一種送餐機器人的自動放餐裝置及控制系統的製作方法

2023-07-11 14:44:26

本發明涉及一种放餐裝置及方法，具體涉及一種送餐機器人的自動放餐裝置及控制系統。

背景技術：

目前，有很多企業機構已研發出用於餐廳智能送餐的機器人，但是只能實現替代餐廳服務員送餐這一自動送餐功能，在送餐機器人自動送餐到達顧客就餐位置之後仍需服務員手動將菜品放到餐桌上，這種送餐機器人只能部分替代服務員工作的現狀並不能很好的提高餐廳運作效率以及降低人工成本，必定會影響到餐廳無人化智能化的普及。

技術實現要素：

本發明的目的在於解決現有的餐廳放餐沒有實現無人化的問題，以提高餐廳運作效率和普及無人化、低人工成本的餐廳運作方式。

本發明為實現上述目的，採用以下技術方案實現：

1.一種送餐機器人的自動放餐裝置，其特徵在於基於送餐機器人的硬體平臺，包括rgbd相機構成的深度視覺識別系統、以及機械臂和末端執行器構成的放餐執行機構，所述放餐執行機構具有兩個：

（1）為了避免水霧及油霧的影響，所述rgbd相機採用防水結構，實時感知目標環境信息並回傳給送餐機器人的中央處理單元。

（2）所述機械臂採用具有力矩傳感器的電機驅動，具有多個自由度；所述末端執行器特徵在於基於力反饋的欠驅動柔性自適應抓取。

2.一種送餐機器人的控制系統，採用所述的自動放餐裝置，其特徵包括採用rgbd相機構成的深度視覺識別系統獲取桌面放餐區域的大小及空間坐標、規劃機械臂與末端執行器的運動：

（1）所述深度視覺識別系統經過離線標定及雙目校正後獲取放餐區域的大小及空間坐標過程中,為了提高圖像採集的真實度，採集到的圖像信息先經過濾波除噪，圖像增強預處理，之後經過邊緣提取，圖像匹配對餐桌放餐區域以及放餐區域周圍環境進行分析；

（2）所述規劃機械臂與末端執行器的運動，採用基於pid算法的反饋迴路控制方法控制機械臂逼近目標放餐區域，採用非線性智能控制方法控制末端執行器實現靈活的放餐操作，以及為了確保放餐的平穩性，在放餐過程中採用自適應阻抗匹配。

3.進一步的，其特徵在於以下實現步驟：

（1）所述送餐機器人到達顧客就餐位置，通過rgbd相機構成的深度視覺識別系統識別放餐區域位置並調整機器人位姿，確保目標放餐區域進入放餐執行機構的工作空間。

（2）所述送餐機器人利用rgbd相機構成的深度視覺識別系統採集目標放餐區域信息，包括放餐區域餐盤佔用信息，放餐區域空間大小信息，放餐區域坐標信息。為了節省計算資源，建立合適的空間坐標系，計算放餐目標位置點的空間坐標，並實時微調送餐機器人位姿，使機器人的放餐執行機構能夠以最優的方式放餐。

（3）根據所述送餐機器人獲取的目標放餐區域的空間坐標、機器人自身機械臂以及末端執行器的相對位姿，在送到目標位置點的過程中，通過機器人的中央處理單元計算機器人末端執行器最優的餐盤抓取姿態以及機械臂的各個關節在連續時間內的旋轉角度。

（4）所述送餐機器人機械臂移動到達目標放餐位置，通過控制基於力反饋的欠驅動柔性自適應的末端執行器實現放餐，放餐成功後將信息反饋給送餐機器人。

（5）根據步驟（2）、（3）、（4）、（5）相同原理，收回放餐執行機構到初始位姿，自動放餐過程結束，機器人自主移動離開當前餐桌，恢復待命狀態。

4.進一步的，

在所述送餐機器人取餐後直至把餐盤送到目標放餐區域的過程中，通過rgbd相機構成的深度視覺識別系統實時反饋放餐執行機構的位姿，通過力矩傳感器實時反饋力矩信息，機器人的中央處理單元實時優化最後運動路徑，確保機器人的機械臂各關節的力矩在合適的範圍內、確保機械臂各關節電機旋轉角度最優、確保餐盤姿態穩定。

