專利名稱：全自動啤酒機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種全自動啤酒機器人。 技術(shù)背景服務(wù)機器人目前尚處于開發(fā)及普及的早期階段，它的定義是從操作型工業(yè)機器人 引申而來的。根據(jù)國際機器人聯(lián)合會(IFR)采用的初步定義，所謂服務(wù)機器人是一種半自 主或全自主工作的機器人，它完成的是有益于人類健康的服務(wù)工作，但不包括那些從事生 產(chǎn)的設(shè)備。啤酒機器人屬于服務(wù)機器人的一種，目前，日本的朝日啤酒公司在07年為宣傳和 推廣其啤酒訂做了一臺啤酒服務(wù)機器人，一直在倫敦的一家餐館里面為客人服務(wù)。該機器 人能夠?qū)崿F(xiàn)為開啤酒蓋，拿酒杯去盛滿啤酒放在指定位置，然后轉(zhuǎn)動胸前的圓盤遞送到顧 客面前的基本功能，而且還能在服務(wù)過程中發(fā)出預(yù)存語音，能在服務(wù)之余做出一些擬人的 簡單動作表演以達到吸引眼球的娛樂目的，為促進朝日啤酒的市場宣傳和推廣做了很大貢 獻。然而，通過仔細觀察可知該機器人仍存在很多值得改進之處1，動作呆板。該機器人借鑒的是自動化流水線上通用型工業(yè)機器人手臂的一套機 械結(jié)構(gòu)，整體給人的映像是動作太程式化，僵硬有余而柔性不足。缺乏倒置啤酒的一套必須 的柔性動作技巧，將啤酒文化的內(nèi)涵體現(xiàn)得不深，觀賞和娛樂價值有些不夠充分。2，占用空間大。其胸前有一個近1米直徑的旋轉(zhuǎn)圓桌，再加上其自身體型龐大， 因而為此機器人的安放擺設(shè)占用了很大的空間，放在寸土寸金般的門面型餐館顯得很不合 適。3，智能化程度不高。其特意為該機器人配套定制了一條傳送啤酒瓶的傳送帶流水 線和一個旋轉(zhuǎn)圓桌，而且特意在圓桌面上設(shè)置了凹槽結(jié)構(gòu)，以達到程式化操作的目的。太多 的訂制條件下，其才能達到一些基本服務(wù)功能和要求，可知其環(huán)境適應(yīng)能力比較差，智能化 處理能力不強。4，自動化程度不高。其對于啤酒瓶的處理自動化程度不高，增添了為該機器人運 送啤酒瓶的服務(wù)員的負擔(dān)，也限制了顧客的取酒和放杯位置的諸多自由。5，無環(huán)保意識。無回收啤酒瓶蓋和空瓶的裝置和措施，增添了酒吧清潔人員的工作量。針對以上情況，本發(fā)明在借鑒其基本動作和功能基礎(chǔ)上，相應(yīng)地改進了這些欠缺 之處。而且，體現(xiàn)出本發(fā)明更加環(huán)保、智能，文化氣息更加濃厚。本發(fā)明具體表現(xiàn)在1，動作靈活。本發(fā)明最傳神的地方在于充分體現(xiàn)了啤酒文化的深刻內(nèi)涵，尤其講 究倒啤酒的一套柔性技巧，讓顧客在品嘗沁人心脾的飲料之前，通過欣賞其獨到的柔性技 巧，從而領(lǐng)略出該啤酒機器人的調(diào)酒時的激情和歡樂氛圍。2，占用空間小。本發(fā)明自身體型小巧，擱置啤酒瓶或者啤酒杯的桌面也可伸縮，因 而為此機器人的安放擺設(shè)無須占用很大的空間，很適合放在門面型餐館或酒店。
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3，智能化程度高。本發(fā)明一方面除默認的倒酒模式外，還可以根據(jù)顧客的需要來 調(diào)節(jié)倒酒的動作方式，倒出任意泡沫量的啤酒，令顧客口味選擇余地大。另一方面通過視覺 系統(tǒng)，可增強其對周圍環(huán)境的認知能力，使其在操作過程中動作的流暢性和對環(huán)境的適應(yīng) 力都遠遠優(yōu)于已有的同類啤酒機器人。4，自動化程度高。其對于啤酒瓶的處理為全自動化，減輕了為該機器人運送啤酒 瓶的服務(wù)員的負擔(dān)，并不限制顧客取酒和放杯的位置。5，具有環(huán)保功能。有回收啤酒瓶蓋和空瓶的裝置和措施，減輕了酒吧清潔人員的
