用户不小心进入机器人运动区域内，容易造成误伤，且餐具通常与机器人固定连接，餐毕不便清洗。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种全自动助餐机器人，解决现有技术中助餐机器人不具备安全保护机构、安全性能较低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种全自动助餐机器人，包括：底盘、助餐机械手、设于底盘上的餐盘和连接于助餐机械手前端的餐勺；所述助餐机械手通过回转座连接于底盘上；所述助餐机械手上还连接有用于检测餐勺运行区域内是否有障碍物的障碍物检测模块，当障碍物检测模块检测到餐勺运行区域有障碍物时，助餐机械手停止运行。

进一步的，所述助餐机械手的前端还连接有摄像机，取餐时，通过摄像机采集餐盘图像确定食物在餐盘中的位置，喂餐时，通过摄像机采集人脸图像确定口部位置。

进一步的，还包括语音录入单元，用户通过语音录入单元输入语音控制指令，控制助餐机械手定向取餐、暂停喂餐、停止喂餐。

进一步的，所述助餐机械手包括大臂段和小臂段，所述大臂段和小臂段通过单向阻尼轴转动连接。

进一步的，所述小臂段上还设有带动小臂段转动的小臂舵机，所述小臂舵机的输出端与大臂段固定连接，所述小臂舵机上还设有第一限位块，所述大臂段上与第一限位块相对应的设有第一限位螺钉，第一限位块与第一限位螺钉相配合用于限制小臂段旋转角度。

进一步的，所述大臂段通过固定于回转座上的大臂支座与所述回转座连接；所述大臂段上还连接有驱动大臂段转动的大臂舵机、制动大臂段转动的失电磁制动器和通过翻边轴承与大臂段旋转连接的支撑轴；所述失电磁制动器的固定端固定于大臂段上，失电磁制动器的旋转端与所述支撑轴连接。

进一步的，所述小臂段的前端连接有驱动餐勺转动的餐勺舵机，所述餐勺舵机上连接有餐勺支架，所述餐勺通过滚花螺母固定于餐勺支架上。

进一步的，所述餐勺舵机上还连接有用于餐勺旋转限位的第二限位块。

进一步的，所述底盘包括相扣合的底盘上盖和底盘下盖，所述底盘上盖上开设有容置回转座的凹槽，回转座通过推力圆柱滚子轴承支撑于凹槽内；

所述底盘下盖上设有驱动回转座旋转的回转座舵机，所述回转座舵机通过隔离柱与回转座连接。

优选的，所述障碍物检测模块包括超声波测距模块。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、设置了障碍物检测模块，能够实时检测餐勺运动区域内是否有障碍物，避免出现碰撞撒餐及人员误伤；

2、设置了语音录入单元，能够通过语音下发控制指令，对于肢体动作不便的人员，控制更加方便；

3、设置了摄像机能够根据餐盘中食物的当前状态，精准取餐，且能够对口部进行位置及张合状态识别，实现更准确助餐；

4、设置了失电磁制动器及多个限位块，对助餐机械手的旋转角度进行硬限位及急停控制，防止助餐机械臂在工作过程中突然断电，因自重导致助餐机械臂下落引起的食物撒落及其他安全问题，同时可防止因系统程序紊乱造成机器人失控引起的安全问题；

5、采用单向阻尼轴，增加旋转阻尼，防止小臂舵机在启动和停止时因为惯性作用引起助餐机械手抖动导致食物撒落；

6、采用滚花螺母将餐勺固定于餐勺支架凹槽中，方便快速更换清洗餐勺，确保用餐便捷卫生。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中大臂段与底盘连接结构示意图；

