一种餐厅用机器人防碰撞装置的制作方法

本发明涉及一种餐厅用机器人防碰撞装置，属于机器人技术领域。

背景技术：

现有快餐厅的配餐方式为人工配餐，就是服务人员根据客户点餐把相应的菜品放入餐盘。这种形式的配餐需要消耗大量人力，劳动力成本高；同时配餐效率相对较低，平均每分钟1-2份；整个环节人员众多，对食品卫生安全无法有效管控；无远程操作和预先定制的可能。为克服上述缺点，专利文献1（cn105046597a）公开了一种基于互联网的智能餐厅系统，包括迎宾机器人、中央厨房机器人、送餐点餐收银机器人、清洁机器人、送货机器人和总控主机，迎宾机器人、中央厨房机器人、送餐点餐收银机器人、清洁机器人、送货机器人均与总控主机相连；所述的迎宾机器人中设置有迎宾机和身体检测装置，会说话和给客户的身体进行检测；所述的中央厨房机器人可进行烹饪食品；所述的送餐点餐收银机器人可通过多种方式进行收银，比如现金、刷卡、支付宝、微信等方式。但是餐厅环境复杂，机器人在所处环境如何避障，才能正常的工作，该文献中没有公开。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的缺点，本发明的发明目的是提供一种餐厅用机器人防碰撞装置，其能使机器人避开障碍物，且不会防碍客户，工作效率高。

为实现所述发明目的，本发明提供一种餐厅用机器人防碰撞装置，其包括超声波发送单元和至少三个在机器人车体上等间隔设置的超声波接收单元，超声波发送单元发射用换能器和连接于发射用换能器中的压电元件的超声波信号产生器，所述超声波接收单元包括接收用换能器和连接于接收用换能器的电压元件的信号调理电路，其特征在于，换能器包括壳体、设置在壳体内谐振部件以及壳体和谐振部件之间的隔振部件，谐振部件包括圆筒、设置在圆筒第一端面振动平面部件和设置在圆筒第二端面的压电元件，所述振动平面部件覆盖有树脂膜。

优选地，所述隔振部件为硅橡胶，所述隔振部件包围在谐振部件的外周。

优选地，机器人还包括设置在车体上的储菜箱体，其包括个储菜小箱体，每个储菜小箱体包括开口和用于关闭开口的小箱体门，处理单元还包括矩阵控制模块，外周环境识别模块确到车体移动到就餐客户附近，并使储菜箱体移动到就餐客户安全距离范围内，矩阵控制模块接给矩阵开关单元发送控制信息以打开放置就餐客户所订菜种的小箱体的门。

优选地，每个小箱体内设置有托盘驱动机构，所述托盘驱动机构包括电机、两个导轨、同步带轮、齿轮和齿条，其中，两个导轨对称设置在小箱体的下壁内两侧，齿条设置在托盘支架下表面，同步带轮连接于电机的输出轴，齿轮固定于小箱体下壁内，同步带轮和齿轮通过同步带连接，电机旋转时，同步带轮将经同步带动力传送给齿轮，齿轮驱动齿条沿导轨移。

