專利名稱：助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大約世界上10%的人口即六億五千萬(wàn)是殘疾人，他們是世界上最大的少數(shù)群體，世界衛(wèi)生組織稱殘疾人的數(shù)量隨著人口的增長(zhǎng)、醫(yī)療的進(jìn)步以及老齡化在持續(xù)增長(zhǎng)。在預(yù)期壽命超過(guò)70歲的國(guó)家中，平均每人有8年、11. 5%的生命是在殘疾中度過(guò)的。聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署數(shù)據(jù)顯示，80%的殘疾人生活在發(fā)展中國(guó)家。根據(jù)第二次全國(guó)殘疾人抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)推算，中國(guó)目前各類殘疾人總數(shù)為8296萬(wàn)，其中肢體殘疾人2412萬(wàn)，視カ殘疾1233萬(wàn)，多重殘疾1352萬(wàn)。這當(dāng)中有很大部分人是需要家庭成員來(lái)進(jìn)行飲食護(hù)理和照顧。助餐機(jī)器人能夠減輕很多家庭的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也可以應(yīng)用于醫(yī)院等場(chǎng)所，對(duì)病人進(jìn)行飲食護(hù)理。 目前國(guó)內(nèi)的助餐機(jī)器人還比較少，國(guó)外有些比較成功的案例，例如日本SECOM公司的My spoon,以及英國(guó)Mike topping公司的Handyl,美國(guó)Sammons Preston公司的Electric Self-Feeder。Handyl是目前世界上最成功、應(yīng)用較廣的ー種助餐機(jī)器人。它選用5個(gè)自由度、帶有手爪的機(jī)器手臂，手臂可靈活地從帶有7個(gè)格子的進(jìn)餐托盤中取餐。但Handyl附帯洗臉、刷牙等功能，價(jià)格偏高，結(jié)構(gòu)、控制略顯復(fù)雜?！癕y spoon”助餐機(jī)器人采用下巴控制操縱桿、按鈕輸入、鍵盤輸入、語(yǔ)音輸入方式控制機(jī)器人完成助餐操作。Electric Self-Feeder通過(guò)下頜選擇開(kāi)關(guān)控制選食。這些方式都對(duì)用餐者適用范圍有一定的局限性，并且控制復(fù)雜。因此，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，有必要提供一種助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)，以克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供ー種應(yīng)用范圍廣且操作方便的助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下一種助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊、與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊相連的主控模塊以及與主控模塊相連的顯示模塊和用戶操作模塊。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述系統(tǒng)還包括語(yǔ)音提示模塊，用于配合用戶操作模塊和顯示模塊的操作和顯示提示用戶，所述語(yǔ)音提示模塊和主控模塊相連。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述用戶操作模塊包括頭戴鼠標(biāo)控制模塊，所述頭戴鼠標(biāo)控制模塊由傳感器與無(wú)線通信模塊組成，所述傳感器為角度傳感器或加速度傳感器或傾角傳感器；腳踏開(kāi)關(guān)控制模塊，所述腳踏開(kāi)關(guān)控制模塊由兩個(gè)腳踏開(kāi)關(guān)組成，ー個(gè)腳踏開(kāi)關(guān)用于確認(rèn)操作，另ー個(gè)腳踏開(kāi)關(guān)用于選擇操作；語(yǔ)音識(shí)別控制模塊，所述語(yǔ)音識(shí)別控制模塊用于識(shí)別用戶語(yǔ)音控制指令。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述系統(tǒng)還包括安全保護(hù)模塊，所述安全保護(hù)模塊與主控模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊相連。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述安全保護(hù)模塊具體為測(cè)距模塊，包括測(cè)距傳感器，用于測(cè)量機(jī)器人末端喂食端與用戶和周圍物體和人的距離；限位模塊，包括限位傳感器，用于限制機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述系統(tǒng)還包括電源管理模塊，用于控制整個(gè)系統(tǒng)的 電源，所述電源管理模塊與主控模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊相連。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述主控模塊包括基于ARM的嵌入式控制主板。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊包括單片機(jī)或DSP嵌入式電機(jī)控制芯片。由以上技術(shù)方案可以見(jiàn)，本發(fā)明實(shí)施例提供的助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)頭戴鼠標(biāo)、腳踏開(kāi)關(guān)、語(yǔ)音識(shí)別多種人機(jī)交互操作模式可供選擇，適應(yīng)于不同類型用戶，應(yīng)用范圍廣泛；頭戴鼠標(biāo)、腳踏開(kāi)關(guān)、語(yǔ)音識(shí)別三種方式配合語(yǔ)音提示和顯示屏進(jìn)行操作，按鍵少、易操作、直觀；安全保護(hù)模塊保證了用戶和助餐機(jī)器人自身的安全。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖。其中10、主控模塊；20顯示模塊、；30、用戶操作模塊；301、頭戴鼠標(biāo)控制模塊；302、腳踏開(kāi)關(guān)控制模塊；303、語(yǔ)音識(shí)別控制模塊；40、語(yǔ)音提示模塊；50、安全保護(hù)模塊；501、測(cè)距模塊；502、限位模塊；60、電源管理模塊；70、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊；80、驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開(kāi)了ー種助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊、與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊相連的主控模塊以及與主控模塊相連的顯示模塊和用戶操作模塊。