一种点取菜装置的制作方法

本实用新型涉及一种点取菜装置，具体涉及一种点取菜装置。

背景技术：

我国人口众多，食堂以及中式快餐店等餐饮场所内。食客的流动性大，进餐时间周期很长。每个窗口都需要打菜、打饭、上菜的工作人员若干，在人流量集中并且非常拥挤的时候人的效率并不能很高，而在人流量稀少的时候又会出现很多个窗口同时处在工作状态但又没有客人，大大浪费了人力资源。

技术实现要素：

本实用新型针对这种使用大量劳动力重复工作的情况，我们研发出一种新式的针对食堂以及中式快餐店的点取菜装置。本装置是对节约人力成本，提高在各时段工作效率而提出的一种解决方案。在客流量大的时候可以完成和人力点菜取菜一样的工作，并且在客流量低的时候可以解放人力，单独由机器完成一系列的点、取菜步骤，在大大节省了人力成本。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种点取菜装置，包括机架、滑杆传送机构、机械手臂机构、补菜机构、传送带机动机构、位置辨识模块、控制模块；

所述机架上平行并排均匀设置若干补菜机构；

所述位置辨识模块由若干磁控开关组成，磁控开关由磁铁和磁感应触头组成，磁感应触头布置在相邻两个补菜机构之间，磁铁安装在滑杆传送机构上；

所述滑杆传送机构设置在机架上，机械手臂机构设置在滑杆传送机构上，滑杆传送机构驱动机械手臂机构移动到指定位置；

所述滑杆传送机构、机械手臂机构、传送带机动机构、补菜机构以及位置辨识模块均与控制模块相连。

进一步的，所述控制模块包括第一微控制器、第二微控制器、键盘输入端、第一无线模块、第二无线模块、第三无线模块；所述第一微控制器与第一无线模块相连，所述第二微控制器与第二无线模块相连，所述键盘输入端与第三无线模块相连，所述第一无线模块、第二无线模块以及第三无线模块通过无线相互通讯。

进一步的，所述滑杆传送机构包括同步带、光轴、主动同步轮、第一步进电机、立式轴承座、主轴、联轴器、光轴轴套，所述机架上通过光轴轴套安装有两根平行布置的光轴，主动同步轮安装在主轴上，主轴的两端通过立式轴承座支承在机架上，从动同步轮支承在机架上，主动同步轮和从动同步轮之间通过同步带相连，所述主轴的一端通过联轴器与第一步进电机的输出轴相连，第一步进电机安装在机架上，同步带与光轴平行；所述第一步进电机与第一微控制器相连。

进一步的，所述机械手臂机构包括机械手云台架、第一舵机、第二舵机、机械爪、底板、轴承滑块、机械爪安装架，所述机械手云台架的一端与固定在底板上，第一舵机的输出端安装在机械手云台架的另一端上，机械爪安装架固定在第一舵机上，一对机械爪铰接在机械爪安装架上，这对机械爪啮合传动，机械爪安装架上安装有第二舵机，第二舵机驱动其中一个机械爪转动；底板的底部固定安装有四个轴承滑块；每根光轴套设两个轴承滑块；底板与同步带固定连接；所述机械手云台架、第一舵机以及第二舵机均与第一微控制器相连，磁铁安装在底板上。

进一步的，所述传送带机动机构包括主动滚筒、从动滚筒、第二步进电机、传送带，主动滚筒和从动滚筒均支承在机架上，主动滚筒和从动滚筒之间套有传送带，所述第二步进电机安装在机架上，第二步进电机的输出轴与主动滚筒相连；所述第二步进电机与第一微控制器相连。

进一步的，所述补菜机构包括第三舵机、丝杆轴承罩、推菜板、丝杆、螺母块、第三步进电机；所述丝杆的两端支承在丝杆轴承罩上，第三步进电机安装在丝杆轴承罩上，第三步进电机与丝杆相连，驱动丝杆转动；所述螺母块套设在丝杆上，沿丝杆的轴线滑动，所述第三舵机固定在螺母块上，推菜板固定在第三舵机的输出轴上，所述推菜板由一杆件及垂直均匀分布于该杆件上的隔条构成；所述第三舵机和第三步进电机均与第二微控制器相连。

本实用新型的有益效果是：目前高校食堂及中式快餐厅日常点菜打菜都是由人工完成，工作繁琐，工作效率低，需要投入大量人力物力，从而导致排队等候人流挤压明显。本实用新型改人工点取菜为自动点取菜，利用点取菜装置进行服务，使得点菜和拿菜环节实现全自动运转，无需人力节省了人力消耗。可以适应于不同的用餐场景，适用于不同用餐时段而不会使工作效率降低。采用机电一体化的设计可以根据不同场景不同菜品进行进一步调试，增强了装置的实用性。

顾客可以通过输入按键进行点菜，点菜信号MCU经过处理，再通过SPI通信协议使用NRF21L01将信号发送给取菜系统进行菜品运送；控制机械手及同步带移动机构完成信号接收之后对各个菜品的抓取和准确运送，通过磁性限位开关确定每一步具体位置，保证了点菜取菜的高效率及准确性。补菜机构是通过L298N模块控制对应号码的2相4线步进电机推动丝杆上的滑块完成补菜，滑块上的MG996R舵机可以灵活控制推进片不与碗相互触碰。保证送菜效率，运行速度及稳定性。

