一种在厨房场景下的机械臂末端载具的组合装置及方法与流程

本发明涉及到自动化技术领域，尤其涉及到一种在厨房场景下可拆卸、可快速切换的机械臂末端载具的组合装置及方法。

背景技术：

随着自动化技术的发展，越来越多的机器人开始进入到家庭场景中，来代替人完成各种繁琐的任务。另一方面，现在的工作压力越来越大，人们很少有时间去精心准备饭菜，大多数时候会选择外卖，但外卖又无法保证其中的卫生与健康。因此，基于种种问题，利用机器人来制作饭菜成为了如今研究热点之一，其中，机械臂是一个比较合理的选择。

在饭菜的制作过程中，考虑到口感、味道等需要，一道饭菜的制作需在较短的时间内完成，并且要用到各种不同的厨具，因此如何使机械臂对厨具进行自动的快速切换，以保证饭菜制作的高效性是一个难题。

末端执行器指的是任何一个连接在机器人边缘具有一定功能的工具，针对上述问题，可以对机械臂连接不同末端执行器进行处理，比如连接夹爪对各种厨具进行抓取，但这需要控制很多条件，以确保机械臂对抓取位置的准确性，并且为了保证对不同厨具的适用性，最好是采用五指抓取，这无疑大大增加了实现难度。也可以同时装配多台机械臂，每台机械臂搭载有不同厨具，进行协同作业，或者是人为的进行厨具切换。但是这些方案目前都无法满足自动、快速切换的要求。

技术实现要素：

鉴于上述分析，本发明的目的是提供一种在厨房场景下可拆卸、可快速切换的机械臂末端载具的组合装置，以解决目前厨具切换慢，饭菜制作效率不高的问题，实现厨具的自动快速切换，装卸灵活，只需单台机械臂就可以满足不同饭菜的制作要求，

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种在厨房场景下的机械臂末端载具的组合装置，包括电磁式套件，电磁式套件一端与机械臂连接，另一端与锁紧装置可拆卸连接；所述电磁式套件包括固定套筒，固定套筒内部设有电磁铁；

所述锁紧装置包括与固定套筒匹配的端头，和与端头连接的锁紧机构和锁紧套筒，端头具有磁性结构，锁紧套筒内部设置具有斜面的齿条；锁紧机构与齿条连接，用于调节齿条的位置，实现锁紧装置的锁紧。

第二方面，本发明提供了一种厨房厨具，包括如第一方面所述的机械臂末端载具的组合装置，所述机械臂末端载具的组合装置的锁紧装置与厨具的把手连接，所述厨具包括但不限于刀具、锅铲、勺子和洗涤用具。

第三方面，本发明还提供了一种如第一方面所述的机械臂末端载具的组合装置的使用方法，步骤包括：

使用锁紧装置对厨具进行固定，将厨具的把手与锁紧装置连接，锁紧装置的锁紧套筒和固定齿条配合作用实现厨具把手的固定；

电磁式套件通过电磁套筒与锁紧装置的端头进行连接，机械臂的法兰盘与电磁式套件连接端相连；

若需操作厨具进行饭菜制作，则通过对电磁套筒通电，使其吸合住端头，从而拿起厨具；

若在厨具闲置时需对其进行放置，则通过机械臂将锁紧装置的放置槽放入电磁式支架盘的电磁式凹槽，对支架的凹槽电磁铁通电，使其吸合住端头的底部，即可完成固定放置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明通过机械臂末端载具的组合装置，使得可以在厨具上加装锁紧装置，只需要在机械臂末端加装一个电磁式套件，即可利用单台机械臂完成复杂的饭菜制作任务，不需要复杂的视觉系统，仅需要简单的单片机编程，确保了整个过程的快速性，耗时短。

2、并且，采用本发明的机械臂末端载具的组合装置，使得厨具的切换拿取不涉及复杂的动力学方程求解，只需要控制电路的通断即可，保证了厨具的快速切换，配备有电磁式支架，确保了厨具放置时的稳定性以及在厨具切换时的准确性。

3、本发明的整套装置采用在厨具上加装锁紧装置，在机械臂末端加装一个电磁式套件、并通过配备有电磁式支架，使得装卸灵活，结构简单，针对不同厨具配备有不同规格装置，可操作多种类厨具，进而可应对厨房多种饭菜制作需求，并且具有效率高等优点。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的组合装置的结构示意图。

