一种勺筷一体化的助餐机器人末端执行机构、使用方法及一种助餐机器人技术

本发明专利技术涉及一种助餐机器人，具体涉及一种勺筷一体化的助餐机器人末端执行机构、使用方法及一种助餐机器人，包括欠驱动单元和工作单元；欠驱动单元包括驱动机构、主从连杆机构和被动连杆机构；驱动机构包括底座及安装于底座上的驱动组件和固定块；主从连杆机构包括与驱动组件相连的主动连杆及与固定块相连的从动连杆；被动连杆机构包括至少三段连杆，连杆首尾相连形成闭合结构；被动连杆机构中的两个相邻端点与主动连杆和从动连杆相连；工作单元包括连接于被动连杆机构上的第一工作件以及连接于固定块上的第二工作件；第一工作件、第二工作件包括连接臂以及连接于连接臂自由端的半勺体。与现有技术相比，本发明专利技术实现勺、筷两种状态的快速切换。状态的快速切换。状态的快速切换。

【技术实现步骤摘要】
一种勺筷一体化的助餐机器人末端执行机构、使用方法及一种助餐机器人


[0001]本专利技术涉及一种助餐机器人，具体涉及一种勺筷一体化的助餐机器人末端执行机构、使用方法及一种助餐机器人。

技术介绍

[0002]根据第七次全国人口普查主要数据显示，我国60岁及以上人口的比重达到18.7％，其中65岁及以上人口比重达到13.5％。由数据中可观察出，我国目前的老年人口规模庞大，老龄化进程明显加快。随着老龄化加剧、老年人口的增加，失智失能人群的数量也在逐年提升，而失智失能人群时常出现无法自主进食而导致营养不良，进而又会造成其免疫力下降、患病风险增高，形成恶性循环。
[0003]对于如上所提到的失智失能人群以及如瘫痪患者，常见的人工喂食方法正面对着人工成本提升与劳动力短缺的现状。为了减少人工负担，有研究人员提出了运用助餐机器人替代人工喂食的方法，如中国专利CN202110015351.X公开的一种便携式助餐机器人，该机器人的采用了完整的勺子作为机械臂的执行机构，通过执行电机控制机械臂，并将盛有食物的末端效应器送到人嘴前。然而，如该专利中所提出的助餐机器人，现有使用的机械臂末端执行机构多为将食物包裹起来进行抓取，不能调整其末端的受力，使得末端机构在移动和舀取的过程中容易受到干扰，且仅能用于流食，无法适应于各种情况，尤其是当部分患者在恢复中后期需要食用固体食物时，该类助餐机器人无法实现夹取，容易在盛取过程中将食物推出容器而造成浪费，实用性较差。
[0004]由此，需要对现有结构进行改进，以满足多种应用场景下的使用。r/>
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种勺筷一体化的助餐机器人末端执行机构、使用方法及一种助餐机器人，以解决现有技术中的助餐机器人仅能实现盛取，无法适用于固体食物的局限，实现了勺、筷两种状态的快速切换，具备良好的实用性和安全性。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术第一方面公开了一种勺筷一体化的助餐机器人末端执行机构，包括欠驱动单元和工作单元；
[0008]所述的欠驱动单元包括驱动机构、主从连杆机构和被动连杆机构；
[0009]所述的驱动机构包括底座以及分别安装于底座上的驱动组件和固定块；
[0010]所述的主从连杆机构包括第一端与驱动组件相连的主动连杆以及第一端与固定块相连的从动连杆；
[0011]所述的被动连杆机构包括至少三段连杆，连杆首尾相连形成闭合结构；所述的被动连杆机构中的两个相邻端点分别与主动连杆的第二端和从动连杆的第二端相连；
[0012]所述的工作单元包括连接于被动连杆机构上的第一工作件以及连接于固定块上的第二工作件；所述的第一工作件包括连接臂以及连接于连接臂自由端的半勺体，所述的第二工作件包括连接臂以及连接于连接臂自由端的半勺体。
[0013]优选地，所述的被动连杆机构包括四段连杆，其中，连接于主动连杆与从动连杆之间的连杆为第四连杆、位于第四连杆对边的连杆为第一连杆、连接于第一连杆与主动连杆之间的连杆为第三连杆、连接于第一连杆与从动连杆之间的连杆为第二连杆；所述的第一工作件连接于第一连杆上。
[0014]优选地，所述的第一连杆与第二连杆之间还设有扭簧，扭簧可调节工作单元的夹持力，并提供柔性驱动；在夹持不同大小物体时，由驱动组件控制扭簧的拉伸以适应物体尺寸。
[0015]优选地，所述的驱动组件包括驱动电机、轴承和轴套；所述的驱动电机通过电机座安装于底座上，驱动电机的输出轴上依次套设轴承和轴套，所述的主动连杆与轴套键连接。
[0016]优选地，所述的末端执行机构还包括壳体，所述的欠驱动单元设置于壳体内，所述的工作单元伸出壳体。
[0017]优选地，所述的壳体上设有用于与助餐机器人连接的安装接口。
[0018]优选地，所述的底座固定于壳体内。
