助餐机器人属于服务机器人范畴,它通过模拟正常人进食时餐勺的取餐、送餐和喂餐动作,帮助手残患者进餐。世界上肢体残疾人众多,而这些肢体残疾患者中上肢残疾患者又占有很大比例。因而设计一款实用的助餐机器人来帮助手残患者进食十分重要。本文在分析了现有助餐机器人的优缺点后,把助餐机器人的机械本体设计成旋转餐桌、三自由度助餐机械手和张合餐勺的结构。基于真人用餐的情况,用Simulink和SimMechanics仿真工具对助餐机器人进行了运动空间分析,设计了机器人各部分的合理尺寸。用D-H方法建立了坐标变换矩阵,推算出了助餐机器人运动学方程的正、逆解:并运用MATLAB/Simulink以及SimMechanics对助餐机器人进行了运动学仿真研究,验证了运动学分析的正确性。在基于真人就餐餐勺实际位姿变化的基础上,进行了机器人的助餐全过程轨迹规划。轨迹规划在关节空间中进行,餐勺取餐和喂餐时为CP运动方式,采用三次样条插值法对机器人进行轨迹规划;餐勺复位段、从复位点运动到准备取食点以及送餐段为PTP运动方式,采用普通的三次多项式插值。这两种方式设计的餐勺轨迹光滑平稳。助餐机器人因为服务对象为残疾人,控制逻辑一定要严密,以免发生危险,因而引入有限状态机理论,运用MATLAB/Stateflow对助餐机器人的输入控制时序逻辑进行了建模与仿真,生成了可用于实际控制的时序逻辑。