一种辅助进食桌面机械手制造技术

本实用新型专利技术公开了一种辅助进食桌面机械手，旨在解决现有服务型机械手不具有动态追随功能的服务型机械手的问题。该机械手包括机械手本体和控制模块，控制模块包括有控制器、语音模块和视觉模块，控制器与语音模块通过电信号连接，控制器与视觉模块通过电信号连接，视觉模块固定安装在机械手本体的执行元件上，还包括有机架、舵机Ⅰ、转动盘、舵机Ⅱ、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、舵机Ⅲ、连接板Ⅰ、连杆Ⅲ、舵机Ⅳ、连接板Ⅱ、连接板Ⅲ。本装置不但简化了操作复杂程度，提高了人机交互感和人机代入感，且利用输入的语音信息和动态人脸信息提高了该辅助进食机械手的可靠性与稳定性，有效地降低了传统按键式操作情况下误操作的可能性。

A kind of table top manipulator for auxiliary eating

【技术实现步骤摘要】
一种辅助进食桌面机械手
本技术涉及一种机械手，尤其涉及一种辅助进食桌面机械手。
技术介绍
随着科学技术的飞速发展，如今的微电子工艺已经能够实现7纳米精度的加工，同时传感器技术的革新结合人工智能、计算机技术地融合发展，使得机器人技术的研究已经进入到各前沿综合学科的融合研究阶段。因此如何解决残疾人因肢体缺陷无法照料个人日常生活的问题，便成为智能机器人领域有待解决的一项难题。针对这类人群提供辅助服务是需要综合考虑经济性、安全性、可靠性等方面，所以设计一种能够较好完成这份工作的助老助残服务机器人是家用服务型机械手领域急需解决的空白区域。服务型机械手不仅可以减少护理人员的工作量，而且还能协助她们完成工作，甚至在允许的情况下机器人能够独立的为他们提供服务。所以这种服务型机器人无论在家庭或者医院等场所都有他们的用武之地，同时服务机器人作为未来产业化发展的方向之一，可面向家庭、疗养院及其一些特殊应用场合提供对老人、残疾人的助老助残帮助或为家庭完成清洁卫生等基础性服务。其中家用机器人主要的用途是帮助用户打扫家庭卫生、照看小孩等家政服务。而助老助残机器人作为服务机器人的重要分支，受到了来自研究机构、企业和医学机构的关注。因此，在现代人口老龄化的背景下使得市场对助老助残服务机器人的需求日益倍增，这也将为服务机器人产业带来难得的发展机遇与条件。目前市场上的桌面级辅助机械手种类较少，并且价格较贵，同时缺乏专业针对老人或残疾人进行辅助进食的机械手。比如最近越疆科技公司的Dobot系列机器人，虽然其产品大多为桌面级机械手，但主要用于教育和研究方面。而市场上拥有辅助进食功能的机械手，基本无法在人进食期间，准确对动态变化的人脸进行动态捕捉与跟随，所以设计制造出一款针对老人或残疾人辅助进食的机械手，不仅要考虑到其价格要低廉，还需要保证该机械手在人进行进食动作时能够动态跟随人脸并实时捕捉人脸信息。因此，这一设计重点是该辅助进食机械手在同类市场产品中体现核心竞争力的地方。
技术实现思路
(1)要解决的技术问题针对现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种辅助进食桌面机械手，旨在解决现有机械手市场中缺乏具有动态追随功能的服务型机械手的问题，并通过提高语音输入信息与目标人脸检测信息的效率，大大地增加了机械手定位的准确度，使得该机械手能够在人进食期间对目标人脸进行实时地动态捕捉与动态跟随，同时提高该辅助进食机械手的可靠性与稳定性。而利用输入的语音信息和动态人脸信息不仅简化了该机械手地操作，达到便于使用者操作的效果；而且有效地降低了传统按键式操作情况下误操作的可能性。