一种自平衡送餐机器人系统的制作方法
专利名称:一种自平衡送餐机器人系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种自平衡送餐机器人系统，包括自平衡送餐机器人、终端控制台、蓝牙收发装置及智能充电器，其中，上述终端控制台设置在餐厅前台，蓝牙收发装置间隔分布设置在餐厅内，智能充电器设置在餐厅前台侧部；上述自平衡送餐机器人内置有机器人蓝牙收发模块，机器人蓝牙收发模块与终端控制台无线连接，终端控制台利用RSSI非测距定位技术算出自平衡送餐机器人的运动轨迹，并控制自平衡送餐机器人的运动。本实用新型操作简便,可减少服务人员数量及工作强度。
【专利说明】
一种自平衡送餐机器人系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及机器人领域，特别指一种自平衡送餐机器人系统。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展和经济水平的提高，国外已出现比较实用且灵活的无线循迹机器人用于咖啡厅、茶餐厅送点心之类的服务，这类高端的餐饮机器人的精确度和可靠性也远远超出普通餐厅服务机器人的水平。而国内现有的普通餐厅机器人主要依靠光电巡线进行点送餐，循迹模式较简陋，对场地的要求高，无法做到即时展开、即时使用，且预铺设的循迹线影响餐厅美观，不支持实时动态监控，成本较高，无法较好地完成智能餐厅服务机器人的工作。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种定位高端，结构简单，操作简便，可减少服务人员数量及工作强度，能应用于高端餐饮场所的自平衡送餐机器人系统。
[0004]本实用新型采取的技术方案如下:
[0005]—种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:包括自平衡送餐机器人、终端控制台、蓝牙收发装置及智能充电器，其中上述终端控制台设置在餐厅前台，蓝牙收发装置间隔分布设置在餐厅内，智能充电器设置在餐厅前台侧部;上述自平衡送餐机器人内置有机器人蓝牙收发模块，机器人蓝牙收发模块与终端控制台无线连接，终端控制台控制自平衡送餐机器人运动，以便通过自平衡送餐机器人进行送餐。
[0006]优选地，所述的蓝牙收发装置设置在餐厅四角处及餐厅内各餐桌上形成基准锚节点和餐桌锚节点，餐桌锚节点为基准锚节点提供采样的标本坐标，该标本坐标将餐厅允许机器人走动的路线分割为若干段直线，每段直线的两端分别设置有一个餐桌锚节点，且设置每条路线上的所有锚节点的优先级。
[0007]优选地，所述的自平衡送餐机器人包括机身、托盘、压力传感器、超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器、语音模块、机器人蓝牙收发模块及红外检测传感器，其中机身下部设有行驶轮，行驶轮与设置在机身内的大扭矩直流减速电机连接以获取动力。
[0008]优选地，所述的托盘可折叠地收纳于机身前方，压力传感器设置在托盘的底部，以便检测托盘内的压力；上述机器人蓝牙收发模块包括至少三个，分别均匀间隔设置在托盘上，且其中一个机器人蓝牙收发模块设置在自平衡送餐机器人的前进方向。
[0009]优选地，所述的超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器、语音模块、机器人蓝牙收发模块及红外检测传感器分别设置在机身上;机身内置有飞思卡尔Kinetis K60主芯片，压力传感器、超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器、语音模块、机器人蓝牙收发模块分别与飞思卡尔Kinetis K60主芯片电连接，形成完整的自平衡送餐机器人。
[0010]优选地，所述的自平衡送餐机器人系统包括自平衡机制、避障机制、队列分级机制及信号丢失保护机制。
[0011]优选地，所述的自平衡机制利用陀螺仪和加速度传感器计算出自平衡送餐机器人当前偏离平衡位置的具体角度，再进行角度融合得到平滑的融合角度，将融合角度传输到主芯片，主芯片输出相应的脉冲宽度调制波(PffM)控制大扭矩直流减速电机转速，以维持自平衡送餐机器人的平衡。
[0012]优选地，所述的避障机制通过超声波传感器实现对前进及后退方向进行障碍物的检测，其检测的误差取决于超声波发射模块与超声波接收模块的相对距离，检测到有障碍物时，自平衡送餐机器人内置的飞思卡尔Kinetis K60芯片控制大扭矩直流减速电机原地停车等待;待障碍物离开后，自平衡送餐机器人按照原来的路线前进;等待超过限定时间则通过语音模块语音提示并将自平衡送餐机器人的编号通过机器人蓝牙收发模块反馈给终端控制台。
[0013]优选地，所述的队列分级机制将自平衡送餐机器人(I)群体进行编号分级，方便终端控制台操作人员进行自平衡送餐机器人(I)数量统计以及进行故障应答;所述的信号丢失保护机制，Pr(r)为距离r处的自平衡送餐机器人机身上的机器人蓝牙收发模块所接收到的RSSI值，一旦主芯片检测出机器人蓝牙收发模块接收到的Pr(r)小于或等于设定的最小信号强度阈值Pk，经延时滤波后还是处于Pr (r) SPk的状态，则自平衡送餐机器人自动进入信号丢失保护状态，在预设定时间内仍然在原地保持动态静止，直到再一次确定Pr(r)>Pk，即自平衡送餐机器人处于有效的信号强度覆盖范围内，若超出等待时间则发送信息给终端控制台请求人工协助处理。
[0014]优选地，所述的终端控制台包括ARM处理器、终端蓝牙收发模块及增益天线;所述的智能充电器内安装有充电器蓝牙收发模块及增益天线，方便机器人进行定位，智能充电器的前端采用多个经过编码调制的红外信号引导机器人进行充电工作。
