一种基于TRIZ理论的辅助进餐装置，属于护理机器人技术领域。本实用新型专利技术包括四自由度机械臂和喂食模块，四自由度机械臂顶部安装有喂食模块。所述四自由度机械臂的转盘在基座顶部实现旋转角度调节，大臂和小臂之间实现俯仰角度调节，小臂末端带动喂食模块实现转动调节，所述喂食模块包括托盘、模块步进电机、连杆机构、喂食勺和餐食盛装结构体，四自由度机械臂带动喂食模块到达患者嘴部前方的喂食位置后，托盘上的模块步进电机通过连杆机构控制喂食勺伸缩，实现喂食动作，目的是为了解决最低自由度配置下的空间运动灵活性、便捷性和精巧性的问题，本实用新型专利技术一方面减少了仿人方式送喂部分所需的自由度配置，另一方面使装置具备小型化且灵便的特性。型化且灵便的特性。型化且灵便的特性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于TRIZ理论的辅助进餐装置
[0001]本技术涉及一种基于TRIZ理论的辅助进餐装置，属于护理机器人
技术介绍
[0002]助餐机器人作为护理服务装置中的一类，可以帮助患者自主完成进食，一定程度上将护理人员从繁重而重复的体力劳动中解放出来。综合分析国内外已有的助餐机器人类型，大体可分为两类，一类基本构型为仿人式机械手臂且末端搭载勺体，通过各关节旋转运动实现勺体从餐盘到患者嘴部的仿人轨迹式移动过程，以形成近似仿人喂食操作。另一类为升降机构勺体配合活动旋转餐盘，实现选餐进食过程。
[0003]第一类助餐机器人通常由机械结构、传感系统、驱动系统和控制系统等组成实现人机交互过程，仿人式分别体现在其结构形态和功能用途上。目前的助餐机器人通过结构仿人化实现喂食，即机械臂运动带动末端勺体转动形成仿人式喂食操作。此类助餐机器人由于自身的结构特性所限，通常助餐机器人自由度数目越多，仿人运动程度越高，灵活性越好，但相应结构更复杂，控制和调试难度较大，同时与患者交互时的安全性难以保证。
[0004]第二类助餐机器人通过配置旋转餐盘来降低整机的自由度数目。此类助餐机器人通过臂杆的升降配合餐盘的旋转实现取餐，控制系统一般为位置控制，相对智能化程度偏低，仅适于实现特定环境下的简单进食。
[0005]综上分析助餐机器人结构应在满足最低自由度配置下兼具满足空间上的运动灵活性，同时能够保证助餐装置的便捷性和精巧型，达到护理者使用时体验度最佳。针对这一情况设计一种能够自动实现喂食功能的装置尤为重要。
[0006]因此，亟需提出一种新型的助餐装置，以解决上述技术问题。
技术实现思路
[0007]本技术研发目的是为了解决最低自由度配置下兼具满足空间上的运动灵活性，同时能够保证助餐装置的便捷性和精巧型的问题，在下文中给出了关于本技术的简要概述，以便提供关于本技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本技术的穷举性概述。它并不是意图确定本技术的关键或重要部分，也不是意图限定本技术的范围。
[0008]本技术的技术方案：
[0009]一种基于TRIZ理论的辅助进餐装置，包括四自由度机械臂和喂食模块，四自由度机械臂顶部安装有喂食模块。
[0010]优选的：所述四自由度机械臂包括基座、转盘、大臂、小臂、基座步进电机、肩部步进电机、肘部步进电机和末端旋转电机，转盘通过基座步进电机与基座建立旋转连接，大臂底部通过肩部步进电机与转盘顶部建立转动连接，小臂底部通过肘部步进电机与大臂顶部建立转动连接，小臂通过末端旋转电机与喂食模块建立转动连接。
[0011]本技术为了解决无需人工手动喂食，实现喂食机构自动化的问题，提出本实
用新型的技术方案为：
[0012]优选的：所述喂食模块包括托盘、模块步进电机、连杆机构、喂食勺和餐食盛装结构体，所述托盘与四自由度机械臂顶端固定连接，托盘顶部安装有模块步进电机和餐食盛装结构体，连杆机构一端与模块步进电机输出端建立连接，连杆机构另一端与喂食勺建立连接，餐食盛装结构体为顶部开口的器皿结构，餐食盛装结构体底部设置有一个滑槽通孔，滑槽通孔顶部与餐食盛装结构体内部腔室连通，喂食勺滑动设置在滑槽通孔内。
[0013]优选的：所述基座步进电机、肩部步进电机、肘部步进电机和模块步进电机均与控制模块电性连接。
[0014]优选的：所述餐食盛装结构体后侧内壁设有斜坡。
[0015]本技术为了解决食物残渣掉落收集的问题，其技术方案为：