[0019]本专利技术第二方面公开了一种如上任一所述的末端执行机构的使用方法，所述的驱动组件驱动主动连杆旋转，带动被动连杆机构以及从动连杆发生旋转，以控制第一工作件与第二工作件的开合；
[0020]所述的第一工作件与第二工作件打开时，为筷状态：通过一对连接臂进行夹取；
[0021]所述的第一工作件与第二工作件闭合时，为勺状态：通过一对半勺体进行盛取。
[0022]优选地，所述的主动连杆的旋转幅度为30
°
，即主动连杆旋转30
°
，完成筷状态与勺状态的切换。
[0023]本专利技术第三方面公开了一种助餐机器人，包括机器人本体以及如上任一所述的末端执行结构；所述的末端执行结构连接于机器人本体上。
[0024]本专利技术的工作原理为：
[0025]驱动组件驱动主动连杆旋转，带动被动连杆机构以及从动连杆发生旋转，以控制第一工作件与第二工作件的开合；
[0026]第一工作件与第二工作件打开时，为筷状态：通过一对连接臂进行夹取；
[0027]第一工作件与第二工作件闭合时，为勺状态：通过一对半勺体进行盛取。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0029]本专利技术将勺子与筷子同时集成于一个结构中，能适用于多样的食物类型的同时实现了末端效应器的可调受力，有效的保证了人机交互的本质安全性。
[0030](1)上下勺子单元在工作时，扭簧会发生形变，形变可为末端效应器带来柔性，保证了人机交互的安全性。
[0031](2)勺子与筷子同时集成于一个结构中，能适用于多样的食物类型，保证了机构的实用性。
[0032](3)末端效应器基于日常勺子的外形，设计了两个半勺的机构，仅用一个驱动电机就可控制勺与筷两种状态的切换，实现了可用性与经济性的设计原则。
[0033](4)该末端效应器运用了七连杆机构，其驱动组件的旋转角度与上下勺子单元的开合幅度一一对应，避免了上下勺子单元的无规则运动，结构轻便的同时具有高安全性。
附图说明
[0034]图1为末端执行机构的结构示意图；
[0035]图2为欠驱动单元和工作单元的结构示意图；
[0036]图3为欠驱动单元为勺状态的结构示意图
[0037]图4为欠驱动单元的结构示意图；
[0038]图5为驱动组件的结构示意图；
[0039]图6为工作单元的结构示意图；
[0040]图中：1
‑
壳体；11
‑
外壳体；12
‑
效应器壳体；2
‑
欠驱动单元；21
‑
被动连杆机构；211
‑
第一连杆；212
‑
第二连杆；213
‑
扭簧；214
‑
第三连杆；215
‑
第四连杆；22
‑
主从连杆机构；221
‑
主动连杆；222
‑
从动连杆；23
‑
驱动机构；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种勺筷一体化的助餐机器人末端执行机构，其特征在于，包括欠驱动单元(2)和工作单元(3)；所述的欠驱动单元(2)包括驱动机构(23)、主从连杆机构(22)和被动连杆机构(21)；所述的驱动机构(23)包括底座(231)以及分别安装于底座(231)上的驱动组件和固定块(233)；所述的主从连杆机构(22)包括第一端与驱动组件相连的主动连杆(221)以及第一端与固定块(233)相连的从动连杆(222)；所述的被动连杆机构(21)包括至少三段连杆，连杆首尾相连形成闭合结构；所述的被动连杆机构(21)中的两个相邻端点分别与主动连杆(221)的第二端和从动连杆(222)的第二端相连；所述的工作单元(3)包括连接于被动连杆机构(21)上的第一工作件(31)以及连接于固定块(233)上的第二工作件(32)；所述的第一工作件(31)包括连接臂以及连接于连接臂自由端的半勺体，所述的第二工作件(32)包括连接臂以及连接于连接臂自由端的半勺体。2.根据权利要求1所述的一种勺筷一体化的助餐机器人末端执行机构，其特征在于，所述的被动连杆机构(21)包括四段连杆，其中，连接于主动连杆(221)与从动连杆(222)之间的连杆为第四连杆(215)、位于第四连杆(215)对边的连杆为第一连杆(211)、连接于第一连杆(211)与主动连杆(221)之间的连杆为第三连杆(214)、连接于第一连杆(211)与从动连杆(222)之间的连杆为第二连杆(212)；所述的第一工作件(31)连接于第一连杆(211)上。3.根据权利要求2所述的一种勺筷一体化的助餐机器人末端执行机构，其特征在于，所述的第一连杆(211)与第二连杆(212)之间还设有扭簧(213)。4.根据权利要求1所述的一种勺筷一体化的助餐...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡冰山，张琳，周洲，高兴，任豪，喻洪流，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：