[0015]本实用新型的有益效果在于:
[0016]当前低成本的蓝牙无线通信技术发展迅速，蓝牙收发模块可以提供接收信号强度RSS1、链路质量LQ、传输功率级TPL等参数，因此蓝牙系统可以方便地使用基于RSSI非测距的定位技术;而自平衡技术在代步车上得到了检验，技术较为成熟;红外自动回充技术也在地宝机器人上得到广泛应用，其无需人工干预机器人充电工作的特性赢得了用户的青睐。自平衡送餐机器人系统作为典型的公共服务机器人系统，集成了各种高新技术如:人机交互、实时监控、无线运动定位等复杂技术，低成本、多功能、高度智能化必将是其未来的发展趋势。
[0017]本实用新型基于RSSI非测距的定位技术，原理简单，人机交互性能好，可起到美化餐厅，改善就餐氛围和环境的作用；终端控制台的操作人员可以利用无线介质载体方便快捷地知道机器人各种参数，如:位置、速度及送餐情况等，可彻底摆脱旧式普通光电巡线方式，大大减少对场地的要求与依赖;通过使用自平衡技术，机器人的行驶轮个数减少为两个，可以更加灵活地转弯，解决了过去主动轮加万向轮产生的转弯不流畅问题；引入信号丢失保护机制可以让机器人出现故障的时候进入悬停状态，从而保护周边物体的安全，真正做到方便使用;通过智能程序控制，提高了机器人使用安全系数。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型自平衡送餐机器人的立体图。
[0019]图2为本实用新型自平衡送餐机器人的侧视图。
[0020]图3为本实用新型的工作流程图。
[0021 ]图4为本实用新型的工作环境图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合附图对本实用新型作进一步描述:
[0023]如图1至图4所示，本实用新型采取的技术方案如下:一种自平衡送餐机器人系统，包括自平衡送餐机器人1、终端控制台2、蓝牙收发装置13及智能充电器14，其中上述终端控制台12设置在餐厅前台，蓝牙收发装置13间隔分布设置在餐厅内，智能充电器14设置在餐厅前台侧部;上述自平衡送餐机器人I内置有机器人蓝牙收发模块8，机器人蓝牙收发模块8与终端控制台12无线连接，终端控制台12控制自平衡送餐机器人I运动，以便通过自平衡送餐机器人进行送餐。
[0024]蓝牙收发装置13设置在餐厅四角处及餐厅内各餐桌上形成基准锚节点和餐桌锚节点，餐桌锚节点为基准锚节点提供采样的标本坐标，该标本坐标将餐厅允许机器人走动的路线分割为若干段直线，每段直线的两端分别设置有一个餐桌锚节点，且设置每条路线上的所有锚节点的优先级。
[0025]自平衡送餐机器人I包括机身10、托盘2、压力传感器3、超声波传感器4、陀螺仪5、加速度传感器6、语音模块7、机器人蓝牙收发模块8及红外检测传感器9，其中机身1下部设有行驶轮11，行驶轮11与设置在机身10内的大扭矩直流减速电机连接以获取动力。
[0026]托盘2可折叠地收纳于机身前方，压力传感器3设置在托盘2的底部，以便检测托盘2内的压力;上述机器人蓝牙收发模块8包括至少三个，分别均匀间隔设置在托盘2上，且其中一个机器人蓝牙收发模块8设置在自平衡送餐机器人I的前进方向。
[0027]超声波传感器4、陀螺仪5、加速度传感器6、语音模块7、机器人蓝牙收发模块8及红外检测传感器9分别设置在机身10上;机身10内置有飞思卡尔Kinetis K60主芯片，压力传感器3、超声波传感器4、陀螺仪5、加速度传感器6、语音模块7、机器人蓝牙收发模块8分别与飞思卡尔Kinetis K60主芯片电连接，形成完整的自平衡送餐机器人。
[0028]自平衡送餐机器人系统包括自平衡机制、避障机制、队列分级机制及信号丢失保护机制。
[0029]自平衡机制利用陀螺仪和加速度传感器计算出自平衡送餐机器人I当前偏离平衡位置的具体角度，再进行角度融合得到平滑的融合角度，将融合角度传输到主芯片，主芯片输出相应的脉冲宽度调制波(PWM)控制大扭矩直流减速电机转速，以维持自平衡送餐机器人I的平衡。
[0030]避障机制通过超声波传感器4实现对前进及后退方向进行障碍物的检测，其检测的误差取决于超声波发射模块与超声波接收模块的相对距离，检测到有障碍物时，自平衡送餐机器人I内置的飞思卡尔Kinetis K60芯片控制大扭矩直流减速电机原地停车等待;待障碍物离开后，自平衡送餐机器人I按照原来的路线继续前进;等待超过限定时间则通过语音模块7语音提示并将自平衡送餐机器人I的编号通过机器人蓝牙收发模块8反馈给终端控制台12。
[0031]队列分级机制将自平衡送餐机器人I群体进行编号分级，方便终端控制台12操作人员进行自平衡送餐机器人I数量统计以及进行故障应答;所述的信号丢失保护机制，Pr(r)为距离r处的自平衡送餐机器人I机身10上的机器人蓝牙收发模块8所接收到的RSSI值，一旦主芯片检测出机器人蓝牙收发模块8接收到的Pr(r)小于或等于设定的最小信号强度阈值Pk，经延时滤波后还是处于Pr(r)彡Pk的状态，则自平衡送餐机器人I自动进入信号丢失保护状态，在预设定时间内仍然在原地保持动态静止，直到再一次确定Pr(r)>Pk，即自平衡送餐机器人I处于有效的信号强度覆盖范围内，若超出等待时间则发送信息给终端控制台12请求人工协助处理。
[0032]终端控制台12包括ARM处理器、终端蓝牙收发模块及增益天线;所述的智能充电器14内安装有充电器蓝牙收发模块及增益天线，方便机器人进行定位，智能充电器14的前端采用多个经过编码调制的红外信号引导机器人进行充电工作。
