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申请/专利权人：昆山市工业技术研究院有限责任公司

摘要：本发明公开了一种半自动助餐机器人，包括底盘、大臂、小臂和连接于小臂前端的餐勺；底盘上设有腰部回转机构；大臂的一端通过大臂驱动机构与腰部回转机构相对转动连接，大臂的另一端通过小臂驱动机构与小臂后端相对转动连接，小臂前端通过餐勺驱动机构与餐勺相对转动连接。本发明设置了腰部回转机构、大臂驱动机构、小臂驱动机构和餐勺驱动机构，能够实现水平角度旋转、俯仰角度自由调节、餐勺自由转动，大大提高了助餐机器人的灵活性，能够实现多方位多角度精准取餐，对就餐环境要求较低、适用范围广。

主权项：1.一种半自动助餐机器人，其特征在于，包括底盘、大臂、小臂和连接于小臂前端的餐勺；所述底盘上设有腰部回转机构；所述大臂的一端通过大臂驱动机构与腰部回转机构相对转动连接，大臂的另一端通过小臂驱动机构与小臂后端相对转动连接，小臂前端通过餐勺驱动机构与所述餐勺相对转动连接；所述小臂驱动机构包括：设于大臂上的小臂驱动电机和第一锥齿轮副，所述第一锥齿轮副包括相互啮合的第一主动锥齿盘和第一从动锥齿盘，所述第一主动锥齿盘与小臂驱动电机的输出轴传动连接，所述第一从动锥齿盘的轴孔中贯穿有小臂驱动轴，小臂驱动轴与所述小臂键连接，小臂驱动电机通过第一锥齿轮副带动小臂驱动轴转动，从而驱动小臂转动；所述大臂驱动机构包括：用于调节大臂俯仰角度的大臂驱动电机，所述大臂驱动电机支撑于大臂驱动电机座上，所述大臂驱动电机的输出轴通过固定于大臂上的大臂俯仰连接架调节大臂俯仰角度；所述腰部回转机构包括设于底盘内的腰部回转电机，所述腰部回转电机的输出轴上设置有电机轴套，腰部回转电机通过驱动与大臂驱动电机座固定连接的电机轴套调节大臂在水平方向的旋转角度；所述腰部回转机构还包括腰部回转盘，所述大臂驱动电机座通过电机轴套支撑于腰部回转盘上方，所述腰部回转盘上设有两组电机轴套旋转限位用光电编码器，所述电机轴套上还设有遮光片；所述光电编码器的发射器与接收器之间预留有可供遮光片进入的间隙；当电机轴套带动遮光片旋转至所述间隙中时，表明电机轴套已至最大旋转角度，电机轴套不再继续旋转；所述腰部回转盘上还设于用于限制大臂驱动电机座最大旋转角度的限位柱，所述大臂驱动电机座的下表面与限位柱相对应的设有弧形限位槽；所述限位槽的一侧设有可供限位柱旋入的入口，另一侧设有对限位柱进行旋转限位的侧挡壁；当大臂驱动电机座带动限位柱转至所述侧挡壁时，大臂驱动电机座因限位柱被限位而停止转动。

全文数据：一种半自动助餐机器人技术领域[0001]本发明涉及一种半自动助餐机器人，属于机械自动化技术领域。背景技术[0002]现有助餐机器人仅设有一个动力源，活动自由度较低，通常只能对摆放于特定位置的餐盘进行取餐，且餐勺每次取餐位置固定，取餐精准度不高。[0003]为了实现助餐机器人取餐多样化，需要将餐盘置于旋转餐桌上，通过旋转餐桌带动餐盘转动，以辅助助餐机器人从不同餐盘中取餐。但这仅适用于具备旋转餐桌的特定就餐环境，对于医院等其他不具备旋转餐桌的公共场所并不适用，导致助餐机器人推广受限。发明内容[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种半自动助餐机器人，解决现有技术中助餐机器人机械手自由度低、取餐位置固定导致取餐智能化偏低、取餐精准度不高的技术问题。