CN111673773B - 一种喂食机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喂食机器人，涉及医疗康复器械与生活辅助器具领域，包括底盘旋转模块；升降模块，所述升降模块与所述底盘旋转模块固定连接；进食传动模块，所述进食传动模块与所述升降模块固定连接；喂食模块，所述喂食模块与所述进食传动模块连接。本发明所提供的一种喂食机器人具有结构巧妙、集成度高、操作简单等优点，通过三个控制按钮，可简单高效的辅助上肢功能障碍患者完成日常饮食，不仅减轻患者压力也可减轻护理人员的负担。

Description

一种喂食机器人

技术领域

本发明涉及医疗康复器械与生活辅助器具领域，尤其涉及一种喂食机器人。

背景技术

脑卒中又称“中风”、“脑血管意外”，是一种突发的脑血管疾病，是世界上导致死亡的第二大疾病，也是我国导致死亡的第一大疾病。据统计我国现有脑卒中患者约1500万，每年新增患者超过300万，超过75％脑卒中患者会出现肢体运动功能障碍，其中绝大多数患者患有上肢功能障碍。

老年人由于生理机能衰退，脑血管疾病、骨关节病、痴呆等发病率和致残几率增高。而我国已步入老龄化进程，老年人口占比不断攀升。从2012年到2019年，60岁以上老年人口从1.94亿增长到了近2.49亿，占总人口的比重也从14.3％增长到了17.9％，增长速度迅速。伴随着老龄化的过程，老年人四肢的灵活性下降，并且老年人群体中存在大量的心脑血管疾病或神经系统疾病患者，由此造成的偏瘫用患者中绝大多数患有上肢功能障碍。

上肢功能障碍患者的庞大基数以及老龄化趋势，使其康复治疗的临床需求和器械供应存在巨大缺口，而我国现有的康复医疗资源却远远不能满足这个巨大群体的需求。据卫计委统计，截止2019年2月底，全国医院3.3万个，其中，二级以上的医院有11304个(三级医院2498个，二级医院8806个)。

另外，2011年卫生部下发《综合医院康复医学科建设与管理指南》通知，要求所有二级以上综合医院必须建设康复医学科，而实际拥有康复科的综合医院数量与要求仍有很大差距，显然我国康复医学科室数量严重不足。

对于上肢功能障碍患者，日常饮食是其面临的最首要的问题。患者的日常饮食不能自主完成，需要家人辅助进行。这样不仅使患者在吃饭时的舒适度降低，更重要的是会给患者家人带来较大的负担。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种喂食机器人，缓解康复资源不足与日益增多的上肢功能障碍患者所面临的日常饮食不能自主完成的矛盾。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何设计一种喂食机器人，以解决生活中上肢障碍患者饮食无法自理的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种喂食机器人，包括：

底盘旋转模块；

升降模块，所述升降模块与所述底盘旋转模块固定连接；

进食传动模块，所述进食传动模块与所述升降模块固定连接；

喂食模块，所述喂食模块与所述进食传动模块连接。

在本发明的较佳实施方式中，所述底盘旋转模块包括：

按钮控制器、传感器座、霍尔传感器、碗具、电路底板、匙型底板、垫板、步进电机驱动器、十针插头、磁铁、第一步进电机、竖架、转盘、压盖、第一轴承、立柱、碗座、转接盘、转接轴、底脚、盖板及底架；

所述步进电机驱动器、所述垫板及所述电路底板固定安装在所述底架的一端；

所述底架固定安装在所述匙型底板上；

所述匙型底板的下方固定安装有三个所述底脚，用于保持装置的整体平稳放置；

所述转接盘的一端与所述垫板固定连接；

所述转接盘的另一端与所述立柱的一端固定连接；

所述转接盘一侧与所述传感器座固定连接；

设置有四个均匀分布的所述竖架，所述竖架的一端与所述转盘的外周固定连接，另一端与所述碗座固定连接；

所述升降模块包括：

皮带、带轮、电源插座、船型开关、第二步进电机、第一微动开关、第一联轴器、安装座、第一编码器、侧板、升降架、第一限位板、支座、第二轴承、滚珠丝杆、直线轴承、滚珠丝杠螺母、轴用弹性挡圈及第一导杆；

