一种抓取式全自动搅拌、清洗饮品制作装置及制作方法与流程

本发明涉及一种抓取式全自动搅拌、清洗装置及制作方法，属于机器人技术领域。

背景技术：

现有的无人新零售自动化饮品制作时，常用的方法是利用固定在基座上的搅拌装置，例如搅拌杯、搅拌机、搅匀机等，先将各种物料逐一加入搅拌装置中，待物料齐全后进行搅拌或搅匀，然后再转移到其他容器，或者在封闭容器内进行摇晃摇匀，之后机械臂再执行其他制作动作，制作效率低下。

现有的自动化饮品制作时，需要人工清洗搅拌装置，或者完成一杯饮品的制作后不清洗搅拌装置。这就导致当前饮品混入了之前饮品的味道，影响口感，人工清洗又导致了效率低下，无法实现全自动。

如何提供一种抓取式的搅拌、清洗抓取式饮品制作装置，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抓取式全自动搅拌、清洗装置及制作方法，可以实现在机器人或机械臂运动过程中同步进行搅拌，搅拌装置的启动与停止、转速调节等功能集成到机械臂控制器，实现位置运动和搅拌动作同步进行,在制作完成后可以完成自动清洗，全程无人参与，有助于极大提高制作目标生产效率。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种抓取式全自动搅拌、清洗饮品制作装置，包括机械臂、搅拌装置、自动清洗装置以及机械臂控制器；

所述机械臂在机械臂控制器的控制下进行多自由度的运动；在机械臂控制器控制下抓取所述搅拌装置；

所述机械臂控制器控制机械臂带动搅拌装置置于各个落料点接取物料，开始接料同时开始搅拌，持续搅拌设定时常后，停止搅拌；接料完成后机械臂带动搅拌装置转移到交付位置，待搅拌停止后，将搅拌装置内的物料倾倒转移至交付位置；调整机械臂末端的姿态使得搅拌装置倒扣于自动清洗装置喷头的正上方，进行清洗。

优选的，自动清洗装置包括清洗喷头，电磁开关阀；电磁开关阀连接到机械臂控制器，通过机械臂控制器控制启动与停止，当电磁开关阀启动后，水流经进水管进入，由清洗喷头喷出。

优选的，清洗喷头包括固定部和旋转部，二者通过密封轴承连接，固定部与电磁开关阀的出口法兰连接，旋转部能够相对喷头固定部转动；旋转部为中空圆柱体，侧面均匀设置n个出水口，n≥2，顶面设置一字形开口，侧面的出水口为偏心设置，喷出的水流推动清洗喷头的旋转部相对于喷头固定部能够旋转，实现旋转喷水。

优选的，清洗喷头清洗使用70°以上的热水，入水水压大于0.7mpa。

优选的，搅拌装置包括搅拌杯体，搅拌刀头，联轴器，搅拌电机，搅拌控制模块，电连接器，连接件；

电机设置在搅拌杯体的底部的电器舱内，联轴器用于连接电机和搅拌刀头的转轴，搅拌控制模块设置在电器舱内，用于接收机械臂控制器发送的搅拌开启和搅拌结束信号，控制搅拌电机开启和关闭；搅拌刀头的搅拌刀片位于搅拌杯体的搅拌舱内；连接件匹配连接机械臂末端；电连接器与机械臂的电气连通。

优选的，搅拌杯杯体为圆柱形或者开口大的圆台体，内有均布肋边，数量大于3，肋边高度为杯体搅拌舱高度的1/3～1/2，为上小下大肋片结构。

优选的，连接件包括与搅拌装置搅拌杯体轴线平行设置的抓柄，抓柄上下端分别通过把手连接搅拌杯，把手两侧设置定位弧槽，抓柄的外端为圆柱形，两侧为锥面，圆柱形外端为电气对接端，线缆经把手连接搅拌电机。

优选的，抓取部件包括位置定位头，公位限位件、母位限位件以及姿态定位头；公位限位件和母位限位件能够在抓取电机的驱动下同步反向向内转动，抱紧抓柄；位置定位头具有凹槽，凹槽底部为电气对接端，凹槽两侧的锥度与抓柄的锥面的锥度相同，实现对抓柄的匹配定位，公位限位件和母位限位件在机械臂控制器的控制下向内交叉，将抓柄紧固至位置定位头的凹槽，并将抓柄的电气对接端连接至抓取部件的电气对接端；两侧的姿态定位头接触把手两端的定位弧槽进行抓取定位，对姿态定位头进行限位。

优选的，搅拌电机具有高速、中速、低速三种转速，在机械臂控制器的控制下选择不同的转速旋转。

优选的，机械臂控制器根据调制饮品的类型设置搅拌装置的转速；当有冰块存在于饮品中时采用低速搅拌，当有黏稠液体且没有冰块存在时采用中速搅拌；当仅有粉末和非黏稠液体，或仅有非黏稠液体时采用高速搅拌。

