一种防抖进食装置的制作方法

本发明属于残疾人辅助器具领域，内容具体涉及一种防抖进食装置。本发明所涉及的装置具有良好的消抖能力，不仅可以隔离和消出使用者手颤抖造成的进食不稳定，可以有效解决帕金、癫痫等患者由于手颤抖造成的饮食困难，无法平稳进食的问题，能满足手抖患者的日常饮食的需求。

背景技术：

帕金森患者、癫痫患者、神经系统损失患者、上肢神经疾病与损伤、脑组织疾病和药物中毒或者长时间使用某种药物都有可能使得患者的手出现颤抖。以最常见的帕金森患者为例，患者通常会表现出手部的颤抖。2013年，帕金森患者全球总人数有5000多万人，并且随着人群饮食、运动的不规律，患病人数呈逐年增长状态。帕金森患者的手颤通常是静止性颤抖，频率一般以4－6hz的频率抖动，同时抖动的频率和幅值都随着在病程发展而发生变化。当手抖患者在进食或饮水时，需要保持食物的相对于口腔的静止才能保证进食的正常进行，如无法保持食物相对口腔的静止，将无法正常进食，从而严重影响患者的生活质量，给病患的生活起居造成了巨大负面影响。为维持患者的生存，进食需要专人护理，高额的护理成本为患者及其家庭带来了严重的经济负担，而目前尚未发展出能治愈帕金森病的医学方法。因此，通过现有技术手段满足病人的进食需求，抑制和消除患者手的抖动对进食造成的影响，提高病人的自主进食能力，对于患者本人及其家庭，甚至整个社会都具有重要的现实意义。因此，不同的研究人员采用不同的技术手段来实现进食的防抖，来满足病人的进食需求。申请号为201510724250.4名称为防抖调羹的发明专利提出了一种防抖调羹：显然，该防抖调羹是一种被动减振装置，弹簧刚度的选取会对调羹的防抖效果有着极大的影响，刚度太大起不到防抖效果，刚度太小，调羹在拾取食物后，变形量极大，反而给患者进食带来了负面的影响。特殊情况下，当弹簧的刚度选取不当的时候，或者不同患者的手抖频率有可能导致防抖调羹的固有频率与患者手抖动的频率接近或者一致的时候，将导致调羹发生共振，食物的抖动幅值大大增加，反而无法满足进食的稳定性需求。因此，该发明无法彻底地解决帕金森患者等手抖带来的饮食困难问题。因此，实现进食的防抖依然是帕金森患者以及其他手抖患者在生活中急需解决的难题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种防抖进食装置。该装置体积小，结构紧凑，质量轻巧。当帕金森等手抖患者手持该装置时，能有效地抑制甚至消除病患手颤抖造成的进食器皿或者食物的抖动，从而满足病人的自主进食需求，极大地提高患者的进食质量和速度，减轻患者的进食成本，消除或减轻手抖对患者生活质量的影响。该防抖调羹通过加速度传感器获得进食容器中食物的抖动状态，通过主动控制消除食物的振动，对不同患者不同的手抖抖动频率和抖动幅值均具有良好的防抖效果，同时能抑制和消除患者由于病程改变，导致手抖状态（抖动频率和幅值）变化而造成的食物抖动状态的变化，能够满足不同患者的需求。

具体技术方案为：一种防抖进食装置，包括有食物盛装容器、防抖进食装置的手持外壳，多自由度加速度传感器、轻质刚性杆，所述的多自由度加速度传感器设置在防抖进食装置的手持外壳内部的轻质刚性杆尾端，所述的轻质刚性杆贯穿在防抖进食装置的手持外壳（2）的中央，向外与食物盛装容器连接，向内与多自由度加速度传感器连接；

所述的防抖进食装置还包括有第一高频响音圈电机组，第二高频响音圈电机组；

所述的第一高频响音圈电机组，至少包括有2个高频响音圈电机，所述的高频响音圈电机围绕轻质刚性杆一周中心对称分布，且高频响音圈电机轴线方向与轻质刚性杆轴线方向垂直，高频响音圈电机包括有安装底座、电机轴、刚性连接杆，所述的高频响音圈电机安装在安装底座内，安装底座与电机轴垂直，电机轴与刚性连接杆垂直连接，刚性连接杆与轻质刚性杆垂直连接；

