[发明专利]辅助上肢失能人餐饮的机械手系统及其工作方法

摘要

本发明公开了一种辅助上肢失能人餐饮的机械手系统及其工作方法，它包括机械手、指令输入装置、转盘系统、多个专用喂食器、工作平台、嘴部定位装置和控制器。通过指令输入装置将需求信号传输给控制器；控制器控制转盘旋转，将喂食器旋转至接近机械手的工作位上；然后根据受助人发出语音指令，由控制器控制机械手实现抓取专用喂食器的动作。本发明将示教再现式控制方法和人机交互式控制方法合理地结合在一起，既能解决机器人示教再现式操作不能适应工作对象有变化的问题，又能有效解决通常仅使用人机交互式控制方法操作，会使得操作指令繁多的缺点，还能充分利用专用喂食器的设计大大降低对操作动作复杂性的要求。

主权项

1.一种辅助上肢失能人餐饮的机械手系统，其特征在于，它包括机械手、指令输入装置、转盘系统、多个专用喂食器、工作平台、嘴部定位装置和控制器；所述的机械手与转盘系统、嘴部定位装置、控制器安装在工作平台上；所述的机械手只需具有两种工作状态，一是处于手臂收拢的待机状态，一是按照不同的工作指令进行相应的交互式示教再现工作阶段状态；所述的指令输入装置设置在受助人头部便于接收指令的位置，它一方面负责接收受助人发出的控制指令，一方面将控制指令传输给控制器，其中，控制指令只需有三种即可，一是指定使用哪个专用喂食器的“编号”指令，以确定转盘上哪个专用喂食器需要进入工作位置；二是启动机械手进行示教再现的“工作”指令，根据当时哪一个专用喂食器进入了工作位置，使得机械手对转盘系统上进入工作位置的专用喂食器进行相应抓取，并向受助人嘴边进行递送，三是喂食工作结束后对机械手的“复位”指令，使得机械手将所用专用喂食器放回转盘系统原来位置上，并松手后退回到待机状态；所述的转盘系统包括转盘和伺服驱动器，转盘上设有多个可放置不同专用喂食器的定位凸起，以保证不同专用喂食器不会放错位置与姿态；所述的伺服驱动器可接收控制器指令，驱动转盘将“编号”指令指定的专用喂食器准确地送入工作位置；所述的多个专用喂食器是与不同形状和形态的食物相适应的多个不同外观形状的喂食器，每个专用喂食器都有一个指令“编号”，每个专用喂食器的表面都有与机械手上的机械手爪配合的凹槽，便于机械手准确稳定地抓取，不同的专用喂食器底部有不同形状的凹槽，凹槽可与转盘上相应形状的定位凸起相嵌合，使得每一个专用喂食器都会按照最佳姿态放置在指定工位处，同时保证不同的专用喂食器不会放错位置与姿态，不同的专用喂食器上面,根据所盛放餐饮类物品的不同形态类别设计有不同的辅助喂食或操作功能；所述的工作平台，作为安装机械手、转盘系统、嘴部定位装置和控制器的基座，可以按照受助人需求实现多样化形式；所述的嘴部定位装置包括实时图像采集装置和三维坐标系定位模块，所述的嘴部定位装置利用机器视觉方法来对受助人嘴部进行实时定位，并将嘴部定位信息实时发送给控制器，控制器依据嘴部的三维坐标定位信息和内部的轨迹规划程序，控制机械手将专用喂食器以适当的位置与姿态送到受助人嘴边；所述的控制器一是负责接收指令输入装置的指令，二是可自动识别哪一种专用喂食器进入了工作位置，三是在接收到“编号”指令时，驱动转盘将“编号”指令指定的专用喂食器准确地送入工作位置，在接到“工作”指令时，可自动选择与进入工作位置的专用喂食器相匹配的示教程序及内部的轨迹规划程序，抓起该专用喂食器，并以恰当的位置与姿态送到受助人嘴边，在接收到“复位”指令时，自动选择与工作中的专用喂食器相匹配的示教程序及轨迹规划程序，将该专用喂食器放回转盘系统的确定位置，并控制机械手复位。