所述支座固定安装在所述底架的另一端；

所述带轮安装在所述支座的内部；

所述第一编码器与所述第二步进电机之间通过所述第一联轴器连接；

所述安装座与所述第二步进电机的上部固定连接；

所述安装座的底端与所述侧板固定连接；

所述升降架与所述直线轴承相配合；

所述直线轴承安装在所述第一导杆上；

所述船型开关安装在所述第二步进电机的一侧；

所述电源插座安装在所述支座的一侧；

所述进食传动模块包括：

电源开关、指示灯、第二编码器、编码器座、第二联轴器、第三步进电机、行星减速器、电机座、滑板、第二限位板、第二微动开关、限位件、限位套筒、上板、下板、顶板、前块及小支架；

所述电源开关固定安装在所述上板的一端；

所述指示灯固定安装在所述电源开关的一侧，以显示电源的开合状态；

所述第二编码器和所述第三步进电机与所述上板通过所述编码器座和所述电机座固定连接；

所述第二联轴器连接所述第二编码器和所述第三步进电机；

所述滑板通过所述直线轴承和所述滚珠丝杆与所述第三步进电机滑动连接；

所述小支架固定安装在所述滑板的一端；

所述行星减速器固定安装在所述小支架上；

所述小支架的一端固定安装有所述第二限位板，并与所述下板上的所述第二微动开关配合控制；

所述滑板的一侧对称安装有两个所述第二微动开关；

所述喂食模块包括：

第二导杆、动力杆、连接杆、弹簧、被动杆、限位杆及勺子；

所述喂食模块通过所述连接杆与所述进食传动模块连接；

所述第二导杆的一端安装在所述限位套筒中；

所述第二导杆的另一端固定连接在指型接头上；

所述限位杆与所述指型接头滑动连接；

所述限位杆的一端安装有所述弹簧。

进一步地，所述霍尔传感器安装在所述传感器座上；所述霍尔传感器的上方安装有所述磁铁，可实现所述碗具的自动找零功能。

进一步地，所述立柱的另一端内侧连接所述第一轴承；所述第一轴承的内圈与所述转盘配合，承受所述转盘的力矩；所述第一轴承的外圈与所述压盖配合；所述压盖与所述立柱通过螺钉固定连接，以支撑整体结构；所述转盘的内侧与所述第一步进电机的转头配合，实现所述碗具的旋转效果。

进一步地，所述碗具固定安装在所述碗座上；所述碗具的一侧设置有刮平结构；所述刮平结构配合所述勺子进行使用，以确保所述勺子内的食物不会洒出。

进一步地，所述带轮共设置有两个，其一与所述第二步进电机配合，其二与所述滚珠丝杠配合，可实现所述第二步进电机带动所述滚珠丝杠转动的功能。

进一步地，通过所述滚珠丝杠螺母带动所述升降架上下移动；所述第一微动开关共设置有两个，固定连接在所述侧板上，并与所述第一限位板配合控制所述升降架的移动距离。

进一步地，所述上板、所述下板、所述前块和后架共同构成支撑架；所述支撑架固定安装在所述升降架的一端，随所述升降架一起上下运动。

进一步地，所述限位件配合所述限位套筒安装在所述行星减速器的轴上；所述限位件与所述第二微动开关共同作用实现找零功能；所述滑板的一端固定安装有所述第二限位板；所述上板的另一端安装有所述第二微动开关；所述第二限位板触碰到所述第二微动开关即停止运动。