該系統(tǒng)還包括與主控模塊相連的語(yǔ)音提示模塊、與主控模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊相連的安全保護(hù)模塊和電源管理模塊。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參圖I所示為本發(fā)明ー實(shí)施方式中助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖，該助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)100包括 驅(qū)動(dòng)電機(jī)80、與驅(qū)動(dòng)電機(jī)80相連的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊70、與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊相連的主控模塊10以及與主控模塊10相連的顯示模塊20和用戶操作模塊30。還包括 與主控模塊10相連的語(yǔ)音提示模塊40、與主控模塊10和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊70相連的安全保護(hù)模塊50和電源管理模塊60。以下對(duì)助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)100的各模塊做進(jìn)ー步的說(shuō)明。I、主控模塊10,具體表現(xiàn)為一主控器,為一基于ARM的嵌入式控制主板,作為整個(gè)系統(tǒng)的主控單元。主控模塊10可用干 與電源管理模塊60通訊，實(shí)現(xiàn)電源管理模塊對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊70供電管理；用戶操作模塊30的用戶指令接收；顯示模塊20驅(qū)動(dòng)顯示相應(yīng)用戶操作界面和用戶操作提示；通過(guò)用戶操作控制相應(yīng)語(yǔ)音提示模塊40發(fā)出相應(yīng)提示語(yǔ)音；根據(jù)用戶操作發(fā)送相應(yīng)指令給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊70。2、顯示模塊20，在本實(shí)施方式中顯示模塊20為顯示屏，顯示屏顯示用戶的操作界面，配合用戶操作模塊30完成餐食選擇。3、用戶操作模塊30，包括頭戴鼠標(biāo)控制模塊301、腳踏開(kāi)關(guān)控制模塊302和語(yǔ)音識(shí)別控制模塊303，分別對(duì)應(yīng)頭戴鼠標(biāo)、腳踏開(kāi)關(guān)、語(yǔ)音識(shí)別三種人機(jī)交互操作模式。其中頭戴鼠標(biāo)控制模塊301由傳感器與無(wú)線通信模塊組成，優(yōu)選地傳感器可為角度傳感器或加速度傳感器或傾角傳感器。將該模塊如頭套ー樣帶在用戶頭部，通過(guò)檢測(cè)用戶頭部的左右擺動(dòng)與點(diǎn)頭操作經(jīng)無(wú)線傳輸通訊將指令發(fā)送給主控模塊，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)功能。通過(guò)用戶頭部的左右擺頭實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的移動(dòng)選擇顯示模塊所顯示的操作選項(xiàng)，通過(guò)用戶點(diǎn)頭實(shí)現(xiàn)提示操作的確認(rèn)，進(jìn)而完成機(jī)器人啟停和餐食選取等一系列機(jī)器人控制指令；腳踏開(kāi)關(guān)控制模塊302由兩個(gè)腳踏開(kāi)關(guān)組成，一個(gè)腳踏開(kāi)關(guān)用于選擇操作，另ー個(gè)腳踏開(kāi)關(guān)用于確認(rèn)操作。同頭戴鼠標(biāo)控制模塊301 —祥，選擇操作開(kāi)關(guān)順序選擇顯示屏提示的操作選項(xiàng)，通過(guò)確認(rèn)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)操作的確認(rèn)，進(jìn)而完成機(jī)器人餐食選取和啟停等一系列機(jī)器人控制指令；語(yǔ)音識(shí)別控制模塊303，通過(guò)該模塊識(shí)別用戶語(yǔ)音控制指令吃飯(開(kāi)始)、餐盤編號(hào)、吃完(結(jié)束)等指令，控制系統(tǒng)機(jī)器人啟停和餐食選取等。4、語(yǔ)音提示模塊40，配合用戶操作模塊30的操作、顯示模塊20的顯示通過(guò)語(yǔ)音方式提示用戶。5、安全保護(hù)模塊50為人機(jī)安全保證的模塊，在本實(shí)施方式中包括測(cè)距模塊501，包括測(cè)距傳感器，用于測(cè)量機(jī)器人末端喂食端與用戶和周圍物體和人的距離；限位模塊502，包括限位傳感器，用于限制機(jī)器人四個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍，保證機(jī)器人不會(huì)危害到人和周圍物體。6、電源管理模塊60用于控制、管理整個(gè)系統(tǒng)的電源。
7、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊70用于控制是否驅(qū)動(dòng)機(jī)器人。8、驅(qū)動(dòng)電機(jī)80可驅(qū)動(dòng)助餐機(jī)器人進(jìn)行取餐、喂餐等機(jī)械動(dòng)作。以下結(jié)合上述模塊說(shuō)明，對(duì)助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)的工作流程做進(jìn)ー步說(shuō)明。