CN110774288B - 一种病床前自动取餐用的机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种病床前自动取餐用的机械手，属于医疗机械自动化技术领域。主要包括移动底盘、大臂安装座、机械大臂、小臂安装座、机械小臂、机械抓手；机械大臂一侧设有限位安装环，限位安装环上套设设有转动齿轮，大臂安装座上竖直设有开口与转动齿轮相对且内壁设有与转动齿轮相啮合的齿条的矩形限位框；机械小臂上设有防抖缓冲元件；通过转动齿轮、齿条的设置，使机械大臂的角度将不能调高，对机械大臂的调节高度进行限位，避免装置在使用过程中高度过高或因断电，不能承受自身重量使机械臂掉落；通过防抖缓冲元件，防止机械小臂在启动和停止时因为惯性作用引起分支抓手抖动导致食物洒落，增加装置运行可靠性。

Description

一种病床前自动取餐用的机械手

技术领域

本发明属于医疗机械自动化技术领域，具体涉及一种病床前自动取餐用的机械手。

背景技术

随着社会的发展，科技的进步，医疗领域也得到了飞速的发展，一个国家的医疗卫生组织包括该国家内所有保障和提高人民的健康、治疗疾病和受伤的人员、组织、系统、过程。

医院是指接受社会各界监督、提供医疗护理服务、救死扶伤为主要目的医疗机构。其服务对象不仅包括病员和伤员，也包括处于特定生理状态的健康人(如孕妇、产妇、新生儿)以及完全健康的人(如来医院进行体格检查或口腔清洁的人)。最初设立时，是供人避难，还备有娱乐节目，使来者舒适，有招待意图。后来，才逐渐成为收容和治疗病人的专门机构。

医院作为一个容纳各种病患的场所，里面还包含有很多卧床病患以及照顾病患的家属等人群，尤其当一些卧床病人行动不便，往往在病床上就餐时，就需要陪护人员照料，这无疑增加了陪护人员的劳动量，且当陪护人员无暇照料时，则需要一种自动取餐的机械手协助陪护人员取餐，来减少陪护人员的工作量。

现有的自动取餐机械手在移动过程中，不能克服移动轮停止时产生的惯性，容易造成餐具或食物洒落，造成资源浪费；当机械臂进行高度调节时，不能对调节高度进行限位，当高度调节过高时突然断电，不能承受自身重量使机械臂掉落，导致食物或餐具掉落；机械臂不管是在启动或停止时，不能缓解惯性作用引起的抓手抖动，同样容易导致食物洒落，降低运行可靠性。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种安全稳定、操作方便、实用性强的病床前自动取餐用的机械手。

本发明提供了一种病床前自动取餐用的机械手，主要包括底端左右两端对称设有多个移动轮的移动底盘、设于所述移动底盘上端且能够转动的大臂安装座、通过转动轴与所述大臂安装座底端连接且用于驱动大臂安装座转动的驱动电机、通过轴承连接于所述大臂安装座内且通过舵机驱动连接的机械大臂、设于所述机械大臂远离大臂安装座一端的小臂安装座、通过轴承连接于所述小臂安装座内且通过舵机驱动连接的机械小臂、设于所述机械小臂远离小臂安装座一端且用于取餐用的机械抓手、电源；

所述机械大臂一侧设有限位安装环，所述限位安装环上套设设有转动齿轮，大臂安装座上竖直设有开口与所述转动齿轮相对且内壁设有与转动齿轮相啮合的齿条的矩形限位框；

所述机械小臂上设有防抖缓冲元件，所述防抖缓冲元件包括套设在机械小臂外部的防抖限位环、对称设于所述防抖限位环上下两端的缓冲滑筒、相对设置且能够在所述缓冲滑筒内上下滑动的两个活塞杆、通过活塞杆贯穿防抖限位环且与机械小臂外壁连接的弹簧杆、通过连接管分别与两个缓冲滑筒连接且内部设有多个通风细管的阻尼缓冲盒、设于机械大臂与缓冲滑筒之间的液压杆；

所述电源与驱动电机、舵机电性连接。

进一步地，所述移动底盘侧壁均匀设有多个缓冲弹簧杆，每个所述缓冲弹簧杆处设有防撞轮，所述防撞轮外部设有缓冲橡胶，所述缓冲橡胶为丁腈橡胶，通过缓冲弹簧杆和防撞轮的设置，可减弱移动底盘与其他物体发生碰撞时的产生的冲力，避免冲力过大造成装置损坏。