[0033]进一步，本实用新型包括自平衡送餐机器人、终端控制台、蓝牙收发装置(锚节点)以及智能充电器，其特征在于:终端控制台利用蓝牙收发装置(锚节点)来控制自平衡送餐机器人，自平衡送餐机器人利用蓝牙收发装置(锚节点)来实现循迹与定位；自平衡送餐机器人、终端控制台、蓝牙收发装置(锚节点)以及智能充电器组合成一个完整的整体，实现完成送餐自动化的功能。自平衡送餐机器人机身上方安装有可折叠收纳的、内嵌有压力传感器、圆周上安装若干个(优选为三个)等角距的蓝牙收发模块的托盘(其中一个蓝牙收发模块位于机器人前进的方向，优选托盘半径大于0.5m)，机身中上部安装有陀螺仪和加速度传感器，机器人控制芯片选用飞思卡尔Kinetis K60芯片，机器人的前进、后退方向设有语音模块及超声波传感器，底部还装有两个大扭矩直流减速电机以及自动回充红外检测传感器。蓝牙收发装置(锚节点)放置于餐厅的四个角落以及每个餐桌上，形成基准锚节点和餐桌锚节点，餐桌锚节点为角落的基准锚节点提供采样的标本坐标。自平衡送餐机器人具备良好的自平衡特征，其利用陀螺仪和加速度传感器计算出机器人当前偏离平衡位置的具体角度，再进行角度融合得到平滑的融合角度，将融合角度传输到CPU(飞思卡尔Kinetis K60芯片)，CPU输出相应的脉冲宽度调制波(PffM)控制大扭矩直流减速电机转速，以维持机器人平衡;如当姿态角小于O的时候，机器人重心后倾，CPU控制电机向后加速运动，使得机器人在新的位置达到平衡。自平衡送餐机器人的避障模块是通过超声波传感器实现对前进及后退方向进行障碍物的检测，其检测的误差取决于超声波发射模块与超声波接收模块的相对距离，一旦检测到有障碍物，机器人内置的CPU会控制两个电机原地停车等待;待障碍物离开后，机器人按照原来的路线继续前进;等待超过限定时间则语音提示并将机器人编号反馈给终端控制台。自平衡送餐机器人引入队列分级机制，用于将机器人群体进行编号分级，方便终端控制台操作人员进行机器人数量统计以及故障应答。自平衡送餐机器人采用信号丢失保护机制:Pr(r)为距离r处的机器人机身上的蓝牙收发模块所接收到的RSSI功率，一旦CPU检测蓝牙收发模块接收到的Pr(r)小于或等于设定的最小信号强度阈值Pk，经过延时滤波后还是处于Pr (r) SPk的状态，则机器人自动进入信号丢失保护状态，在预设定时间内仍然在原地保持动态静止，直到再一次确定Pr(r)>Pk，即机器人处于有效的信号强度覆盖范围内，若超出等待时间则发送信息给终端控制台请求人工协助处理。终端控制台由ARM处理器、蓝牙收发模块和增益天线组成。智能充电器安装有蓝牙收发模块及增益天线，方便机器人进行定位；智能充电器前端采用多个经过编码调制的红外信号进行引导工作，彼此之间互不干扰，可增强红外的抗干扰能力，增大红外角度的宽度及距离。餐厅允许机器人走动的路线分割为若干段直线，每段直线的两端分别设置有一个餐桌锚节点，并设置每条路线上的所有锚节点的优先级，机器人在达到某锚节点时，必须按照锚节点的优先级逐级通过所要行走线路上所有锚节点，通过测量托盘上的三个蓝牙收发模块与欲到达的锚节点的距离来选择正确的行走路径(当机器人在低速前进中对方向进行角度微调至前进方向的蓝牙收发模块点与欲到达锚节点的连线通过其余两个蓝牙收发模块连线的中点，托盘上的等边三角形的三个顶点锚节点前进方向的)；利用四个基准锚节点来实时监测机器人行走方向的正确与否，并将检测结果反馈至终端控制台。
[0034]进一步，本实用新型启动时:启动机器人I后，内置CPU会进行工作前的自我检查，包括蓄电池电压、自平衡、避障、蓝牙收发等参数，完成以后会发出嘟嘟嘟三声，以提示工作人员一切正常;若没有顺利完成启动前的自检，则会一直长鸣，提醒工作人员进行查看。
[0035]本实用新型进行送餐时:服务人员利用终端控制台12启动送餐服务，召唤处于较高优先级的自平衡送餐机器人I到送餐台，同时更新餐厅内所有锚节点的坐标，用于规划出机器人出发点到目标餐桌锚节点的最佳路径，然后发送给自平衡送餐机器人1，路径信息传输完毕后，机器人会不停地通过压力传感器3检测托盘2上是否有压力且压力值不再发生较大波动，若符合条件即可判断为菜已经完全放在了托盘上，机器人延时一定时间后自动离开送餐台，进行目标餐桌的送餐任务。因机器人本身也装有机器人蓝牙收发模块8，故终端控制台12可将机器人视为移动的锚节点，同样可以利用RSSI非测距定位技术算出机器人的运动轨迹参数。
[0036]送餐开始时，若CPU检测到蓄电池电压介于最低标准电压与标准电压范围时，机器人将继续前行把菜送至客人餐桌;而低于设定的最低标准电压时，则将本机的等级序号由蓝牙收发模块发送给终端控制台12，请求在队列里暂时消去该序号，不参与送餐任务。此时终端控制台12必须进行应答，应答完毕后该自平衡送餐机器人I将会退出队列，根据自动回充红外检测传感器9的引导返回智能充电器14处充电。待蓄电池充满电后，机器人将会重新将本机的等级序号由机器人蓝牙收发模块8发送给终端控制台，请求在队列里重新加入该序号，此时终端控制台12会进行应答，应答完毕后自该平衡送餐机器人将重新加入队列，执行送餐任务。
[0037]在行进的过程中，若前方有人或椅子等障碍物，自平衡送餐机器人可以根据超声波传感器4测量出来的数据判断物体的远近，结合陀螺仪5和加速度传感器6，进而实施原地停车或提前减速等动作。
[0038]在途中若未达到目的餐桌就检测到托盘2上的食物被端走，机器人会停下来并利用语音模块7发出语音提示；当到达目标餐桌但在预设定时间内未感应到菜被端走，则重复发出语音提示，若超出预设定等待时间，即通过机器人蓝牙收发模块8向终端控制台12发出请求，请求人工协助解决。
[0039]本实用新型的实施例只是介绍其【具体实施方式】，不在于限制其保护范围。本行业的技术人员在本实施例的启发下可以作出某些修改，故凡依照本实用新型专利范围所做的等效变化或修饰，均属于本实用新型专利权利要求范围内。
【主权项】
