[发明专利]一种基于图像处理的助餐机器人及其取餐方法

说明书

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种基于图像处理的助餐机器人及其取餐方法。本发明依靠一种基于图像处理方法来识别餐盘和食物的图像，对餐盘及食物的俯视图进行边缘检测，来判断食物的状态，同时对取餐区域三维图像进行模糊处理形成三维形貌曲面图，来判断食物的体积分布；根据餐盘中食物的状态和体积分布不同，控制勺筷一体化机械爪的两种工作模式。本发明可以控制勺筷一体化机械爪在不同取食方式下的取食位置与姿态，同时具有调整餐盘中食物的位置角度的功能，以此来提高净餐率。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种基于图像处理的助餐机器人及其取餐方法。

背景技术

进食是人类得基本需求，这件对于正常人来说每天都在重复得事情对于大多数上肢有残疾的人来说却很费力也很麻烦。目前国内，残疾人的人数正在增加。由于社会老龄化的背景，这种增长在未来很长一段时间内还会继续。残疾人正日常生活中有许多困难。特别是对于上肢残疾的人来说自主进食可能是一种奢望，他们只能依靠其他人对他们喂食，因此设计一种助餐机器人，用于帮助残疾人或肌肉萎缩症等无法完成自主进食这个动作的人们是十分必要的。

随着在英国研制出Handy1服务机器人机器人，该服务机器人功能中即包含喂食这一功能，之后一些发达国家纷纷开始研究助餐机器人，其中比较有名为日本的MySpoon的六自由度助餐机器人还有美国的OBI助餐机器人。

早期助餐机器人通常无法识别出餐盘中不同区域，而是通过患者的选取，由末端为勺子的机械臂夹取食物送到患者口中。助餐机器人的基本结构大致包含两个模块，可转动的餐盘和可移动的机械臂。助餐机器人具有识别盘中食物和将食物移送到被喂食者嘴中两个基本功能。本助餐机器人主要用于以下患者：肌萎缩性侧索硬化症(ALS)、先天性多发关节炎(AMC)、截肢、脑瘫、脊髓受伤、帕金森及其他上肢控制受限等患者。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图像处理的助餐机器人。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括主体平台、餐盘、机械臂、勺筷一体化机械爪、摄像系统和控制系统；所述的餐盘为圆形，餐盘顶面等分为多个扇形取餐区域，在扇形取餐区域的圆弧边缘处安装有带斜度的挡板；所述的餐盘通过转动机构安装在主体平台上；所述的机械臂包括基座、机械臂大臂和机械臂小臂；所述的基座安装在主体平台上；所述的机械臂大臂的末端通过转动副与基座连接；所述的机械臂小臂的末端通过转动副与机械臂大臂的前端连接；所述的勺筷一体化机械爪包括机械手腕、重力传感器和两个勺柄；所述的机械手腕通过转动副安装在机械臂小臂的前端；所述的两个勺柄分别通过一个转动副安装在机械手腕上，在两个勺柄前端均安装有瓣状餐勺，两个瓣状餐勺可拼接在一起形成完整餐勺。

本发明的目的还在于提供一种一种基于图像处理的助餐机器人的取餐方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：摄像系统获取餐盘中食物的三维图像，通过模糊处理将三维图像中多余的噪声信息过滤掉，形成三维形貌曲面图，得到餐盘中食物的分布和体积；根据餐盘中食物的分布和体积，将由挡板和扇形取餐区域形成的容积空间设定为高阈值，将勺筷一体化机械爪的餐勺的平均高度和扇形取餐区域形成的容积空间设定为低阈值；

步骤2：根据三维形貌曲面图，当餐盘中食物没有超过低阈值的部分时，判断剩余食物不足此次取餐量，控制系统控制餐盘和勺筷一体化机械爪协作工作，将餐盘中食物归拢到一个扇形取餐区域内；

步骤3：摄像系统获取餐盘中食物的俯视图，应用Canny算子对餐盘中食物进行边缘检测；若检测出食物图像为圆滑规整边缘或无明显形状，则判定为胶质食物，执行步骤4；若检测出食物图像为交错或零散的边缘形状，则判定为固态食物，执行步骤5；