本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)、輔助技術(shù)以及個(gè)人衛(wèi)生自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有軟體機(jī)器人清潔手的智能馬桶系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代社會(huì)，隨著人們對(duì)生活品質(zhì)與個(gè)人衛(wèi)生水平的關(guān)注日益增強(qiáng)，衛(wèi)生潔具的智能化與自動(dòng)化發(fā)展成為必然趨勢(shì)。智能化衛(wèi)生設(shè)施，尤其是智能馬桶，正在逐步取代傳統(tǒng)設(shè)備，成為家庭、醫(yī)院、賓館及公共場(chǎng)所的理想選擇。智能馬桶不僅具備基本的排便功能，更結(jié)合了清潔、除臭、座圈加熱、自動(dòng)沖水、健康監(jiān)測(cè)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，滿足用戶對(duì)舒適性、便利性與健康性的多維需求。其中特別受到用戶歡迎的功能包括肛門清洗、女性專用清洗、大便后深度清洗等，極大提升了如廁體驗(yàn)，也體現(xiàn)了人性化與技術(shù)融合的成果。

2、隨著技術(shù)的進(jìn)步，個(gè)人生活質(zhì)量的提升愈加依賴于技術(shù)的整合。傳感器、機(jī)器人、通信、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的進(jìn)步為居家醫(yī)療領(lǐng)域所需的服務(wù)提供了可能性。個(gè)人衛(wèi)生尤其是肛門衛(wèi)生在維護(hù)健康和保持身體整潔方面起著至關(guān)重要的作用。肛門清潔是排便后極為重要的衛(wèi)生實(shí)踐，不同文化和地區(qū)對(duì)肛門清潔的方法有所不同。

3、在西方國家，通常使用衛(wèi)生紙進(jìn)行清潔，這容易導(dǎo)致感染。相比之下，在日本，電動(dòng)坐浴馬桶(帶有水噴射功能)被廣泛用于肛門清潔，既能促進(jìn)手部衛(wèi)生，又能提供局部的舒適。然而，過度使用可能導(dǎo)致肛門瘙癢或肛門失禁。在其他文化中，由于成本原因，可能會(huì)使用破布、沙子、樹葉(包括海藻)、左手、玉米芯或棍棒進(jìn)行清潔。然而，由于肛門的形狀，徹底清潔可能具有挑戰(zhàn)性，尤其是肛門周圍的皮膚褶皺，如果清潔不當(dāng)，殘留的糞便可能會(huì)引發(fā)瘙癢、尿路感染、痔瘡以及其他皮膚問題。

4、鑒于此，亟需開發(fā)一種具有柔性執(zhí)行結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)控制能力和高度適應(yīng)性的智能化清潔裝置，根據(jù)用戶的實(shí)際坐姿與肛門位置，動(dòng)態(tài)調(diào)整清潔路徑和接觸壓力，提高清潔效率與使用舒適度，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、精準(zhǔn)、全面的肛門清潔操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提出一種帶有軟體機(jī)器人清潔手的智能馬桶系統(tǒng)，該馬桶系統(tǒng)集成了軟體機(jī)器人清潔執(zhí)行單元、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)與傳感感知模塊，根據(jù)用戶的實(shí)際坐姿與肛門位置，動(dòng)態(tài)調(diào)整清潔路徑和接觸壓力，從而有效提高清潔效率與使用舒適度；系統(tǒng)采用多自由度致動(dòng)結(jié)構(gòu)與柔性材料構(gòu)成的清潔手，具備人動(dòng)作特征，在保證安全性的同時(shí)提高了清潔覆蓋范圍與貼合性，同時(shí)通過多個(gè)單元協(xié)同清潔，基于傳感器驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)處理，解決了當(dāng)前服務(wù)自動(dòng)化能力不足的問題。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明帶有軟體機(jī)器人清潔手的智能馬桶系統(tǒng)包括馬桶裝置、導(dǎo)軌導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)單元、視覺單元和控制系統(tǒng)；導(dǎo)軌導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)單元上安裝有機(jī)械清潔臂；所述機(jī)械清潔臂一端連接有軟體機(jī)器人清潔手；所述控制系統(tǒng)內(nèi)有電子驅(qū)動(dòng)模塊。

3、軟體機(jī)器人清潔手包括手指、手掌和腱傳動(dòng)單元；所述手掌上設(shè)有水箱、壓電換能器，以及與壓電換能器連接的超聲波振動(dòng)發(fā)生器；所述壓電換能器與所述電子驅(qū)動(dòng)模塊連接；所述水箱連接有輸水單元和噴水清潔單元，所述噴水清潔單元為覆蓋在水箱上的帶噴頭的蓋板。

4、手指上分布有與輸水單元、超聲波振動(dòng)發(fā)生器和腱傳動(dòng)單元連接的傳感器，所述傳感器受到馬桶的接觸壓力時(shí)向控制系統(tǒng)發(fā)送啟閉輸水單元、啟動(dòng)超聲波振動(dòng)發(fā)生器和控制腱傳動(dòng)單元打開閉合手指的信號(hào)。