进一步地，所述动力杆、所述连接杆、所述被动杆组成连杆驱动机构；所述勺子固定连接在所述连杆驱动机构的一端，所述连杆驱动机构将带动所述勺子执行对应的喂食动作。

进一步地，所述弹簧由所述动力杆的一端压紧在所述指型接头的一侧；在所述喂食动作执行结束后，所述弹簧将对所述连杆驱动机构产生预设大小的力，用于调整所述勺子的位姿。

本发明所提供的一种喂食机器人通过三个控制按钮，可简单高效的辅助上肢功能障碍患者完成日常饮食，不仅减轻患者压力也可减轻护理人员的负担。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的结构示意图；

图2是图1所示实施例的底盘旋转模块的整体结构示意图；

图3是图1所示实施例的底盘旋转模块的传动结构剖视图；

图4是图1所示实施例的升降模块的整体结构示意图；

图5是图4所示实施例的升降模块沿A-A的右剖视图；

图6是图1所示实施例的进食传动模块的整体结构示意图；

图7是图1所示实施例的喂食模块的整体结构示意图。

其中，1000-底盘旋转模块、1001-按钮控制器、1002-传感器座、1003-霍尔传感器、1004-碗具、1005-电路底板、1006-匙型底板、1007-垫板、1008-步进电机驱动器、1009-十针插头、1010-磁铁、1011-第一步进电机、1012-竖架、1013-转盘、1014-压盖、1015-第一轴承、1016-立柱、1017-碗座、1018-转接盘、1019-转接轴、1020-底脚、1021-盖板、1022-底架、2000-升降模块、2001-皮带、2002-带轮、2003-电源插座、2004-船型开关、2005-第二步进电机、2006-第一微动开关、2007-第一联轴器、2008-安装座、2009-第一编码器、2010-侧板、2011-升降架、2012-第一限位板、2013-第三微动开关、2014-支座、2015-第二轴承、2016-滚珠丝杆、2017-直线轴承、2018-第三轴承、2019-滚珠丝杠螺母、2020-轴用弹性挡圈、2021-第一导杆2021、3000-进食传动模块、3001-上板、3002-电源开关、3003-指示灯、3004-第二编码器、3005-编码器座、3006-第二联轴器、3007-第三步进电机、3008-电机座、3009-滑板、3010-第二限位板、3011-限位套筒、3012-第二微动开关、3013-顶板、3014-前块、3015-限位件、3016-第四微动开关、3017-行星减速器、3018-小支架、3019-第三限位板、3020-第五微动开关、3021-下板、3022-第二编码器、3023-后架、4000-喂食模块、4001-第二导杆、4002-动力杆、4003-指型接头、4004-连接杆、4005-被动杆、4006-限位杆、4007-勺子、4008弹簧。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，为一种智能喂食机器人，包括：

底盘旋转模块1000；升降模块2000，其中，升降模块2000的底端与底盘旋转模块1000的一端固定连接；进食传动模块3000，其中，进食传动模块3000的一端与升降模块2000的顶端固定连接；喂食模块4000，其中，喂食模块4000与进食传动模块3000的另一端连接；一般来说，喂食模块4000是通过滚珠丝杆与进食传动模块3000进行连接。

底盘旋转模块1000包括：

按钮控制器1001、传感器座1002、霍尔传感器1003、碗具1004、电路底板1005、匙型底板1006、垫板1007、步进电机驱动器1008、十针插头1009(如图2所示)。

底盘旋转模块1000还包括：

磁铁1010、第一步进电机1011、竖架1012、转盘1013、压盖1014、第一轴承1015、立柱1016、碗座1017、转接盘1018、转接轴1019、底脚1020、盖板1021及底架1022(如图3所示)。

步进电机驱动器1008、垫板1007及电路底板1005固定安装在底架1022的一端。底架1022固定安装在匙型底板1006上，匙型底板1006的下方固定安装有3个底脚1020，用于保持装置的整体平稳放置。

转接盘1018的一端与垫板1007的另一端固定连接，转接盘1018的另一端与立柱1016的一端固定连接。转接盘1018的一侧与传感器座1002固定连接，竖架1012的一端与转盘1013的外周固定连接，共均匀分布有四个竖架1012，竖架1012的另一端与碗座1017固定连接。