优选的，机械臂控制器根据调制饮品的物料性质设置不同的搅拌停止时间，当有冰块存在于饮品中时搅拌时长为到交付位置停止或者再延续一段时间；当有黏稠液体存在且没有冰块存在时搅拌时间为到交付位置停止；当仅有粉末和非黏稠液体，或仅有非黏稠液体，搅拌时间为到交付位置停止。

同时提供一种采用所述的抓取式全自动搅拌、清洗饮品装置制作方法，包括如下步骤：

(1)机械臂控制器控制机械臂带动搅拌装置置于落料点的位置，接取物料，开始接料同时进行搅拌，完成各个落料点接取物料，并在接取物料的过程中保持搅拌，接料完成后，根据物料性质设置不同的搅拌停止时间，在接料完成后机械臂直接带动搅拌装置转移到交付位置，并在转移过程中继续搅拌，如果到交付位置已经完成搅拌则直接将搅拌装置内的物料倾倒转移至交付位置，如果到交付位置未完成搅拌，则待搅拌完成后将搅拌装置内的物料倾倒转移至交付位置；

(2)完成当前饮品的交付后，机械臂控制器调整机械臂末端的姿态使得搅拌装置倒扣于清洗喷头的正上方，使得清洗喷头插入搅拌装置中；机械臂控制器下启动信号，使电磁开关阀打开，开始清洗，设定时常后，机械臂控制器下发停止信号，电磁开关阀关闭，停止清洗，控制机械臂带动搅拌装置回到准备位置或者执行下一次接取物料的操作。

优选的，当搅拌杯体污损或老化，或者搅拌装置出现故障时，控制机械臂抓取部件松开搅拌装置；更换搅拌装置后，将搅拌装置放置在公位限位件和母位限位件的抓取范围内，所述机械臂控制器控制公位限位件和母位限位件抱紧抓柄。

优选的，清洗喷头清洗使用70°以上的热水，入水水压大于0.7mpa。

优选的，用户根据所需达到的饮品制作效果设置搅拌装置的搅拌速度或搅拌时长。

优选的，当有冰块存在于饮品中时搅拌时长为到交付位置停止或者再延续一段时间，采用低速搅拌；当有黏稠液体存在且没有冰块存在时搅拌时间为到交付位置停止，采用中速搅拌；当仅有粉末和非黏稠液体，或仅有非黏稠液体，搅拌时间为到交付位置停止，采用高速搅拌。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明涉及一种用于运动中的机器人或机械臂上的搅拌方法，可以实现在机器人或机械臂运动过程中同步进行搅拌，搅拌装置的启动与停止、转速调节等功能集成到机械臂控制器，实现位置运动和搅拌动作同步进行,在制作完成后可以完成自动清洗，全程无人参与，有助于极大提高制作目标生产效率。在利用机械臂无人制作奶茶、咖啡、冷饮等饮品的无人制作、贩卖等场合，有利于提高单位时间的制作效率。

(2)本发明可在机械臂运动的同时，同步进行搅拌或搅匀，既能充分进行搅拌，又能提高制作效率。

(3)本发明搅拌完成后能够进行高温旋转式冲洗，避免了高频率更换搅拌杯的繁琐工作，同时还可以提高无人新零售制作饮品的可观赏性和趣味性。

(4)用户可以根据实际的使用情况调整搅拌装置的搅拌速度和搅拌时间，一方面保证效率，另一方面保证了口感和加工效果。

(5)本发明设置大容差渐进收拢抓取部件，使得在机械臂精度不高的情况下仍然可以精准抓到搅拌杯；便于当搅拌装置出现故障或老化时进行更换。

附图说明

图1为本发明机械臂与搅拌装置连接示意图；

图2为本发明机械臂与搅拌装置连接结构示意图；

图3为本发明自动清洗装置结构示意图；

图4为本发明自动清洗装置喷头结构示意图；

图5为本发明机械臂控制器组成示意图；

图6为本发明搅拌装置结构示意图；

图7为本发明搅拌装置加强筋结构示意图；

图8为本发明搅拌装置内部结构示意图。

图9为搅拌装置另一种连接方式示意图；

图10为搅拌装置抓柄沿界面a截面示意图；

图11为本发明抓取部件结构示意图；

图12为本发明抓取过程示意图。

具体实施方式

本发明用于多自由度机械臂的搅拌、清洗抓取式全自动装置包括机械臂、搅拌装置、自动清洗装置以及机械臂控制器。

所述机械臂能够在机械臂控制器的控制下进行多自由度的运动，所述机械臂末端连接到搅拌装置手柄，并与搅拌装置电气接口与机械接口同时连接。

结合图1，在一个实施例中机械臂末端工具法兰与搅拌装置手柄的连接法兰通过螺钉连接固定在一起，机械臂末端工具法兰可以随着机械臂末端转动，这样搅拌杯就可以相对于机械臂实现姿态调整，完成倾倒动作。