1.一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:包括自平衡送餐机器人(I)、终端控制台(12)、蓝牙收发装置(13)及智能充电器(14)，其中上述终端控制台(12)设置在餐厅前台，蓝牙收发装置(13)间隔分布设置在餐厅内，智能充电器(14)设置在餐厅前台侧部;上述自平衡送餐机器人(I)内置有机器人蓝牙收发模块(8)，机器人蓝牙收发模块(8)与终端控制台(12)无线连接，终端控制台(12)控制自平衡送餐机器人(I)运动，以便通过自平衡送餐机器人进行送餐。2.根据权利要求1所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的蓝牙收发装置(13)设置在餐厅四角处及餐厅内各餐桌上形成基准锚节点和餐桌锚节点，餐桌锚节点为基准锚节点提供采样的标本坐标，该标本坐标将餐厅允许机器人走动的路线分割为若干段直线，每段直线的两端分别设置有一个餐桌锚节点，且设置每条路线上的所有锚节点的优先级。3.根据权利要求2所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的自平衡送餐机器人(I)包括机身(10)、托盘(2)、压力传感器(3)、超声波传感器(4)、陀螺仪(5)、加速度传感器(6)、语音模块(7)、机器人蓝牙收发模块(8)及红外检测传感器(9)，其中机身(10)下部设有行驶轮(U)，行驶轮(11)与设置在机身(10)内的大扭矩直流减速电机连接以获取动力。4.根据权利要求3所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的托盘(2)可折叠地收纳于机身(10)前方，压力传感器(3)设置在托盘(2)的底部，以便检测托盘(2)内的压力;上述机器人蓝牙收发模块(8)包括至少三个，分别均匀间隔设置在托盘(2)上，且其中一个机器人蓝牙收发模块(8)设置在自平衡送餐机器人(I)的前进方向。5.根据权利要求4所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的超声波传感器(4)、陀螺仪(5)、加速度传感器(6)、语音模块(7)、机器人蓝牙收发模块(8)及红外检测传感器(9)分别设置在机身(10)上;机身(10)内置有飞思卡尔Kinetis K60主芯片，压力传感器(3)、超声波传感器(4)、陀螺仪(5)、加速度传感器(6)、语音模块(7)、机器人蓝牙收发模块(8)分别与飞思卡尔Kinetis K60主芯片电连接，形成完整的自平衡送餐机器人。6.根据权利要求5所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的自平衡送餐机器人系统包括自平衡机制、避障机制、队列分级机制及信号丢失保护机制。7.根据权利要求6所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的自平衡机制利用陀螺仪和加速度传感器计算出自平衡送餐机器人(I)当前偏离平衡位置的具体角度，再进行角度融合得到平滑的融合角度，将融合角度传输到主芯片，主芯片输出相应的脉冲宽度调制波(PWM)控制大扭矩直流减速电机转速，以维持自平衡送餐机器人(I)的平衡。8.根据权利要求7所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的避障机制通过超声波传感器(4)实现对前进及后退方向进行障碍物的检测，其检测的误差取决于超声波发射模块与超声波接收模块的相对距离，检测到有障碍物时，自平衡送餐机器人(I)内置的飞思卡尔Kinetis K60芯片控制大扭矩直流减速电机原地停车等待;待障碍物离开后，自平衡送餐机器人(I)按照原来的路线前进;等待超过限定时间则通过语音模块(7)语音提示并将自平衡送餐机器人(I)的编号通过机器人蓝牙收发模块(8)反馈给终端控制台(12)。9.根据权利要求8所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的队列分级机制将自平衡送餐机器人(I)群体进行编号分级，方便终端控制台(12)操作人员进行自平衡送餐机器人(I)数量统计以及进行故障应答;所述的信号丢失保护机制，Pr(r)为距离r处的自平衡送餐机器人(I)机身(10)上的机器人蓝牙收发模块(8)所接收到的RSSI值，一旦主芯片检测出机器人蓝牙收发模块(8)接收到的Pr(r)小于或等于设定的最小信号强度阈值Pk，经延时滤波后还是处于Pr (r) SPk的状态，则自平衡送餐机器人(I)自动进入信号丢失保护状态，在预设定时间内仍然在原地保持动态静止，直到再一次确定Pr(r)>Pk，即自平衡送餐机器人(I)处于有效的信号强度覆盖范围内，若超出等待时间则发送信息给终端控制台(12)请求人工协助处理。10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的终端控制台(12)包括ARM处理器、终端蓝牙收发模块及增益天线;所述的智能充电器(14)内安装有充电器蓝牙收发模块及增益天线，方便机器人进行定位，智能充电器(14)的前端采用多个经过编码调制的红外信号引导机器人进行充电工作。
【文档编号】G05D1/02GK205692040SQ201620107316
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年2月2日 公开号201620107316.5, CN 201620107316, CN 205692040 U, CN 205692040U, CN-U-205692040, CN201620107316, CN201620107316.5, CN205692040 U, CN205692040U
【发明人】罗梓杰, 林凯宏, 董占林
【申请人】罗梓杰