升降模块2000包括：

皮带2001、带轮2002、电源插座2003、船型开关2004、第二步进电机2005、第一微动开关2006、第一联轴器2007、安装座2008、第一编码器2009、侧板2010、升降架2011、第一限位板2012、第三微动开关2013、支座2014(如图4所示)。

升降模块2000还包括：

第二轴承2015、滚珠丝杆2016、直线轴承2017、第三轴承2018、滚珠丝杠螺母2019、轴用弹性挡圈2020及第一导杆2021(如图5所示)。

支座2014固定安装在底架1022的另一端。

带轮2002安装在支座2014的内部。

第一编码器2009与第二步进电机2005之间通过第一联轴器2007连接。

安装座2008与第二步进电机2005的上部固定连接，安装座2008的底端与侧板2010固定连接。

升降架2011与直线轴承2017配合，直线轴承2017安装在第一导杆2021上。

船型开关2004和电源插座2003分别安装在第二步进电机2005和支座2014的一侧。

进食传动模块3000包括：

上板3001、电源开关3002、指示灯3003、第二编码器3004、编码器座3005、第二联轴器3006、第三步进电机3007、电机座3008、滑板3009、第二限位板3010、限位套筒3011、第二微动开关3012、顶板3013、前块3014、限位件3015、第四微动开关3016、行星减速器3017、小支架3018、第三限位板3019、第五微动开关3020、下板3021、第二编码器3022及后架3023(如图6所示)。

电源开关3002固定安装在上板3001的一端。

指示灯3003固定安装在电源开关3002的一侧以，显示电源的开合状态。

第二编码器3004和第三步进电机3007与上板3001通过编码器座3005和电机座3008固定连接。

第二联轴器3006连接第二编码器3004和第三步进电机3007。

滑板3009通过直线轴承和滚珠丝杠与第三步进电机3007滑动连接。

小支架3018固定安装在滑板3009的一端。

行星减速器3017固定安装在小支架3018上。

小支架3018的一端固定安装有第二限位板3010，并与下板3021上的第五微动开关3020配合控制。

滑板3009的一侧对称安装有两个第四微动开关3016。

喂食模块4000包括：

第二导杆4001、动力杆4002、指型接头4003、连接杆4004、被动杆4005、限位杆4006、勺子4007及弹簧4008(如图7所示)。

第二导杆4001的一端安装在限位套筒3011中，第二导杆4001的另一端固定连接在指型接头4003上。

限位杆4006与指型接头4003滑动连接，限位杆4006的一端安装弹簧4008。

霍尔传感器1003安装在传感器座1002上，上方安装有磁铁1010，可实现碗具1004的自动找零功能。

立柱1016的另一端内侧连接第一轴承1015，第一轴承1015的内圈与转盘1013配合，承受转盘1013力矩，第一轴承1015的外圈与压盖1014配合，压盖1014与立柱1016利用螺钉固定连接，以支撑整体结构。

转盘1013的内侧与第一步进电机1011的转头配合，实现碗具1004的旋转效果。

碗具1004固定安装在碗座1017上，碗具1004的一侧设计有刮平结构，配合勺子4007进行使用，以确保勺子4007内的食物不会洒出。

带轮2002一共有两个，其一与第二步进电机2005配合，其二与滚珠丝杠2016配合，可实现第二步进电机2005带动滚珠丝杠2016的转动功能。

通过滚珠丝杠螺母2019带动升降架2011上下移动，第一微动开关2006和第三微动开关2013固定安装在侧板2010的上下两端，与第一限位板2012配合控制升降架2011的移动距离。

