本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種自穩(wěn)定飯勺。

背景技術(shù)：

近年來隨著世界人口老齡化趨勢的愈發(fā)顯著，越來越多的老年人需要被照顧，與此同時(shí)由于計(jì)劃生育政策的影響，獨(dú)生子女在給予老年人悉心照顧方面不可能做到面面俱到，目前大多數(shù)會選擇請專人陪護(hù)的傳統(tǒng)方式來照顧不方便的老人，但目前陪護(hù)市場魚龍混雜，有時(shí)反而會產(chǎn)生反面效果，同時(shí)雇傭成本也會成為年輕人的負(fù)擔(dān)。

醫(yī)療養(yǎng)老陪護(hù)行業(yè)在面對帕金森患者時(shí)總是需要花費(fèi)大量的時(shí)間精力進(jìn)行照顧，尤其是患者在獨(dú)自用餐時(shí)，由于對于手部的控制不足，經(jīng)常會導(dǎo)致食物外灑，使得陪護(hù)人員需要花很大的力氣進(jìn)行處理，目前主要的解決方案是通過給患者套上用餐的圍巾的傳統(tǒng)方式解決，效率比較低下，且需花費(fèi)較大的人力物力。

與此同時(shí)，由于大部分的患者不能長時(shí)間處于醫(yī)院的監(jiān)護(hù)下，治療方案的成效只能通過陪護(hù)人員的語言描述，不夠精確詳盡，不能給后續(xù)治療帶來幫助。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種助老助殘用的自穩(wěn)定飯勺，以減輕陪護(hù)人員壓力，提高使用者進(jìn)食質(zhì)量，同時(shí)更好的記錄數(shù)據(jù)以協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行治療。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種自穩(wěn)定飯勺，包括勺子本體、電機(jī)、驅(qū)動裝置、控制裝置和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述勺子本體包括勺子部分與勺子柄部分；

所述勺子部分設(shè)置有角度檢測裝置，用于測量勺子部分轉(zhuǎn)動角度，并將角度信息發(fā)送給控制裝置；所述控制裝置根據(jù)接收到的角度信息確定補(bǔ)償量，通過驅(qū)動裝置連接電機(jī)，所述電機(jī)轉(zhuǎn)軸與勺子部分連接，帶動勺子部分繞電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將角度信息和當(dāng)前時(shí)間發(fā)送給監(jiān)控平臺。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：

(1)本發(fā)明能夠記錄病患的行為數(shù)據(jù)，加以儲存并傳輸?shù)椒治鰬?yīng)用中，有助于個(gè)人醫(yī)療方案的逐步推進(jìn)；(2)本發(fā)明在現(xiàn)有產(chǎn)品利用角加速度進(jìn)行角度換算的情況下，利用角速度進(jìn)行角速度的計(jì)算，從一定程度上避免了因?yàn)椴捎媒羌铀俣榷巩a(chǎn)品精度受到地理位置影響的情況，增加了產(chǎn)品的穩(wěn)定性；(3)本發(fā)明采用增量式PID算法，較普通PID控制算法能更快更穩(wěn)的控制電機(jī)；(4)本發(fā)明簡單易用，使用方法能夠輕易讓老年人掌握；(5)本發(fā)明采用可充電的結(jié)構(gòu)，且成本低，節(jié)能環(huán)保，滿足各方面人群的需求，易于普及。

附圖說明

圖1為本發(fā)明自穩(wěn)定飯勺的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的使用過程示意圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種自穩(wěn)定飯勺，包括勺子本體、電機(jī)3、驅(qū)動裝置4、控制裝置5和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊7，所述勺子本體包括勺子部分1與勺子柄部分8；

所述勺子部分1設(shè)置有角度檢測裝置2，用于測量勺子部分1轉(zhuǎn)動角度，并將角度信息發(fā)送給控制裝置5；所述控制裝置5根據(jù)接收到的角度信息確定補(bǔ)償量，通過驅(qū)動裝置4連接電機(jī)3，所述電機(jī)3轉(zhuǎn)軸與勺子部分1連接，帶動勺子部分1繞電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊7用于將角度信息和當(dāng)前時(shí)間發(fā)送給監(jiān)控平臺。

進(jìn)一步的，所述電機(jī)3連接有減速器。

進(jìn)一步的，所述勺子柄部分8由絕緣材料構(gòu)成，減輕本發(fā)明重量，便于老年人以及患者使用，同時(shí)絕緣材料能避免漏電等因素所導(dǎo)致的意外事故。

進(jìn)一步的，所述無線傳輸裝置7設(shè)置有Flash，用于儲存角度信息和當(dāng)前時(shí)間，為使用者的治療方案提供具體準(zhǔn)確的參考。

進(jìn)一步的，所述角度傳感器2采用型號為MPU6050的陀螺儀采集角速度計(jì)算勺子部分1的角度。

進(jìn)一步的，所述控制裝置5采用增量式PID算法控制PWM波的輸出電壓，從而控制電機(jī)3運(yùn)轉(zhuǎn)，減小因抖動給飲食帶來的影響。

進(jìn)一步的，所述自穩(wěn)定飯勺還包括電源模塊6，用于為裝置整體供電。

進(jìn)一步的，所述勺子柄部分8與電機(jī)3固定連接。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例