整个点取菜装置通过滑杆传送机构、机械手臂机构、补菜机构以及送带机动机构的配合高效完成对菜品的运送，从而让整个点取菜过程变得高效且省力。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的滑杆传送机构的结构示意图；

图3-4是本实用新型机械手臂机构的结构示意图图；

图5是本实用新型补菜机构的结构示意图；

图中：机架1、滑杆传送机构2、机械手臂机构3、补菜机构4、送带机动机构5、同步带2-1、光轴2-2、主动同步轮2-3、第一步进电机2-4、立式轴承座2-5、主轴2-6、联轴器2-7、光轴轴套2-8、机械手云台架3-1、第一舵机3-2、机械爪3-3、第二舵机3-4、底板3-5、轴承滑块3-6、机械爪安装架3-7、第三舵机4-1、丝杆轴承罩4-2、推菜板4-3、丝杆4-4、第三步进电机4-5。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

如图1-5所示，本实用新型提供一种点取菜装置，包括机架1、滑杆传送机构2、机械手臂机构3、补菜机构4、传送带机动机构5、位置辨识模块、控制模块；

所述机架1作为安装及装置固定平台，承载其它所有机构；机架1整体全部由铝型材搭建而成，各结构连接点均采用紧固件进行连接，确保装置的稳定性。

所述机架1上平行并排均匀设置若干补菜机构4；

所述位置辨识模块由若干磁控开关组成，磁控开关由磁铁和磁感应触头组成，磁感应触头布置在相邻两个补菜机构4之间，磁铁安装在滑杆传送机构2上；

所述滑杆传送机构2设置在机架1上，机械手臂机构3设置在滑杆传送机构2上，滑杆传送机构2驱动机械手臂机构3移动到指定位置；

所述滑杆传送机构2、机械手臂机构3、传送带机动机构5、补菜机构4以及位置辨识模块均与控制模块相连。

所述控制模块包括第一微控制器、第二微控制器、键盘输入端、第一无线模块、第二无线模块、第三无线模块；所述第一微控制器与第一无线模块相连，所述第二微控制器与第二无线模块相连，所述键盘输入端与第三无线模块相连，所述第一无线模块、第二无线模块以及第三无线模块通过无线相互通讯。

如图2所示，所述滑杆传送机构2包括同步带2-1、光轴2-2、主动同步轮2-3、第一步进电机2-4、立式轴承座2-5、主轴2-6、联轴器2-7、光轴轴套2-8，所述机架1上通过光轴轴套2-8安装有两根平行布置的光轴2-2，主动同步轮2-3安装在主轴2-6上，主轴2-6的两端通过立式轴承座2-5支承在机架1上，从动同步轮也采用同样的方式支承在机架1上，主动同步轮2-3和从动同步轮之间通过同步带2-1相连，所述主轴2-6的一端通过联轴器2-7与第一步进电机2-4的输出轴相连，第一步进电机2-4安装在机架1上，同步带2-1与光轴2-2平行；所述第一步进电机2-4与第一微控制器相连。

如图3和图4所示，所述机械手臂机构3包括机械手云台架3-1、第一舵机3-2、机械爪3-3、底板3-5、轴承滑块3-6、机械爪安装架3-7，所述机械手云台架3-1的一端与固定在底板3-5上，第一舵机3-2的输出端安装在机械手云台架3-1的另一端上，机械爪安装架3-7固定在第一舵机3-2上，一对机械爪3-3铰接在机械爪安装架3-7上，这对机械爪3-3啮合传动，机械爪安装架3-7上安装有第二舵机，第二舵机驱动其中一个机械爪3-3转动；底板3-5的底部固定安装有四个轴承滑块3-6；每根光轴2-2套设两个轴承滑块3-6；底板3-5与同步带2-1固定连接；所述机械手云台架3-1、第一舵机3-2以及第二舵机均与第一微控制器相连。只需要将磁铁安装在底板3-5上即可，不需要将所有磁控开关的磁铁安装在一块。

如图5所示，所述补菜机构4包括第三舵机4-1、丝杆轴承罩4-2、推菜板4-3、丝杆4-4、螺母块、第三步进电机4-5；所述丝杆4-4的两端支承在丝杆轴承罩4-2上，第三步进电机4-5安装在丝杆轴承罩4-2上，第三步进电机4-5与丝杆4-4相连，驱动丝杆4-4转动；所述螺母块套设在丝杆4-4上，沿丝杆4-4的轴线滑动，所述第三舵机4-1固定在螺母块上，推菜板4-3固定在第三舵机4-1的输出轴上，所述推菜板4-3由一杆件及垂直均匀分布于该杆件上的隔条构成；所述第三舵机4-1和第三步进电机4-5均与第二微控制器相连。当丝杆4-4与第三步进电机4-5同步旋转时，会带动丝杆4-4上的螺母块进行平移运动，第三舵机4-1固定在螺母块上，推菜板4-3固定在第三舵机4-1的输出轴上，螺母块为推菜板4-3提供平移动力，第三舵机4-1对推进器进行角度校正。补菜机构4中的推菜板4-3能保证每一口碗在直线上等距，通过螺母块提供给推菜板4-3的平移动力就能实现每口碗等距且固定距离的平移运动，完成菜品的补给。

