【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人，特别是涉及一种辅助喂食机器人。
技术介绍
1、随着全球人口步入老龄化阶段，老年群体的服务与消费市场逐步扩大，以餐饮、日用品支出为中心，还包括品质健康、居家生活。在这种情境下，安全、高效的服务机器人有很大的市场。许多老年人面临由于肌肉萎缩、关节损伤导致的上肢行动不便问题，这导致了他们自主进食的困难，因此需要借助外界辅助喂食来帮助他们完成进食。
2、目前现有的辅助喂食方法主要有两种：人工喂食和喂食机器人。
3、1.人工喂食弱机能老人费时费力，尤其是在养老院等需要一人照顾多人的场景中，工作人员在长时间机械地重复下会产生疲劳；并且受照顾者多会因自己被照顾而产生心理负担，甚至会觉得失去尊严，这对于受照顾者的心理健康不益。
4、2.喂食机器人采用刚性结构，大体上基于多轴刚性机械臂开发而来，这些刚性机器人在定位精度上具有一定的优势，但是交互性差，给使用者一种恐惧感，当出现意外情况时极易伤害使用者，在辅助喂食时容易误伤老人或给其造成心理恐惧。有部分喂食机器人采用柔性机构，但定位精度难以保证。且现有的喂食机器人缺少智能的视觉或语音交互算法，因此大部分交互性很差，难以给老人舒适的用餐体验。而人工喂食则费用高昂、耗时耗力，且效果因人而异，不便监管。本专利技术为刚柔双臂辅助喂食机器人，同时采用了刚性臂和柔性臂两种机械臂，结合了前者定位精准与后者安全性高的特点，同时结合视线检测算法，能够实现精准加取目标菜品，让老人只需要看向想要的餐品就可以轻松、舒服地吃到，提升了喂食过程的安全性，减少了老人的学习
5、现有的一种自动喂饭机器人的主体部分为盛放食物的餐盘与用于喂食的餐勺，这也是目前主流喂食机器人的形态。自动喂饭机器人需要通过按钮进行喂食操作，对于手脚不便的使用者产生操作困难；餐盘会在每次喂食后旋转，使用者无法自己选定食物。
6、现有的另一种喂食机器人可以通过语音识别进行选菜操作，虽然给了使用者选择的空间，但要求使用者吐字清晰，且餐盘上的食物易于描述，日常使用存在较大限制。
7、现有的一种软体喂食机器人的喂食臂采用柔性臂，虽然其喂食臂为柔性臂，但采用气动驱动，定位精度差，载荷过低，且无力传感器，无法实现反馈控制。
8、现有的喂食机器人主流方案采用刚性结构，大体上基于多轴机械臂开发而来，虽然在定位精度上具有一定优势，但在出现意外情况时极易伤害使用者；部分喂食机器人采用柔性机构，但定位精度难以保证，难以完成辅助喂食任务。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有喂食机器人精度与安全性不能兼顾的技术问题，提出一种辅助喂食机器人。
2、本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
3、一种辅助喂食机器人，包括安装模块、刚性机械臂、柔性机械臂、摄像单元；所述刚性机械臂、柔性机械臂、摄像单元固定安装在安装模块上；所述刚性机械臂的末端能抓住餐盘并置于被喂食者面前；所述摄像单元用于拍摄被喂食者的人脸图像，并确认餐盘中被喂食者想要的餐品；所述柔性机械臂的末端能将被喂食者想要的餐品送至被喂食者口中；其中，所述柔性机械臂的内部设有传感单元，使得所述柔性机械臂实现末端柔顺控制。
4、在一些实施例中，所述刚性机械臂包括刚性连杆和转动模组，所述刚性连杆与转动模组间隔固定连接，所述转动模组提供驱动力带动所述刚性机械臂转动；所述柔性机械臂还包括弹性臂杆、驱动模组、驱动绳，所述驱动模组通过拉动驱动绳带动弹性臂杆运动；所述转动模组包括第一电机和关节，所述转动模组通过第一电机驱动关节进行转动；所述驱动模组包括驱动单元、所述传感单元，所述驱动单元与传感单元用于测算驱动绳的张力信号；所述弹性臂杆包括弹簧组件，所述驱动绳一端固定在驱动单元上，另一端固定在弹簧组件上。
5、在一些实施例中，所述弹性臂杆还包括保持绳，所述弹簧组件包括弹簧片、凹盘、凸盘；所述保持绳两端均固定在弹簧组件上；所述弹簧片依次交替安装，所述弹簧片通过凹盘与凸盘定位，所述弹性臂杆运动的平面始终与所述弹簧片垂直且过弹簧片中心点。
6、在一些实施例中，所述凹盘与凸盘上均设有开孔区，所述凹盘与凸盘上至少各有一个开孔区由所述驱动绳穿过，且至少各有一个开孔区由所述保持绳穿过。
7、在一些实施例中，所述驱动模组还包括驱动器安装板、臂杆转接板；所述驱动单元、传感单元分别固定安装在驱动器安装板上，所述臂杆转接板一侧与驱动器安装板固定连接，另一侧与弹性臂杆的弹簧组件固定连接。
8、在一些实施例中，所述驱动单元包括卷线筒、保持架、第二电机；所述卷线筒的底部与第二电机的输出轴通过键连接，所述卷线筒上设置有凹槽，所述驱动绳末端与凹槽内部固定，所述驱动绳绕着凹槽绕线；所述第二电机、保持架分别固定在驱动器安装板上；所述第二电机能转动并带动卷线筒转动，使得驱动绳缠在卷线筒上；所述保持架位于卷线筒的凹槽外侧，用于保持驱动绳贴紧卷线筒的凹槽。
9、在一些实施例中，所述传感单元包括张力传感器、数字变送器、导向滑轮；所述导向滑轮上设置有凹槽，臂杆转接板上设置有绳孔，所述驱动绳一端固定在弹簧组件上，所述驱动绳另一端经臂杆转接板的绳孔、导向滑轮的凹槽，固定于卷线筒凹槽内部；所述张力传感器上设置有轴，所述导向滑轮与所述张力传感器的轴连接，所述张力传感器用于测量驱动绳在导向滑轮凹槽处的合力，所述数字变送器用于将所述驱动绳的张力信号转换为数字信号。