工作量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種全自動啤酒機器人，從而克服現(xiàn)有啤酒服務(wù)機器 人在功能和動作策略上的不足，更有效地提高該類型機器人的服務(wù)質(zhì)量和更充分地提升其 中孕育的文化內(nèi)涵。本發(fā)明所述的機器人由機械結(jié)構(gòu)主體，傳感系統(tǒng)，運動系統(tǒng)以及電路系統(tǒng)構(gòu)成。其 中，(1)機械結(jié)構(gòu)主體包括頭部，上軀體，手臂，可移動底盤及附屬設(shè)備。①頭部主要安放模擬眼睛的兩只攝像頭；②上軀體內(nèi)部主要安放機械手臂和電機驅(qū)動和控制電路板；③手臂主要由2個6自由度的機械手臂構(gòu)成；④可移動底盤采用輪式結(jié)構(gòu)；⑤附屬設(shè)備包括傳送帶設(shè)備。(2)傳感系統(tǒng)主要包括視覺、觸覺、光電等傳感器。①視覺傳感器利用130萬像素以上的CMOS數(shù)字攝像頭；②觸覺傳感器主要是觸碰開關(guān)；③光電傳感器主要包括紅外對射傳感器和光電編碼盤；(3)運動機構(gòu)系統(tǒng)主要包括電機及其減速齒輪裝置、轉(zhuǎn)動軸承及連接部件、手臂 整個機械結(jié)構(gòu)、手部結(jié)構(gòu)、傳送帶結(jié)構(gòu)、輪式底盤結(jié)構(gòu)。①電機及其減速齒輪裝置為保護電機及延長電機壽命，電機軸不直接承受于②轉(zhuǎn)動軸承及連接部件③手臂整個機械結(jié)構(gòu)除手部外，④手部結(jié)構(gòu)⑤傳送帶結(jié)構(gòu)⑥輪式底盤結(jié)構(gòu)(4)電路系統(tǒng)，主要是指電機的驅(qū)動和控制電路以及電源裝置。①步進電機驅(qū)動電路步進電機使用脈沖的方式驅(qū)動，每4個脈沖轉(zhuǎn)動一個步進 角度，其供電電源由直流電源提供。②舵機驅(qū)動電路舵機利用脈寬調(diào)制(PWM)的方式來控制轉(zhuǎn)動角度，其供電電源 由直流電源提供。③直流電機驅(qū)動電路直流電機使用H橋式電路驅(qū)動，利用脈寬調(diào)制(PWM)的方式來控制轉(zhuǎn)動速度，其供電電源由直流電源提供。④控制電路系統(tǒng)主要以MCU或ARM等嵌入式控制器為主，輔以必要的外設(shè)電路。 控制器內(nèi)嵌實時的軟件操作系統(tǒng)，確保整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定可靠。⑤電源裝置電源由開關(guān)電源和鋰離子動力電池組成。本發(fā)明的工作原理如下該全自動啤酒機器人，從上到下由頭部，上軀體，兩只手臂，可移動底盤和附屬設(shè) 備構(gòu)成。其頭部的前方(也就是面部位置)安裝有2只視覺傳感裝置，該裝置由CMOS數(shù)字 攝像頭及其配套電路組成的，該裝置可獲取周圍環(huán)境的圖像信息。該裝置在底部安裝有2 只微型步進電機使得數(shù)字攝像頭可以自由轉(zhuǎn)動，使其視線的范圍擴展至四面八方。所獲取的原始圖像信息在經(jīng)過一系列的圖像處理過程后，對啤酒瓶和酒杯實現(xiàn)自 動定位，同時對其自身的當(dāng)前狀態(tài)作出判斷，進而自動判別下一狀態(tài)。