与现有技术相比，本发明提供的餐厅用机器人防碰撞装置能使机器人避开障碍物，且不会防碍客户，工作效率高。

附图说明

图1是本发明提供的送餐机器人组成示意图；

图2是本发明提供的送餐机人控制系统的组成框图；

图3是本发明提供的餐厅用机器人防碰撞装置组成框图；

图4是本发明提供的换能器的截面示意图；

图5是本发明提供的矩阵开关单元的电路图；

图6是本发明提供的矩阵开关单元变形例的电路图；

图7是本发明提供的电机驱动器的电路图

图8是本发明提供的托盘伺服机构在托盘推出时的透视示意图；

图9是本发明提供的托盘伺服机构在托盘推出时的截面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，也可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1是本发明提供的送餐机器人组成示意图，如图1所示，本发明提供的送餐机器人包括车体1、储菜箱体2和控制系统，所述储菜箱体2通过多自由度机械臂3连于车体1上，用于控制储菜箱体的工作的控制系统及伺服机构设置于储菜箱体内，用于控制车体运行的伺服机构和控制多自由度机械臂的控制系统设置于车体上的控制箱内。车体下部设置有一对主动轮，其由车体运行的伺服机构驱动，车体的前方设置有万向轮，其为从动轮，在车体的前方和后方均设置有摄向机和超声传感器，设置在车体前方的超声传感器用于测量在机器人向前方运行时，其与障碍物的距离和方位，设置在车体前方的摄像机用于拍摄处于机器人前方环境的图像；设置在车体后方的超声传感器用于测量在机器人后退时，其与障碍物的距离和方位，设置在车体后方的摄像机用于拍摄处于机器人前方环境的图像。储菜箱体包括个储菜小箱体，每个储菜小箱体包括开口和用于关闭开口的门，每个小箱体内设置有托盘驱动机构。储菜箱体顶部的左侧和右侧分别设置有一对摄像头4，所述摄像头分别用于拍摄机器人左方和右方的图像，并根据图像确定订餐客户和与客户的距离。

图2是本发明提供的送餐机人控制系统的组成框图，如图2所示，控制系统包括处理单元、存储单元、语音单元、车体伺服机构驱动单元、通信单元和定位单元，驱动单元包括车体伺服机构驱动单元、多自由度机械臂驱动单元和托盘伺服机构驱动单元。存储单元中存储有机器人移动程序、语音程序、图像程序、箱体控制程序，通信单元用于处理单元与上位机进行通信，处理单元通过通信单元接收上位机指令并调用存储中存储的机器人移动程序，规划车体运行路径，并给车体伺服机构驱动单元提供行迹指令，进一步给用于驱动车体运行的伺服电机提供指令，使伺服电机根据指令工作；语音单元包括语音输入单元和语音输出单元，语音输入单元用于将接收的语音信息转换为电信息，处理单元根据接收的语音电信息调用语音程序，对语音进行识别，而后调用存储单元中存储的应答语言，而后进行语音输出，以将电信息转换为声音信息，以与用户进行交互。定位单元用于确定机器人的位置。

所述控制系统还包括矩阵开关单元和设置在每个托盘下的称重传感器或者光接收探头，定位单元测量到车体运行到设定位置时，处理单元调用存储单元中的语音程序，根据运行程序给语音单元发送发音指令，语音单元发音，并处理客户的回应信息，当回应信息与上位机发送来的客户定餐信息一致时，处理单元给矩阵开关单元发送信息，使放置该用户所定食品品种的小箱体的门依次打开，并推出托盘；处理单元接收到所打开的小箱内所有称重传感器传送来的重量信息减少到设定值以下时，再次给语音单元发送发音指令，并使托盘收回，使门关闭。

根据本发明一个实施例，所述控制系统还包括多自由度机械臂驱动单元，其用于给驱动机械臂动作的伺服电机提供位置指令，使多个机械臂协同工作，从而使机械臂及其所携带的储菜箱体上下、左右、前后多自由度移动。

根据本发明一个实施例，所述控制系统还包括防碰装置，其根据设置在车体前后方的超声波传感器提供信息计算与障碍物的距离，从而调整与车体的运行轨迹、机械臂的动作。

根据本发明一个实施例，所述控制系统还包括触摸显示屏，其可设置在储菜箱体上，也可以设置在车体上，用于用户输入指令，也用于显示信息。

根据本发明一个实施例，防碰撞装置还根据图像两个摄像机提供的图像判断所处环境的亮度信息，如果所处环境的亮度低于设定值时，给处理单元发送信息，处理单元给照明单元发送信息，照明单元使灯打开，以对周围环境进行照明，从而能更加准确地通过图像定位来确定机器人与障碍物的距离。

下面结合附图3-4说明本实用新提供防碰撞装置。

图3是本发明提供的餐厅用机器人防碰撞装置组成框图，如图3所示，本发明提供的防碰撞装置包括超声波发送单元和至少三个在机器人车体上等间隔设置的超声波接收单元，超声波发送单元发射用换能器t和连接于发射用换能器中的压电元件的超声波信号产生器，所述超声波接收单元包括接收用换能器和连接于接收用换能器的电压元件的信号调理电路。图3中超声波接收单元为三个，分别包括换能器r1和信号调理电路a1，换能器r2和信号调理电路a2,换能器r3和信号调理电路a3。本实用新型虽然以3个超声波接收单元为例进行了说明，但也可以为3个或者3个以上的n个。发射用换能器与接收用换能器结构相同，下面结合图4进行说明。