所述的第二高频响音圈电机组，至少包括有2个高频响音圈电机，所述的高频响音圈电机围绕轻质刚性杆一周中心对称分布，且高频响音圈电机轴线方向与轻质刚性杆轴线方向相同，所述的高频响音圈电机包括有安装底座、电机轴、刚性连接杆，所述的高频响音圈电机安装在安装底座内，安装底座与电机轴垂直，电机轴与刚性连接杆垂直连接，刚性连接杆与轻质刚性杆垂直连接。

具体而言，本发明具有如下的技术效果。

1.采用传感器获取食物的抖动状态，通过高频响音圈电机施加主动作用力实现对食物抖动的控制，能实现对不同频率、幅值的食物抖动的消除。

2.将传感器安装在防抖装置的后端，间接获取食物抖动状态，不会对患者进食造成影响。

3.可以满足不同病患以及同一病患在不同病程阶段中手抖造成的进食困难。

附图说明

图1为本发明所提出的防抖进食装置的外观示意图。

图2为本发明所提出的防抖进食装置的内部结构剖面图a-a。

图3为本发明所提出的防抖进食装置的内部结构剖面图b-b。

图4为本发明所提出的防抖进食装置的内部结构剖面图c-c。

图5为本发明所提出的防抖进食装置的内部结构剖面图d-d。

图6为本发明所提出的防抖进食装置的内部结构的坐标原点的定义。

图7为本发明所提出的防抖进食装置的内部结构的坐标系定义。

图8为本发明所提出的防抖进食装置的对食物振动状态测量原理图。

图9为本发明所提出的防抖进食装置的对食物振动z1方向的主动力施加原理图。

图10为本发明所提出的防抖进食装置对o1x1y1z1(食物坐标系)中x1、y1轴平动以及z1旋转的主动力施加原理图。

图11本发明所提出的防抖进食装置对抖动抑制控制框图。

具体实施方式

以下结合设计实例和附图进一步说明本发明的结构和工作原理。图1为本发明所提供的防抖进食装置的外观图。其内部结构的剖面图a-a、b-b、c-c、d-d分别如图2、图3、图4、图5所示。

1为食物盛装容器（如调羹、叉子等），2为防抖进食装置的手持外壳，13为轻质刚性杆，食物盛装容器1与轻质刚性杆13固定连接在一起。弹簧3的一端与轻质刚性杆13固定连接，另一端与防抖进食装置的手持外壳2固定连接，弹簧14的一端与轻质刚性杆13固定连接，另一端与防抖进食装置的手持外壳2固定连接。弹簧15的一端与轻质刚性杆13固定连接，另一端与防抖进食装置的手持外壳2固定连接。其中弹簧3、弹簧14、弹簧15与轻质刚性杆13固定连接点位于轻质刚性杆13的同一圆周上。弹簧3、弹簧14、弹簧15与防抖进食装置的手持外壳2的固定连接点位于同一圆周上。弹簧3、弹簧14、弹簧15的弹簧轴线的间的夹角分别位120度。在未工作状态下，弹簧3、弹簧14、弹簧15构成的平面垂直于轻质刚性杆13的轴线，弹簧3、弹簧14、弹簧15的变形量完全相同。因此食物容器1通过与轻质刚性杆固13定连接后，在弹簧14、15、3与轻质刚性杆13的固定连接处具有挠性。在轻质刚性杆13的末端安装有多自由度加速度传感器8。