【专利摘要】本实用新型公开了一种自平衡送餐机器人系统，包括自平衡送餐机器人、终端控制台、蓝牙收发装置及智能充电器，其中，上述终端控制台设置在餐厅前台，蓝牙收发装置间隔分布设置在餐厅内，智能充电器设置在餐厅前台侧部；上述自平衡送餐机器人内置有机器人蓝牙收发模块，机器人蓝牙收发模块与终端控制台无线连接，终端控制台利用RSSI非测距定位技术算出自平衡送餐机器人的运动轨迹，并控制自平衡送餐机器人的运动。本实用新型操作简便,可减少服务人员数量及工作强度。
【专利说明】
一种自平衡送餐机器人系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及机器人领域，特别指一种自平衡送餐机器人系统。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展和经济水平的提高，国外已出现比较实用且灵活的无线循迹机器人用于咖啡厅、茶餐厅送点心之类的服务，这类高端的餐饮机器人的精确度和可靠性也远远超出普通餐厅服务机器人的水平。而国内现有的普通餐厅机器人主要依靠光电巡线进行点送餐，循迹模式较简陋，对场地的要求高，无法做到即时展开、即时使用，且预铺设的循迹线影响餐厅美观，不支持实时动态监控，成本较高，无法较好地完成智能餐厅服务机器人的工作。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种定位高端，结构简单，操作简便，可减少服务人员数量及工作强度，能应用于高端餐饮场所的自平衡送餐机器人系统。
[0004]本实用新型采取的技术方案如下:
[0005]—种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:包括自平衡送餐机器人、终端控制台、蓝牙收发装置及智能充电器，其中上述终端控制台设置在餐厅前台，蓝牙收发装置间隔分布设置在餐厅内，智能充电器设置在餐厅前台侧部;上述自平衡送餐机器人内置有机器人蓝牙收发模块，机器人蓝牙收发模块与终端控制台无线连接，终端控制台控制自平衡送餐机器人运动，以便通过自平衡送餐机器人进行送餐。
[0006]优选地，所述的蓝牙收发装置设置在餐厅四角处及餐厅内各餐桌上形成基准锚节点和餐桌锚节点，餐桌锚节点为基准锚节点提供采样的标本坐标，该标本坐标将餐厅允许机器人走动的路线分割为若干段直线，每段直线的两端分别设置有一个餐桌锚节点，且设置每条路线上的所有锚节点的优先级。
[0007]优选地，所述的自平衡送餐机器人包括机身、托盘、压力传感器、超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器、语音模块、机器人蓝牙收发模块及红外检测传感器，其中机身下部设有行驶轮，行驶轮与设置在机身内的大扭矩直流减速电机连接以获取动力。
[0008]优选地，所述的托盘可折叠地收纳于机身前方，压力传感器设置在托盘的底部，以便检测托盘内的压力；上述机器人蓝牙收发模块包括至少三个，分别均匀间隔设置在托盘上，且其中一个机器人蓝牙收发模块设置在自平衡送餐机器人的前进方向。
[0009]优选地，所述的超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器、语音模块、机器人蓝牙收发模块及红外检测传感器分别设置在机身上;机身内置有飞思卡尔Kinetis K60主芯片，压力传感器、超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器、语音模块、机器人蓝牙收发模块分别与飞思卡尔Kinetis K60主芯片电连接，形成完整的自平衡送餐机器人。
[0010]优选地，所述的自平衡送餐机器人系统包括自平衡机制、避障机制、队列分级机制及信号丢失保护机制。
[0011]优选地，所述的自平衡机制利用陀螺仪和加速度传感器计算出自平衡送餐机器人当前偏离平衡位置的具体角度，再进行角度融合得到平滑的融合角度，将融合角度传输到主芯片，主芯片输出相应的脉冲宽度调制波(PffM)控制大扭矩直流减速电机转速，以维持自平衡送餐机器人的平衡。
[0012]优选地，所述的避障机制通过超声波传感器实现对前进及后退方向进行障碍物的检测，其检测的误差取决于超声波发射模块与超声波接收模块的相对距离，检测到有障碍物时，自平衡送餐机器人内置的飞思卡尔Kinetis K60芯片控制大扭矩直流减速电机原地停车等待;待障碍物离开后，自平衡送餐机器人按照原来的路线前进;等待超过限定时间则通过语音模块语音提示并将自平衡送餐机器人的编号通过机器人蓝牙收发模块反馈给终端控制台。
[0013]优选地，所述的队列分级机制将自平衡送餐机器人(I)群体进行编号分级，方便终端控制台操作人员进行自平衡送餐机器人(I)数量统计以及进行故障应答;所述的信号丢失保护机制，Pr(r)为距离r处的自平衡送餐机器人机身上的机器人蓝牙收发模块所接收到的RSSI值，一旦主芯片检测出机器人蓝牙收发模块接收到的Pr(r)小于或等于设定的最小信号强度阈值Pk，经延时滤波后还是处于Pr (r) SPk的状态，则自平衡送餐机器人自动进入信号丢失保护状态，在预设定时间内仍然在原地保持动态静止，直到再一次确定Pr(r)>Pk，即自平衡送餐机器人处于有效的信号强度覆盖范围内，若超出等待时间则发送信息给终端控制台请求人工协助处理。
[0014]优选地，所述的终端控制台包括ARM处理器、终端蓝牙收发模块及增益天线;所述的智能充电器内安装有充电器蓝牙收发模块及增益天线，方便机器人进行定位，智能充电器的前端采用多个经过编码调制的红外信号引导机器人进行充电工作。
[0015]本实用新型的有益效果在于:
[0016]当前低成本的蓝牙无线通信技术发展迅速，蓝牙收发模块可以提供接收信号强度RSS1、链路质量LQ、传输功率级TPL等参数，因此蓝牙系统可以方便地使用基于RSSI非测距的定位技术;而自平衡技术在代步车上得到了检验，技术较为成熟;红外自动回充技术也在地宝机器人上得到广泛应用，其无需人工干预机器人充电工作的特性赢得了用户的青睐。自平衡送餐机器人系统作为典型的公共服务机器人系统，集成了各种高新技术如:人机交互、实时监控、无线运动定位等复杂技术，低成本、多功能、高度智能化必将是其未来的发展趋势。
[0017]本实用新型基于RSSI非测距的定位技术，原理简单，人机交互性能好，可起到美化餐厅，改善就餐氛围和环境的作用；终端控制台的操作人员可以利用无线介质载体方便快捷地知道机器人各种参数，如:位置、速度及送餐情况等，可彻底摆脱旧式普通光电巡线方式，大大减少对场地的要求与依赖;通过使用自平衡技术，机器人的行驶轮个数减少为两个，可以更加灵活地转弯，解决了过去主动轮加万向轮产生的转弯不流畅问题；引入信号丢失保护机制可以让机器人出现故障的时候进入悬停状态，从而保护周边物体的安全，真正做到方便使用;通过智能程序控制，提高了机器人使用安全系数。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型自平衡送餐机器人的立体图。
[0019]图2为本实用新型自平衡送餐机器人的侧视图。
[0020]图3为本实用新型的工作流程图。
[0021 ]图4为本实用新型的工作环境图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合附图对本实用新型作进一步描述:
[0023]如图1至图4所示，本实用新型采取的技术方案如下:一种自平衡送餐机器人系统，包括自平衡送餐机器人1、终端控制台2、蓝牙收发装置13及智能充电器14，其中上述终端控制台12设置在餐厅前台，蓝牙收发装置13间隔分布设置在餐厅内，智能充电器14设置在餐厅前台侧部;上述自平衡送餐机器人I内置有机器人蓝牙收发模块8，机器人蓝牙收发模块8与终端控制台12无线连接，终端控制台12控制自平衡送餐机器人I运动，以便通过自平衡送餐机器人进行送餐。
[0024]蓝牙收发装置13设置在餐厅四角处及餐厅内各餐桌上形成基准锚节点和餐桌锚节点，餐桌锚节点为基准锚节点提供采样的标本坐标，该标本坐标将餐厅允许机器人走动的路线分割为若干段直线，每段直线的两端分别设置有一个餐桌锚节点，且设置每条路线上的所有锚节点的优先级。
[0025]自平衡送餐机器人I包括机身10、托盘2、压力传感器3、超声波传感器4、陀螺仪5、加速度传感器6、语音模块7、机器人蓝牙收发模块8及红外检测传感器9，其中机身1下部设有行驶轮11，行驶轮11与设置在机身10内的大扭矩直流减速电机连接以获取动力。
[0026]托盘2可折叠地收纳于机身前方，压力传感器3设置在托盘2的底部，以便检测托盘2内的压力;上述机器人蓝牙收发模块8包括至少三个，分别均匀间隔设置在托盘2上，且其中一个机器人蓝牙收发模块8设置在自平衡送餐机器人I的前进方向。
[0027]超声波传感器4、陀螺仪5、加速度传感器6、语音模块7、机器人蓝牙收发模块8及红外检测传感器9分别设置在机身10上;机身10内置有飞思卡尔Kinetis K60主芯片，压力传感器3、超声波传感器4、陀螺仪5、加速度传感器6、语音模块7、机器人蓝牙收发模块8分别与飞思卡尔Kinetis K60主芯片电连接，形成完整的自平衡送餐机器人。
[0028]自平衡送餐机器人系统包括自平衡机制、避障机制、队列分级机制及信号丢失保护机制。
[0029]自平衡机制利用陀螺仪和加速度传感器计算出自平衡送餐机器人I当前偏离平衡位置的具体角度，再进行角度融合得到平滑的融合角度，将融合角度传输到主芯片，主芯片输出相应的脉冲宽度调制波(PWM)控制大扭矩直流减速电机转速，以维持自平衡送餐机器人I的平衡。
[0030]避障机制通过超声波传感器4实现对前进及后退方向进行障碍物的检测，其检测的误差取决于超声波发射模块与超声波接收模块的相对距离，检测到有障碍物时，自平衡送餐机器人I内置的飞思卡尔Kinetis K60芯片控制大扭矩直流减速电机原地停车等待;待障碍物离开后，自平衡送餐机器人I按照原来的路线继续前进;等待超过限定时间则通过语音模块7语音提示并将自平衡送餐机器人I的编号通过机器人蓝牙收发模块8反馈给终端控制台12。
[0031]队列分级机制将自平衡送餐机器人I群体进行编号分级，方便终端控制台12操作人员进行自平衡送餐机器人I数量统计以及进行故障应答;所述的信号丢失保护机制，Pr(r)为距离r处的自平衡送餐机器人I机身10上的机器人蓝牙收发模块8所接收到的RSSI值，一旦主芯片检测出机器人蓝牙收发模块8接收到的Pr(r)小于或等于设定的最小信号强度阈值Pk，经延时滤波后还是处于Pr(r)彡Pk的状态，则自平衡送餐机器人I自动进入信号丢失保护状态，在预设定时间内仍然在原地保持动态静止，直到再一次确定Pr(r)>Pk，即自平衡送餐机器人I处于有效的信号强度覆盖范围内，若超出等待时间则发送信息给终端控制台12请求人工协助处理。
[0032]终端控制台12包括ARM处理器、终端蓝牙收发模块及增益天线;所述的智能充电器14内安装有充电器蓝牙收发模块及增益天线，方便机器人进行定位，智能充电器14的前端采用多个经过编码调制的红外信号引导机器人进行充电工作。
