一种自动喂食装置创新设计

徐佩 万延见 杨晓潇 张城飞 祝海荣 卢锡龙

【摘要】本文设计出一种自动喂食装置，并运用SolidWorks对方案进行建模与结构优化，模拟出人工自动喂食轨迹，进而对设计装置的功能可实现性、可靠性进行验证。

【关键词】自动喂食；结构设计；创新

随着我国社会发展，人们对康复助残等问题越来越关注，尤其对手残、手弱患者的饮食护理问题更为关注。目前，助餐技术已经产品化，走进了普通残疾患者的饮食护理生活。国内外的自动喂食装置大多以机械手夹持为主，通过程序控制实现喂食。但此类产品调试繁琐、加工困难、成本高，故迫切需要研制出一款操作简单、功能突出、易商业化的装置。因此，本文在遵循肢體基本参数基础上，设计出一款新型自动喂食装置。

一、参数依据

设计的自动喂食装置严格遵循国标GB10000-88设定的人体坐姿尺寸要求，以保证产品实用性。结合标准数据，设计中，取坐高900mm，颈椎点高650mm，眼高800mm，坐姿下肢长1000mm，X轴滑台行程400mm，进而确定出整套装置结构尺寸。且考虑到装置宜人性，设定勺子舀起饭，再向前运行一定距离，将饭送入人口，停顿10s，10s后，勺子退回初始位置，一个喂食动作结束。

二、功能分析

通过对喂食装置的组件与功能进行分析，得到如图1所示的功能组件链图。基于此功能分析，对每个功能进行对应的结构设计，得到后续的自动喂食装置设计方案。

三、结构设计与优化

（一）结构总体设计

自动喂食装置的三维模型如图2所示。运动过程为：通过XY两轴滑台的上下前后运动，调节勺子位置；勺子舀起饭，X轴滑台向前运行适当距离，将饭送进人口；勺子再退回初始位置，循环喂饭。主要结构包括：（1）勺位调节机构，通过XY轴滑台组合，实现勺子上下前后运动。（2）喂食机构，利用偏心轮及连杆装置，结合不完全齿轮和同步带轮，并用步进电机驱动，实现勺子喂食轨迹。（3）桌面旋转装置，用电机旋转六工位槽轮，带动桌面转动，且电机转两圈，桌面转120°。（4）碗旋转机构，用电机驱动碗转动。

（二）喂食轨迹设定与结构优化

结合最佳一致性逼近定理，利用MATLAB进行仿真，设计出偏心轮旋转角度范围。再利用SolidWorks对喂食机构进行三维建模与仿真分析，设计出装置运动轨迹与勺子的最佳运动轨迹。通过分析与人口的相对距离，不断调节勺位，达到最佳状态。

四、结束语

本文设计出一款全新自动喂食装置，并对其结构进行了优化。利用运动学原理，模拟、仿真并优化出自动喂食过程，实现取食、喂食功能，并使操作更加稳定。与同类产品相比，该装置成本低，更利于商业化推广。

参考文献

[1]陈南南.老年痴呆患者进食困难的研究进展[J].世界最新医学信息文摘，2017（15）：152.

[2]唐之富.香蕉采摘機械手夹持试验及仿真分析[D].广州：华南农业大学，2016.

[3]贾若辰.基于机器视觉技术的人体坐姿特征提取及识别算法研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2015.

作者简介：徐佩（1996—），男，江苏宿迁人，本科，研究方向：机械产品创新设计、助残设备研发等；通讯作者：万延见（1986—），男，河南固始人，博士，硕士生导师，研究方向：产品创新设计理论及方法、污泥深度脱水方法。