5、11、19为高频响音圈电机。4为高频响音圈电机5的安装底座，为高频响音圈电机5的安装提供安装固定基础，安装底座4与防抖进食装置的手持外壳2为一体。12为高频响音圈电机11的安装底座，为高频响音圈电机11的安装提供安装固定基础，安装底座18与防抖进食装置的手持外壳2为一体。18为高频响音圈电机19的安装底座，为高频响音圈电机19的安装提供安装固定基础，安装底座18与防抖进食装置的手持外壳2为一体。高频响音圈电机5的电机轴16与刚性连接杆17成直角固定连接，刚性连接杆17与轻质刚性杆13固定连接。高频响音圈电机5的电机轴16的轴线与刚性连接杆17的轴线构成的平面与轻质刚性杆13的轴线垂直。高频响音圈电机19的电机轴20与刚性连接杆21成直角固定连接，刚性连接杆21与轻质刚性杆13固定连接。高频响音圈电机19的电机轴20的轴线与刚性连接杆21的轴线构成的平面与轻质刚性杆13轴线垂直。高频响音圈电机11的电机轴22与刚性连接杆23成直角固定连接，刚性连接杆23与轻质刚性杆13固定连接。高频响音圈电机11的电机轴22的轴线与刚性连接杆23的轴线构成的平面与轻质刚性杆13的轴线垂直。刚性连接杆17、刚性连接杆21、刚性连接杆23与轻质刚性杆13的连接点在同一圆周上均布：刚性连接杆17、21、23的轴线在同一个平面，其轴线之间的夹角分别为120度。高频响音圈电机5的电机轴16与刚性连接杆17的连接点，高频响音圈电机19的电机轴20与刚性连接杆21的连接点、高频响音圈电机11的电机轴22与刚性连接杆23的连接点在同一圆周上均布（即前述三个连接点在同一圆周上）。因此，高频响音圈电机5的输出力方向为过电机轴16与刚性连接杆17的连接点在前述圆周上的切线方向，高频响音圈电机19力的输出方向为过电机轴20与刚性连接杆21的连接点在前述圆周上的切线方向，高频响音圈电机11力的输出方向为过电机轴22与刚性连接杆23的连接点在前述圆周上的切线方向。

7为高频响音圈电机6的安装底座，为高频响音圈电机7的安装提供安装固定基础，安装底座7与防抖进食装置的手持外壳2为一体。27为高频响音圈电机25的安装底座，为高频响音圈电机25的安装提供安装固定基础，安装底座27与防抖进食装置的手持外壳2为一体。9为高频响音圈电机10的安装底座，为高频响音圈电机10的安装提供安装固定基础，安装底座9与防抖进食装置的手持外壳2为一体。高频响音圈电机6的电机轴30与刚性连接杆31成直角固定连接，刚性连接杆31与轻质刚性杆13固定连接。电机轴30与刚性连接杆31构成的平面通过轻质刚性杆13的轴线。高频响音圈电机25的电机轴26与刚性连接杆24成直角固定连接，刚性连接杆24与轻质刚性杆13固定连接。电机轴26与刚性连接杆24构成的平面通过轻质刚性杆13的轴线。高频响音圈电机10的电机轴29与刚性连接杆28成直角固定连接，刚性连接杆28与轻质刚性杆13固定连接。电机轴29与刚性连接杆28构成的平面通过轻质刚性杆13的轴线。刚性连接杆31、24、28与轻质刚性杆13的固定连接点在轻质刚性杆13的同一圆周上，刚性连接杆31、24、28的轴线之间的夹角为120度。显然，高频响音圈电机6、25、10力的输出方向与轻质刚性杆13的轴线平行。

按图6所示的方式建立坐标的原点。其中o1表示进食工具中食物的坐标系原点，o4表示弹簧3、弹簧14、弹簧15的轴线在轻质刚性杆13的交点。o2表示刚性连接杆17、21、23的轴线与轻质刚性杆13轴线的交点，o3表示刚性连接杆31、24、28的轴线与轻质刚性杆13轴线的交点。o表示多自由度加速度传感器8的坐标原点。同时分别在o1、o2、o3、o建立如图7所示的坐标系o1x1y1z1、o2x2y2z2、o3x3y3z3、oxyz坐标系。在图7中，l1表示坐标原点o4和食物坐标系o1的距离，其中l2表示坐标点原点o2和坐标原点o4的距离，l3表示坐标原点o3和坐标原点o4的距离，其中l4表示坐标原点o和坐标原点o4的距离。通过安装在轻质刚性杆13的末端的六自由度加速度传感器8可以测得轻质刚性杆13末端的坐标系oxyz中的六个自由度的加速度。