[0033]进一步，本实用新型包括自平衡送餐机器人、终端控制台、蓝牙收发装置(锚节点)以及智能充电器，其特征在于:终端控制台利用蓝牙收发装置(锚节点)来控制自平衡送餐机器人，自平衡送餐机器人利用蓝牙收发装置(锚节点)来实现循迹与定位；自平衡送餐机器人、终端控制台、蓝牙收发装置(锚节点)以及智能充电器组合成一个完整的整体，实现完成送餐自动化的功能。自平衡送餐机器人机身上方安装有可折叠收纳的、内嵌有压力传感器、圆周上安装若干个(优选为三个)等角距的蓝牙收发模块的托盘(其中一个蓝牙收发模块位于机器人前进的方向，优选托盘半径大于0.5m)，机身中上部安装有陀螺仪和加速度传感器，机器人控制芯片选用飞思卡尔Kinetis K60芯片，机器人的前进、后退方向设有语音模块及超声波传感器，底部还装有两个大扭矩直流减速电机以及自动回充红外检测传感器。蓝牙收发装置(锚节点)放置于餐厅的四个角落以及每个餐桌上，形成基准锚节点和餐桌锚节点，餐桌锚节点为角落的基准锚节点提供采样的标本坐标。自平衡送餐机器人具备良好的自平衡特征，其利用陀螺仪和加速度传感器计算出机器人当前偏离平衡位置的具体角度，再进行角度融合得到平滑的融合角度，将融合角度传输到CPU(飞思卡尔Kinetis K60芯片)，CPU输出相应的脉冲宽度调制波(PffM)控制大扭矩直流减速电机转速，以维持机器人平衡;如当姿态角小于O的时候，机器人重心后倾，CPU控制电机向后加速运动，使得机器人在新的位置达到平衡。自平衡送餐机器人的避障模块是通过超声波传感器实现对前进及后退方向进行障碍物的检测，其检测的误差取决于超声波发射模块与超声波接收模块的相对距离，一旦检测到有障碍物，机器人内置的CPU会控制两个电机原地停车等待;待障碍物离开后，机器人按照原来的路线继续前进;等待超过限定时间则语音提示并将机器人编号反馈给终端控制台。自平衡送餐机器人引入队列分级机制，用于将机器人群体进行编号分级，方便终端控制台操作人员进行机器人数量统计以及故障应答。自平衡送餐机器人采用信号丢失保护机制:Pr(r)为距离r处的机器人机身上的蓝牙收发模块所接收到的RSSI功率，一旦CPU检测蓝牙收发模块接收到的Pr(r)小于或等于设定的最小信号强度阈值Pk，经过延时滤波后还是处于Pr (r) SPk的状态，则机器人自动进入信号丢失保护状态，在预设定时间内仍然在原地保持动态静止，直到再一次确定Pr(r)>Pk，即机器人处于有效的信号强度覆盖范围内，若超出等待时间则发送信息给终端控制台请求人工协助处理。终端控制台由ARM处理器、蓝牙收发模块和增益天线组成。智能充电器安装有蓝牙收发模块及增益天线，方便机器人进行定位；智能充电器前端采用多个经过编码调制的红外信号进行引导工作，彼此之间互不干扰，可增强红外的抗干扰能力，增大红外角度的宽度及距离。餐厅允许机器人走动的路线分割为若干段直线，每段直线的两端分别设置有一个餐桌锚节点，并设置每条路线上的所有锚节点的优先级，机器人在达到某锚节点时，必须按照锚节点的优先级逐级通过所要行走线路上所有锚节点，通过测量托盘上的三个蓝牙收发模块与欲到达的锚节点的距离来选择正确的行走路径(当机器人在低速前进中对方向进行角度微调至前进方向的蓝牙收发模块点与欲到达锚节点的连线通过其余两个蓝牙收发模块连线的中点，托盘上的等边三角形的三个顶点锚节点前进方向的)；利用四个基准锚节点来实时监测机器人行走方向的正确与否，并将检测结果反馈至终端控制台。
[0034]进一步，本实用新型启动时:启动机器人I后，内置CPU会进行工作前的自我检查，包括蓄电池电压、自平衡、避障、蓝牙收发等参数，完成以后会发出嘟嘟嘟三声，以提示工作人员一切正常;若没有顺利完成启动前的自检，则会一直长鸣，提醒工作人员进行查看。
[0035]本实用新型进行送餐时:服务人员利用终端控制台12启动送餐服务，召唤处于较高优先级的自平衡送餐机器人I到送餐台，同时更新餐厅内所有锚节点的坐标，用于规划出机器人出发点到目标餐桌锚节点的最佳路径，然后发送给自平衡送餐机器人1，路径信息传输完毕后，机器人会不停地通过压力传感器3检测托盘2上是否有压力且压力值不再发生较大波动，若符合条件即可判断为菜已经完全放在了托盘上，机器人延时一定时间后自动离开送餐台，进行目标餐桌的送餐任务。因机器人本身也装有机器人蓝牙收发模块8，故终端控制台12可将机器人视为移动的锚节点，同样可以利用RSSI非测距定位技术算出机器人的运动轨迹参数。
[0036]送餐开始时，若CPU检测到蓄电池电压介于最低标准电压与标准电压范围时，机器人将继续前行把菜送至客人餐桌;而低于设定的最低标准电压时，则将本机的等级序号由蓝牙收发模块发送给终端控制台12，请求在队列里暂时消去该序号，不参与送餐任务。此时终端控制台12必须进行应答，应答完毕后该自平衡送餐机器人I将会退出队列，根据自动回充红外检测传感器9的引导返回智能充电器14处充电。待蓄电池充满电后，机器人将会重新将本机的等级序号由机器人蓝牙收发模块8发送给终端控制台，请求在队列里重新加入该序号，此时终端控制台12会进行应答，应答完毕后自该平衡送餐机器人将重新加入队列，执行送餐任务。
[0037]在行进的过程中，若前方有人或椅子等障碍物，自平衡送餐机器人可以根据超声波传感器4测量出来的数据判断物体的远近，结合陀螺仪5和加速度传感器6，进而实施原地停车或提前减速等动作。
[0038]在途中若未达到目的餐桌就检测到托盘2上的食物被端走，机器人会停下来并利用语音模块7发出语音提示；当到达目标餐桌但在预设定时间内未感应到菜被端走，则重复发出语音提示，若超出预设定等待时间，即通过机器人蓝牙收发模块8向终端控制台12发出请求，请求人工协助解决。
[0039]本实用新型的实施例只是介绍其【具体实施方式】，不在于限制其保护范围。本行业的技术人员在本实施例的启发下可以作出某些修改，故凡依照本实用新型专利范围所做的等效变化或修饰，均属于本实用新型专利权利要求范围内。
【主权项】