进一步地，所述移动底盘上端设有安装槽，所述安装槽内放置有与其形状相适配且用于固定大臂安装座的安装盘，所述安装槽内壁与安装盘外壁之间设有用于连接两者的缓冲柱，安装槽内部底端设有多个弹性摩擦球一，安装盘底端设有与相邻两个弹性摩擦球一交错抵接的多个弹性摩擦球二，通过设于安装槽内壁与安装盘外壁之间缓冲柱以及弹性摩擦球一和弹性摩擦球二的设置，可分解装置停止时的惯性力，放置移动轮停止时，由于惯性作用急停，造成餐具或食物洒落，造成资源浪费。

进一步地，所述机械抓手包括与机械小臂连接的固定套、铰接于所述固定套远离机械小臂一侧且对称分布的两个分支抓手、设于相对的两个分支抓手之间的固定支杆、设于所述固定支杆前侧且与固定支杆之间设有折叠架的活动支杆、贯穿固定支杆、活动支杆中心的伸缩杆、为所述伸缩杆提供动力的伸缩电机，对称分布的分支抓手的相对侧设有滑动槽，所述活动支杆两端分布设有能够在相应滑槽内滑动的滑块，通过伸缩电机驱动伸缩杆延伸或收缩，同时带动滑块在滑动槽内上下滑动来调节两个分支抓手之间的抓取空间，满足不同体积餐具或食物的抓取要求，实用性强。

进一步地，对称分布的两个分支抓手的相对侧设有橡胶防滑条，且所述橡胶防滑条上设有均匀设有多条防滑渠，通过橡胶防滑条的设置，增加抓取食物或餐具时分支抓手与食物或餐具之间的摩擦力，避免打滑使食物或餐具掉落，增加装置的可靠性。

进一步地，所述阻尼缓冲盒为弧形结构，且其内部的多个通风细管与阻尼缓冲盒相适配，通过弧形结构的通风细管，增加压缩气体在通风细管内的通过路径，间接增加阻尼缓冲盒的气体压力，增加缓冲效果，避免机械小臂启动或停止时因为惯性作用发生抖动，使食物或餐具掉落。

更进一步地，所述活动支杆上远离固定支杆一侧设有辅助抓手，所述辅助抓手为弧形结构且其弧形开口与两个分支抓手行对构成三角形，辅助抓手上也设有橡胶防滑条，通过辅助抓手与两个分支抓手构成三角形的抓取结构，增加抓取食物或餐具的稳定性。

本发明的工作原理为：利用本装置进行病床前自动取餐时，通过移动轮将移动底盘移动至待取餐具或食物前，启动驱动电机，驱动电机带动大臂安装座转动，使两个分支抓手正对待取待取餐具或食物一侧，根据待取餐具或食物的高度，启动机械大臂上连接的舵机，舵机驱动机械大臂在轴承上转动角度来调节其高度，同时，启动机械小臂上的舵机，舵机驱动机械小臂在轴承上转动角度来调节其高度，当两者的角度调整好，且两者之间的高度配合调节后满足待取餐具或食物的放置高度后，启动伸缩电机，伸缩电机驱动伸缩杆拉伸，从而带动活动支杆两侧的滑块在相应的滑动槽内向外滑动，来增大两个分支抓手之间的抓取空间，将待取餐具或食物放置于两个分支抓手和辅助抓手构成的三角形抓取空间之内后，伸缩电机驱动伸缩杆收缩，从而带动活动支杆两侧的滑块在相应的滑动槽内向内滑动将待取餐具或食物抓紧，然后，通过移动轮将移动底盘移动至病床前，伸缩电机再次驱动伸缩杆拉伸松开食物或餐具即可，满足患者的使用；

利用舵机驱动机械大臂在轴承上转动调节角度时，当机械大臂沿逆时针转动到转动齿轮与齿条接触后，转动齿轮在齿条上向上滑动，当转动齿轮滑动至最上端的齿条后，机械大臂的角度将不能调高，此时，可通过调节机械小臂的高度来满足抓取要求；