当使用者握住防抖进食装置的手持外壳2时，在进食过程中其手的抖动将导致食物沿坐标系中o1x1y1z1的x1方向、y1方向、z1方向以及绕z1轴旋转方向发生抖动。

根据图7建立的坐标系以及坐标系原点间的距离，可以分析得知：通过多自由度加速度传感器8可以测得轻质刚性杆13末端传感器8安装位置处的oxyz坐标系下沿的ox方向、oy方向以及oz方向的加速度，分别用ax0、ay0、az0表示。手的抖动会使得食物在在坐标系o1x1y1z1中x1、y1、z1三轴的平动产生振动，用ax1、ay1、az1来表示食物在o1x1y1z1坐标系中沿x1、y1、z1三轴的平动加速度。根据图8的分析可知：根据几何关系近似可得：ax1l4=ax0l1、ay1l4=ay0l1、az1=az0，显然l4/l1的比值可以通过设计使其值大于1、因此多自由度加速传感器8处的抖动幅值将食物的抖动幅值进行了放大，从而可以提高多自由度加速度传感器信号8输出信号的幅值，提高信噪比。显然，z1和z同轴，因此多自由度加速度传感器8测得的坐标系oxyz中z轴的旋转加速度rz与坐标系中绕o1x1y1z1和绕z1轴的旋转加速度rz1相等。因此通过以上方法可以获得食物坐标系下o1x1y1z1的食物的抖动状态。

在获取食物的抖动状态后，为抑制和消除食物的抖动，因此需要对食物施加主动控制力。根据图9的分析：高频响音圈电机6、25、10的输出力分别为：tv1,tv2,tv3,且根据前面所述可知高频响音圈电机6、25、10电机的输出力与轻质刚性杆13的轴线方向平行。因此可以求得：在tv1、tv2、tv3的输出力的大小相等且方向相同的情况下，通过oxyz中z轴的作用力foz=(tv1+tv2+tv3)/3，显然通过z1轴和z轴共线，因此将对z1施加主动作用力，从而对食物坐标系o1x1y1z1中z1轴方向的抖动施加主动控制力。在o2xyz平面，假设高频响音圈电机5、19、11的输出力的大小分别为：th1、th2、th3其输出力的方向如图10（b）所示。根据图10分析可知：高频响音圈电机5、19、11对z2轴的施加的转矩：tz=(th1+th2+th3)r，其中r为过高频响音圈电机5的电机轴16与刚性连接杆17的连接点，高频响音圈电机19的电机轴20与刚性连接杆21的连接点、高频响音圈电机11的电机轴22与刚性连接杆23的连接点的圆周的半径，因为z2和z1同轴，因此，将对食物z1轴的转动的抖动施加主动控制力。同时在o2x2y2z2的x2轴方向的作用力为fo2x2=th3cos30°-th3cos30°，沿y2轴方向的作用力fo2y2=th2+th3sin30°-th1sin30°根据图10可知：fo1x1=fo2x2l1/l2,fo1y1=fo2y2l1/l2。因此，将对食物坐标系o1x1y1z1中x1，y1方向提供主动控制力。

根据以上分析，通过建立的坐标系和多自由度加速度传感8可以获得食物的z1轴的旋转抖动、x1、y1、z1轴的平动抖动，同时可以通过高频响音圈电机5、19、11对食物在z1轴的旋转抖动、x1y1轴的平动抖动施加主动控制力，高频响音圈电机6、25、10对食物在z1轴的平动抖施加主动控制力。因此可以根据图11所示的控制框图，采取反馈控制方法（如pid）对食物的抖动进行实时控制，对食物的抖动进行可控制和衰减，因此能够有效的改善使用者的手的抖动对进食的影响，从而提高进食质量和速度，改善生活质量。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以，凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。