[0005]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种半自动助餐机器人，包括底盘、大臂、小臂和连接于小臂前端的餐勺;所述底盘上设有腰部回转机构;所述大臂的一端通过大臂驱动机构与腰部回转机构相对转动连接，大臂的另一端通过小臂驱动机构与小臂后端相对转动连接，小臂前端通过餐勺驱动机构与所述餐勺相对转动连接;所述小臂驱动机构包括:设于大臂上的小臂驱动电机和第一锥齿轮副，所述第一锥齿轮副包括相互啮合的第一主动锥齿盘和第一从动锥齿盘，所述第一主动锥齿盘与小臂驱动电机的输出轴传动连接，所述第一从动锥齿盘的轴孔中贯穿有小臂驱动轴，小臂驱动轴与所述小臂键连接，小臂驱动电机通过第一锥齿轮副带动小臂驱动轴转动，从而驱动小臂转动。[0006]进一步的，所述大臂驱动机构包括:用于调节大臂俯仰角度的大臂驱动电机，所述大臂驱动电机支撑于大臂驱动电机座上，所述大臂驱动电机的输出轴通过固定于大臂上的大臂俯仰连接架调节大臂俯仰角度。[0007]进一步的，所述腰部回转机构包括设于底盘内的腰部回转电机，所述腰部回转电机的输出轴上设置有电机轴套，腰部回转电机通过与大臂驱动电机座固定连接的电机轴套调节大臂在水平方向的旋转角度。[0008]进一步的，所述腰部回转机构还包括腰部回转盘，所述大臂驱动电机座通过电机轴套支撑于腰部回转盘上方，所述腰部回转盘上设有两组电机轴套旋转限位用光电编码器，所述电机轴套上还设有遮光片;所述光电编码器的发射器与接收器之间预留有可供遮光片进入的间隙；当电机轴套带动遮光片旋转至所述间隙中时，表明电机轴套已至最大旋转角度，电机轴套不再继续旋转。[0009]进一步的，所述腰部回转盘上还设于用于限制大臂驱动电机座最大旋转角度的限位柱，所述大臂驱动电机座的下表面与限位柱相对应的设有弧形限位槽，所述限位槽的一侧设有可供限位柱旋入的入口，另一侧设有对限位柱进行旋转限位的侧挡壁；当大臂驱动电机座带动限位柱转至所述侧挡壁时，大臂驱动电机座因限位柱被限位而停止转动。[0010]进一步的，所述餐勺通过餐勺支架连接于小臂前端，所述餐勺支架上设有安装孔，餐勺手柄插入安装孔后通过锁紧螺栓与所述餐勺支架固定连接。[0011]进一步的，所述餐勺驱动机构包括:设于小臂上的餐勺驱动电机和第二锥齿轮副，所述第二锥齿轮副包括相互啮合的第二主动锥齿盘和第二从动锥齿盘，所述第二主动锥齿盘与餐勺驱动电机的输出轴传动连接，所述第二从动锥齿盘的轴孔中贯穿有餐勺驱动轴，所述餐勺驱动轴与餐勺支架键连接，餐勺驱动电机通过第二锥齿轮副带动餐勺驱动轴转动，从而带动设于餐勺支架上的餐勺转动。[0012]进一步的，所述底盘上还设有多个餐盘。[0013]进一步的，所述机器人还包括单片机和连接于单片机上的语音录入单元，所述单片机分别与大臂驱动机构、小臂驱动机构、餐勺驱动机构及腰部回转机构信号连接;用户通过语音录入单元向单片机发出控制指令，单片机通过语音识别启用相关控制程序，并根据大臂驱动机构、小臂驱动机构、餐勺驱动机构及腰部回转机构的当前位置计算各机构的运动轨迹，实现各机构的动作控制。[0014]进一步的，所述机器人还包括单片机及与单片机信号连接的头戴鼠标，用户通过点头和或摇头输出控制指令，单片机根据用户输入的控制指令、及大臂驱动机构、小臂驱动机构、餐勺驱动机构、腰部回转机构的当前位置计算各机构的运动轨迹，实现各机构的动作控制。