所述传送带机动机构5包括主动滚筒、从动滚筒、第二步进电机、传送带，主动滚筒和从动滚筒均通过轴承座支承在机架1上，主动滚筒和从动滚筒之间套有传送带，所述第二步进电机安装在机架1上，第二步进电机的输出轴与主动滚筒相连；所述第二步进电机与第一微控制器相连。

机械手臂机构3中的驱动件，即机械手云台架3-1中的舵机，第一舵机3-2以及第二舵机选用辉盛MG996R，MG996R是一种位置伺服的驱动器，在抓取和放置过程中，需要一个周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，舵机在1ms和2ms宽度信号时分别达到脉冲右转极限位置和脉冲左转极限位置，通过控制四个脉冲信号来使机械手臂完成相应的动作。

滑杆传送机构2作为机械手臂机构3的安装及行走平台，承载整个机械手臂机构3。通过一块底板3-5将整个机械手臂机构3滑动安装在两个平行轴承滑块3-6上，通过平行的轴承滑块3-6在光轴2-2上的滑动即可满足整个机械手臂机构3简单的水平方向上的运动。

传送带机动机构5中的第二步进电机选择L298N，当第二步进电机收到高电平信号后开始控制第二步进电机进行正反方向旋转，第二步进电机带动传送带，传送带驱动机械手臂机构3沿光轴2-2运动。

位置辨识模块的磁控开关(干簧管)由磁铁和磁感应触头组成，磁感应触头使用的是常开型磁感应触头，磁感应触头靠近磁铁时触头内的小铁板便带动触头闭合，相反远离磁铁时开关便处于常开状态，以此来辨识是否处在磁铁对应的位置上。磁控开关能控制机械手臂移动机构3到所需位置即停止。

所述第一无线模块、第二无线模块以及第三无线模块均采用单片射频收发器件NRF24L01进行无线通信，它工作于2，4GHZ左右的ISM频段，微控制器通过SPI同步串行通信向无线模块发送需要其发送的数据，其最大传输速率为10M/S，与SPI相关的指令共有8个，无线通信时控制指令由NRF24L01的MOSI输入，相应的状态和数据信息是从MISO输出给微控制器。

键盘输入端由简单的矩阵键盘构成，其检测采用逐行扫描法，按键触发通过微控制器中断判断按键是否按下，扫描过程中使用延时消抖法大大减小了误差，找到闭合按键后返回按键值给微控制器。

第一微控制器和第二微控制器均选择STM32F103作为微控制器。顾客通过键盘输入端进行点菜，微控制器经过处理，再通过无线通信机构发送给机械手臂机构3。

将传统的口头传达点菜需求的方式转换到键盘操作模式，通过按下矩阵键盘上相对应菜品的固定编号，即可简单、快捷并准确地完成点菜需求的信息传达。本实用新型改变传统口头传达点菜需求，人工完成取菜补菜过程为全机械自动化点取菜。通过键盘输入点菜需求更准确高效地传达信息并由程序控制取菜补菜达到无间隙、无失误、长时间保持特定效率的工作需要。

本实用新型的工作过程如下：

初始时，将菜品放置在推菜板4-3的两个隔条之间，选取菜品时将所选菜品号码输入键盘,按确定键后按键触发通过单片机中断判断按键是否按下，找到闭合按键后返回按键值给第一微控制器并将动作指令通过无线信号发出。

步进电机2-4在收到由第一微控制器发出的无线信号后带动同步带2-1转动，同步带2-1将连接的机械手云台架3-1送至对应的区域，由磁性开关控制其行程，触头靠近磁铁时触头内的小铁板便带动触头闭合，机械手云台架3-1在磁控开关闭合后开始抓取动作，在收到第一微控制器发出的信号后控制第一舵机3-2将机械爪3-3降至菜品正上方并张开机械爪，第二舵机3-4发出的脉冲信号对菜品进行抓取，并在抓住目标之后提升至初始位置，随后第一微控制器控制第一步进电机2-4将抓取完成的机械手臂机构3以及目标菜品由同步带2-1运到传送带正上方接着平稳放下并推至等候区。

在机械手3-3完成抓取动作之后的第一时间，第二微控制器输出信号至补菜机构4使其将后补的菜品推进至待取位置。收到第二微控制器发出信号后，第三舵机4-1带动推菜板4-3绕Y轴旋转90度，使推菜板4-3上的隔条落至每一个菜品正后方，再由第三步进电机4-5驱动丝杆4-4完成沿Y方向的向前移动一个菜品的距离，第三舵机4-1再反转90度，推菜板4-3上的隔条被抬起，第三步进电机4-5驱动丝杆4-4完成沿Y方向的向后移动一个菜品的距离，从而完成菜品的补充。