图4是本发明提供的换能器的截面示意图，如图4所示，换能器包括壳211体、设置在壳体内谐振部件以及壳体和谐振部件之间的隔振部件212，谐振部件包括圆筒213、设置在圆筒第一端面振动平面部件214和设置在圆筒第二端面压电元件215，所述振动平面部件覆盖有树脂膜。所述隔振部件212为硅橡胶，其包围在谐振部件之外周。发信时，信号产生器提供的信号施加于压电元件215，则其发生伸缩变形，从而引起振动平面部件214发生机械振动从而产生了超声波。遇到障碍物时被返回，返回的超声波导致接收用换能器的振动平面部件214振动，接收用换能器的压电元件产生电信号，该电信号被信号调理电路放大提供给处理单元，处理单元比较发送超声波信号和接收超声波信号的相位，进一步确定机器人与障碍物之间的距离。

图5是本发明提供的矩阵开关单元的电路图。如图5所示，本发明提供的矩阵开关单元包括列选择器、行选择器和个单元控制电路，列选择器用于给单元控制电路提供的电机m位置指令信号；行选择器给每个单元控制提供选择信号。如图4所示，每个单元控制电路包括第一电开关t1、第二电开关t2、伺服电机m和电机驱动器100，所述电机驱动器驱动伺服电机m，并且给电机m的三个绕组u,v和w供给驱动电流。本发明中，电开关t1的第一端连接列选择器300的列线n1,第二端连于接位置控制单元105,控制端连接于行选择器200的一条行线k1；电开关t2的第一端连接直流电源ecc，第二端连于接电机驱动器100,控制端连接于行选择器200的一条行线k1。

根据本发明一个实施例，在托盘上设置有开口，开口内设置有称重传感器500，单元电路还包括第三电开关t3，第三电开关t3的控制端连接于行选择器200的一条行线，第一端连接于称重传感器500，第二端连接于检测器400，称重传感器400将测量的重量信息经第三电开关t3传送给检测器；电开关t2的第二端还连接于称重传感器500，用于给称重传感器提供电能。

图6是本发明提供的矩阵开关单元变形例的电路图，如图6所示，根据本发明一个变形例，在小箱体内的内的顶壁上设置有光发射装置，在托盘上设置有开口，开口内设置有光传感器探头（光接收探头），矩阵开关单元还包括第三电开关t3，第三电开关t3的控制端连接于行选择器200的一条行线k1，第一端连接于光传感器探头，第二端连接于检测器400，光传感器探头将测量的光信息经第三电开t3传送给检测器；电开关t2的第二端还连接于光发射装置和光传感器探头，电源经电开关t2给光发射装置和光传感器探头提供电能。

根据本发明一个实施例，每个小箱体的门上还设置有显示装置，用于显示信息，所述信息包括对应客户头像、箱体所放置食物的品种。

图7是本发明提供的电机驱动器的电路图。如图7所示，电机驱动器100包括向伺服电机m提供用于驱动伺服电机m的驱动电流的pwm逆变器101和检测三个绕组驱动电流值的电流检测器102a、102b、102c。

电机驱动器100还包括检测伺服电机m的转子旋转角度的位置检测器112和将在位置检测器112中检测的伺服电机m的位置向位置控制单元105反馈的位置反馈电路113。

电机驱动器100还包括输入位置指令和电机m位置信息的位置控制单元105和输入位置控制单元105输出速度指令和差分器110提供的电机速度指令的速度控制单元106。电机驱动器100还包括为了使托盘支架移动到所希望的位置，接收决定控制伺服电机m的驱动速度的驱动电流的电流指令而通过各个电流反馈电路103从电流检测器输入反馈的驱动电流值并根据该驱动电流值利用数字逻辑方式修正电流指令从而将该修正后的电流指令向pwm逆变器101输出的逻辑运算部。

逻辑运算部具有向伺服电机m输入并保持电流指令的输入寄存器107、输入并保持从电流检测器102反馈的伺服电机m的驱动电流值的电流反馈寄存器111和修正电流指令使输入寄存器107的电流指令与反馈寄存器111的驱动电流值相等的电流控制单元108。