[0015]与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是:设置了腰部回转机构、大臂驱动机构、小臂驱动机构和餐勺驱动机构，能够实现水平角度旋转、俯仰角度自由调节、餐勺自由转动，大大提高了助餐机器人的灵活性，能够实现多方位多角度精准取餐，对就餐环境要求较低，适用于个人家庭、养老机构、医院等众多场所，适用范围广。附图说明[0016]图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中大臂连接结构示意图；图3是本发明中小臂连接结构示意图；图4是本发明中餐勺连接结构示意图；图5是本发明中腰部回转机构与大臂驱动机构的连接结构示意图；图6是本发明中限位柱旋入限位槽时的局部结构示意图；图中：1、底盘;2、大臂;3、小臂;4、餐勺;5、腰部回转机构;6、第二从动锥齿盘;7、餐勺驱动电机;8、第二主动锥齿盘;9、大臂驱动电机;10、餐盘；11、遮光片；12、光电编码器；13、大臂驱动电机座；14、电机轴套；15、腰部回转盘；16、腰部回转电机；17、限位柱；18、限位槽；19、餐勺驱动轴;20、小臂驱动电机;21、大臂俯仰连接架;22、第一主动锥齿盘;23、第一从动锥齿盘;24、小臂驱动轴;25、锁紧螺栓;26a、26b、角度传感器;27、联轴器;28、餐勺支架。具体实施方式[0017]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。[0018]如图1所示，是本发明的结构示意图，包括:底盘1、大臂2、小臂3、设于底盘1上的多个餐盘10和设于小臂3前端的餐勺4。[0019]底盘1上设有腰部回转机构5,大臂2的一端通过大臂驱动机构与腰部回转机构5相对转动连接，大臂2的另一端通过小臂驱动机构与小臂3后端相对转动连接，小臂3前端通过餐勺驱动机构与餐勺4相对转动连接。[0020]如图2所示，是大臂2连接结构示意图，小臂驱动机构设置于大臂2上，具体包括:设于大臂2上的小臂驱动电机20和第一锥齿轮副，第一锥齿轮副包括相互啮合的第一主动锥齿盘22和第一从动锥齿盘23,第一主动锥齿盘22和第一从动锥齿盘23的轴交角为90°。小臂驱动电机20的输出轴通过联轴器27与第一主动维齿盘22的齿盘轴传动连接，由小臂驱动电机20带动第一主动锥齿盘22旋转，从而带动第一从动锥齿盘23旋转。第一从动锥齿盘23的轴孔轴沿轴线方向贯穿有小臂驱动轴24,小臂驱动轴24与小臂3键连接，第一从动锥齿盘23旋转带动小臂驱动轴24旋转从而带动小臂3旋转。[0021]为了便于对小臂3旋转角度进行自动化控制，大臂2上还设置有角度传感器26b，用于采集小臂驱动电机20输出轴的旋转角度。[0022]如图3所示，是小臂3连接结构示意图，餐勺驱动机构设置于小臂3上，具体包括:设于小臂3上的餐勺驱动电机7和第二锥齿轮副，第二锥齿轮副包括相互啮合的第二主动锥齿盘8和第二从动锥齿盘6,第二主动锥齿盘8和第二从动锥齿盘6的轴交角为90。。餐勺驱动电机7的输出轴通过联轴器与第二主动锥齿盘8的齿盘轴传动连接，由餐勺驱动电机7带动第二主动锥齿盘8旋转，从而带动第二从动锥齿盘6旋转。第二从动锥齿盘6的轴孔中轴向贯穿有餐勺驱动轴19，餐勺驱动轴19与餐勺支架28键连接，餐勺驱动电机7通过第二锥齿轮副带动餐勺驱动轴19转动，从而带动设于餐勺支架28上的餐勺4转动。