一种主—被动联合控制防抖勺子制造技术

一种主—被动联合控制防抖勺子，包括勺头，勺头后端和连杆一端连接，连杆另一端伸入勺体前端并和舵机的输出轴连接；舵机安装在勺体前部，勺体中部安装有传感器、处理器、电源，勺体后端和勺尾前端连接，勺尾后端伸入把套内，并安装有弹簧组，弹簧组另一端位于把套内部；勺头、勺尾位于勺子中心轴线上；传感器和处理器的信号输入端电连接，处理器与舵机的控制端电连接，处理器的电源端与电源相连；弹簧组用以实现初步被动控制，通过弹簧减轻勺头抖动的幅度；由传感器、舵机、处理器、电源组成二次主动控制部分，处理器依据传感器信息判断勺头姿态，控制舵机旋转实现对勺头姿态的调整，使其保持动态平衡；本发明专利技术实现主—被动共同控制调整勺子的姿态。调整勺子的姿态。调整勺子的姿态。

【技术实现步骤摘要】
一种主
—
被动联合控制防抖勺子


[0001]本专利技术涉及餐具
，具体涉及一种主—被动联合控制防抖勺子。

技术介绍

[0002]随着患老年痴呆、帕金森、脑梗等神经系统疾病的人数逐年增多，患者会产生肢体震颤、行动迟缓等症状，导致不能平稳拿住餐具，严重降低了独立进食的行为能力，需要家属或护工辅助进食，不仅降低患者的食欲，影响饮食健康，还会打击患者的自尊心，造成心理障碍。
[0003]现有防抖技术采用内置的传感器采集震颤数据，利用电机消除抖动，它是以电机为被控对象，通过传感器反馈相关信息，计算控制给定，使电机带动勺头按震动相反方向运动，从而抵消抖动，属于典型的伺服系统。运用微型电机来作为被控对象，微型电机转速高、输出转矩小，再加上其外观受到防抖勺装配空间的限制，因此要带齿轮箱以满足输出低转速、大转矩的需求，来负载勺头结构组件及食物。单纯使用反馈控制，初始误差较大，易引起超调，且容易产生震荡。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种主—被动联合控制防抖勺子，通过主—被动共同控制，能够调整勺子的姿态，以实现食物与患者的相对静止，帮助患者独立进食。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种主—被动联合控制防抖勺子，包括勺头1，勺头1后端和连杆2一端连接，连杆2另一端伸入勺体8前端并和舵机4的输出轴5连接；舵机4安装在勺体8前部，勺体8中部安装有传感器3、处理器6、电源7，勺体8后端和勺尾10前端连接，勺尾10后端伸入把套9内，并安装有弹簧组11，弹簧组11另一端位于把套9内部；勺头1、勺尾10位于勺子的中心轴线上；传感器3和处理器6的信号输入端电连接，处理器6与舵机4的控制端电连接，处理器6的电源端与电源7相连。
[0007]所述弹簧组11为六个轻质弹簧，把套9为长方形形状，其内部上表面和下表面各设置两个凹槽用来卡住轻质弹簧的一端，各轻质弹簧处于自然伸直状态。
[0008]所述弹簧组11用以实现初步被动控制，通过弹簧减轻由于患者手臂抖动而造成勺头1抖动的幅度。
[0009]由传感器3、舵机4、处理器6、电源7组成二次主动控制部分，处理器6选用单片机，单片机接收传感器3传回来的信息，根据信息判断勺头1的姿态；控制舵机4旋转，实现对勺头1姿态的调整，使其保持动态平衡。
[0010]所述单片机通过C语言进行编程，开始单片机进行上电复位，进行模块初始化，然后检测传感器3中断信息，若有则读取姿态信息，从而判断勺头1是否平衡；若是，则返回到检测传感器3中断信息；若平衡，则返回到检测MPU6050中断信息；若不平衡，则进入到检测
转速和计算PID，从而输出舵机的PWM和转向。
[0011]所述舵机4内部包括了一个直流电机、一组齿轮组及一个比例电位器，组成一个闭环控制系统。
[0012]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0013]本专利技术提供的一种主—被动联合控制防抖勺子，采用弹簧组被动控制与单片机主动控制相结合，能够应对绝大部分抖动情况；被动控制部分采用弹簧组进行减震，极大削弱了勺体抖动幅度；主动控制部分采用PID(比例、积分、微分环节)算法进行闭环控制，拥有更快的调节速度；使用伺服舵机驱动勺体转动，扭矩大，调节能力强。由于本专利技术使用了弹簧组的初步被动控制以及采用PID控制器的二次闭环反馈控制，所以具有抖动抑制幅度大、速度快、精准度高、稳定性好等优点。
附图说明
[0014]图1为本专利技术结构简图。
[0015]图2为本专利技术三视图。
[0016]图3为本专利技术弹簧组处剖视图。
[0017]图4为本专利技术主动控制程序流程图。