作出明確判定后，通過控制電路系統(tǒng)和電機驅(qū)動程序?qū)蓚€機械手臂上各個關(guān)節(jié) 處的電機和控制電路分別發(fā)出相應(yīng)指令，兩只機械手臂的機械結(jié)構(gòu)和控制電路一樣，對稱 分布在上軀體的兩邊，機械手臂模擬人的手臂，由大臂、小臂和手部結(jié)構(gòu)3個部分組成，各 部分均使用2個電機作為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，使得各部分均具有2個自由度，而由于各部分之間相連 的電機軸向成垂直分布，這樣整只手臂就可以在該機械手臂伸展至最長時作為直徑的球形 范圍內(nèi)自由運動。這些結(jié)構(gòu)在收到指令后，分別發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)動、運動或相應(yīng)的操作。動作流暢自然 的完成整個倒啤酒的動作，將倒好的啤酒放置在其自帶的小吧臺上，等待客人的取用，同時 對空的啤酒瓶和空啤酒杯進行回收。


圖1為本發(fā)明的機器人整體示意圖。圖2為本發(fā)明的機器人手臂的腕部結(jié)構(gòu)(用于回收瓶蓋)的示意圖。圖3為本發(fā)明的機器人的傳送帶系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式該全自動啤酒機器人的服務(wù)流程1，首先，根據(jù)攝像頭所獲取的圖像信息，經(jīng)過圖像處理以后實現(xiàn)對于啤酒瓶的定 位，然后控制左臂的哪個關(guān)節(jié)的哪個位置的電機發(fā)生相應(yīng)的移動，進而拿起啤酒瓶，同時右 臂動作，使用于右臂相連的開蓋工具，打開左臂所拿的啤酒瓶的瓶蓋。2，然后，右臂將啤酒瓶蓋放置在腕部用于回收瓶蓋的口袋中。根據(jù)圖像信息，以及 圖像處理技術(shù)獲取啤酒杯的相應(yīng)位置，控制右臂發(fā)生相應(yīng)的移動，拿起啤酒杯，向酒瓶慢慢 靠攏并傾斜多少角度，同時左臂中啤酒瓶也漸漸傾斜多少角度，使得啤酒瓶的瓶口恰好與 酒杯杯口相連，然后左臂控制啤酒瓶繼續(xù)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，倒出啤酒，同時右臂所拿的啤酒杯發(fā)生 一個什么配合動作，直至倒?jié)M整杯啤酒。3，接著，右臂將倒?jié)M的啤酒放置在小吧臺上，而左臂將空啤酒瓶，放置在回收箱 內(nèi)，全自動的完成整個倒啤酒的過程。
4，最后，待回收箱內(nèi)全部為空啤酒瓶后，傳送帶將回收箱傳出，將新啤酒箱箱傳 入。
權(quán)利要求
一種全自動啤酒機器人，該機器人由頭部，上軀體，兩只手臂，可移動底盤和附屬設(shè)備構(gòu)成，附屬設(shè)備包括傳送帶和啤酒箱。該機器人主要是為顧客動作流暢的倒?jié)M一杯幾乎無沫的啤酒。其特征在于(1)機器人頭部安裝有2只CMOS數(shù)字攝像頭作為視覺傳感器，用于識別周圍環(huán)境和物體。且每只視覺傳感器與頭部連接處各安裝有2只電機便于視覺傳感器在半球面上自由運動，便于增大該機器人的視線范圍。(2)兩個機械手臂采用與人手類似的結(jié)構(gòu)，分為大臂、小臂和手部結(jié)構(gòu)3個部分，每只手臂使用6個電機，使得大臂、小臂和手部結(jié)構(gòu)都可以以6自由度靈活協(xié)調(diào)地運動。(3)獨特的一套倒啤酒的動作技巧，使得在整個倒酒過程中酒杯中的啤酒幾乎不出現(xiàn)泡沫，符合中國人飲用啤酒的習(xí)慣。(4)右機械手臂上配有開啤酒瓶蓋的裝置，且能夠?qū)⒋蜷_的啤酒瓶蓋放置在回收袋內(nèi)，不產(chǎn)生固體垃圾，很好地體現(xiàn)了環(huán)保理念。(5)配備自動傳送裝置實現(xiàn)了酒瓶的自動化流水傳輸，機械手臂能準(zhǔn)確地從啤酒箱中取出一瓶啤酒并將空瓶準(zhǔn)確放回到啤酒箱中。(6)移動底盤為輪式架構(gòu)，方便機器人在平整地板上的自由移動，增大了倒酒服務(wù)范圍。(7)具有語音功能，可以向顧客問好，如果有顧客取用啤酒，它會說“您好，我是***，歡迎光臨！”