[0023]为了便于对餐勺4旋转角度进行自动化控制，小臂3上还设置有角度传感器26ba，用于采集餐勺驱动电机7输出轴的旋转角度。[0024]如图4所示，餐勺支架28—端设有餐勺驱动轴19键连接的轴套，另一端设有餐勺4安装孔，餐勺4手柄插入安装孔后通过锁紧螺栓25与餐勺支架28固定连接。[0025]如图5所示，是腰部回转机构5与大臂驱动机构的连接结构示意图。[0026]大臂驱动机构包括:通过螺栓固定于大臂2下端的大臂俯仰连接架21、输出轴与大臂俯仰连接架21传动连接的大臂驱动电机9，大臂驱动电机9支撑于大臂驱动电机座13上。大臂驱动电机9的输出轴带动大臂俯仰连接架21转动，从而带动大臂2转动，实现大臂2俯仰角度调节。[0027]腰部回转机构5包括:腰部回转盘15、腰部回转电机16。腰部回转电机16设于底盘1内。腰部回转电机I6的输出轴贯穿腰部回转盘15,通过固定于大臂驱动电机座13上的电机轴套14驱动大臂驱动机构旋转，从而实现大臂2在水平方向上旋转角度的调节。[0028]腰部回转盘15上设有两组光电编码器12,电机轴套14上还设有遮光片11，光电编码器12的发射器与接收器之间预留有可供遮光片11进入的间隙；当电机轴套丨4带动遮光片11旋转至所述间隙中时，表明电机轴套14己至最大旋转角度，电机轴套14不再继续旋转。[0029]如图6所示，腰部回转盘15上还设于用于限制大臂驱动电机座13最大旋转角度的限位柱17,大臂驱动电机座13的下表面与限位柱17相对应的设有限位槽18;限位槽18的一侧设有可供限位柱I7旋入的入口，另一侧设有对限位柱I7进行限位的侧挡壁。大臂驱动电机座13顺时针或逆时针旋转到某一角度时，限位柱17进入限位槽18内，大臂驱动电机座13带动限位柱17继续旋转，当限位柱17旋转至限位槽18的侧挡壁时，大臂驱动电机座13因限位柱17受限而停止继续转动。[0030]本发明提供的半自动助餐机器人采用单片机进行智能控制。[0031]控制指令输入可以采用现有技术中的脚踏按钮实现，具体包括两个脚踏板，踩踏其中一个脚踏板表示取餐，踩踏另一脚踏板表示已吃完一勺、餐勺回零位•，两脚踏板同时踩踏表示换下一餐盘进行取餐。[0032]控制指令输入也可以通过语音录入单元实现，用户只需发出特定语音指令，单片机通过语音识别启用相应控制程序，并根据大臂驱动机构、小臂驱动机构、餐勺驱动机构及腰部回转机构的当前位置计算各机构的运动轨迹，实现各机构的动作控制。语音录入指令可以是已预编入单片机程序内的“吃1号餐”、“吃2号餐”、“吃3号餐”等取餐指令，也可以是“吃饱了”、“不吃了”等结束取餐指令。[0033]控制指令输入还可以通过头戴鼠标的方式实现，包括单片机及与单片机信号连接的头戴鼠标，用户通过点头和或摇头输出控制指令，单片机根据用户输入的控制指令、及大臂驱动机构、小臂驱动机构、餐勺驱动机构、腰部回转机构的当前位置计算各机构的运动轨迹，实现各机构的动作控制。[0034]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种半自动助餐机器人，其特征在于，包括底盘、大臂、小臂和连接于小臂前端的餐勺;所述底盘上设有腰部回转机构；所述大臂的一端通过大臂驱动机构与腰部回转机构相对转动连接，大臂的另一端通过小臂驱动机构与小臂后端相对转动连接，小臂前端通过餐勺驱动机构与所述餐勺相对转动连接；所述小臂驱动机构包括:设于大臂上的小臂驱动电机和第一锥齿轮副，所述第一锥齿轮副包括相互啮合的第一主动锥齿盘和第一从动锥齿盘，所述第一主动锥齿盘与小臂驱动电机的输出轴传动连接，所述第一从动锥齿盘的轴孔中贯穿有小臂驱动轴，小臂驱动轴与所述小臂键连接，小臂驱动电机通过第一锥齿轮副带动小臂驱动轴转动，从而驱动小臂转动。