CN106003072A - 烹饪机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烹饪机器人。所述烹饪机器人包括机械臂、与所述机械臂活动连接的抓取机构和用于控制所述机械臂实现预设动作的控制装置，所述烹饪机器人还包括用于驱动所述机械臂转动的步进电机、减速机和多个传感器，所述减速机的输入轴与所述步进电机的输出轴固定连接，其中至少一个所述传感器固定于所述减速机的输出轴用于检测所述机械臂的摆臂参数，所述控制装置接收所述摆臂参数并根据所述摆臂参数实时修正所述步进电机的参数。与相关技术相比，本发明的烹饪机器人成本低廉且控制精度高。本发明还提供一种烹饪机器人的控制方法。

Description

烹饪机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及烹饪机器人领域，具体涉及一种烹饪机器人及其控制方法。

背景技术

随着社会的变化，人们对生活水平的不断提高，生活中最重要的饮食方式和饮食习惯也在逐渐发生变化。传统生活中，人们烧火起灶做饭，到了现代电气时代，微波炉、电磁炉及天然气等各种厨房设备的发展，极大地方便了人们的日常生活，同时烹饪机器人的发展也越来越快。

相关技术中，烹饪用的关节机器人的每节机械臂通常是选用自带绝对编码器的电机(如伺服电机)、高精度减速机及机械臂三部分组成，通过控制软件精密控制电机的转速、转角实现对机械臂的位置和姿态控制，从而实现机械臂的动作。但这种机械臂的控制精度对减速机的精度很敏感，因此一般需选用高精度的减速机，如RV减速机和谐波减速机，但这两种减速机的成本高，同时对机械臂的机械配件的加工制造精度要求也非常高，使整个机械臂成本高，从而限制了通用型关节机械臂的大众化应用。

因此，有必要提供一种新的烹饪机器人解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种低成本控制机械臂高位置精度的烹饪机器人。

为解决上述技术问题，本发明提供一种烹饪机器人，包括机械臂、与所述机械臂活动连接的抓取机构和用于控制所述机械臂实现预设动作的控制装置，所述烹饪机器人还包括用于驱动所述机械臂转动的步进电机、减速机和多个传感器，所述减速机的输入轴与所述步进电机的输出轴固定连接，其中至少一个所述传感器固定于所述减速机的输出轴用于检测所述机械臂的摆臂参数，所述控制装置接收所述摆臂参数并根据所述摆臂参数实时修正所述步进电机的参数。

优选的，所述传感器为绝对编码器、角位移传感器或增量型编码器。

优选的，所述摆臂参数包括所述机械臂的转角值，所述步进电机的参数包括转速和转角值。

优选的，所述机械臂包括第一转动关节、第二转动关节、第三转动关节、第四转动关节、第五转动关节、第六转动关节以及依次铰接的第一臂、第二臂、第三臂和第四臂，所述第一臂一端与所述第二臂铰接，另一端与所述步进电机固定连接，所述第四臂一端与所述第三臂铰接，另一端与所述抓取机构相连接；所述第一转动关节和所述第二转动关节装配于所述第一臂与所述步进电机连接处且相互垂直设置，所述第三转动关节装配于所述第一臂与所述第二臂的连接处，所述第四转动关节装配于所述第二臂与所述第三臂的连接处，所述第五转动关节装配于所述第三臂与所述第四臂的连接处，所述第六转动关节装配于所述第四臂与所述抓取机构的连接处。

优选的，所述步进电机包括第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、第五步进电机和第六步进电机，所述第一步进电机用于驱动所述第一臂绕所述第一转动关节转动，所述第二步进电机用于驱动所述第一臂绕所述第二转动关节转动，所述第三步进电机用于驱动所述第二臂绕所述第三转动关节转动，所述第四步进电机用于驱动所述第三臂绕所述第四转动关节转动，所述第五步进电机用于驱动所述第四臂绕所述第五转动关节转动，所述第六步进电机用于驱动所述抓取机构绕所述第六转动关节转动。

优选的，所述减速机包括第一减速机、第二减速机、第三减速机、第四减速机、第五减速机和第六减速机，所述第一减速机与所述第一步进电机的输出轴固定连接，所述第二减速机与所述第二步进电机的输出轴固定连接，所述第三减速机与所述第三步进电机的输出轴固定连接，所述第四减速机与所述第四步进电机的输出轴固定连接，所述第五减速机与所述第五步进电机的输出轴固定连接，所述第六减速机与所述第六步进电机的输出轴固定连接。

优选的，所述烹饪机器人还包括第一齿轮箱和第二齿轮箱，所述第三臂包括第三齿轮箱，所述第四臂包括第四齿轮箱，所述第一齿轮箱的输入轴与所述第三减速机的输出轴固定连接，所述第二齿轮箱的输入轴与所述第四减速机的输出轴固定连接；所述第三齿轮箱的输入轴与所述第五步进电机的输出轴固定连接，所述第四齿轮箱的输入轴与所述第六步进电机的输出轴固定连接。