[0018]图5为本专利技术舵机闭环控制原理框图。
[0019]图6本专利技术电气原理图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述。
[0021]如图1、图2、图3所示，一种主—被动联合控制防抖勺子，包括勺头1，勺头1后端和连杆2一端连接；连杆2另一端伸入勺体8前端并和舵机4的输出轴5连接；舵机4安装在勺体8前部，勺体8中部安装有传感器3、处理器6、电源7，勺体8后端和勺尾10前端连接，勺尾10后端伸入把套9内，并安装有弹簧组11，弹簧组11另一端位于把套9内部；勺头1、勺尾10位于勺子的中心轴线上；传感器3和处理器6的信号输入端电连接，处理器6与舵机4的控制端电连接，处理器6的电源端与电源7相连；传感器3将勺头1的姿态信息传递给处理器6，处理器6控制舵机4旋转，舵机4带动输出轴5转动，从而带动勺头1转动，实现勺头1的动态平衡。
[0022]如图1、图2、图3所示，弹簧组11构成初次被动控制部分，弹簧组11安装在把套9内部，当患者手握住把套9抖动时，通过弹簧组11的减振，使勺体8的振动幅度得到初步减弱。所述的弹簧组11采用六个轻质弹簧，把套9为长方形形状，其内部上表面和下表面各设置两个凹槽，用来卡住轻质弹簧的一端，弹簧组11从勺尾10中穿过。勺体1位于勺子的中心轴线上，各轻质弹簧处于自然伸直状态；手握部向任何方向移动时，勺体8都会受到弹簧力的约束做出相应动作，使勺头1始终保持手握部内腔的中轴线附近，不发生较大的位置变化，有效缓冲振动。
[0023]如图1所示，由传感器3、舵机4、处理器6、电源7组成二次主动控制部分；处理器6选用STM32F103C8T6单片机，单片机采用通过U3 USB
‑
micro接口提供5V供电，然后经过板载的LDO芯片转换为VCC3V的供电方式供电；舵机4选用MG995型号，其内部包括了一个小型微型直流电机、一组变速齿轮组、一个反馈可调电位器及一块电子控制板，具有较高的输出扭
力，且转动平稳；传感器3选用MPU6050传感器；电源7选用5V可充放稳压、稳流电源。
[0024]如图4所示，二次主动控制部分的主动控制程序是通过C语言对单片机进行编程，开始单片机进行上电复位，进行模块初始化；然后检测MPU6050中断信息，若有则读取姿态信息，从而判断勺头是否平衡；若平衡，则返回到检测MPU6050中断信息；若不平衡，则进入到检测转速和计算PID，从而输出舵机的PWM和转向。
[0025]如图5所示，舵机内部包括了一个直流电机、一组齿轮组，及一个比例电位器，由直流电机、齿轮组以及比例电位器组成一个闭环控制系统，其工作流程为控制信号
→
控制电路板
→
电机转动
→
齿轮组减速
→
舵盘转动
→
位置反馈电位计
→
控制电路板反馈。
[0026]如图6所示，帕金森患者在握住勺尾抖动时，MPU6050传感器检测勺头的姿态，然后将姿态信息经过DMP通过MPU6050传感器的SDA数据口与STM32F103C8T6单片机PA9口相连，将处理后的数据发送给STM32F103C8T6单片机，ST本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主—被动联合控制防抖勺子，包括勺头(1)，其特征在于：勺头(1)后端和连杆(2)一端连接，连杆(2)另一端伸入勺体(8)前端并和舵机(4)的输出轴(5)连接；舵机(4)安装在勺体(8)前部，勺体(8)中部安装有传感器(3)、处理器(6)、电源(7)，勺体(8)后端和勺尾(10)前端连接，勺尾(10)后端伸入把套(9)内，并安装有弹簧组(11)，弹簧组(11)另一端位于把套(9)内部；勺头(1)、勺尾(10)位于勺子的中心轴线上；传感器(3)和处理器(6)的信号输入端电连接，处理器(6)与舵机(4)的控制端电连接，处理器(6)的电源端与电源(7)相连。2.根据权利要求1所述的一种主—被动联合控制防抖勺子，其特征在于：所述弹簧组(11)为六个轻质弹簧，把套(9)为长方形形状，其内部上表面和下表面各设置两个凹槽用来卡住轻质弹簧的一端，各轻质弹簧处于自然伸直状态。3.根据权利要求1所述的一种主—被动联合控制防抖勺子，其特征在于：所述弹簧组(11)用以实现初步被动控制，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张萌，刘玉为，张松林，范鹏举，刘时成，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：