。(8)具有可以自動伸縮的小桌面當(dāng)作吧臺，可以放置倒好啤酒的杯子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動啤酒機器人，其特征在于它具備一套機器視覺系統(tǒng)， 能夠自動檢測出酒瓶，酒杯的具體位置，具有一定的物體識別能力。頭部的2個CMOS數(shù)字 攝像頭為其視頻或圖像信息的輸入端，在經(jīng)過圖像預(yù)處理、邊緣檢測、圖像分割、匹配等一 系列的圖像處理后，識別出啤酒瓶和酒杯并判定啤酒瓶和酒杯的具體位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動啤酒機器人，其特征在于所述的機械手臂具有可以 向各方向自由運動的特點。所述的機械手臂具有和人類似的三個關(guān)節(jié)腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和肩 關(guān)節(jié)。腕關(guān)節(jié)采用1個電機，可以在與小臂垂直的平面上自由運動；肘關(guān)節(jié)采用2個電機， 不僅可以在與大臂垂直的平面上運動，而且可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動；肩關(guān)節(jié)采用2個電機，可以實現(xiàn) 轉(zhuǎn)動，也可以在與身體垂直的平面上運動。另外，抓取結(jié)構(gòu)上采用1個電機，實現(xiàn)物體的抓 取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動啤酒機器人，其特征在于它采用了一整套獨特的動 作設(shè)計，使得其所倒出的啤酒幾乎不產(chǎn)生泡沫。其整個動作過程描述如下左臂拿啤酒瓶， 右臂拿酒杯。首先，酒杯傾斜一定的角度，并確保酒杯的杯口與啤酒瓶的瓶口剛好接觸；然 后，開始倒酒，啤酒瓶不斷傾斜，酒杯隨之運動。在倒酒的過程中，確保啤酒沿著酒杯的杯壁 緩緩下流，直至倒?jié)M一杯啤酒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動啤酒機器人，其特征在于它配備了自動傳送裝置可 以實現(xiàn)全自動服務(wù)。所述的自動傳送裝置有兩種實現(xiàn)方式一種為自動傳送裝置與機器人 本身連為一體，呈環(huán)形，環(huán)繞在啤酒機器人腰部位置；另一種，自動傳送裝置與機器人本身 分離，位于啤酒機器人前方，成直線狀。(本發(fā)明在說明書中取第二種實現(xiàn)方式)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動啤酒機器人，其特征在于所述的自動伸縮的桌面小 吧臺，采用的是與折疊桌椅類似的結(jié)構(gòu)。不同的是，小吧臺的一端固定在啤酒機器人的身 上，另一端可以活動。小吧臺伸縮時，主要依靠活動端將原本折疊的結(jié)構(gòu)展開，而固定端主 要起支撐作用。
全文摘要
本發(fā)明的主要目的在于提供一種全自動啤酒機器人，從而更好地為顧客提供啤酒方面的服務(wù)，并讓顧客欣賞優(yōu)雅的倒酒動作，透過動作領(lǐng)略其中蘊含的啤酒文化。其獨特之處在于克服現(xiàn)有啤酒服務(wù)機器人在功能和動作策略上的不足，更有效地提高該類型機器人的服務(wù)質(zhì)量和更充分地提升其中孕育的文化內(nèi)涵。另外，在智能、自動化和環(huán)保方面，本機器人都具有一般服務(wù)類機器人無法比擬的優(yōu)勢。
文檔編號B25J18/00GK101927490SQ20091005748
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者王蕾睿 申請人:王蕾睿