利用舵机驱动机械小臂在轴承上转动调节角度时，机械小臂沿顺时针方向转动，此时，液压杆拉伸，机械小臂向上压缩上端弹簧杆，从而使上端活塞杆在对应的缓冲滑筒内向上滑动，将缓冲滑筒内的空气压缩，经阻尼缓冲盒内部的多个通风细管后，进入下端缓冲滑筒内，由于空气经过通风细管时速率减慢，使上端缓冲滑筒内存在缓冲空气压力对机械小臂由于惯性产生的抖动进行缓冲。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供了一种病床前自动取餐用的机械手，通过转动齿轮在齿条上向上滑动，当转动齿轮滑动至最上端的齿条后，机械大臂的角度将不能调高，对机械大臂的调节高度进行限位，避免装置在使用过程中高度过高或因断电，不能承受自身重量使机械臂掉落，导致食物或餐具掉落，造成资源浪费；通过防抖缓冲元件，防止机械小臂在启动和停止时因为惯性作用引起分支抓手抖动导致食物洒落，增加装置运行可靠性；通过两个分支抓手和辅助抓手构成的三角形抓取空间，增加抓取食物或餐具的稳定性；通过设于安装槽内壁与安装盘外壁之间缓冲柱以及弹性摩擦球一和弹性摩擦球二的设置，可分解装置停止时的惯性力，放置移动轮停止时，由于惯性作用急停，造成餐具或食物洒落，造成资源浪费；本发明装置具有安全稳定、操作方便、实用性强的优点，适合大量推广。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的移动底盘的内部结构示意图；

图3是本发明的转动齿轮在限位安装环上的连接图；

图4是本发明的矩形限位框的结构示意图；

图5是本发明的防抖缓冲元件与机械小臂的连接图；

图6是本发明的机械抓手的结构示意图。

其中，1-移动底盘、10-移动轮、11-缓冲弹簧杆、110-防撞轮、111-缓冲橡胶、12-安装槽、120-安装盘、121-缓冲柱、122-弹性摩擦球一、123-弹性摩擦球二、2-大臂安装座、20-矩形限位框、200-齿条、3-驱动电机、4-机械大臂、40-限位安装环、400-转动齿轮、5-小臂安装座、6-机械小臂、60-防抖缓冲元件、600-防抖限位环、601-缓冲滑筒、602-活塞杆、603-弹簧杆、604-阻尼缓冲盒、6040-通风细管、605-液压杆、7-机械抓手、70-固定套、71-分支抓手、710-滑动槽、711-滑块、712-橡胶防滑条、7120-防滑渠、72-固定支杆、720-折叠架、73-活动支杆、730-辅助抓手、74-伸缩杆、75-伸缩电机。

具体实施方式

实施例：如图1所示的一种病床前自动取餐用的机械手，主要包括底端左右两端对称设有四个移动轮10的移动底盘1、设于移动底盘1上端且能够转动的大臂安装座2、通过转动轴与大臂安装座2底端连接且用于驱动大臂安装座2转动的驱动电机3、通过轴承连接于大臂安装座2内且通过舵机驱动连接的机械大臂4、设于机械大臂4远离大臂安装座2一端的小臂安装座5、通过轴承连接于小臂安装座5内且通过舵机驱动连接的机械小臂6、设于机械小臂6远离小臂安装座5一端且用于取餐用的机械抓手7、电源；

如图2所示，移动底盘1侧壁均匀设有四个缓冲弹簧杆11，每个缓冲弹簧杆11处设有防撞轮110，防撞轮110外部设有缓冲橡胶111，缓冲橡胶111为丁腈橡胶，通过缓冲弹簧杆11和防撞轮110的设置，可减弱移动底盘1与其他物体发生碰撞时的产生的冲力，避免冲力过大造成装置损坏；移动底盘1上端设有安装槽12，安装槽12内放置有与其形状相适配且用于固定大臂安装座2的安装盘120，安装槽12内壁与安装盘120外壁之间设有用于连接两者的缓冲柱121，安装槽12内部底端设有七个弹性摩擦球一122，安装盘120底端设有与相邻两个弹性摩擦球一122交错抵接的六个弹性摩擦球二123，通过设于安装槽12内壁与安装盘120外壁之间缓冲柱121以及弹性摩擦球一122和弹性摩擦球二123的设置，可分解装置停止时的惯性力，放置移动轮10停止时，由于惯性作用急停，造成餐具或食物洒落，造成资源浪费；