上板3001、下板3021、后架3023、前块3014共同构成支撑架，支撑架固定安装在升降架2011的一端，随升降架2011一起上下运动。

限位件3015配合限位套筒3011安装在行星减速器3017轴上，限位件3015与第四微动开关3016共同作用实现找零功能。

滑板3009的一端固定安装第二限位板3010，上板3001的另一端安装有第二微动开关3012，第二限位板3010触碰到第二微动开关3012即停止运动。

动力杆4002、连接杆4004、被动杆4005组成连杆驱动机构，勺子4007固定连接在连杆驱动机构一端，连杆驱动机构将带动勺子4007执行对应喂食动作。

弹簧4008由动力杆4002的一端压紧在指型接头4003的一侧，在喂食动作执行结束后，弹簧4008将对连杆驱动机构产生一定大小的力，用于调整勺子4007的位姿。

本申请实施例的使用步骤如下：

1、将本申请实施例提出的机构放置于桌面：通过调节底脚1020的高度，将本申请实施例提出的结构平稳放置在桌面上；

2、实现找零：打开船型开关2004以及电源开关3002，通电后第一步进电机1011带动碗具1004旋转，霍尔传感器1003开始工作，四个碗具1004之一的下方安装有磁铁1010，碗具1004在旋转过程中，当霍尔传感器1003接近磁铁1010，即会停止旋转，完成碗具1004自动找零功能；通电后在行星减速器3017带动下，第二导杆4001会反复正反转，并与滑板3009侧面安装的两个第四微动开关3016配合，实现喂食部件的找零功能；

3、食物选择与进食：实现找零操作后，患者可通过按钮控制器1001选择食物，触动按钮L则碗具1004左转，触动按钮R则碗具1004右转，选择好食物后即可触动按钮OK键，则第二步进电机2005工作，通过带轮2002和皮带2001带动滚珠丝杠2016工作，升降架2011开始下降，当第一限位板2012触碰到第三微动开关2013时即停止下降，此过程中行星减速器3017会带动第二导杆4001旋转，两种动作配合使勺子4007完成取食动作，之后第二步进电机2005会带动升降架上升，当限位板触碰到第一微动开关2006时即停止上升，此后第三步进电机3007工作，通过滚珠丝杠带动滑板往前移动，从而使第二导杆4001前行，前进一定距离后(第二微动开关3012与第二限位板3010配合，防止前进距离过大)弹簧4008逐渐弹开(通过限位杆4006控制弹簧弹开程度，防止勺子前伸距离过大)，通过连杆机构使勺子4007前驱，将食物送至患者嘴巴附近完成进食动作；

4、喂食部件退回：进食完毕后，滑板3009间接带动第二导杆4001后退(此间行星减速器3017带动第二导杆4001旋转，使勺子4007复位)，当第三限位板3019触碰到第五微动开关3020时，电机停止工作，退回结束。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种喂食机器人，其特征在于，包括：

底盘旋转模块；

升降模块，所述升降模块与所述底盘旋转模块固定连接；

进食传动模块，所述进食传动模块与所述升降模块固定连接；

喂食模块，所述喂食模块与所述进食传动模块连接；

所述底盘旋转模块包括：

按钮控制器、传感器座、霍尔传感器、碗具、电路底板、匙型底板、垫板、步进电机驱动器、十针插头、磁铁、第一步进电机、竖架、转盘、压盖、第一轴承、立柱、碗座、转接盘、转接轴、底脚、盖板及底架；

所述步进电机驱动器、所述垫板及所述电路底板固定安装在所述底架的一端；

所述底架固定安装在所述匙型底板上；

所述匙型底板的下方固定安装有三个所述底脚，用于保持装置的整体平稳放置；

所述转接盘的一端与所述垫板固定连接；

所述转接盘的另一端与所述立柱的一端固定连接；

所述转接盘一侧与所述传感器座固定连接；

设置有四个均匀分布的所述竖架，所述竖架的一端与所述转盘的外周固定连接，另一端与所述碗座固定连接；

所述升降模块包括：

皮带、带轮、电源插座、船型开关、第二步进电机、第一微动开关、第一联轴器、安装座、第一编码器、侧板、升降架、第一限位板、支座、第二轴承、滚珠丝杆、直线轴承、滚珠丝杠螺母、轴用弹性挡圈及第一导杆；