首先系統(tǒng)上電初始化，顯示屏顯示初始化界面；系統(tǒng)完成初始化后，顯示模塊顯示完成初始化操作，進(jìn)入人機(jī)交互方式選擇界面，用戶通過(guò)按鍵選擇人機(jī)交互方式，語(yǔ)音提示模塊提示相應(yīng)的操作內(nèi)容；電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊上電，機(jī)器人復(fù)位尋零各關(guān)節(jié)運(yùn)行到初始位置，顯示模塊進(jìn)入餐食選擇界面；用戶通過(guò)所選擇的人機(jī)交互方式(頭戴鼠標(biāo)、腳踏開(kāi)關(guān)、語(yǔ)音識(shí)別)進(jìn)行餐食選擇，主控模塊根據(jù)用戶所選餐食編號(hào)，按照設(shè)定的通訊協(xié)議發(fā)送餐食編號(hào)給電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模 塊，電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊按事先規(guī)劃的軌跡控制機(jī)器人各關(guān)節(jié)進(jìn)行取餐、喂餐，同時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)安全保護(hù)模塊信號(hào)，當(dāng)限位模塊中任一關(guān)節(jié)的限位傳感器檢測(cè)到該關(guān)節(jié)到達(dá)限制位置或測(cè)距模塊中的測(cè)距傳感器檢測(cè)到機(jī)器人末端即餐匙端距離用戶或周圍物體過(guò)近，機(jī)器人會(huì)停止運(yùn)行，以確保用戶使用安全和機(jī)器人自身安全。由以上技術(shù)方案可以見(jiàn)，本發(fā)明實(shí)施例提供的助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)頭戴鼠標(biāo)、腳踏開(kāi)關(guān)、語(yǔ)音識(shí)別多種人機(jī)交互操作模式可供選擇，適應(yīng)于不同類型用戶，應(yīng)用范圍廣泛；頭戴鼠標(biāo)、腳踏開(kāi)關(guān)、語(yǔ)音識(shí)別三種方式配合語(yǔ)音提示和顯示屏進(jìn)行操作，按鍵少、易操作、直觀；安全保護(hù)模塊保證了用戶和助餐機(jī)器人自身的安全。為了描述的方便，描述以上裝置時(shí)以功能分為各種模塊分別描述。當(dāng)然，在實(shí)施本申請(qǐng)時(shí)可以把各模塊的功能在同一個(gè)或多個(gè)軟件和/或硬件中實(shí)現(xiàn)。通過(guò)以上的實(shí)施方式的描述可知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本申請(qǐng)可借助軟件加必需的通用硬件平臺(tái)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。基于這樣的理解，本申請(qǐng)的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中，如R0M/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本申請(qǐng)各個(gè)實(shí)施方式或者實(shí)施方式的某些部分所述的方法。以上所描述的裝置實(shí)施方式僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說(shuō)明的単元可以是或者也可以不是物理上分開(kāi)的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于ー個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)単元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此g在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅 包含ー個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為ー個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊、與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊相連的主控模塊以及與主控模塊相連的顯示模塊和用戶操作模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括語(yǔ)音提示模塊，用于配合用戶操作模塊和顯示模塊的操作和顯示提示用戶，所述語(yǔ)音提示模塊和主控模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶操作模塊包括 頭戴鼠標(biāo)控制模塊，所述頭戴鼠標(biāo)控制模塊由傳感器與無(wú)線通信模塊組成，所述傳感器為角度傳感器或加速度傳感器或傾角傳感器； 腳踏開(kāi)關(guān)控制模塊，所述腳踏開(kāi)關(guān)控制模塊由兩個(gè)腳踏開(kāi)關(guān)組成，一個(gè)腳踏開(kāi)關(guān)用于確認(rèn)操作，另一個(gè)腳踏開(kāi)關(guān)用于選擇操作； 語(yǔ)音識(shí)別控制模塊，所述語(yǔ)音識(shí)別控制模塊用于識(shí)別用戶語(yǔ)音控制指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括安全保護(hù)模塊，所述安全保護(hù)模塊與主控模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述安全保護(hù)模塊具體為 測(cè)距模塊，包括測(cè)距傳感器，用于測(cè)量機(jī)器人末端喂食端與用戶和周圍物體和人的距離； 限位模塊，包括限位傳感器，用于限制機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括電源管理模塊，用于控制整個(gè)系統(tǒng)的電源，所述電源管理模塊與主控模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控模塊包括基于ARM的嵌入式控制主板。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊包括單片機(jī)或DSP嵌入式電機(jī)控制芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊、與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊相連的主控模塊以及與主控模塊相連的顯示模塊和用戶操作模塊。該系統(tǒng)還包括與主控模塊相連的語(yǔ)音提示模塊、與主控模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊相連的安全保護(hù)模塊和電源管理模塊。本發(fā)明提供的助餐機(jī)器人控制系統(tǒng)適應(yīng)于不同類型用戶，應(yīng)用范圍廣泛，且按鍵少、易操作，保證了用戶和助餐機(jī)器人自身的安全。
文檔編號(hào)B25J13/00GK102699918SQ201210204878
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者丁倩, 喻大發(fā), 張建偉, 張立勛, 徐東冬, 程勝 申請(qǐng)人:昆山市工業(yè)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司