一种打菜机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体地说是一种打菜机器人。

背景技术：

现在的学生食堂都是由食堂员工来手动打菜，无法实现自动化。

另外，付费都是学生通过ic卡食堂收费机上刷卡，并不十分方便。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种自动打菜的机器人。

为实现上述目的，设计一种打菜机器人，其特征在于：

包括固定架、驱动装置、联动装置、仿真臂、菜铲、盛菜盆；

所述的固定架包括底架、固定在底架上方的侧板；

所述的联动装置包括四个凸轮、凸轮轴、下臂固定轴、三个下驱动臂、三个上驱动臂、驱动臂连接杆、节套轴；

所述的节套轴包括外端皮带轮轴、上臂联动轴套、内端皮带轮轴套；所述的外端皮带轮轴包括外端皮带轮、与外端皮带轮的一侧圆心处垂直连接的转轴；所述的上臂联动轴套包括固定板、与固定板一侧垂直连接的中间轴套；所述的内端皮带轮轴套包括内端皮带轮、与内端皮带轮的一侧轴孔处垂直连接的外层轴套；所述的外端皮带轮轴的转轴嵌设在上臂联动轴套的中间轴套内，中间轴套再嵌设在内端皮带轮轴套的外层轴套内，且外端皮带轮、固定板、内端皮带轮之间分别设有间距；外端皮带轮轴的转轴的端头凸出于中间轴套的端头之外，中间轴套的端头凸出于外层轴套的端头；

所述的节套轴的轴部从外侧依次水平穿过固定架的外侧的、内侧的侧板的近上部，且节套轴的外端皮带轮、固定板、内端皮带轮均位于外侧的侧板外，转轴的端部的局部、中间轴套的端部、外层轴套的端部均位于内外两个侧板之间；

所述凸轮轴的两端固定在所述节套轴下方处的内外两个侧板上，且凸轮轴的外侧的端头位于外侧的侧板之外；所述的四个凸轮间隔固定套设在凸轮轴上，任意相邻的两个凸轮的相向面上分别设有对称的曲线凹槽，下驱动臂的中间设有销柱，销柱的两端分别嵌入位于其两侧的相应的两个凸轮的曲线凹槽内；

下臂固定轴的两端固定在位于凸轮轴下方后侧处的内外两个侧板上；下驱动臂的后端轴接在下臂固定轴上，下驱动臂的前端轴接驱动臂连接杆的一端；

三个上驱动臂的后端分别固定套接在外端皮带轮轴的转轴端部上、中间轴套的端部上、外层轴套的端部上；上驱动臂的前端分别轴接在相应的驱动臂连接杆的另一端上；

所述驱动装置包括电机、主动齿轮、从动齿轮、齿环带；所述的电机的端面固定在任一侧板上，电机的输出轴贯穿外侧的侧板且采用联轴器轴接主动齿轮，所述的从动齿轮轴接在凸轮轴的外侧的端头上，主动齿轮与从动齿轮之间采有齿环带链接；

所述的仿真臂包括上臂杆、下臂杆、两个侧锥形齿轮、锥形齿轮、u形轴耳件、连接轴；所述的上臂杆的上端的内侧面开设有上u形槽，上臂杆的下端的前侧面开设有下u形槽，所述固定板嵌套固定在所述上u形槽内；u形轴耳件的开口处的两侧轴耳分别轴接连接轴的两端，两侧轴耳的内侧的连接轴上分别套设两个下皮带轮，两个下皮带轮之间的连接轴上分别贯穿上臂杆的下端，且两个下皮带轮的盘面与u形轴耳件的轴耳固定，上臂杆的下u形槽内的连接轴上分别套设两个侧锥形齿轮；其中，位于外侧的下皮带轮与连接轴固定连接，位于内侧的下皮带轮与连接轴为光滑套接；位于外侧的侧锥齿轮与连接轴为光滑套接，位于内侧的侧锥齿轮与连接轴固定连接；两个侧锥形齿轮之间啮合同一个锥形齿轮，朝向前侧的锥形齿轮的连接端面固定连接下臂杆的上端；下臂杆的下端贯穿u形轴耳件的底板；