优选的，所述传感器包括第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器，所述第一传感器固定于所述第一减速机的输出轴，所述第二传感器与所述第二减速机的输出轴固定连接，所述第三传感器固定于所述第三齿轮箱的输出轴，所述第四传感器固定于所述第二齿轮箱的输出轴。

提供一种所述烹饪机器人的控制方法，包括如下步骤：

写入并储存预设动作的控制程序，所述控制装置包括控制器和驱动器，将控制所述机械臂实现预设动作的程序写入所述控制器，并将各预设动作的运行参数储存于所述控制器；

执行预设动作指令，所述控制器发出执行所述预设动作的指令，并根据所述控制程序控制所述机械臂完成所述预设动作；

检测机械臂的摆臂参数并反馈至控制器，所述传感器检测执行预设动作时的所述机械臂的摆臂参数，并将检测的所述摆臂参数反馈至所述控制器；

根据检测的所述摆臂参数对应修正所述步进电机的参数，所述控制器将检测的所述摆臂参数与储存于所述控制器内的所述运行参数进行比较，并根据比较结果控制所述驱动器实时修正所述步进电机的参数以调整所述机械臂的位置精度和姿态。

优选的，所述机械臂的摆臂参数包括所述机械臂的转角值，所述步进电机的参数包括转速和转角值。

与相关技术相比，本发明提供的烹饪机器人采用普通步进电机和固定于步进电机输出端的用于检测机械臂的摆臂参数的传感器，通过传感器检测机械臂的摆臂参数并反馈至控制装置，控制装置根据检测的摆臂参数与预设机械臂的运动参数比较，并根据比较结果修正驱动机械臂转动的步进电机的相关参数，从而控制机械臂的高位置精度和姿态，而步进电机和传感器的价格相对低廉，从而可实现低成本控制高精度的机械臂，且制造成本低，利于推广应用。

附图说明

图1为本发明烹饪机器人的立体结构示意图；

图2为本发明烹饪机器人的步进电机、减速机、控制装置及传感器的连接结构框图；

图3为本发明烹饪机器人的机械臂的结构示意图；

图4为本发明烹饪机器人的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请一并参照图1-图3，其中，图1为本发明烹饪机器人的立体结构示意图；图2为本发明烹饪机器人的步进电机、减速机、控制装置及传感器的连接结构框图；图3为发明烹饪机器人的机械臂的结构示意图。所述烹饪机器人200包括机械臂10、用于驱动所述机械臂10转动的步进电机11、与所述步进电机11的输出轴固定连接的减速机12、传感器13、与所述机械臂10活动连接的抓取机构14、用于控制所述机械臂10实现预设动作的控制装置15、第一齿轮16、第二齿轮17、第一齿轮箱18和第二齿轮箱19。

所述机械臂10包括依次铰接的第一臂101、第二臂102、第三臂103、第四臂104、第一转动关节105、第二转动关节106、第三转动关节107、第四转动关节108、第五转动关节109和第六转动关节110。所述第一臂101一端与所述第二臂102铰接，另一端与所述步进电机11固定连接，所述第四臂104一端与所述第三臂103铰接，其另一端与所述抓取机构14相连接。所述第一转动关节105和所述第二转动关节106装配于所述第一臂101与所述步进电机11连接处且相互垂直设置，所述第三转动关节107装配于所述第一臂101与所述第二臂102的连接处，所述第四转动关节108装配于所述第二臂102与所述第三臂103的连接处，所述第五转动关节109装配于所述第三臂103与所述第四臂104的连接处，所述第六转动关节110装配于所述第四臂104与所述抓取机构14的连接处。

所述步进电机11包括第一步进电机111、第二步进电机112、第三步进电机113、第四步进电机114、第五步进电机115和第六步进电机116。所述第一步进电机111用于驱动所述第一臂101绕所述第一转动关节105转动，所述第二步进电机112用于驱动所述第一臂101绕所述第二转动关节106转动，所述第三步进电机113用于驱动所述第二臂102绕所述第三转动关节107转动，所述第四步进电机114用于驱动所述第三臂103绕所述第四转动关节108转动，所述第五步进电机115用于驱动所述第四臂104绕所述第五转动关节109转动，所述第六步进电机116用于驱动所述抓取机构14绕所述第六转动关节110转动。所述步进电机11根据指令驱动所述机械臂10转动以实现所述抓取机构14夹取工具进行夹取食材、调料等以完成自动烹饪。