如图3、4所示，机械大臂4一侧设有限位安装环40，限位安装环40上套设设有转动齿轮400，大臂安装座2上竖直设有开口与转动齿轮400相对且内壁设有与转动齿轮400相啮合的齿条200的矩形限位框20；

如图5所示，机械小臂6上设有防抖缓冲元件60，防抖缓冲元件60包括套设在机械小臂6外部的防抖限位环600、对称设于防抖限位环600上下两端的缓冲滑筒601、相对设置且能够在缓冲滑筒601内上下滑动的两个活塞杆602、通过活塞杆602贯穿防抖限位环600且与机械小臂6外壁连接的弹簧杆603、通过连接管分别与两个缓冲滑筒601连接且内部设有五个通风细管6040的阻尼缓冲盒604、设于机械大臂4与缓冲滑筒601之间的液压杆605，阻尼缓冲盒604为弧形结构，且其内部的五个通风细管6040与阻尼缓冲盒604相适配，通过弧形结构的通风细管6040，增加压缩气体在通风细管6040内的通过路径，间接增加阻尼缓冲盒604的气体压力，增加缓冲效果，避免机械小臂6启动或停止时因为惯性作用发生抖动，使食物或餐具掉落；

如图6所示，机械抓手7包括与机械小臂6连接的固定套70、铰接于固定套70远离机械小臂6一侧且对称分布的两个分支抓手71、设于相对的两个分支抓手71之间的固定支杆72、设于固定支杆72前侧且与固定支杆72之间设有折叠架720的活动支杆73、贯穿固定支杆72、活动支杆73中心的伸缩杆74、为伸缩杆74提供动力的伸缩电机75，对称分布的分支抓手71的相对侧设有滑动槽710，活动支杆73两端分布设有能够在相应滑槽710内滑动的滑块711，通过伸缩电机75驱动伸缩杆74延伸或收缩，同时带动滑块711在滑动槽710内上下滑动来调节两个分支抓手71之间的抓取空间，满足不同体积餐具或食物的抓取要求，实用性强；对称分布的两个分支抓手71的相对侧设有橡胶防滑条712，且橡胶防滑条712上设有均匀设有多条防滑渠7120，通过橡胶防滑条712的设置，增加抓取食物或餐具时分支抓手71与食物或餐具之间的摩擦力，避免打滑使食物或餐具掉落，增加装置的可靠性；活动支杆73上远离固定支杆72一侧设有辅助抓手730，辅助抓手730为弧形结构且其弧形开口与两个分支抓手71行对构成三角形，辅助抓手730上也设有橡胶防滑条712，通过辅助抓手730与两个分支抓手71构成三角形的抓取结构，增加抓取食物或餐具的稳定性；

电源与驱动电机3、伸缩电机75、舵机电性连接。

利用本装置进行病床前自动取餐时，通过移动轮10将移动底盘1移动至待取餐具或食物前，启动驱动电机3，驱动电机3带动大臂安装座2转动，使两个分支抓手71正对待取待取餐具或食物一侧，根据待取餐具或食物的高度，启动机械大臂4上连接的舵机，舵机驱动机械大臂4在轴承上转动角度来调节其高度，同时，启动机械小臂6上的舵机，舵机驱动机械小臂6在轴承上转动角度来调节其高度，当两者的角度调整好，且两者之间的高度配合调节后满足待取餐具或食物的放置高度后，启动伸缩电机75，伸缩电机75驱动伸缩杆74拉伸，从而带动活动支杆73两侧的滑块711在相应的滑动槽710内向外滑动，来增大两个分支抓手71之间的抓取空间，将待取餐具或食物放置于两个分支抓手71和辅助抓手730构成的三角形抓取空间之内后，伸缩电机75驱动伸缩杆74收缩，从而带动活动支杆73两侧的滑块711在相应的滑动槽710内向内滑动将待取餐具或食物抓紧，然后，通过移动轮10将移动底盘1移动至病床前，伸缩电机75再次驱动伸缩杆74拉伸松开食物或餐具即可，满足患者的使用；

利用舵机驱动机械大臂4在轴承上转动调节角度时，当机械大臂4沿逆时针转动到转动齿轮400与齿条200接触后，转动齿轮400在齿条200上向上滑动，当转动齿轮400滑动至最上端的齿条200后，机械大臂4的角度将不能调高，此时，可通过调节机械小臂6的高度来满足抓取要求；