外端皮带轮、内端皮带轮分别采用皮带对应连接两个下皮带轮；

所述的仿真臂的下臂杆的下端固定连接菜铲的手柄的上端；所述的菜铲的铲部位于盛菜盆内，所述的盛菜盆的前侧面设有搁置餐盘用的餐盘搁架。

所述的外端皮带轮轴的转轴的端部以及内端皮带轮轴套的外层轴套与贯穿处的内、外两个侧板之间分别设有固定轴套。

所述的节套轴与凸轮轴的中心轴线在同一垂直面上平行，下臂固定轴位于所述垂直面的后方。

所述的下臂杆采用圆柱形，所述的u形轴耳件的底板与下臂杆之间设有滚珠轴承。

所述的侧板的顶部、底部分别设有上盖板、下盖板，侧板的前后分别设有面板。

所述的盛菜盆搁置在底层框架内，所述的餐盘搁架设置在底层框架上。

所述的联动装置、仿真臂、菜铲、盛菜盆分别左右对称设有两个；

所述的驱动装置设有两个；

所述的两个左右对称布置的联动装置之间共用一个内侧的侧板；

且两个外侧的侧板宽于共用的内侧的侧板，使在垂直投影面上形成凹槽结构，所述凹槽结构内用于容纳驱动装置中的电机；

所述的驱动装置中的两个电机上下布置，且两个电机的输出端分别朝向左右两侧。

所述的电机的信号控制端连接控制芯片的信号输出端，控制芯片的相应引脚上还分别连接有电源转换电路、固态继电器、ic卡读写器，ic卡读写器与充值ic卡通讯启动电源驱动电机旋转并扣款改写充值ic卡内的金额。

还包括用于检测仿真臂位置用的位置传感器、检测餐盘用的光电传感器；所述的位置传感器设置在仿真臂的上臂杆内，所述的光电传感器设置在餐盘搁架上；所述的位置传感器的信号输出端及光电传感器的信号输出端分别电连接控制芯片的相应信号输入端。

所述的上盖板上轴接旋转轴的下端，旋转轴的上部连接仿真头部，仿真头部内置舵机，舵机的输出轴采用另一联轴器轴接旋转轴的上端；且仿真头部的前侧设有显示面板，舵机的信号控制端、显示面板的输入端分别连接控制芯片的相应信号端。

本发明同现有技术相比，通过驱动装置来带动联动装置运动，从而模仿手臂的打菜动作，实现自动化打菜；进一步的，还可通过刷卡来启动驱动装置，并进行扣款。

附图说明

图1是本发明的立体结构图。

图2是本发明的另一角度的立体结构图。

图3本发明拆除前面板和上盖板、盛菜盆后的立体图。

图4本发明中拆除其中一套联动装置、驱动装置后的立体图。

图5为本发明中联动装置中上、下驱动臂分别与节套轴与下臂固定轴的立体装配图。

图6为本发明中仿真臂中下臂杆处的立体结构图。

图7～图10分别为本发明中四个凸轮的主视图。

图11为本发明中外端皮带轮轴的立体图。

图12为本发明中上臂联动轴套的立体图。

图13为本发明中内端皮带轮轴套的立体图。

图14为本发明中凸轮轴的立体图。

图15为本发明中上驱动臂的立体图。

图16为本发明中下驱动臂的立体图。

图17为本发明中上臂杆的立体图。

图18为本发明中外侧的侧板的立体图。

图19～30为本发明中各个电路部分的电路图，其中，图19为控制芯片的电路图；图20为双路固态继电器的电路图；图21为电源转换电路。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步地说明。

实施例1

打菜机器人可以设一个仿真臂，也要以设两个。本例中以两个仿真臂的机器人为例。具体如下：

参见图1～图18，一种打菜机器人，其特征在于：

包括固定架、驱动装置2、联动装置、仿真臂4、菜铲5、盛菜盆6；

所述的固定架包括底架1-1、固定在底架上方的侧板1-2；

所述的联动装置包括四个凸轮3-71～3-74、凸轮轴3-1、下臂固定轴3-2、三个下驱动臂3-3、三个上驱动臂3-4、驱动臂连接杆3-5、节套轴3-6；

所述的节套轴3-6包括外端皮带轮轴3-61、上臂联动轴套3-62、内端皮带轮轴套3-63；所述的外端皮带轮轴3-61包括外端皮带轮3-611、与外端皮带轮的一侧圆心处垂直连接的转轴3-612；所述的上臂联动轴套3-62包括固定板3-621、与固定板一侧垂直连接的中间轴套3-622；所述的内端皮带轮轴套3-63包括内端皮带轮3-631、与内端皮带轮的一侧轴孔处垂直连接的外层轴套3-632；所述的外端皮带轮轴的转轴3-612嵌设在上臂联动轴套的中间轴套3-622内，中间轴套3-622再嵌设在内端皮带轮轴套的外层轴套3-632内，且外端皮带轮3-611、固定板3-621、内端皮带轮3-631之间分别设有间距；外端皮带轮轴的转轴3-612的端头凸出于中间轴套3-622的端头之外，中间轴套3-622的端头凸出于外层轴套3-632的端头；