图2为本发明电磁式套件结构示意图；

图3为本发明的锁紧装置结构示意图；

图4为本发明的锁紧装置五种不同规格结构示意图；

图5为本发明的定制化厨具结构示意图；

图6、图7、图8为本发明电磁式支架的电磁式支架盘部分的结构示意图；

图9为本发明电磁式支架的立柱部分的结构示意图；

图10和图11为本发明机械臂末端载具的组合装置工作状态下的结构示意图；

图中：1-机械臂，2-法兰盘，3-电磁式套件连接端，4-电磁套筒，5-锁紧装置端头，6-放置槽，7-第一锁紧螺母，8-锁紧螺柱，9-第二锁紧螺母，10-锁紧套筒，11-固定齿条，12-电磁式支架扩展模块，13-电磁式支架基本模块，14-电磁式凹槽，15-凹槽电磁铁，16-扩展接口接头，17-固定接口接头，18-防脱落倒钩，19-固定接口凹槽，20-扩展接口凹槽，21-片状接口，22-支撑柱，23-配重盘，24-固定底座。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体的连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

实施例1

一种在厨房场景下的机械臂末端载具的组合装置，包括电磁式套件，电磁式套件一端与机械臂连接，另一端与锁紧装置可拆卸连接；所述电磁式套件包括固定套筒，固定套筒内部设有电磁铁；

所述锁紧装置包括与固定套筒匹配的端头，和与端头连接的锁紧机构和锁紧套筒，端头具有磁性结构，锁紧套筒内部设置具有斜面的齿条；锁紧机构与齿条连接，用于调节齿条的位置，实现锁紧装置的锁紧。

进一步的，所述锁紧机构包括与端头连接的第一锁紧螺母、与齿条连接的第二锁紧螺母和与第二锁紧螺母连接的锁紧螺柱，第一锁紧螺母和第二锁紧螺母旋向相反。

进一步的，还包括电磁式支架盘，所述电磁式支架盘包括电磁式凹槽，电磁式凹槽内分布电磁铁，通过单片机控制电路接通，使电磁式凹槽与锁紧装置端头可拆卸连接。

电磁式套件、锁紧装置与电磁式支架互相匹配。电磁式套件与机械臂相连，锁紧装置与厨具相连，或使用定制化厨具，电磁式套件与锁紧装置/定制化厨具相匹配，通过对电磁式套件的通断电即可实现对厨具的拿放，进而实现对厨具的快速切换，对应的，通过电磁式支架可实现对厨具的稳定放置。

所述电磁式套件的上端与法兰盘尺寸规格一致，用于与机械臂末端的法兰盘固定连接，电磁式套件的下端为带有深凹槽的圆柱形电磁套筒，所述电磁套筒底端配有圆环形电磁铁，筒身呈对称式分布有四条长方形电磁铁，用于吸附锁紧装置的端头，以确保厨房作业时锁紧装置以及厨具不会从电磁套筒中脱落。

所述锁紧装置包括端头、第一锁紧螺母、第二锁紧螺母、锁紧套筒以及固定齿条，所述端头材质为铁，用于与电磁式套件的电磁套筒相连接，二者尺寸相匹配，第一锁紧螺母和第二锁紧螺母为上下两个旋向相反的螺母，可形成自锁，通过旋转螺母即可缩紧固定齿条，以此将厨具固定连接，以保证在厨房作业时厨具不会从锁紧套筒中脱落。将所述锁紧套筒以及固定齿条共设计五种规格，分别对应尺寸大小不一的厨具，固定齿条为上窄下宽式三角形齿条，使得齿条形成斜面结构，配有四根，呈对称式配置在套筒下端，以确保足够多的接触点和足够大的摩擦。所述锁紧装置还包括放置槽，所述放置槽设置在端头与锁紧机构之间，用于锁紧装置放置于电磁式支架盘的凹槽。

进一步的，所述电磁式支架盘为模块化设计，包括基本模块和扩展模块，基本模块包括接口凹槽，扩展模块包括接头，通过接头与接口凹槽配合实现扩展模块与基本模块连接，可根据使用状况增减电磁式凹槽的数量。

进一步的，所述电磁式支架盘的尾部设计有倒钩。

进一步的，所述电磁式支架盘与立柱连接，立柱包括从上至下依次连接的片状接口，支撑柱配重盘和固定底座，电磁式支架盘通过立柱实现高度调节。

进一步的，所述齿条为倒齿，齿条形状为倒三角形，齿条数量为四个呈现对称分布。

实施例2

本发明的可拆卸，可快速切换的机械臂末端载具组合装置，如图1所示，由左至右分别为夹紧装置，电磁式套件，定制化厨具，电磁式支架。

电磁式套件的上端3为连接端，圆柱形，其内部设有圆柱形空腔，连接端末端设有五个螺丝通孔，其尺寸与机械臂1的法兰盘2一致，电磁式套件的下端为电磁套筒4，套筒内部末端布有圆环形电磁铁，筒身呈对称式分布有四条长方形电磁铁，其尺寸与图3锁紧装置的端头5一致。在使用时，通过电磁式套件的连接端3与机械臂1的法兰盘2通过螺丝固定连接，然后通过控制电路的通断来控制电磁套筒4内部五块电磁铁的磁性，以固定住锁紧装置的端头5，从而稳定操作厨具。