5、腱傳動(dòng)單元包括線性驅(qū)動(dòng)單元，以及與線性驅(qū)動(dòng)單元連接的人工腱；線性驅(qū)動(dòng)單元包括齒輪機(jī)構(gòu)、絲杠、絲杠螺母、線性導(dǎo)軌桿、初始支撐板、末端支撐板和碰撞傳感器；線性導(dǎo)軌桿穿過所述絲杠螺母，絲杠由固定在初始支撐板和末端支撐板的徑向軸承支撐；絲杠螺母上連接有驅(qū)動(dòng)電纜單元，末端支撐板上設(shè)有電纜支撐件和碰撞傳感器；電纜支撐件固定在驅(qū)動(dòng)電纜單元的另一端；齒輪機(jī)構(gòu)通過絲杠驅(qū)動(dòng)絲杠螺母線性運(yùn)動(dòng)。

6、導(dǎo)軌導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)單元包括固定底座、滾珠絲桿、光軸、滑塊、法蘭件、聯(lián)軸器、穩(wěn)定軸承，以及驅(qū)動(dòng)滑塊移動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)；滑塊上連接有安裝機(jī)械清潔臂的固定基座。

7、機(jī)械清潔臂包括與固定基座連接的第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)，所述第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)的輸出軸上有安裝支架，所述安裝支架上設(shè)有臂支撐單元，所述臂支撐單元一端連接有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元和垂直驅(qū)動(dòng)單元，所述垂直驅(qū)動(dòng)單元上連接有軟體機(jī)器人清潔手。

8、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元連接有旋轉(zhuǎn)軸承和第三伺服電機(jī)。

9、垂直驅(qū)動(dòng)單元連接有第四伺服電機(jī)，第四伺服電機(jī)連接有旋轉(zhuǎn)軸。

10、驅(qū)動(dòng)電纜單元包括第一致動(dòng)電纜和第二致動(dòng)電纜，第一致動(dòng)電纜和第二致動(dòng)電纜的一端連接在絲杠螺母上，另一端連接在電纜支撐件上。

11、控制系統(tǒng)的機(jī)器人清潔單元通過rgb和深度圖像捕捉馬桶系統(tǒng)的目標(biāo)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸至云服務(wù)器進(jìn)行檢測(cè)和定位，控制軟體機(jī)器人手進(jìn)行清潔。

12、輸水單元包括帶有電動(dòng)泵的液體儲(chǔ)存箱，液體儲(chǔ)存箱與水箱之間連接有軟管，所述電動(dòng)泵與軟管之間連接有脈沖閥。

13、軟體機(jī)器人清潔手的手指上分布有力敏電阻傳感器，力敏電阻傳感器控制輸水單元的水泵、超聲波振動(dòng)發(fā)生器以及線性驅(qū)動(dòng)單元的啟動(dòng)，同時(shí)檢測(cè)接觸壓力。

14、軟體機(jī)器人清潔手內(nèi)嵌有電子皮膚，電子皮膚控制馬桶系統(tǒng)和云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取與處理。

15、工作原理：本發(fā)明的智能馬桶系統(tǒng)配有機(jī)械清潔臂和由柔性材料制成的軟體機(jī)器人清潔手，輔助排便后的清潔。機(jī)械清潔臂用來對(duì)清潔部位如肛門和生殖器清潔。軟體機(jī)器人清潔手由柔性材料和人工腱設(shè)計(jì)而成，模仿人手的動(dòng)作。軟體機(jī)器人清潔手配備了超聲波振動(dòng)清潔單元、輸水單元、噴水清潔單元和腱傳動(dòng)單元。超聲波振動(dòng)清潔單元和噴水清潔單元集成在軟體機(jī)器人清潔手中，這兩個(gè)單元協(xié)同工作，進(jìn)行全面清潔。超聲波振動(dòng)清潔單元由高頻超聲波振動(dòng)元件組成。該元件通過水箱中的超聲波振動(dòng)產(chǎn)生空化和微氣泡，增強(qiáng)清潔效果。水箱位于手掌內(nèi)部，配備了一系列噴頭用于清潔肛門。超聲波振動(dòng)與噴水的結(jié)合確保了肛門區(qū)域的糞便高效清除，同時(shí)溫和且舒適?？刂葡到y(tǒng)調(diào)節(jié)水箱中的水量及超聲波振動(dòng)清潔單元的運(yùn)行，確保清潔過程的精確時(shí)間和強(qiáng)度。該系統(tǒng)監(jiān)控水溫、流量和超聲波振動(dòng)頻率參數(shù)，根據(jù)用戶的具體需求進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)中的傳感器檢測(cè)肛門位置及糞便去除完成情況，自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)行清潔。

16、本發(fā)明的人工腱被集成到軟體機(jī)器人清潔手中，沿著手指延伸，以增強(qiáng)清潔能力。人工腱通過絲杠螺桿、螺母機(jī)構(gòu)與電機(jī)連接，并通過自動(dòng)清潔調(diào)整的電纜環(huán)系統(tǒng)，產(chǎn)生必要的拉力并增強(qiáng)電纜行程。

