[发明专利]一种喂食机械臂及其喂食方法

权利要求书

1.一种喂食机械臂的喂食方法，其特征在于，喂食机械臂包括底座、机械臂主体和喂食装置(7)，所述机械臂主体的底端与底座转动连接，喂食装置设于机械臂主体的顶端；所述的底座内设置有控制板和底部舵机(8)，底部舵机用于驱动机械臂主体水平转动；

其中，所述的机械臂主体包括第一机臂(3)、第二机臂(4)、第三机臂(5)和第四机臂(6)，所述的机械臂主体还包括多段依次连接的机臂，相邻机臂由机臂舵机驱动后在竖直方向相对转动，底部舵机和机臂舵机均电连接至控制板；所述的机臂舵机包括第一舵机、第二舵机和第三舵机；

所述第一机臂位于底盖上方并跟随底部舵机的输出轴转动；所述第一舵机水平设于第一机臂内，第一舵机的输出轴与第二机臂的下端连接并带动第二机臂转动；第二机臂的上端设有第三机臂，所述第二舵机水平设于第三机臂的下端，第二舵机的输出轴与第二机臂的上端连接；所述第三舵机水平设于第三机臂的上端，第三舵机的输出轴与第四机臂的下端连接并带动第四机臂转动；

喂食机械臂的喂食方法包括如下步骤：

S01：根据餐盘摆放的位置，设定喂食装置的水平面夹取坐标点域，并分别标定为(x_k，y_k)，k∈N且k≠0；同时设定喂食坐标点(a，b，c)，abc均为常数，所述的控制板上设有存储模块，将设定的坐标信息进行存储；

S02：向喂食机械臂发送一个夹取坐标点信号，控制板控制底部舵机和机臂舵机将喂食装置驱动至对应的夹取坐标点，控制板同时控制第三舵机驱动第四机臂，使喂食装置竖直朝向下方；

S03：控制板控制喂食舵机将喂食装置开启，同时控制机臂舵机驱动喂食装置在竖直方向朝下移动，移动过程中第一舵机正向转过角度δ，第二舵机对应反向转过角度δ，同时第三舵机也正向转过角度2δ；喂食装置移动距离Z后触及食物，此时控制板控制喂食舵机将喂食装置关闭以获取食物；

S04：控制板控制底部舵机和机臂舵机将喂食装置驱动至喂食坐标点，同时控制板控制第三舵机将喂食装置切换至水平方向；

S05：控制板控制喂食舵机将喂食装置开启，此时喂食机械臂进入等待状态，等候使用者用餐并等待接收下一个夹取坐标点信号；

当使用者完全丧失行为能力时，所述的喂食机械臂还包括配合使用的脑波传感器，脑波传感器与控制板通信连接；则步骤S02中向喂食机械臂发送夹取坐标点信号的方式包括如下细分步骤：

1)当喂食装置未停留在喂食坐标点时，通过脑波处理器向控制器发送信号，控制器控制机械臂将喂食装置驱动至喂食坐标点并进入等待状态；若喂食装置位于喂食坐标点并已经处于等待状态，则直接进入2)；

2)使用者在竖直平面内对喂食装置施加上、下、左或右方向的作用力，发出的夹取坐标信号分别与四个餐盘所在的夹取坐标对应；控制板根据下列关系式计算出底部舵机和机臂舵机的负载力矩：

Q＝J(q)^T×W，其中，W为喂食装置受到的力矢量，Q为对应舵机所受的力矩大小，q为机械臂处在等待状态下对应舵机的转轴锁止角度，J(q)是该角度下，喂食装置的位置矢量与对应舵机的转轴锁止角度的偏微分矩阵；

且其中，dp是机械臂末端夹具三维坐标的微分；dq是机械臂每个舵机输出轴转动角度的微分；

利用上述关系式得出在上、下、左和右方向上对应的力矩矢量Q(i)，i＝1～4；

3)使用移动平均法对机臂舵机在连续500T时间内的电流值进行低频滤波处理，得到当前时间段的平均电流值I'_longavg；同时使用移动平均法对机臂舵机在连续50T时间内的电流值进行高频滤波处理，得到当前时间段的实时电流值I'_shortavg；

4)赋予一个threshold’值，根据进行判断，若成立则判断为施加对应力矩，控制板将喂食装置驱动至该力矩对应的夹取坐标点；若不成立则判断为未施加对应力矩。

2.根据权利要求1所述的喂食机械臂的喂食方法，其特征在于：在步骤S03中，喂食装置朝下移动至触及食物后，电流传感器检测到其所在机臂舵机电路中的电流值增大时，向控制板发送触及信号，此时控制板控制机臂舵机锁止。