图3锁紧装置从上至下设有端头5、放置槽6、第一锁紧螺母7，第二锁紧螺母9、锁紧螺柱8、锁紧套筒10、固定齿条11，端头为铁质，尺寸形状与电磁套筒4内部空腔一致，当电磁铁通电时，端头与电磁套筒二者可形成固定连接；放置槽6的宽度比电磁式支架的电磁式凹槽宽度小，第一锁紧螺母7，第二锁紧螺母9旋向相反，通过锁紧螺柱8，来缩紧固定齿条11，从而锁紧厨具。且互相形成互锁，防止因摩擦而错误松开厨具，或在厨房作业时厨具意外脱落，锁紧套筒10以及固定齿条11根据厨具不同尺寸大小共设计了五种规格，如图4所示，固定齿条11设计为倒齿，且齿条形状为倒三角形，对称分布四条，以保证在固定厨具时具有足够大的摩擦力，厨具不会从锁紧套筒10中脱落。在使用时，将厨具把手塞入锁紧套筒10，拧紧锁紧第一锁紧螺母7和第二锁紧螺母9，使固定齿条11牢牢锁住厨具，若需操作厨具进行饭菜制作，则通过对电磁套筒4通电，使其吸合住端头5，从而拿起厨具，若在厨具闲置时需对其进行放置，则通过机械臂将锁紧装置的放置槽6放入电磁式支架盘的电磁式凹槽14，对支架的凹槽电磁铁15通电，使其吸合住端头5的底部，即可完成固定放置。

图5所示的定制化厨具与锁紧装置相似，只是将厨具与端头进行了统一定制，无需再进行厨具的固定。

图6为电磁式支架的支架盘部分，图9为电磁式支架的立柱部分。电磁式支架盘设有电磁式凹槽14，其中分布有凹槽电磁铁15，共有三块，一块半圆环形位于顶端，两块方形位于两端，在放置厨具时，通过单片机控制电路接通，使电磁铁稳定吸合住锁紧装置端头5，从而保证放置足够稳定。从图6可以看出，电磁式支架盘为模块化设计，右图为基本模块13，设有三个电磁式凹槽14，并在其中放置单片机以进行控制，左图为扩展模块12，数量若干，通过固定接口接头17与基本模块的固定接口凹槽19固定连接，并通过扩展接口接头16与基本模块的扩展接口凹槽20进行扩展连接，以达到控制电磁铁的目的。电磁式支架盘的尾部设计有倒钩18，以防止在厨具放置时因意外脱落。立柱从上至下设有片状接口21，支撑柱22，配重盘23，固定底座24，片状接口21尺寸大小与支架盘的固定接口凹槽19一致，支撑柱22为支架提供合适高度，配重盘23数量若干，根据实际需要进行增减，以防止支架失衡倾倒，固定底座24面积较大，是为了在支撑使可使支架足够稳定。在使用时，若厨具不超过三个，则仅需基本模块13即可，若大于三个，则需将扩展模块12连接至基本模块13，二者之间固定接口接头17接至固定接口凹槽19，扩展接口接头16接至扩展接口凹槽20，然后将立柱的片状接口21连接至支架盘两端的固定接口凹槽19，在进行厨具放置时，通过单片机控制相应电磁式凹槽14的凹槽电磁铁15电路导通，即可吸合住端头5，以此稳定放置厨具，若厨具过重，则可以为立柱增加配重盘23，以使支架稳定。

整套组合装置在使用时，若使用锁紧装置对厨具进行固定，则需将厨具把手与锁紧套筒10，固定齿条11进行连接，电磁式套件通过电磁套筒4与锁紧装置的端头5进行连接，机械臂法兰盘2与电磁式套件连接端3相连，以此进行作业，结构示意图如图10所示。若使用组合装置进行作业。则只需通过电磁套筒4与端头5进行连接即可，结构示意图如图11所示。厨具放置如图11所示。

在其他实施例中，本发明还公开了：

一种厨房厨具，包括如实施例1所述的机械臂末端载具的组合装置，所述机械臂末端载具的组合装置的锁紧装置与厨具的把手连接，所述厨具包括但不限于刀具、锅铲、勺子和洗涤用具。

一种如实施例1所述的机械臂末端载具的组合装置的使用方法，步骤包括：

使用锁紧装置对厨具进行固定，将厨具的把手与锁紧装置连接，锁紧装置的锁紧套筒和固定齿条配合作用实现厨具把手的固定；

电磁式套件通过电磁套筒与锁紧装置的端头进行连接，机械臂的法兰盘与电磁式套件连接端相连；

若需操作厨具进行饭菜制作，则通过对电磁套筒通电，使其吸合住端头，从而拿起厨具；

若在厨具闲置时需对其进行放置，则通过机械臂将锁紧装置的放置槽放入电磁式支架盘的电磁式凹槽，对支架的凹槽电磁铁通电，使其吸合住端头的底部，即可完成固定放置。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。