17、該軟體機(jī)器人清潔手還配備了安裝在三個(gè)手指上的柔性壓力傳感器fsr402，該柔性壓力傳感器采用硅膠橡膠包覆，以防止壓力傳感器受到水的影響。這些觸覺傳感器在激活和調(diào)節(jié)清潔機(jī)制中起著關(guān)鍵作用。當(dāng)壓力傳感器與肛門接觸時(shí)，向控制系統(tǒng)的主控制器發(fā)送三個(gè)信號(hào)：第一路觸發(fā)水泵工作20秒后自動(dòng)關(guān)閉供水系統(tǒng)；第二個(gè)信號(hào)用于啟動(dòng)超聲波振動(dòng)發(fā)生器；第三個(gè)信號(hào)則用于控制負(fù)責(zé)手指運(yùn)動(dòng)(彎曲以打開和閉合手指)的線性執(zhí)行器。同時(shí)，壓力傳感器還持續(xù)監(jiān)測(cè)施加的接觸壓力，以確保在與肛門接觸期間保持適當(dāng)?shù)膲毫?，從而避免不適或損傷。

18、智能馬桶系統(tǒng)采用的深度攝像頭從不同角度捕捉圖像，全面采集肛門周圍的污垢位置數(shù)據(jù)，輔助手部機(jī)器人清潔難以觸及的糞便區(qū)域。深度攝像頭收集肛門污垢位置的數(shù)據(jù)后，將信息發(fā)送至云服務(wù)器進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。處理后的數(shù)據(jù)傳輸給機(jī)器人和手部機(jī)器人，以協(xié)同進(jìn)行清潔，確保軟體手與機(jī)器人之間的高效配合。

19、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

20、(1)本發(fā)明集成有機(jī)械清潔臂的智能馬桶系統(tǒng)用于患者或老年人排便后清潔輔助，本發(fā)明中具有三個(gè)自由度的機(jī)械清潔臂，采用優(yōu)質(zhì)材料，操作平穩(wěn)，用于肛門清潔，減少了與人體廢物的直接接觸，降低了污染風(fēng)險(xiǎn)。

21、(2)本發(fā)明中集成有五指的軟體機(jī)器人清潔手，能夠自主進(jìn)行排便后的肛門清潔，且超聲波振動(dòng)發(fā)生器和噴水清潔單元集成在軟體機(jī)器人清潔手中，以優(yōu)化肛門的清潔過程。噴水清潔單元通過產(chǎn)生高頻振動(dòng)和噴水來協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)徹底、高效的清潔；通過高頻振動(dòng)和水噴霧，溫和而有效地去除糞便。

22、(3)本發(fā)明中的軟體機(jī)器人清潔手為由熱塑性聚氨酯(tpu)制成的軟結(jié)構(gòu)，集成傳感器提供精確的反饋，人工電纜或腱控制手指運(yùn)動(dòng)。該軟體機(jī)器人清潔手模仿人手的動(dòng)作，高效地與柔軟或敏感的身體部位互動(dòng)。

23、(4)本發(fā)明采用線性驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的腱張緊結(jié)構(gòu)，便于手指伸展-屈曲進(jìn)行肛門清潔，減少了患者對(duì)外界協(xié)助的依賴感，提升他們的獨(dú)立生活能力并維護(hù)其尊嚴(yán)。

24、(5)本發(fā)明的智能馬桶系統(tǒng)適用于所有人群包括患者受傷或因疾病康復(fù)期間行動(dòng)受限的患者。其自動(dòng)化清潔功能減少了對(duì)人員直接干預(yù)的依賴，有助于維持良好的衛(wèi)生狀況，從而促進(jìn)更快的康復(fù)過程，同時(shí)有效減輕人的心理負(fù)擔(dān)與壓力。

25、(6)本發(fā)明通過攝像頭傳感器、機(jī)械清潔臂、數(shù)據(jù)收集及控制系統(tǒng)的協(xié)同工作，自動(dòng)化肛門清潔的整體效率顯著提高。攝像頭傳感器檢測(cè)糞便清除完成情況，機(jī)械清潔臂高效執(zhí)行清潔任務(wù)，減少了用戶的參與；控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水流和清潔時(shí)間，減少了水和資源的消耗。

26、(7)本發(fā)明的軟體機(jī)器人清潔手由柔性材料制成，結(jié)合超聲波振動(dòng)，相較于傳統(tǒng)清潔方式，提升了用戶的舒適度。軟性材料與用戶身體貼合，減少不適或刺激感，而超聲波振動(dòng)則通過松動(dòng)糞便而無需施加過多壓力，特別適用于皮膚敏感或行動(dòng)不便的個(gè)體，提高了用戶的舒適度。

27、(8)本發(fā)明通過共享攝像頭傳感器、機(jī)械清潔臂及控制系統(tǒng)的硬件資源和任務(wù)處理降低了成本，高效的集成減少了組件使用，降低了生產(chǎn)和維護(hù)成本。