[发明专利]助餐机器人

说明书

技术领域

一种助餐机器人，借助单片机控制，模拟人体的取餐、进餐动作，达到帮助手部残疾人进餐的目的。属餐饮用具领域。

背景技术

据报道，中国有6000万残疾人，其中肢体残疾877万人；另外近些年，中风、脑血栓后遗症、脊髓损伤、脑性麻痹和肌肉萎缩的患者逐年上升，其中相当一部分人手部残疾，需要饮食护理。

现有的助餐机器人较成功的主要有英国的Handy1，日本SECOM公司的“MYSPOON”和美国SammonsPreston公司生产的ElectricSelf-Feeder。

Handy1是目前世界上最成功、应用较广的一种助餐机器人。它选用5个自由度、带有手爪的机器手臂，手臂可灵活地从带有7个格子的进餐托盘中取餐。

由于Handy1还具有洗脸、刷牙、刮脸、化妆等功能导致其价格偏高，Handy1售价超过数万元人民币，“MYSPOON”售价在￥23,750元以上，ElectricSelf-Feeder为3,5001-40,000港币，远离工薪阶层。此外，5个自由度的机械臂，结构略显复杂。

美国专利《SELF-FEEDINGAPPLIANCE》(US4398857)公开了一种自主助餐器具，服务对象为双臂残疾人。一张携带一个或多个餐盘的转动桌面(turntable)安装在一块滑板(carriagepanel)上。所述滑板安装在一个服务台(serviceplatform)上，并可在服务台的台面(servicedeck)上前后移动。一把勺子(spoon)安装在所述滑板上，并可伸到服务台台面的外侧。勺子外伸的位置和服务台的高度是可调节的，以便在轮椅、床边或桌子上使用。当该助餐器具安放在床垫或桌上后，可转动所述转动桌面，使被选中的餐盘对准勺子。而取餐器具(scrapingutensil)固定在头箍(headband)上。于是，进餐可借助伤残者头部、颈部以及躯干上部的小幅运动自行完成。无需外人协助或监管。

十分明显，这种器具的不足之处在于进餐时，伤残者的头部一直被头箍束缚，且需头、颈以及躯干上部的小幅运动配合。

发明内容

本发明提供的助餐机器人是根据人体生理学理论和人机合作机器人原理，借助单片机控制，模拟人体的取餐、进餐动作，达到帮助手部残疾人进餐的目的。其结构包括桌面旋转机构、机械手旋转机构，机械手升降机构和机械手取餐机构，而后三套机构借助悬臂平台依次连接于桌面旋转机构的立柱上。

桌面旋转机构包括底座、立柱、直流减速电机、套筒、转轴、桌面和条形餐碗。其中立柱下端与底座固连，上端借助法兰与套筒相连。直流减速电机安装在立柱上部，经借助轴承安装在套筒内的转轴与桌面固连并可带动桌面转动。四个条形餐碗的内表面为圆柱面，两侧壁直立(即碗的横截面均为长方形)，沿桌面地两根正交直径对称放置，且长边平行于直径，以便使用下述的勺子或叉子进餐。

机械手旋转机构由直流电机、蜗轮蜗杆减速器和托盘组成，固装在立柱中下部的悬臂平台上。托盘与蜗轮蜗杆减速器的输出轴同轴线固连。于是，直流减速电机的水平转动可变换成托盘绕铅垂轴的转动。

机械手升降机构包括直流减速电机、套筒座、外套筒、内套筒、丝杠、传动螺母。其中，套筒座借助端部法兰下与所述托盘、上与外套筒同轴线固连，外套筒与下端固连传动螺母的内套筒滑动配合，旋入传动螺母的丝杠与固装在套筒座内的直流减速电机输出轴固连。于是，整个外套筒及其内部组件可随同托盘绕铅垂轴转动，且内套筒可借助丝杠和传动螺母在外套筒内上下滑动。

机械手取餐机构包括直流伺服电机、水平臂、凹状头、勺子和叉子。一端带有凹状头的水平臂的另一端固装在内套筒的顶部。两台直流伺服电机借助端面法兰同轴线地水平安装在凹状头的外侧，位于凹状头内侧的一把勺子和一把叉子的柄端分别与直流伺服电机的输出轴固连，可交互处于水平状态或铅垂状态。为了确保条形餐碗中的食物能被全部取出，设计和安装时要求勺尖和叉尖的运动轨迹与条形餐碗内部圆弧线一致，即要求在取餐位置两台直流伺服电机的轴线与碗内圆柱面的中轴线重合。