全面:送餐机器人发明者将发力

一种送餐机器人及其送餐方法

技术领域本发明涉及一种送餐机器人及其送餐方法。
背景技术智能机器人领域起源欧美发达国家，自动化控制技术现在日本、德国、法国等发达国家领先于各个国家，但真正应用民用行业的还十分罕见，日本早期研制出一款类人型服务机器人，技术先进，但仅限于技术研发，突破相关技术问题，实用性不强。国内有专利类似如北京工业大学的“轮式智能自主移动服务机器人”其主要工作原理是采用了图像采集系统来对机器人周围环境进行分析计算，进行导航。行走模式为轮 式，上部为复杂的前后移动可动式机械结构。理论上存在可行性，实际运营中存在两个最大的技术难点，由于上身复杂机械结构和大数据复杂的图像运算都需要比较大量供电系统，在实际服务过程中存在供电不足现象。第二由于其数据定位是给予图像计算，因此其计算的反应速度将远远达不到现实要求的速度，实际服务过程中严重影响客户的服务体验。再例如深圳先进技术研究院的“一种餐厅服务机器人系统”此项系统设计包括了，控制模块、行进模块、交互模块、感知模块、执行模块。各种电子模块很多，但回避了一个机器人最基本的功能，就是机器人如何到达其所要到达的位置，如何定位机器人所在位置，及机器人在到达过程中遇到障碍，躲避后路线选择的问题。国内国际上还没有一款能够实际餐厅应用的送餐服务机器人。

发明内容
为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种机械结构简单，能够准确定位和避障并节省电能的送餐机器人及其送餐方法。本发明是通过以下措施实现的
本发明的一种送餐机器人，包括可沿导轨运行的主体，所述主体包括头部组件、躯干部组件和机器人手臂，所述机器人手臂水平托举有餐盘，主体内设置有控制器以及与控制器连接的动力装置、驱动装置、行走装置、无线信号传输装置和语音装置，其特征在于所述导轨为磁性导轨，所述主体上设置有循迹定位装置和避障装置；
所述循迹定位装置，包括磁性传感器、读卡器和若干存有编号数据的磁性增强卡，所述磁性增强卡沿导轨依次设置在每个餐位处并且其编号数据与餐位顺序编码相对应，所述磁性传感器和读卡器与控制器连接，磁性传感器用于检测导轨的磁性信号，读卡器用于读取主体所经过的磁性增强卡的编码数据，所述控制器用于根据磁性信号确定导轨位置，同时判断接收到的编号数据与预设的餐位顺序编码是否对应，对应时控制主体停止前进；