2.根据权利要求1所述的半自动助餐机器人，其特征在于，所述大臂驱动机构包括：用于调节大臂俯仰角度的大臂驱动电机，所述大臂驱动电机支撑于大臂驱动电机座上，所述大臂驱动电机的输出轴通过固定于大臂上的大臂俯仰连接架调节大臂俯仰角度。3.根据权利要求2所述的半自动助餐机器人，其特征在于，所述腰部回转机构包括设于底盘内的腰部回转电机，所述腰部回转电机的输出轴上设置有电机轴套，腰部回转电机通过驱动与大臂驱动电机座固定连接的电机轴套调节大臂在水平方向的旋转角度。4.根据权利要求3所述的半自动助餐机器人，其特征在于，所述腰部回转机构还包括腰部回转盘，所述大臂驱动电机座通过电机轴套支撑于腰部回转盘上方，所述腰部回转盘上设有两组电机轴套旋转限位用光电编码器，所述电机轴套上还设有遮光片；所述光电编码器的发射器与接收器之间预留有可供遮光片进入的间隙；当电机轴套带动遮光片旋转至所述间隙中时，表明电机轴套已至最大旋转角度，电机轴套不再继续旋转。5.根据权利要求4所述的半自动助餐机器人，其特征在于，所述腰部回转盘上还设于用于限制大臂驱动电机座最大旋转角度的限位柱，所述大臂驱动电机座的下表面与限位柱相对应的设有弧形限位槽;所述限位槽的一侧设有可供限位柱旋入的入口，另一侧设有对限位柱进行旋转限位的侧挡壁；当大臂驱动电机座带动限位柱转至所述侧挡壁时，大臂驱动电机座因限位柱被限位而停止转动。6.根据权利要求1所述的半自动助餐机器人，其特征在于，所述餐勺通过餐勺支架连接于小臂前端，所述餐勺支架上设有安装孔，餐勺手柄插入安装孔后通过锁紧螺栓与所述餐勺支架固定连接。7.根据权利要求6所述的半自动助餐机器人，其特征在于，所述餐勺驱动机构包括:设于小臂上的餐勺驱动电机和第二锥齿轮副，所述第二锥齿轮副包括相互啮合的第二主动锥齿盘和第二从动锥齿盘，所述第二主动锥齿盘与餐勺驱动电机的输出轴传动连接，所述第二从动锥齿盘的轴孔中贯穿有餐勺驱动轴，所述餐勺驱动轴与餐勺支架键连接，餐勺驱动电机通过第二锥齿轮副带动餐勺驱动轴转动，从而带动设于餐勺支架上的餐勺转动。8.根据权利要求1所述的半自动助餐机器人，其特征在于，所述底盘上还设有多个餐盘。9.根据权利要求1所述的半自动助餐机器人，其特征在于，所述机器人还包括单片机和连接于单片机上的语音录入单元，所述单片机分别与大臂驱动机构、小臂驱动机构、餐勺驱动机构及腰部回转机构信号连接;用户通过语音录入单元向单片机发出控制指令，单片机通过语音识别启用相关控制程序，并根据大臂驱动机构、小臂驱动机构、餐勺驱动机构及腰部回转机构的当前位置计算各机构的运动轨迹，实现各机构的动作控制。10.根据权利要求1所述的半自动助餐机器人，其特征在于，所述机器人还包括单片机及与单片机信号连接的头戴鼠标，用户通过点头和或摇头输出控制指令，单片机根据用户输入的控制指令、及大臂驱动机构、小臂驱动机构、餐勺驱动机构、腰部回转机构的当前位置计算各机构的运动轨迹，实现各机构的动作控制。

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