利用舵机驱动机械小臂6在轴承上转动调节角度时，机械小臂6沿顺时针方向转动，此时，液压杆605拉伸，机械小臂6向上压缩上端弹簧杆603，从而使上端活塞杆602在对应的缓冲滑筒601内向上滑动，将缓冲滑筒601内的空气压缩，经阻尼缓冲盒604内部的多个通风细管6040后，进入下端缓冲滑筒601内，由于空气经过通风细管6040时速率减慢，使上端缓冲滑筒601内存在缓冲空气压力对机械小臂6由于惯性产生的抖动进行缓冲。

Claims (3)

1.一种病床前自动取餐用的机械手，其特征在于，主要包括底端左右两端对称设有多个移动轮(10)的移动底盘(1)、设于所述移动底盘(1)上端且能够转动的大臂安装座(2)、通过转动轴与所述大臂安装座(2)底端连接且用于驱动大臂安装座(2)转动的驱动电机(3)、通过轴承连接于所述大臂安装座(2)内且通过舵机驱动连接的机械大臂(4)、设于所述机械大臂(4)远离大臂安装座(2)一端的小臂安装座(5)、通过轴承连接于所述小臂安装座(5)内且通过舵机驱动连接的机械小臂(6)、设于所述机械小臂(6)远离小臂安装座(5)一端且用于取餐用的机械抓手(7)、电源；

所述机械大臂(4)一侧设有限位安装环(40)，所述限位安装环(40)上套设设有转动齿轮(400)，大臂安装座(2)上竖直设有开口与所述转动齿轮(400)相对且内壁设有与转动齿轮(400)相啮合的齿条(200)的矩形限位框(20)；

所述机械小臂(6)上设有防抖缓冲元件(60)，所述防抖缓冲元件(60)包括套设在机械小臂(6)外部的防抖限位环(600)、对称设于所述防抖限位环(600)上下两端的缓冲滑筒(601)、相对设置且能够在所述缓冲滑筒(601)内上下滑动的两个活塞杆(602)、通过活塞杆(602)贯穿防抖限位环(600)且与机械小臂(6)外壁连接的弹簧杆(603)、通过连接管分别与两个缓冲滑筒(601)连接且内部设有多个通风细管(6040)的阻尼缓冲盒(604)、设于机械大臂(4)与缓冲滑筒(601)之间的液压杆(605)；

所述电源与驱动电机(3)、舵机电性连接；

所述移动底盘(1)上端设有安装槽(12)，所述安装槽(12)内放置有与其形状相适配且用于固定大臂安装座(2)的安装盘(120)，所述安装槽(12)内壁与安装盘(120)外壁之间设有用于连接两者的缓冲柱(121)，安装槽(12)内部底端设有多个弹性摩擦球一(122)，安装盘(120)底端设有与相邻两个弹性摩擦球一(122)交错抵接的多个弹性摩擦球二(123)；

所述机械抓手(7)包括与机械小臂(6)连接的固定套(70)、铰接于所述固定套(70)远离机械小臂(6)一侧且对称分布的两个分支抓手(71)、设于相对的两个分支抓手(71)之间的固定支杆(72)、设于所述固定支杆(72)前侧且与固定支杆(72)之间设有折叠架(720)的活动支杆(73)、贯穿固定支杆(72)、活动支杆(73)中心的伸缩杆(74)、为所述伸缩杆(74)提供动力的伸缩电机(75)，对称分布的分支抓手(71)的相对侧设有滑动槽(710)，所述活动支杆(73)两端分布设有能够在相应滑槽(710)内滑动的滑块(711)；

对称分布的两个分支抓手(71)的相对侧设有橡胶防滑条(712)，且所述橡胶防滑条(712)上设有均匀设有多条防滑渠(7120)。

2.根据权利要求1所述的一种病床前自动取餐用的机械手，其特征在于，所述移动底盘(1)侧壁均匀设有多个缓冲弹簧杆(11)，每个所述缓冲弹簧杆(11)处设有防撞轮(110)，所述防撞轮(110)外部设有缓冲橡胶(111)，所述缓冲橡胶(111)为丁腈橡胶。

3.根据权利要求1所述的一种病床前自动取餐用的机械手，其特征在于，所述阻尼缓冲盒(604)为弧形结构，且其内部的多个通风细管(6040)与阻尼缓冲盒(604)相适配。

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