避障装置，包括均与控制器连接的超声波感应器和红外线感应器，所述超声波感应器和红外线探测器均用于探测主体与前方障碍物的距离，同时红外线探测器还用于探测前方障碍物的温度信号，所述控制器用于根据接收到得距离信号和温度信号控制主体减速、制动或语音提示。
上述主体底部设置有底盘，所述磁性传感器、读卡器、动力装置、驱动装置和行走装置均设置在底盘内。上述主体中段设置两个超声波传感器，主体下部两端设置两个红外线传感器，机器人手臂的臂肘处设置两个红外线传感器。上述行走装置包括交叉反向安置的两组电机组，每个电机组驱动连接有位于底盘后部两侧的动力轮，底盘前部中间设置有一个万向转动轮。上述机器人手臂与餐盘之间设置缓冲装置。本发明的一种送餐机器人的送餐方法，包括以下步骤
A.铺设磁性导轨，并在沿导轨的每个餐位处设置磁性增强卡，在磁性增强卡内存储与餐位顺序编码对应的编码数据；
B.给送餐机器人设定需要送餐的餐位顺序编码，在磁性传感器实时检测到磁性导轨的磁性信号的状态下，送餐机器人沿磁性导轨运行；在送餐机器人运行过程中，如果超声波感应器探测到前方障碍物在设定距离内，则送餐机器减速前进；如果红外线探测器探测到前方障碍物在设定距离内，则送餐机器制动，如果同时红外线探测器探测到前方障碍物的温度符合人体特征指标，则发出避让的语音提示；障碍物移出设定距离外后，送餐机器人继续沿磁性导轨运行；
C.在送餐机器人运行过程中，读卡器读取送餐机器人所经过的磁性增强卡的编码数据，控制器比对读取的磁性增强卡的编码数据是否与设定的餐位顺序编码对应，如果否，则送餐机器人继续沿磁性导轨运行；如果是，送餐机器人停止前进，送餐到位；
D.收到返回指令后，送餐机器人返回原位。。本发明的有益效果是
I.结构简单，不需要复杂的图像运算，节省电能，增加了运行时间；2.不需要图像计算，反应速度较快，实际服务过程会给客户较好的服务体验；3.能够实现定位停止和运行过程中的避障，使用可靠，能够实际应用在餐厅中。
图I为本发明的整体结构示意图。图2为本发明底盘部分结构示意图。图中1头部组件，2机器人手臂，3躯干部组件，4底盘，5餐盘，6红外线传感器，7超声波感应器，8磁性传感器，9读卡器，10动力轮,11万向转动轮。
具体实施例方式如图所示，本发明的一种送餐机器人，包括可沿导轨运行的主体，
主体包括头部组件I、躯干部组件3和机器人手臂2，机器人手臂2水平托举有餐盘5，主体内设置有控制器以及与控制器连接的动力装置、驱动装置、行走装置、无线信号传输装置和语音装置，导轨为磁性导轨，主体上设置有循迹定位装置和避障装置。循迹定位装置，包括磁性传感器8、读卡器9和若干存有编号数据的磁性增强卡，磁性增强卡沿导轨依次设置在每个餐位处并且其编号数据与餐位顺序编码相对应，磁性传 感器8和读卡器9与控制器连接，磁性传感器8用于检测导轨的磁性信号，读卡器9用于读取主体所经过的磁性增强卡的编码数据，控制器用于根据磁性信号确定导轨位置，同时判断接收到的编号数据与预设的餐位顺序编码是否对应，对应时控制主体停止前进。避障装置包括均与控制器连接的超声波感应器7和红外线感应器，超声波感应器7和红外线探测器均用于探测主体与前方障碍物的距离，同时红外线探测器还用于探测前方障碍物的温度信号，控制器用于根据接收到得距离信号和温度信号控制主体减速、制动或语音提示。超声波探测器不断发出探测信号，当发现前方阻碍物近于I米时，机器人自动减速。同时红外线探测器精确判断低于30CM，将实行紧急制动。并且红外线同时探测障碍物物体温度，符合人体特征指标后，机器人发出“请让路”等语言信息。由于超声波固有的特点决定了其能定位距离在小于25CM的情况下误差比较大，因此采用两项探测技术，即为超声波与红外线两项探测技术综合应用，提高了可靠性。主体底部设置有底盘4，磁性传感器8、动力装置、驱动装置和行走装置均设置在底盘4内。从而使机器人重心稳定，保证了送餐稳定行走。外体结构采用仿生及应用设计，集成语音系统、超声波传感器系统、红外线传感器6系统，餐品放置结构。机器人路径控制系统采用两套控制系统，第一套为无线遥控系统，机器人接收无线数据传输指令来进行操作，第二套为根据机器人自身设计初始目的地及寻磁指令运行，并且无线遥控数据指令高 于机器人自身控制指令。无线控制系统，近距离遥控采用基于Z-Stack协议栈的ZigBee无线传感网络实现。工作频率2. 4GHz，可实现11信道跳频，具有路由和加密功能，在任意无线端点之间交换数据，可单播、组播和广播。遥控设计采用CC2530+CC2591方案，无线发射功率20dB，开阔地带通信距离1km。可以同时控制一个机器人也可以同时控制多个机器人运行。主体中下段设置两个超声波传感器，主体下端最宽处两端设置两个红外线传感器6，机器人手臂2的臂肘处设置两个红外线传感器6。行走装置包括交叉反向安置的两组电机组，每个电机组驱动连接有位于底盘4后部两侧的动力轮10，底盘4前部中间设置有一个万向转动轮11，整个动力系统能完成原地360度旋转。机器人手臂2与餐盘5之间设置缓冲装置，保证在机器人启动及其停止时餐品的平稳运送。机器人供电及动力采用2组25w电机驱动，供电电池为22AH2块，可以完成一个就餐时间段4-8小时的送餐需求。机器人头 部集成音响及麦克风。可以做简单的对语言对话。永磁直流减速电机数量2台用于主动轮驱动，电机供电电压24V，额定功率25W，额定力矩15kg . Cm输出转速150转\分钟。机器人最大行驶速度50m/Min 0-50m/Min,加速时间3秒。最大续航力8_10小时。供电电池铅酸蓄电池(磷酸铁锂蓄电池)22AH2块；单个超声波传感器感应角度:60度，距离0. 3-5m。单个红外传感器感应距离0. I-IOm测量精度± 1.0mm相应时间小于Lms。磁性感应器感应距离0. 5CM-10CM，反应时间2_20ms。遥控控制距离小于Lkm。一种送餐机器人的送餐方法，包括以下步骤
A.铺设磁性导轨，并在沿导轨的每个餐位处设置磁性增强卡，在磁性增强卡内存储与餐位顺序编码对应的编码数据；
B.给送餐机器人设定需要送餐的餐位顺序编码，在磁性传感器8实时检测到磁性导轨的磁性信号的状态下，送餐机器人沿磁性导轨运行；在送餐机器人运行过程中，如果超声波感应器7探测到前方障碍物在设定距离内，则送餐机器减速前进；如果红外线探测器探测到前方障碍物在设定距离内，则送餐机器制动，如果同时红外线探测器探测到前方障碍物的温度符合人体特征指标，则发出避让的语音提示；障碍物移出设定距离外后，送餐机器人继续沿磁性导轨运行；
C.在送餐机器人运行过程中，读卡器9读取送餐机器人所经过的磁性增强卡的编码数据，控制器比对读取的磁性增强卡的编码数据是否与设定的餐位顺序编码对应，如果否，则送餐机器人继续沿磁性导轨运行；如果是，送餐机器人停止前进，送餐到位；
D.收到返回指令后，送餐机器人返回原位。上述实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不 能以此限定本专利的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。