图3是本发明中小臂段的结构示意图；

图中：1、小臂段；2、餐盘；3、餐勺；4、底盘；4a、底盘上盖；4b、底盘下盖；5、大臂段；6、超声波测距模块；7、摄像机；8、回转座；9、失电磁制动器；10、餐勺支架；11、单向阻尼轴；12、小臂舵机；13、回转座舵机；14、推力圆柱滚子轴承；15、隔离柱；16、大臂支座；17、大臂舵机；18、翻边轴承；19、支撑轴；20、第一限位块；21、餐勺舵机；22、第二限位块；23、滚花螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，是本发明的结构示意图，包括：底盘4、助餐机械手、设于底盘4上的餐盘2和设于助餐机械手前端的餐勺3。助餐机械手包括大臂段5和小臂段1。大臂段5的一端通过腰部回转机构设于底盘4上，另一端通过肘部转动机构连接于小臂段1后端，小臂段1的前端通过腕部转动机构与所述餐勺3连接。

如图2所示，腰部回转机构包括：回转座8和驱动回转座8旋转的回转座舵机13，回转座舵机13通过隔离柱15与回转座8连接。

所述底盘4包括相扣合的底盘上盖4a和底盘下盖4b。底盘上盖4a上开设有容置回转座8的凹槽，回转座8通过推力圆柱滚子轴承14支撑于凹槽内。

大臂段5通过固定于回转座8上的大臂支座16与回转座8连接，大臂支座16上固定有驱动大臂段5转动的大臂舵机17，所述大臂舵机17通过螺钉与大臂段5固定连接。大臂支座16上还连接有支撑轴19，支撑轴19通过翻边轴承18与大臂段5连接转动连接。大臂段5上还连接有失电磁制动器9，失电磁制动器9的固定端固定于大臂段5上，失电磁制动器9的旋转端与支撑轴19连接，用于失电情况下制动支撑轴19，从而控制大臂段5停止转动。失电磁制动器9的制动原理为：得电时电磁铁克服弹簧力将制动器的两个摩擦片分开，大臂段5正常旋转，不受阻力，失电时电磁铁不工作，弹簧将制动器的两个摩擦片闭合，大臂段5受到制动器的阻力停止旋转，达到制动的效果。

如图3所示，肘部转动机构包括驱动小臂段1转动的小臂舵机12。小臂舵机12的尾部设有第一限位块20，小臂段1上与第一限位块20相对应的设有限位螺钉，第一限位块20和限位螺钉相配合实现小臂段1旋转角度限位。小臂段1通过单向阻尼轴11与大臂段5转动连接，以增加旋转阻尼，防止小臂舵机12在启动和停止时因为惯性作用引起助餐机械手抖动导致食物撒落。

腕部转动机构包括餐勺舵机21，餐勺舵机21通过螺钉固定于小臂段1的前端，餐勺舵机21的输出端通过餐勺支架10与餐勺3连接，同时餐勺舵机21上还连接有用于对餐勺支架10旋转角度限位的第二限位块22。餐勺3通过滚花螺母23固定于餐勺支架10上。

餐勺支架10上通过隔离柱连接有障碍物检测模块6，用于检测餐勺3运行区域内是否存在障碍物，当障碍物检测模块6检测到餐勺3运行区域有障碍物时，助餐机械手停止运行，以避免出现碰撞撒餐及人员误伤。障碍物检测模块6可以选用超声波测距模块，包括超声波发送单元和超声波接收单元，控制器根据超声波信号发出及返回时间计算障碍物距离，当障碍物距离小于设定的安全距离，即判定障碍物落于餐勺3运行区域内，则控制助餐机械手停止运行。

餐勺支架10上位于障碍物检测模块6的下方还设有摄像机7，取餐时，通过摄像机7采集餐盘2图像确定食物在餐盘2中的位置，以准确获取目标食物；喂餐时，通过摄像机7采集人脸图像，确定口部位置及口部张合状态，保证准确助餐。

本发明提供的助餐机器人还包括语音录入单元，用户通过语音录入单元输入语音控制指令，控制助餐机械手定向取餐、暂停喂餐、停止喂餐。

本发明采用舵机作为动力源，由单片机进行控制，主体结构（包括助餐机械手、底盘4）采用铝合金，在保证结构强度的前提下尽可能减轻重量和缩小体积，方便搬运和存储，可放置在护理床或者餐桌上与家人共同用餐，用户体验性好。