结合图2，在机械臂末端与搅拌装置手柄相互固定实现机械连接的同时，双方的电连接器同步对插在一起，实现机械和电器接口同步实现连接。这样可以满足搅拌或搅匀装置的快速更换，简化更换搅拌或搅匀的操作。

搅拌装置配备有自动清洗装置，结合图3，自动清洗装置包括自动旋转清洗喷头，电磁开关阀；电磁开关阀连接到机械臂控制器，通过机械臂控制器控制启动与停止，当电磁开关阀启动后，水流经进水管进入，由自动旋转清洗喷头喷出。在一个实施例中，结合图4，自动旋转清洗喷头包括固定部和旋转部，二者通过密封轴承连接，喷头固定部与电磁开关阀的出口法兰连接，喷头旋转部可以相对喷头固定部转动。旋转部为中空圆柱体，侧面均匀设置n个出水口，n≥2，顶面设置一字型开口，侧面的出水口为偏心设置，即出水口窄缝所在平面不经过中空圆柱体的轴线，这样侧面喷出的水流推动自动旋转清洗喷头的喷头旋转部相对于喷头固定部能够旋转，喷头顶部也布有出水口，这样在喷头四周都有水流喷出，对搅拌装置形成全面冲洗。

通过机械臂末端旋转关节调整搅拌装置的位置和姿态，将搅拌装置倒扣在自动清洗装置的自旋转喷头正上方，电磁开关阀控制自动清洗装置的启动与停止，启动与停止信号通过机械臂控制器总线下发指令。当机械臂下发开启指令，电磁阀打开，热水管通过自旋转喷头，在水流的推动下，自旋转喷头水流带动旋转部转动，形成旋转水流，对搅拌装置起到清洗的作用。

结合图5，机械臂控制器作为总控系统核心，综合调度系统，通过总线指令，下发搅拌装置的启动与停止，下发搅拌装置的搅拌速度指令，下发搅拌装置倾倒后的清洗指令等。机械臂在运动过程中，不需要停下来等待搅拌或搅匀任务，可以在运动过程中同步下发搅拌或搅匀指令，同步完成搅拌或搅匀动作。

机械臂控制器控制过程如下：

(1)控制机械臂带动搅拌装置置于落料点的位置，接取物料，开始接料同时进行搅拌，完成各个落料点接取物料，并在接取物料的过程中保持搅拌，接料完成后，根据物料性质设置不同的搅拌停止时间，在接料完成后机械臂直接带动搅拌装置转移到交付位置，并在转移过程中继续搅拌，如果到交付位置已经完成搅拌则直接将搅拌装置内的物料倾倒转移至交付位置，例如饮品杯中，如果到交付位置未完成搅拌，则待搅拌完成后将搅拌装置内的物料倾倒转移至交付位置。

相比于现有先将各种物料倒入搅拌杯中，然后再统一搅拌，搅拌完成后再由机械臂转移交付的方式。本发明利用接取物料的时间进行搅拌，并利用转移交付的时间完成最终搅拌，使得搅拌不占用单独时间，大大提高了工作效率，缩短了等待时间。

(2)完成当前饮品的交付后，机械臂控制器调整机械臂末端的姿态使得搅拌装置倒扣于自动旋转冲洗喷头的正上方，自动旋转冲洗喷头完全插入搅拌装置中，但不发生碰撞干涉；机械臂控制器下启动信号，使的电磁开关阀打开，完成清洗。设定时常后，机械臂控制器下发停止信号，电磁开关阀关闭，停止喷水，控制机械臂带动搅拌装置回到准备位置或者执行下一次接取物料的操作。

每次完成当前饮品的交付后都进行自动清洗，清洗使用70°以上的热水，入水水压大于0.7mpa，去除搅拌装置中的气味和残渣，使得搅拌装置能够实现多种不同配方饮品的操作，不发生串味。

机械臂控制器根据调制饮品的类型设置搅拌装置的转速，例如当有冰块存在于饮品中时采用低速搅拌，当有果浆、糖浆、蜂蜜等黏稠液体存在采用中速搅拌，当仅有粉末和非黏稠液体，或仅有非黏稠液体时采用高速搅拌。用户可以根据使用情况进行转速设置。