权利要求
1.一种送餐机器人，包括可沿导轨运行的主体，所述主体包括头部组件、躯干部组件和机器人手臂，所述机器人手臂水平托举有餐盘，主体内设置有控制器以及与控制器连接的动力装置、驱动装置、行走装置、无线信号传输装置和语音装置，其特征在于所述导轨为磁性导轨，所述主体上设置有循迹定位装置和避障装置； 所述循迹定位装置，包括磁性传感器、读卡器和若干存有编号数据的磁性增强卡，所述磁性增强卡沿导轨依次设置在每个餐位处并且其编号数据与餐位顺序编码相对应，所述磁性传感器和读卡器与控制器连接，磁性传感器用于检测导轨的磁性信号，读卡器用于读取主体所经过的磁性增强卡的编码数据，所述控制器用于根据磁性信号确定导轨位置，同时判断接收到的编号数据与预设的餐位顺序编码是否对应，对应时控制主体停止前进； 避障装置，包括均与控制器连接的超声波感应器和红外线感应器，所述超声波感应器和红外线探测器均用于探测主体与前方障碍物的距离，同时红外线探测器还用于探测前方障碍物的温度信号，所述控制器用于根据接收到得距离信号和温度信号控制主体减速、制动或语音提示。
2.根据权利要求I所述送餐机器人，其特征在于所述主体底部设置有底盘，所述磁性传感器、读卡器、动力装置、驱动装置和行走装置均设置在底盘内。
3.根据权利要求I所述送餐机器人，其特征在于所述主体中段设置两个超声波传感器，主体下部两端设置两个红外线传感器，机器人手臂的臂肘处设置两个红外线传感器。
4.根据权利要求I所述送餐机器人，其特征在于所述行走装置包括交叉反向安置的两组电机组，每个电机组驱动连接有位于底盘后部两侧的动力轮，底盘前部中间设置有一个万向转动轮。
5.根据权利要求I所述送餐机器人，其特征在于所述机器人手臂与餐盘之间设置缓冲装置。
6.一种送餐机器人的送餐方法，其特征在于，包括以下步骤 A.铺设磁性导轨，并在沿导轨的每个餐位处设置磁性增强卡，在磁性增强卡内存储与餐位顺序编码对应的编码数据； B.给送餐机器人设定需要送餐的餐位顺序编码，在磁性传感器实时检测到磁性导轨的磁性信号的状态下，送餐机器人沿磁性导轨运行；在送餐机器人运行过程中，如果超声波感应器探测到前方障碍物在设定距离内，则送餐机器减速前进；如果红外线探测器探测到前方障碍物在设定距离内，则送餐机器制动，如果同时红外线探测器探测到前方障碍物的温度符合人体特征指标，则发出避让的语音提示；障碍物移出设定距离外后，送餐机器人继续沿磁性导轨运行； C.在送餐机器人运行过程中，读卡器读取送餐机器人所经过的磁性增强卡的编码数据，控制器比对读取的磁性增强卡的编码数据是否与设定的餐位顺序编码对应，如果否，则送餐机器人继续沿磁性导轨运行；如果是，送餐机器人停止前进，送餐到位； D.收到返回指令后，送餐机器人返回原位。
全文摘要
本发明的一种送餐机器人，包括可沿导轨运行的主体，主体包括头部组件、躯干部组件和机器人手臂，机器人手臂水平托举有餐盘，主体内设置有控制器以及与控制器连接的动力装置、驱动装置、行走装置、无线信号传输装置和语音装置，导轨为磁性导轨，主体上设置有循迹定位装置和避障装置；本发明的有益效果是结构简单，不需要复杂的图像运算，节省电能，增加了运行时间。
文档编号B25J19/00GK102699895SQ20121018049
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明人：张永佩                    

专利权所有人：张永佩