所述的节套轴3-6的轴部从外侧依次水平穿过固定架的外侧的、内侧的侧板1-2的近上部，且节套轴3-6的外端皮带轮3-611、固定板3-621、内端皮带轮3-631均位于外侧的侧板外，转轴3-612的端部的局部、中间轴套3-622的端部、外层轴套3-632的端部均位于内外两个侧板之间；

所述凸轮轴3-1的两端固定在所述节套轴3-6下方处的内外两个侧板1-2上，且凸轮轴3-1的外侧的端头位于外侧的侧板1-2之外；所述的四个凸轮3-71～3-74间隔固定套设在凸轮轴3-1上，任意相邻的两个凸轮的相向面上分别设有对称的曲线凹槽3-8，下驱动臂3-3的中间设有销柱3-31，销柱3-31的两端分别嵌入位于其两侧的相应的两个凸轮的曲线凹槽3-8内；

下臂固定轴3-2的两端固定在位于凸轮轴3-1下方后侧处的内外两个侧板1-2上；下驱动臂3-3的后端轴接在下臂固定轴3-2上，下驱动臂3-3的前端轴接驱动臂连接杆3-5的一端；

三个上驱动臂3-4的后端分别固定套接在外端皮带轮轴的转轴3-612端部上、中间轴套3-622的端部上、外层轴套3-632的端部上；上驱动臂3-4的前端分别轴接在相应的驱动臂连接杆3-5的另一端上；

所述驱动装置2包括电机2-1、主动齿轮2-2、从动齿轮2-3、齿环带2-4；所述的电机2-1的端面固定在任一侧板1-2上，电机2-1的输出轴贯穿外侧的侧板1-2且采用联轴器轴接主动齿轮2-2，所述的从动齿轮2-3轴接在凸轮轴3-1的外侧的端头上，主动齿轮2-2与从动齿轮2-3之间采有齿环带2-4链接；

所述的仿真臂4包括上臂杆4-1、下臂杆4-2、两个侧锥形齿轮4-3、锥形齿轮4-4、u形轴耳件4-5、连接轴4-6；所述的上臂杆4-1的上端的内侧面开设有上u形槽4-11，上臂杆4-1的下端的前侧面开设有下u形槽4-12，所述固定板3-621嵌套固定在所述上u形槽4-11内；u形轴耳件4-5的开口处的两侧轴耳分别轴接连接轴4-6的两端，两侧轴耳的内侧的连接轴4-6上分别套设两个下皮带轮4-7，两个下皮带轮4-7之间的连接轴4-6上分别贯穿上臂杆4-1的下端，且两个下皮带轮4-7的盘面与u形轴耳件4-5的轴耳固定，上臂杆4-1的下u形槽4-12内的连接轴4-6上分别套设两个侧锥形齿轮4-3；其中，位于外侧的下皮带轮4-7与连接轴4-6固定连接，位于内侧的下皮带轮4-7与连接轴4-6为光滑套接；位于外侧的侧锥齿轮4-3与连接轴4-6为光滑套接，位于内侧的侧锥齿轮4-3与连接轴4-6固定连接；两个侧锥形齿轮4-3之间啮合同一个锥形齿轮4-4，朝向前侧的锥形齿轮4-4的连接端面固定连接下臂杆4-2的上端；下臂杆4-2的下端贯穿u形轴耳件4-5的底板；

外端皮带轮3-611、内端皮带轮3-631分别采用皮带4-8对应连接两个下皮带轮4-7；

所述的仿真臂4的下臂杆4-2的下端固定连接菜铲5的手柄的上端；所述的菜铲5的铲部位于盛菜盆6内，所述的盛菜盆6的前侧面设有搁置餐盘用的餐盘搁架6-2。本例中盛菜盆6可设计为锥斗状。

本案中，所述的四个凸轮3-71～3-74的外轮廓分别采用圆形。

初始状态，仿真手臂处于下垂状态，菜铲的铲部位于盛菜盆6底部，工作时电机2-1启动带动凸轮轴3-1及其上的四个凸轮3-71～3-74一起旋转，而同时旋转的四个凸轮通过各自的销柱3-31依次带动下驱动臂、驱动臂连接杆3-5、上驱动臂3-4沿凸轮的曲线凹槽3-8的轨迹运动，三个上驱动臂3-4的旋转运动再带动各自连接的外端皮带轮轴3-61、上臂联动轴套3-62、内端皮带轮轴套3-63旋转。本案中，三列上、下驱动臂由于三个销柱3-31所销接的曲线凹槽各自设计不同，导致运动轨迹各不相同，从而使外端皮带轮轴3-61、上臂联动轴套3-62、内端皮带轮轴套3-63的旋转角度和顺序先后有所不同，实现菜铲5进行下落、铲菜、升起、翻转倒菜、收回一系列的动作。其中，上臂联动轴套3-62主要带动上臂杆4-1绕x轴旋转，从而带动u形轴耳件4-5做上下旋转运动，并带动下臂杆4-2一起做上下旋转运动，而外端皮带轮轴3-61又带动下皮带轮4-7做旋转运动，从而带动连接轴4-6旋转，连接轴4-6又带动内侧的侧锥形齿轮4-3一起旋转运动，侧锥形齿轮4-3带动锥形齿轮4-4旋转运动，其中外侧的侧锥形齿轮4-3配合内侧的侧锥形齿轮4-3对锥形齿轮4-4起到稳固作用；锥形齿轮4-4带动下臂杆4-2做绕y轴的旋转运动。