(2)技术方案为了解决上述技术问题，本技术提供了这样一种辅助进食桌面机械手，包括机械手本体和控制模块，控制模块包括有控制器、语音模块和视觉模块，控制器与语音模块通过电信号连接，控制器与视觉模块通过电信号连接，视觉模块固定安装在机械手本体的执行元件上，还包括有机架、舵机Ⅰ、转动盘、舵机Ⅱ、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、舵机Ⅲ、连接板Ⅰ、连杆Ⅲ、舵机Ⅳ、连接板Ⅱ、连接板Ⅲ、舵机Ⅴ、连接板Ⅳ、舵机Ⅵ、执行元件，机架上固定安装有舵机Ⅰ和转动盘，舵机Ⅰ与控制器通过电信号连接，舵机Ⅰ的输出轴穿过机架固定连接在转动盘上，舵机Ⅰ位于转动盘正下方，转动盘上固定安装有舵机Ⅱ，舵机Ⅱ与控制器通过电信号连接，舵机Ⅱ的输出轴上固定安装有连杆Ⅰ，连杆Ⅰ的顶部与连杆Ⅱ的底部固定连接，连杆Ⅱ的另一端固定连接在舵机Ⅲ的输出轴上，舵机Ⅲ与控制器通过电信号连接，舵机Ⅲ侧面固定安装有连接板Ⅰ，连接板Ⅰ的另一端固定连接在连杆Ⅲ的底部，连杆Ⅲ的另一端固定安装在舵机Ⅳ的输出轴上，舵机Ⅳ与控制器通过电信号连接，舵机Ⅳ侧面固定安装有连接板Ⅱ，连接板Ⅱ的另一端固定连接在连接板Ⅲ上，连接板Ⅲ的另一端固定安装在舵机Ⅴ的侧面上，舵机Ⅴ与控制器通过电信号连接，舵机Ⅴ的输出轴上固定安装有连接板Ⅳ，连接板Ⅳ另一端固定安装有执行元件，执行元件上固定安装有舵机Ⅵ，舵机Ⅵ与控制器通过电信号连接，舵机Ⅵ的输出轴与执行元件相连接。优选地，舵机Ⅰ、舵机Ⅱ、舵机Ⅲ、舵机Ⅳ、舵机Ⅴ和舵机Ⅵ为TBS2701数字舵机。采用数字舵机TBS2701不仅能够满足精度和扭矩的要求，而且该数字舵机只需一次脉宽调试信号便能锁定舵机角度，同时其线性度好、响应速度更快。优选地，执行元件为汤匙或手爪。采用汤匙可以方便给使用者喂食汤、流食类的食物，而手爪则便于喂食水果、坚果类的食物，执行元件的多样性能够保证该机械手能够将各类食物都较为方便地喂送给使用者。优选地，控制器为STM32F429IGT6单片机。采用该单片机不仅能够加快图像处理地运算速度，同时由于其主频高达到180MHz能够适用于PID控制器的浮点运算，且便于后续与上位机软件的图像处理单元进行信息交互。优选地，语音模块为LD3320A语音模块。由于该语音模块不需要用户事先训练或录音，且不需要外接Flash、RAM，同时还支持并行或串行接口，其语音识别率高达95％。所以该语音模块既有较高的识别率，又无需进行语言训练，同时还有多种通信方式。优选地，视觉模块为OV5640摄像头模块。该模块拥有500万像素，就捕捉人脸信息进行喂食任务而言，其识别度与分辨度足够完成任务，同时该摄像头模块通过STM32F429IGT6单片机上自带的数字摄像头接口，可通过并行通信与单片机产生信息交互，既提高了其运行速度，又能够实时对捕捉到的图像进行处理。工作原理：在使用该辅助进食桌面机械手之前，需要先给控制器供电，待确认所有部分连接无误后，按下启动开关，让机械手自动复位回到设置的初始原点。随后机械手等待语音指令输入，整个控制系统首先根据输入的语音和预定义语音词条作对比，来判别语音指令的有效性；同时如果语音指令有效，控制系统则根据指令的语音命令让机械手去取指定的食物储存器里面的食物，否则在等待3秒后执行取默认储存器中食物的指令。当机械手取到食物以后会返回到复位起点位置即面向人脸的方向，并在指定的范围内调整位置并检测人脸，当通过调整位置检测到人脸以后，此时机械手会暂停移动，可通过MP3播放提示性语音“主人我已经看到您了，主人请吃饭”等语音友好交互的提示语音；同时等待使用者发出主动进食动作(张开嘴)，在等待进食者主动嘴张开的动作发生过程中使用基于视觉的PID控制器完成机械手对人脸的动态跟随直至进食完成，此时认为一次进食动作的完成。而在此期间机械手会对目标人脸进行动态地跟随，这是为了保证人在进食时脸部位置发生变动后，机械手执行元件始终能够正对人脸，使得人脸图像完整的显现在摄像头所拍摄图片的中心位置，这样能够有效地防止因人脸位置变动而使得机械手无法准确将食物送到使用者嘴里的情况发生。