5.進一步的，

所述放餐執行機構具備自鎖功能，當在放餐過程中所述送餐機器人出現故障時，放餐執行機構自鎖，確保斷電之後餐盤穩定不脫離末端執行器。

下面結合附圖來進一步描述本專利的具體實施方案：

附圖說明：

圖1為自動放餐裝置及控制系統框架圖

圖2為自動放餐流程圖

圖3為自動放餐場景示意圖

圖2中：1、機械臂；2、rgbd相機；3、送餐機器人；4、末端執行器；5、餐椅；6、放餐區域；7、餐桌。

1.一種送餐機器人的自動放餐裝置，其特徵在於基於送餐機器人3的硬體平臺，包括rgbd相機2構成的深度視覺識別系統、以及機械臂1和末端執行器4構成的放餐執行機構，所述放餐執行機構具有兩個：

（1）為了避免水霧及油霧的影響，所述rgbd相機2採用防水結構，實時感知目標環境信息並回傳給送餐機器人3的中央處理單元。

（2）所述機械臂1採用具有力矩傳感器的電機驅動，具有多個自由度；所述末端執行器4特徵在於基於力反饋的欠驅動柔性自適應抓取。

2.一種送餐機器人的控制系統，採用所述的自動放餐裝置，其特徵包括採用rgbd相機2構成的深度視覺識別系統獲取桌面放餐區域6的大小及空間坐標、規劃機械臂1與末端執行器4的運動：

（1）所述深度視覺識別系統經過離線標定及雙目校正後獲取放餐區域6的大小及空間坐標過程中,為了提高圖像採集的真實度，採集到的圖像信息先經過濾波除噪，圖像增強預處理，之後經過邊緣提取，圖像匹配對餐桌放餐區域6以及放餐區域周圍環境進行分析；

（2）所述規劃機械臂1與末端執行器4的運動，採用基於pid算法的反饋迴路控制方法控制機械臂1逼近目標放餐區域6，採用非線性智能控制方法控制末端執行器4實現靈活的放餐操作，以及為了確保放餐的平穩性，在放餐過程中採用自適應阻抗匹配。

3.如圖2所示，其特徵在於以下實現步驟：

（1）所述送餐機器人3到達顧客就餐位置，通過rgbd相機2構成的深度視覺識別系統識別放餐區域6位置並調整機器人位姿，確保目標放餐區域6進入放餐執行機構1、4的工作空間。

（2）所述送餐機器人3利用rgbd相機2構成的深度視覺識別系統採集目標放餐區域6信息，包括放餐區域6餐盤佔用信息，放餐區域6空間大小信息，放餐區域6坐標信息。為了節省計算資源，建立合適的空間坐標系，計算放餐目標位置點的空間坐標，並實時微調送餐機器人3位姿，使機器人的放餐執行機構1、4能夠以最優的方式放餐。

（3）根據所述送餐機器人3獲取的目標放餐區域6的空間坐標、機器人自身機械臂1以及末端執行器4的相對位姿，在送到目標位置點的過程中，通過機器人的中央處理單元計算機器人末端執行器4最優的餐盤抓取姿態以及機械臂1的各個關節在連續時間內的旋轉角度。

（4）所述送餐機器人3機械臂1移動到達目標放餐位置，通過控制基於力反饋的欠驅動柔性自適應的末端執行器4實現放餐，放餐成功後將信息反饋給送餐機器人3。

（5）根據步驟（2）、（3）、（4）、（5）相同原理，收回放餐執行機構到初始位姿，自動放餐過程結束，機器人自主移動離開當前餐桌，恢復待命狀態。

4.在所述送餐機器人3取餐後直至把餐盤送到目標放餐區域6的過程中，通過rgbd相機2構成的深度視覺識別系統實時反饋放餐執行機構1、4的位姿，通過力矩傳感器實時反饋力矩信息，機器人的中央處理單元實時優化最後運動路徑，確保機器人的機械臂1各關節的力矩在合適的範圍內、確保機械臂1各關節電機旋轉角度最優、確保餐盤姿態穩定。

5.所述放餐執行機構1、4具備自鎖功能，當在放餐過程中所述送餐機器人3出現故障時，放餐執行機構自鎖，確保斷電之後餐盤穩定不脫離末端執行器4。