10、在一些实施例中，所述刚性机械臂为空间立体机械臂，能改变餐勺高度。
11、在一些实施例中，所述摄像单元通过视线估计方法确认餐盘中是被喂食者想要的餐品。
12、在一些实施例中，所述视线估计方法包括如下步骤：
13、s1、接收人脸图像；
14、s2、检测人脸图像的脸部位置，得到脸部特征点；
15、s3、根据所述脸部特征点进行脸部对齐，并进行头部位姿估计；
16、s4、根据头部位姿估计结果对人脸图像进行矫正；
17、s5、提取所述矫正后的人脸图像的特征，得到实时视线估计结果，并根据实时视线估计结果确认餐盘中是被喂食者想要的餐品。
18、本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：
19、本专利技术提出的一种辅助喂食机器人通过刚性机械臂、柔性机械臂固定安装在安装模块上，采用刚性机械臂与柔性机械臂搭配的方式，结合二者特点，解决了现有喂食机器人精度与安全性不能兼顾的问题，既利用刚性机械臂定位精度的优势，还利用了柔性机械臂固有的被动柔顺以及利用传感单元对末端获得的拉力进行主动柔顺控制，从主动和被动两个方面提升了安全性，从而对机器人实施柔顺控制与力限位，避免误伤被喂食者，提高了安全性。
20、在一些实施例中，本专利技术还具有如下有益效果：
21、本专利技术提出的一种辅助喂食机器人通过检测人脸图像，进行头部位姿估计，并通过用户专属视线估计网络模型进行特征提取，进行实时视线估计，考虑了头本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种辅助喂食机器人，其特征在于，包括安装模块、刚性机械臂、柔性机械臂、摄像单元；
2.如权利要求1所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述刚性机械臂包括刚性连杆和转动模组，所述刚性连杆与转动模组间隔固定连接，所述转动模组提供驱动力带动所述刚性机械臂转动；
3.如权利要求2所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述弹性臂杆还包括保持绳，所述弹簧组件包括弹簧片、凹盘、凸盘；
4.如权利要求3所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述凹盘与凸盘上均设有开孔区，所述凹盘与凸盘上至少各有一个开孔区由所述驱动绳穿过，且至少各有一个开孔区由所述保持绳穿过。
5.如权利要求2所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述驱动模组还包括驱动器安装板、臂杆转接板；所述驱动单元、传感单元分别固定安装在驱动器安装板上，所述臂杆转接板一侧与驱动器安装板固定连接，另一侧与弹性臂杆的弹簧组件固定连接。
6.如权利要求2所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述驱动单元包括卷线筒、保持架、第二电机；
7.如权利要求6所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述传感
8.如权利要求1所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述刚性机械臂为空间立体机械臂，能改变餐勺高度。
9.如权利要求1-8任一项所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述摄像单元通过视线估计方法确认餐盘中被喂食者想要的餐品。
10.如权利要求9所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述视线估计方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种辅助喂食机器人，其特征在于，包括安装模块、刚性机械臂、柔性机械臂、摄像单元；
2.如权利要求1所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述刚性机械臂包括刚性连杆和转动模组，所述刚性连杆与转动模组间隔固定连接，所述转动模组提供驱动力带动所述刚性机械臂转动；
3.如权利要求2所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述弹性臂杆还包括保持绳，所述弹簧组件包括弹簧片、凹盘、凸盘；
4.如权利要求3所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述凹盘与凸盘上均设有开孔区，所述凹盘与凸盘上至少各有一个开孔区由所述驱动绳穿过，且至少各有一个开孔区由所述保持绳穿过。
5.如权利要求2所述的辅助喂食机器人，其特征在于，所述驱动模组还包括驱动器安装板、臂杆转接板；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王学谦，程洪洋，段可，夏崇坤，叶家伟，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：
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