最后在检测到用户张嘴吃东西动作发生以后即完成一次进食动作后，机械手会继续进行下一次的取食动作；此时如果有语音输入就会响应语音处理(语音的输入是通过中断的方式响应系统操作的)，如果处理后的语音是进食新的食物(指的是在预定义的几个储存器里的食物，此时食物储存器会交换位置)则会取指定储存器中的食物，否则继续取上次的食物并且在没有新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辅助进食桌面机械手，包括机械手本体和控制模块，控制模块包括有控制器(17)、语音模块(18)和视觉模块(19)，控制器(17)与语音模块(18)通过电信号连接，控制器(17)与视觉模块(19)通过电信号连接，视觉模块(19)固定安装在机械手本体的执行元件(16)上，其特征在于，还包括有机架(1)、舵机Ⅰ(2)、转动盘(3)、舵机Ⅱ(4)、连杆Ⅰ(5)、连杆Ⅱ(6)、舵机Ⅲ(7)、连接板Ⅰ(8)、连杆Ⅲ(9)、舵机Ⅳ(10)、连接板Ⅱ(11)、连接板Ⅲ(12)、舵机Ⅴ(13)、连接板Ⅳ(14)、舵机Ⅵ(15)、执行元件(16)，机架(1)上固定安装有舵机Ⅰ(2)和转动盘(3)，舵机Ⅰ(2)与控制器(17)通过电信号连接，舵机Ⅰ(2)的输出轴穿过机架(1)固定连接在转动盘(3)上，舵机Ⅰ(2)位于转动盘(3)正下方，转动盘(3)上固定安装有舵机Ⅱ(4)，舵机Ⅱ(4)与控制器(17)通过电信号连接，舵机Ⅱ(4)的输出轴上固定安装有连杆Ⅰ(5)，连杆Ⅰ(5)的顶部与连杆Ⅱ(6)的底部固定连接，连杆Ⅱ(6)的另一端固定连接在舵机Ⅲ(7)的输出轴上，舵机Ⅲ(7)与控制器(17)通过电信号连接，舵机Ⅲ(7)侧面固定安装有连接板Ⅰ(8)，连接板Ⅰ(8)的另一端固定连接在连杆Ⅲ(9)的底部，连杆Ⅲ(9)的另一端固定安装在舵机Ⅳ(10)的输出轴上，舵机Ⅳ(10)与控制器(17)通过电信号连接，舵机Ⅳ(10)侧面固定安装有连接板Ⅱ(11)，连接板Ⅱ(11)的另一端固定连接在连接板Ⅲ(12)上，连接板Ⅲ(12)的另一端固定安装在舵机Ⅴ(13)的侧面上，舵机Ⅴ(13)与控制器(17)通过电信号连接，舵机Ⅴ(13)的输出轴上固定安装有连接板Ⅳ(14)，连接板Ⅳ(14)另一端固定安装有执行元件(16)，执行元件(16)上固定安装有舵机Ⅵ(15)，舵机Ⅵ(15)与控制器(17)通过电信号连接，舵机Ⅵ(15)的输出轴与执行元件(16)相连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种辅助进食桌面机械手，包括机械手本体和控制模块，控制模块包括有控制器(17)、语音模块(18)和视觉模块(19)，控制器(17)与语音模块(18)通过电信号连接，控制器(17)与视觉模块(19)通过电信号连接，视觉模块(19)固定安装在机械手本体的执行元件(16)上，其特征在于，还包括有机架(1)、舵机Ⅰ(2)、转动盘(3)、舵机Ⅱ(4)、连杆Ⅰ(5)、连杆Ⅱ(6)、舵机Ⅲ(7)、连接板Ⅰ(8)、连杆Ⅲ(9)、舵机Ⅳ(10)、连接板Ⅱ(11)、连接板Ⅲ(12)、舵机Ⅴ(13)、连接板Ⅳ(14)、舵机Ⅵ(15)、执行元件(16)，机架(1)上固定安装有舵机Ⅰ(2)和转动盘(3)，舵机Ⅰ(2)与控制器(17)通过电信号连接，舵机Ⅰ(2)的输出轴穿过机架(1)固定连接在转动盘(3)上，舵机Ⅰ(2)位于转动盘(3)正下方，转动盘(3)上固定安装有舵机Ⅱ(4)，舵机Ⅱ(4)与控制器(17)通过电信号连接，舵机Ⅱ(4)的输出轴上固定安装有连杆Ⅰ(5)，连杆Ⅰ(5)的顶部与连杆Ⅱ(6)的底部固定连接，连杆Ⅱ(6)的另一端固定连接在舵机Ⅲ(7)的输出轴上，舵机Ⅲ(7)与控制器(17)通过电信号连接，舵机Ⅲ(7)侧面固定安装有连接板Ⅰ(8)，连接板Ⅰ(8)的另一端固定连接在连杆Ⅲ(9)的底部，连杆Ⅲ(9)的另一端固定安装在舵机Ⅳ(10)的输出轴上，舵机Ⅳ(10)与控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶远，张平，徐慧，王信乐，吉协福，罗斌，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：新型
国别省市：江西;36