电机驱动器100还包括pwm发生器109，其利用脉冲幅度调制方式将电流控制单元108的信号调制为脉冲幅度调制信号，向pwm逆变器101输出。

下面，说明本发明实施例提供的电机驱动器100和伺服电机m的工作过程。

位置控制单元105从位置检测器112接收控制对象的位置，根据该位置反馈与位置指令之差输出速度指令，用以将控制对象控制到目的位置。另外，位置控制单元105根据位置检测器112的位置反馈计算并输出伺服电机m的电角。

速度控制单元106利用从位置控制单元105输入速度指令并从差分器接收反馈速度信息，根据该反馈速度信息与位置控制单元105的速度指令之差输出电流指令，用以将控制对象控制为目的速度。电流指令是向伺服电机m的提供的驱动电流的数据。除了电流指令外，速度控制单元106也输出伺服电机m的电机输出轴的相角。电流指令和电机输出轴的相角由逻辑运算部接收，保存在指定的寄存区域。

电流检测器102检测从pwm逆变器101向伺服电机m供给的驱动电流值。电流检测器102检测的驱动电流值由反馈电路102向逻辑运算部反馈。这时，驱动电流值保持在反馈寄存器111。本发明中，输入寄存器107和反馈寄存器111可以共用一个寄存器，可将电流指令和电机输出轴的相角保存于寄存器的第一存储区域，将反馈电流值存储于寄存器的第二存储区域。

电流控制单元108进行将输入寄存器107的电流指令与电流反馈寄存器111的驱动电流值比较的运算，利用电流反馈信息修正电流指令并提供给pwm发生器109以产生脉宽调制信号，pwm101根据脉宽调制信号将直流电压转换为交流电压并提供给电机m的三个绕组。电流控制单元108同样也可以计算利用输入寄存器107的电机输出轴的相角修正电流指令。

图8是本发明提供的托盘伺服机构在托盘推出时的透视示意图；图9是本发明提供的托盘伺服机构在在托盘推出时的截面示意图。如图8-9所示，每个小箱体21内设置有托盘驱动机构，所述托盘驱动机构包括电机22、两个导轨23a和23b、同步带轮24、齿轮25和齿条26，其中，两个导轨23a和23b对称设置在小箱体的下壁内两侧，齿轮26设置在小箱内21下壁内侧，同步带轮24连接于电机22的输出轴，齿条26固定于托盘27下端，同步带轮24和齿轮25通过同步带28连接，电机22旋转时，同步带轮24经同步带28将动力传送给齿轮26，齿轮26与齿条26啮合,齿条26带动托盘27下的4个滑块32沿导轨23a和23b移动。优选地，所述小箱体门31通过铰链29与小箱体的下壁连接并安装有扭簧30，托盘驱动机构驱动托盘27伸出时，将小箱体门31打开，托盘27缩回时，扭簧30使小箱体关闭小箱体21的开口。

本发明提供的机器人工作过程如下：当机器人运行到规划的已识别的客户附近，处理单元给语音单元发送指令，语音单元模拟人向客户打招呼，如您好，您点了某某食品吗,如果客户回答，则语音单元识别客户的声音信息，如果识别的信息是肯定的信息，则处理单元给矩阵开关单元发送指令，矩阵开关单元给放置该食品的单元电路发送指令，托盘伺服机构将托盘推出，当用户将托盘上的容纳了该食品的容器取走后，称重传感器测量到重量信息减小到设定值以下，则检测器将信息发送给处理单元，处理单元再次给矩阵开关单元发送指令，托盘伺服机构将托盘收回。而后，处理单元比较订餐信息与小箱体的放置食品的信息，如果小箱体还存储了该客户订制的食品，则重复上述过程，直到客户取走了小箱体内其所有定制的食品，如果客户所订制的食品还没有送完，则处理单元给语音单元发送指令，语音单元模拟人向客户打招呼，发出礼貌用语，如您好，请慢用，其它的食品还请您稍等，如果客户所订制的食品一次性送完，则处理单元给语音单元发送指令，语音单元模拟人向客户打招呼，如您好，请慢用等礼貌用语，而后处理单元给车体运行伺服机构发送指令，重复上述过程，机器人继续给其它客户送餐。如果语音单元识别客户回答信息是否定的信息，处理单元会比较客户的订餐信息与小箱体盛餐信息，如果确定确实客户没有订制某食品，则处理单元会给车体伺服机构发送指令，机器人给其它客户送餐，并向客户发送道歉语音。

以上所述仅对本发明的实施方式做了详细的说明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。