1.一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:包括自平衡送餐机器人(I)、终端控制台(12)、蓝牙收发装置(13)及智能充电器(14)，其中上述终端控制台(12)设置在餐厅前台，蓝牙收发装置(13)间隔分布设置在餐厅内，智能充电器(14)设置在餐厅前台侧部;上述自平衡送餐机器人(I)内置有机器人蓝牙收发模块(8)，机器人蓝牙收发模块(8)与终端控制台(12)无线连接，终端控制台(12)控制自平衡送餐机器人(I)运动，以便通过自平衡送餐机器人进行送餐。2.根据权利要求1所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的蓝牙收发装置(13)设置在餐厅四角处及餐厅内各餐桌上形成基准锚节点和餐桌锚节点，餐桌锚节点为基准锚节点提供采样的标本坐标，该标本坐标将餐厅允许机器人走动的路线分割为若干段直线，每段直线的两端分别设置有一个餐桌锚节点，且设置每条路线上的所有锚节点的优先级。3.根据权利要求2所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的自平衡送餐机器人(I)包括机身(10)、托盘(2)、压力传感器(3)、超声波传感器(4)、陀螺仪(5)、加速度传感器(6)、语音模块(7)、机器人蓝牙收发模块(8)及红外检测传感器(9)，其中机身(10)下部设有行驶轮(U)，行驶轮(11)与设置在机身(10)内的大扭矩直流减速电机连接以获取动力。4.根据权利要求3所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的托盘(2)可折叠地收纳于机身(10)前方，压力传感器(3)设置在托盘(2)的底部，以便检测托盘(2)内的压力;上述机器人蓝牙收发模块(8)包括至少三个，分别均匀间隔设置在托盘(2)上，且其中一个机器人蓝牙收发模块(8)设置在自平衡送餐机器人(I)的前进方向。5.根据权利要求4所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的超声波传感器(4)、陀螺仪(5)、加速度传感器(6)、语音模块(7)、机器人蓝牙收发模块(8)及红外检测传感器(9)分别设置在机身(10)上;机身(10)内置有飞思卡尔Kinetis K60主芯片，压力传感器(3)、超声波传感器(4)、陀螺仪(5)、加速度传感器(6)、语音模块(7)、机器人蓝牙收发模块(8)分别与飞思卡尔Kinetis K60主芯片电连接，形成完整的自平衡送餐机器人。6.根据权利要求5所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的自平衡送餐机器人系统包括自平衡机制、避障机制、队列分级机制及信号丢失保护机制。7.根据权利要求6所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的自平衡机制利用陀螺仪和加速度传感器计算出自平衡送餐机器人(I)当前偏离平衡位置的具体角度，再进行角度融合得到平滑的融合角度，将融合角度传输到主芯片，主芯片输出相应的脉冲宽度调制波(PWM)控制大扭矩直流减速电机转速，以维持自平衡送餐机器人(I)的平衡。8.根据权利要求7所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的避障机制通过超声波传感器(4)实现对前进及后退方向进行障碍物的检测，其检测的误差取决于超声波发射模块与超声波接收模块的相对距离，检测到有障碍物时，自平衡送餐机器人(I)内置的飞思卡尔Kinetis K60芯片控制大扭矩直流减速电机原地停车等待;待障碍物离开后，自平衡送餐机器人(I)按照原来的路线前进;等待超过限定时间则通过语音模块(7)语音提示并将自平衡送餐机器人(I)的编号通过机器人蓝牙收发模块(8)反馈给终端控制台(12)。9.根据权利要求8所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的队列分级机制将自平衡送餐机器人(I)群体进行编号分级，方便终端控制台(12)操作人员进行自平衡送餐机器人(I)数量统计以及进行故障应答;所述的信号丢失保护机制，Pr(r)为距离r处的自平衡送餐机器人(I)机身(10)上的机器人蓝牙收发模块(8)所接收到的RSSI值，一旦主芯片检测出机器人蓝牙收发模块(8)接收到的Pr(r)小于或等于设定的最小信号强度阈值Pk，经延时滤波后还是处于Pr (r) SPk的状态，则自平衡送餐机器人(I)自动进入信号丢失保护状态，在预设定时间内仍然在原地保持动态静止，直到再一次确定Pr(r)>Pk，即自平衡送餐机器人(I)处于有效的信号强度覆盖范围内，若超出等待时间则发送信息给终端控制台(12)请求人工协助处理。10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种自平衡送餐机器人系统，其特征在于:所述的终端控制台(12)包括ARM处理器、终端蓝牙收发模块及增益天线;所述的智能充电器(14)内安装有充电器蓝牙收发模块及增益天线，方便机器人进行定位，智能充电器(14)的前端采用多个经过编码调制的红外信号引导机器人进行充电工作。
【文档编号】G05D1/02GK205692040SQ201620107316
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年2月2日 公开号201620107316.5, CN 201620107316, CN 205692040 U, CN 205692040U, CN-U-205692040, CN201620107316, CN201620107316.5, CN205692040 U, CN205692040U
【发明人】罗梓杰, 林凯宏, 董占林
【申请人】罗梓杰
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