机械臂控制器根据调制饮品的物料性质设置不同的搅拌停止时间，当有冰块存在于饮品中时搅拌时间到交付位置停止视搅拌情况也可以再延续一段时间；当有果浆、糖浆、蜂蜜等黏稠液体存在时搅拌时间为到交付位置停止；仅有粉末和非黏稠液体，或仅有非黏稠液体，搅拌时间为到交付位置停止。搅拌时间，用户可以根据使用情况进行设置。

结合图6，搅拌装置包括搅拌杯体，搅拌刀头，联轴器，电机，电源转换模块，搅拌控制模块，电连接器，连接法兰等部分。电机设置在搅拌杯体的底部的电器舱内，联轴器用于连接电机和搅拌刀头的转轴，搅拌控制模块设置在电器舱内，用于接收机械臂控制器发送的搅拌开启和搅拌结束信号，控制电机开启和关闭。搅拌刀头的搅拌刀片位于搅拌杯体的搅拌舱内，在电机的带动下对搅拌舱内的液体或固体进行充分搅拌，可以实现打散、搅匀等目的。搅拌刀头内有密封轴承，将搅拌装置内部和电机等电气部分隔离开。

电机为搅拌提供动力，电机类型为直流无刷大扭矩电机，无刷可以满足长时间工作，直流电是为了与机械臂上的直流电匹配，大扭矩可以满足搅拌冰块等介质。实现搅拌或搅匀旋转动作。电机具有高速、中速、低速三种转速，在机械臂控制器的控制下选择不同的转速旋转。

如图6，连接件的作用是连接搅拌装置和机械臂末端关节法兰，连接件上有一个凸起块，用于末端安装定位，防止装错或装反，机械臂末端法兰上有另一个凸起块，和连接件上的凸起匹配。

电连接器用于实现与机械臂的供电线路和控制线路的连接，电源转换模块用于实现机械臂输出电压与电机电压的匹配。

搅拌刀头上有用于连接的连接法兰头和搅拌刀片，中间有密封圈，连接法兰到头是正n变形(n>3)，与联轴器形成可靠连接。

联轴器用于连接搅拌刀头和电机，与搅拌刀头连接的一端与搅拌刀头上的连接法兰形状相同，也为正n边形(n>3)。

底盖用于将电气部分密封隔离保护，防止外界异物进入。

结合图7-8搅拌杯杯体为圆柱形或者开口大的圆台体，内有均布肋边，数量m>3，肋边高度为杯体搅拌舱高度的1/3～1/2，为肋片结构，肋边作用为将搅拌装置内的液体形成紊流，更有利于搅散介质，另一个作用是增加搅拌装置的刚度，防止变形过大形成破坏。杯体内设计有加强筋特征，要求特征尺寸m1<m2，肋片结构上小下大，纵截面为梯形。

如图9所示为机械臂与搅拌装置另一种连接方式示意图，利用机械臂末端的大容差渐进收拢抓取部件，在机械臂精度不高的情况下仍然可以精准抓到搅拌杯，实施搅拌。而且依靠渐渐收拢抓取，抓取位置和姿态唯一，保证搅拌杯相对机器人的位置和姿态固定，有助于完成高精度定位。在完成抓取的同时，实现电气接口连接，实现机械接口和电气接口同步连接。搅拌装置包括与杯体轴线平行设置的抓柄，抓柄上下端分别通过把手连接搅拌杯，把手为片状结构，两侧设置定位弧槽。

结合图10，搅拌装置抓柄为圆柱形两侧削成锥面，弧形外端为电气对接端。参见图11，机械臂末端抓取部件包括位置定位头，抓取内部驱动机构、抓取控制器、公位手指、母位手指以及姿态定位头。位置定位头具有纵向凹槽，凹槽底部为电气对接端，凹槽两侧的锥度与搅拌装置抓柄的锥面的锥度匹配，实现对搅拌装置抓柄的匹配定位。此时公位手指、母位手指交叉，将抓柄紧固至位置定位头的纵向凹槽，实现抓取，并将两个电气对接端对接，实现搅拌装置与机械臂的电气连接。同时两侧的姿态定位头接触把手两端的定位弧槽进行抓取定位，对姿态定位头进行限位，防止交叉指松开。如图12为完成抓取的状态。抓取内部驱动机构采用一个抓取电机控制蜗杆转动，蜗杆分别驱动两个涡轮反向旋转，两个涡轮分别与公位手指和母位手指固连，实现抱紧驱动。抓取控制器用于接收机械臂控制器的控制指令，控制抓取电机正向或反向转动，实现抓取和松开。当杯子污损或老化时松开杯子进行更换。

在本实施例中，公位手指为1个，母位手指为2个，本领域技术人员容易想到根据实际的抓取需要设置手指的数量，手指的数量不应理解为对本发明的限制。同时交叉限位也可替换为其他限位形式，如圆柱形，棱柱性，并不限定为手指形。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。