进一步的，所述的外端皮带轮轴的转轴3-612的端部以及内端皮带轮轴套的外层轴套3-632与贯穿处的内、外两个侧板1-2之间分别设有固定轴套3-9。

进一步的，所述的节套轴3-6与凸轮轴3-1的中心轴线在同一垂直面上平行，下臂固定轴3-2位于所述垂直面的后方。

进一步的，所述的下臂杆4-2采用圆柱形，所述的u形轴耳件4-5的底板与下臂杆4-2之间设有滚珠轴承4-9。当然本案中，u形轴耳件4-5之间还可以设多个连接板，下臂杆4-2穿过这些连接板，并且下臂杆4-2与连接板之间也设另一滚珠轴承。

进一步的，所述的侧板1-2的顶部、底部分别设有上盖板1-3、下盖板1-4，侧板1-2的前后分别设有面板1-5。这样方便联动装置的整体拿取，本案中也可将联动装置放置在一个仿真的身体或趣味造型的身体内，在上盖板1-3上还可安装仿真头部。

进一步的，所述的盛菜盆6搁置在底层框架6-1内，所述的餐盘搁架6-2设置在底层框架6-1上。

进一步的，所述的联动装置、仿真臂4、菜铲5、盛菜盆6分别左右对称设有两个；

所述的驱动装置2设有两个；

所述的两个左右对称布置的联动装置之间共用一个内侧的侧板1-2；

且两个外侧的侧板1-2宽于共用的内侧的侧板1-2，使在垂直投影面上形成凹槽结构，所述凹槽结构内用于容纳驱动装置中的电机2-1；所述的驱动装置中的两个电机2-1上下布置，且两个电机2-1的输出端分别朝向左右两侧。

进一步的，参见图19～图30，所述的电机的信号控制端连接控制芯片的信号输出端，控制芯片的相应引脚上还分别连接有电源转换电路、固态继电器、ic卡读写器，ic卡读写器与充值ic卡通讯启动电源驱动电机旋转并扣款改写充值ic卡内的金额。本例中ic卡读写器采用ic中文语音消费机，型号yhcxf-850/950，其通过图29中所示的接线端子与控制芯片通讯。ic卡读写器与充值ic卡通讯启动电源驱动电机旋转并扣款改写充值ic卡内的金额。这样设计，使人们通过刷卡来启动电机旋转一圈，从而带动仿真臂运动，实现菜铲从盛菜和倾倒、再复位的动作。本例中，电机采用交流电机，其启动电容采用cbb61，参见图25；参见图20，所述的固态继电器为双路固态继电器sad4010d，控制电机正反转；参见图19，所述的控制芯片采用stm32f103c8t6单片机，其sram为20k，flash为64k；所述的电源转换电路采用lm1117电源芯片，参见图21。

进一步的，还包括用于检测仿真臂位置用的位置传感器、检测餐盘用的光电传感器；所述的位置传感器设置在仿真臂4的上臂杆4-1内，所述的光电传感器设置在餐盘搁架6-2上；所述的位置传感器的信号输出端及光电传感器的信号输出端分别电连接控制芯片的相应信号输入端。工作流程：主板采用5v供电，为各路传感器提供5v电源。电源转换电路将5v电源转换3.3v为控制芯片提供电源。打菜机器人上电后，首先检测位置传感器，若仿真臂在初始位则不动作，若不在，控制芯片通过双路固态继电器控制电机反转，让仿真臂回到初始位后停止。当检测到刷卡扣费成功后，开始通过光电传感器检测有无餐盘，无餐盘则一直等待，若有餐盘，则开启打菜动作。

进一步的，所述的上盖板1-3上轴接旋转轴的下端，旋转轴的上部连接仿真头部，仿真头部内置舵机，舵机的输出轴采用另一联轴器轴接旋转轴的上端；且仿真头部的前侧设有显示面板，舵机的控制端、显示面板的输入端分别连接控制芯片的相应信号端，本案图中未示出仿真头部。本例中舵机采用hitechsr-5990tg机器人用数字舵机。这里显示面板可用于显示ic卡内余额。