所述支座固定安装在所述底架的另一端；

所述带轮安装在所述支座的内部；

所述第一编码器与所述第二步进电机之间通过所述第一联轴器连接；

所述安装座与所述第二步进电机的上部固定连接；

所述安装座的底端与所述侧板固定连接；

所述升降架与所述直线轴承相配合；

所述直线轴承安装在所述第一导杆上；

所述船型开关安装在所述第二步进电机的一侧；

所述电源插座安装在所述支座的一侧；

所述带轮共设置有两个，其一与所述第二步进电机配合，其二与所述滚珠丝杆配合，可实现所述第二步进电机带动所述滚珠丝杆转动的功能；

所述进食传动模块包括：

电源开关、指示灯、第二编码器、编码器座、第二联轴器、第三步进电机、行星减速器、电机座、滑板、第二限位板、第二微动开关、限位件、限位套筒、上板、下板、顶板、前块及小支架；

所述电源开关固定安装在所述上板的一端；

所述指示灯固定安装在所述电源开关的一侧，以显示电源的开合状态；

所述第二编码器和所述第三步进电机与所述上板通过所述编码器座和所述电机座固定连接；

所述第二联轴器连接所述第二编码器和所述第三步进电机；

所述滑板通过所述直线轴承和所述滚珠丝杆与所述第三步进电机滑动连接；

所述小支架固定安装在所述滑板的一端；

所述行星减速器固定安装在所述小支架上；

所述小支架的一端固定安装有所述第二限位板，并与所述下板上的所述第二微动开关配合控制；

所述滑板的一侧对称安装有两个所述第二微动开关；

所述喂食模块包括：

第二导杆、动力杆、连接杆、弹簧、被动杆、限位杆及勺子；

所述碗具固定安装在所述碗座上；所述碗具的一侧设置有刮平结构；所述刮平结构配合所述勺子进行使用，以确保所述勺子内的食物不会洒出；

所述喂食模块通过所述连接杆与所述进食传动模块连接；

所述第二导杆的一端安装在所述限位套筒中；

所述第二导杆的另一端固定连接在指型接头上；

所述限位杆与所述指型接头滑动连接；

所述限位杆的一端安装有所述弹簧。

2.如权利要求1所述的喂食机器人，其特征在于，所述霍尔传感器安装在所述传感器座上；所述霍尔传感器的上方安装有所述磁铁，可实现所述碗具的自动找零功能；所述立柱的另一端内侧连接所述第一轴承；所述第一轴承的内圈与所述转盘配合，承受所述转盘的力矩；所述第一轴承的外圈与所述压盖配合；所述压盖与所述立柱通过螺钉固定连接，以支撑整体结构；所述转盘的内侧与所述第一步进电机的转头配合，实现所述碗具的旋转效果。

3.如权利要求1所述的喂食机器人，其特征在于，通过所述滚珠丝杠螺母带动所述升降架上下移动；所述第一微动开关共设置有两个，固定连接在所述侧板上，并与所述第一限位板配合控制所述升降架的移动距离。

4.如权利要求1所述的喂食机器人，其特征在于，所述上板、所述下板、所述前块和后架共同构成支撑架；所述支撑架固定安装在所述升降架的一端，随所述升降架一起上下运动。

5.如权利要求1所述的喂食机器人，其特征在于，所述限位件配合所述限位套筒安装在所述行星减速器的轴上；所述限位件与所述第二微动开关共同作用实现找零功能；所述滑板的一端固定安装有所述第二限位板；所述上板的另一端安装有所述第二微动开关；所述第二限位板触碰到所述第二微动开关即停止运动。

6.如权利要求1所述的喂食机器人，其特征在于，所述动力杆、所述连接杆、所述被动杆组成连杆驱动机构；所述勺子固定连接在所述连杆驱动机构的一端，所述连杆驱动机构将带动所述勺子执行对应的喂食动作。

7.如权利要求6所述的喂食机器人，其特征在于，所述弹簧由所述动力杆的一端压紧在所述指型接头的一侧；在所述喂食动作执行结束后，所述弹簧将对所述连杆驱动机构产生预设大小的力，用于调整所述勺子的位姿。

Images