在使用时，用户坐于餐盘2前方，打开电源开关后，通过说“吃1号餐”、“吃2号餐”或“吃3号餐”关键词控制机器人取餐，当机器人读取到“吃1号餐”的关键词时，控制系统根据预先编好的程序，同时控制餐勺舵机21、小臂舵机12、大臂舵机17、回转座舵机13旋转，使摄像头位于餐盘2第一格正上方且垂直于餐盘2底面，通过视觉算法读取餐盘2第一格中食物的位置，控制餐勺舵机21、小臂舵机12、大臂舵机17运动取餐并运动至送餐点，此时摄像头与水平面平行，通过视觉算法判断人嘴的位置，然后控制餐勺舵机21、小臂舵机12、大臂舵机17、回转座舵机13旋转使餐勺3运动至人嘴附近的喂餐点，用户进行自主用餐，在上述过程中，超声波测距模块开始读取信号，若运动过程中检测到餐勺3运行区域内有物体则立即停止运动；用户在吃完餐勺3中食物后，通过说“吃1号餐”、“吃2号餐”或“吃3号餐”关键词控制机器人取餐，或者说“吃饱了”结束用餐，机器人回到原点位置。通过失电磁制动器9和单向阻尼轴11来克服舵机因意外断电受自重的作用引起的机械臂下落趋势及舵机启动和停止时机械臂的惯性作用引起的抖动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全自动助餐机器人，其特征在于，包括：底盘、助餐机械手、设于底盘上的餐盘和连接于助餐机械手前端的餐勺；所述助餐机械手通过回转座连接于底盘上；所述助餐机械手上还连接有用于检测餐勺运行区域内是否有障碍物的障碍物检测模块，当障碍物检测模块检测到餐勺运行区域有障碍物时，助餐机械手停止运行。

2.根据权利要求1所述的全自动助餐机器人，其特征在于，所述助餐机械手的前端还连接有摄像机，取餐时，通过摄像机采集餐盘图像确定食物在餐盘中的位置，喂餐时，通过摄像机采集人脸图像确定口部位置。

3.根据权利要求1所述的全自动助餐机器人，其特征在于，还包括语音录入单元，用户通过语音录入单元输入语音控制指令，控制助餐机械手定向取餐、暂停喂餐、停止喂餐。

4.根据权利要求1所述的全自动助餐机器人，其特征在于，所述助餐机械手包括大臂段和小臂段，所述大臂段和小臂段通过单向阻尼轴转动连接。

5.根据权利要求4所述的全自动助餐机器人，其特征在于，所述小臂段上还设有带动小臂段转动的小臂舵机，所述小臂舵机的输出端与大臂段固定连接，所述小臂舵机上还设有第一限位块，所述大臂段上与第一限位块相对应的设有第一限位螺钉，第一限位块与第一限位螺钉相配合用于限制小臂段旋转角度。

6.根据权利要求4所述的全自动助餐机器人，其特征在于，所述大臂段通过固定于回转座上的大臂支座与所述回转座连接；所述大臂段上还连接有驱动大臂段转动的大臂舵机、制动大臂段转动的失电磁制动器和通过翻边轴承与大臂段旋转连接的支撑轴；所述失电磁制动器的固定端固定于大臂段上，失电磁制动器的旋转端与所述支撑轴连接。

7.根据权利要求4所述的全自动助餐机器人，其特征在于，所述小臂段的前端连接有驱动餐勺转动的餐勺舵机，所述餐勺舵机上连接有餐勺支架，所述餐勺通过滚花螺母固定于餐勺支架上。

8.根据权利要求1所述的全自动助餐机器人，其特征在于，所述餐勺舵机上还连接有用于餐勺旋转限位的第二限位块。

9.根据权利要求1所述的全自动助餐机器人，其特征在于，所述底盘包括相扣合的底盘上盖和底盘下盖，所述底盘上盖上开设有容置回转座的凹槽，回转座通过推力圆柱滚子轴承支撑于凹槽内；

所述底盘下盖上设有驱动回转座旋转的回转座舵机，所述回转座舵机通过隔离柱与回转座连接。

10.根据权利要求1所述的全自动助餐机器人，其特征在于，所述障碍物检测模块包括超声波测距模块。