[0016]优选的：所述喂食模块还包括可拆卸接余餐托盒，托盘前侧下方卡装有可拆卸接余餐托盒。
[0017]本技术为了解决具备喂食和喂水双重功能，实现一机两用，减轻护理人员工作量且节约护理成本的问题，其技术方案为：
[0018]优选的：所述托盘上还设有饮品杯，饮品杯内设有软管。
[0019]本技术具有以下有益效果：
[0020]1.本技术采用等效喂食模块来代替以往设计中的单纯勺体从餐盘中取食的方式，以外方形内斜坡式餐食盛装结构体代替传统餐盘，辅以电机驱动连杆带动勺体的往复运动实现送喂功能；
[0021]2.本技术喂食模块具备喂食和喂水双重功能，实现本款助餐装置的多效性，且喂食模块中的喂饭与喂水结构体分别置于托盘左右两侧，实现最大化空间利用率，能够保证送喂餐食和饮水处于同一平面内，方便进餐，让患者使用和体验感更佳，减轻护理人员工作量且节约护理成本；
[0022]3.本技术一方面大大减少了仿人方式送喂部分所需的自由度配置，另一方面使装置具备小型化且灵便的特性；满足结构合理紧凑、质量轻、灵活度高、稳定性强、驱动及传动部分噪声低、环保无害材质，满足最低限度下的自由度配置的要求；
[0023]4.本技术四自由度机械臂的自由度配置，实现了低自由度配置下的工作空间最大化，对患者所处的护理环境要求不高，即护理装置通用性强。
附图说明
[0024]图1是一种基于TRIZ理论的辅助进餐装置的立体图；
[0025]图2是患者常规位姿的状态示意图；
[0026]图3是一种基于TRIZ理论的辅助进餐装置的使用状态图；
[0027]图4是助餐装置的立体图；
[0028]图5是助餐装置的使用状态图；
[0029]图6是喂食模块的使用状态图；
[0030]图7是根据D
‑
H法建立四自由度机械臂11的位置坐标系；
[0031]图8是本技术四自由度机械臂末端可达范围空间坐标系；
[0032]图9是四自由度机械臂在三维空间中的运动轨迹；
[0033]图10是四自由度机械臂在X/Y/Z各平面内的运动变化；
[0034]图11是四自由度机械臂的位置、速度和加速度变化；
[0035]图12是
技术介绍
中利用TRIZ理论因果链分实现喂水功能方案设计的分析图；
[0036]图中1
‑
助餐装置，2
‑
影像捕捉装置，11
‑
四自由度机械臂，12
‑
喂食模块，111
‑
基座，112
‑
转盘，113
‑
大臂，114
‑
小臂，115
‑
基座步进电机，116
‑
肩部步进电机，117
‑
肘部步进电机，118
‑
末端旋转电机，121
‑
托盘，122
‑
模块步进电机，123
‑
连杆机构，124
‑
喂食勺，125
‑
餐食盛装结构体，126
‑
可拆卸接余餐托盒，127
‑
饮品杯，128
‑
软管，1251
‑
滑槽通孔。
具体实施方式
[00本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于TRIZ理论的辅助进餐装置，其特征在于：包括四自由度机械臂(11)和喂食模块(12)，四自由度机械臂(11)顶部安装有喂食模块(12)；所述四自由度机械臂(11)包括基座(111)、转盘(112)、大臂(113)、小臂(114)、基座步进电机(115)、肩部步进电机(116)、肘部步进电机(117)和末端旋转电机(118)，转盘(112)通过基座步进电机(115)与基座(111)建立旋转连接，大臂(113)底部通过肩部步进电机(116)与转盘(112)顶部建立转动连接，小臂(114)底部通过肘部步进电机(117)与大臂(113)顶部建立转动连接，小臂(114)通过末端旋转电机(118)与喂食模块(12)建立转动连接。2.根据权利要求1所述的一种基于TRIZ理论的辅助进餐装置，其特征在于：所述喂食模块(12)包括托盘(121)、模块步进电机(122)、连杆机构(123)、喂食勺(124)和餐食盛装结构体(125)，所述托盘(121)与四自由度机械臂(11)顶端固定连接，托盘(121)顶部安装有模块步进电机(122)和餐食盛装结构体(125)，连杆机构(12...
【专利技术属性】
技术研发人员：张湘媛，李抒桐，
申请(专利权)人：黑龙江农业工程职业学院，
类型：新型
国别省市：
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