如圖1所示，一種自穩(wěn)定飯勺系統(tǒng)，包括勺子本體、電機(jī)3、驅(qū)動裝置4、控制裝置5和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊7；所述勺子本體包括勺子部分1與勺子柄部分8；

所述勺子部分1設(shè)置有角度檢測裝置2，用于測量勺子部分1轉(zhuǎn)動角度；角度檢測裝置使用MPU6050進(jìn)行角度的換算，固定在勺子部分后端，盡量減小溫度等環(huán)境變化對傳感器產(chǎn)生的影響，角度檢測裝置與控制裝置連接，將角度信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并傳輸給控制裝置。

所述控制裝置5通過驅(qū)動裝置4連接電機(jī)3，帶動勺子部分1轉(zhuǎn)動，控制裝置5根據(jù)角度檢測裝置2的反饋信息和控制算法，產(chǎn)生相應(yīng)電機(jī)控制輸出，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的速度控制，使電機(jī)根據(jù)指令旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動勺子部分1轉(zhuǎn)動。

所述勺子本體上設(shè)有無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述無線傳輸模塊使用藍(lán)牙模塊，并與控制裝置相連，用于飯勺和遠(yuǎn)端監(jiān)控平臺之間的數(shù)據(jù)交換，為相關(guān)機(jī)構(gòu)提供使用者身體狀況的數(shù)據(jù)，為后續(xù)治療方案以及病情的觀察提供依據(jù)。

所述控制裝置使用AVR的Atmega8單片機(jī)作為核心，成本較低且功能完善，性價(jià)比高，在完成基本功能的同時(shí)還能夠完成角度檢測裝置所需的IIC通訊以及無線通訊模塊所需的串口通訊。

本發(fā)明設(shè)有電源模塊，所述電源模塊采用兩塊可充電的電壓為3V的紐扣電池，節(jié)能環(huán)保，使用方便；

所述勺子本體應(yīng)由絕緣材料制成，在減輕勺子重量的同時(shí)避免漏電帶來的不良影響。

本發(fā)明利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器T/C1來產(chǎn)生用戶設(shè)定速度值相對應(yīng)的PWM脈沖波信號；定時(shí)計(jì)數(shù)器用來對輸入的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后計(jì)算出當(dāng)前實(shí)時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速值。利用PID調(diào)節(jié)器對轉(zhuǎn)速值進(jìn)行閉環(huán)控制。由于單片機(jī)是對轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣控制，處理的是數(shù)字信號，故本控制系統(tǒng)采用的是數(shù)字PID控制算法。數(shù)字PID是由于單片機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的，用單片機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)PID控制，即用軟件PID算法單片機(jī)產(chǎn)生的PWM技術(shù)來實(shí)現(xiàn)精確的速度控制。數(shù)字PID表達(dá)式為：

式中：k是采樣的序列號，k＝0，1，2，3…；u(k)是第k次采樣的單片機(jī)輸出值；E(k)是第k次采樣的輸入差值；E(k-l)是第k-l次采樣的輸入差值；T是采樣周期；K_i是積分常數(shù)；K_d是微分常數(shù)，K_p為比例系數(shù)。

根據(jù)上面的數(shù)字PID的算法，采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制。在程序的編寫中定義一些算法中的關(guān)鍵變量，包括給定的轉(zhuǎn)速值、實(shí)際的轉(zhuǎn)速值、上次的偏差值、目前的偏差值，累加的偏差值、比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)。按照式(1)編寫程序使單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，通過占空比的不同來改變電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速PID的閉環(huán)控制。

本發(fā)明所述的自穩(wěn)定飯勺工作原理如圖2所示，當(dāng)開啟開關(guān)后，機(jī)器開始運(yùn)行，首先藍(lán)牙模塊會檢測是否有可以配對的藍(lán)牙裝置，配對成功后可將所儲存的數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)程平臺，隨后刪除芯片內(nèi)存儲的相關(guān)數(shù)據(jù)，若沒有檢測到已配對的藍(lán)牙裝置，則進(jìn)入使用階段。

在使用階段中，角度傳感器會以50Hz的頻率檢測勺子部分運(yùn)動的角速度角加速度，并將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋回控制裝置，控制裝置利用控制算法計(jì)算出此時(shí)勺子部分的角度，并依此輸出PWM控制信號驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，對勺子部分的角度進(jìn)行微調(diào)，從而使得勺子部分能夠處于一個(gè)相對穩(wěn)定的狀態(tài)之中，減少因?yàn)槭植康亩秳佣鴮?dǎo)致的食物尤其是湯汁外灑，同時(shí)計(jì)算采集到數(shù)據(jù)的平均值與方差，將其存入存儲裝置，作為使用者情況的參考。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。