所述减速机12用于将所述步进电机11的输出轴的转速减速至预设转速，使满足所述机械臂10的运动参数的要求。所述减速机12包括第一减速机121、第二减速机122、第三减速机123、第四减速机124、第五减速机125和第六减速机126。所述第一减速机121的输入轴与所述第一步进电机111的输出轴固定连接，所述第一减速机121的输出轴与所述第一齿轮16固定连接，所述第一齿轮16与所述第二齿轮17相互啮合，所述第二齿轮17与所述第一臂101固定连接，所述第二减速机122的输入轴与所述第二步进电机112的输出轴固定连接，从而所述第二齿轮17驱动所述第一臂101绕所述第一转动关节105转动。所述第三减速机123的输入轴与所述第三步进电机113的输出轴固定连接，所述第四减速机124的输入轴与所述第四步进电机114的输出轴固定连接，所述第五减速机125的输入轴与所述第五步进电机115的输出轴固定连接，所述第六减速机126的输入轴与所述第六步进电机116的输出轴固定连接。

所述传感器13固定于所述减速机12的输出端，所述输出端为所述减速机12的输出轴的一端。所述传感器13包括第一传感器131、第二传感器132、第三传感器133和第四传感器134。所述第一传感器131与所述第二齿轮17同轴设置，所述第一传感器131用于检测所述第二齿轮17的转角，所述第二齿轮17与所述第一臂101固定连接，从而检测所述第一臂101的转角值，所述第一齿轮16固定于所述第一减速机121的输出轴，所述第二传感器132与所述第二减速机122的输出轴固定连接，所述第三传感器133固定于所述第一齿轮箱18的输出轴，所述第四传感器134固定于所述第二齿轮箱19的输出轴。所述传感器13用于检测所述机械臂10的摆臂参数，所述控制装置15接收所述摆臂参数并反馈调节所述步进电机11的相关参数，所述传感器13为绝对编码器、角位移传感器或增量型编码器。其中，所述摆臂参数为所述机械臂10的转角值。

所述第一齿轮箱18的输入轴与所述第三减速机123的输出轴固定连接，所述第一齿轮箱18的一输出轴驱动所述第二臂102绕所述第三转动关节107转动，所述第一齿轮箱18的另一输出轴与所述传感器13固定连接。所述第二齿轮箱19的输入轴与所述第四减速机124的输出轴固定连接，所述第二齿轮箱19的一输出轴驱动所述第三臂103绕所述第四转动关节108转动，所述第二齿轮箱19的另一输出轴与所述传感器13固定连接。所述第三臂103和所述第四臂104分别为齿轮箱，所述第三臂103为第三齿轮箱，所述第四臂104为第四齿轮箱，所述第三齿轮箱一方面为所述机械臂10的所述第三臂103，另一方面用于驱动所述第四齿轮箱绕所述第三齿轮箱的输出轴转动，所述第四齿轮箱一方面为所述机械臂10的所述第四臂104，另一方面用于驱动与所述第三齿轮箱传动并驱动所述抓取机构14实现姿态的调整。所述第三齿轮箱的输入轴与所述第五步进电机115的输出轴固定连接，所述第三齿轮箱的输出轴与所述第四齿轮箱的箱体固定连接，所述第三齿轮箱的箱体与所述第四齿轮箱的箱体之间活动铰接形成所述第五转动关节109，使所述第四齿轮箱绕所述第三齿轮箱的输出轴转动。所述第四齿轮箱的输入轴与所述第六步进电机116的输出轴固定连接，所述第四齿轮箱的输出轴与所述抓取机构14固定连接，使驱动所述抓取机构14绕所述第四齿轮箱转动，实现抓取动作的更换。通过将所述第三臂103和所述第四臂104设置成齿轮箱，使得所述机械臂10的结构紧凑，占用空间小。

所述控制装置15包括控制器151和与所述控制器151电连接的驱动器152，所述控制器151为电子闭环控制器，所述传感器13与所述控制器151电连接，所述步进电机11与所述驱动器152电连接。所述控制器151根据设于各所述步进电机11输出端的所述传感器13检测的所述机械臂10的转角值，并将所述转角值与储存于所述控制器151内控制所述机械臂10的运动参数比较，进而通过所述驱动器152实时反馈调节所述步进电机11的转速或转角等相关参数，实现控制所述机械臂10的位置精度的控制和姿态；且所述步进电机11和所述传感器13价格相对低廉，使采用低成本即可实现控制所述机械臂10的高位置精度。

与相关技术相比，本发明的烹饪机器人采用普通步进电机和固定于步进电机输出端的用于检测机械臂的摆臂参数的传感器，通过传感器检测机械臂的摆臂参数并反馈至控制装置，控制装置根据检测的摆臂参数与预设机械臂的运动参数比较，并根据比较结果修正驱动机械臂转动的步进电机的相关参数，从而控制机械臂的高位置精度和姿态，而步进电机和传感器的价格相对低廉，从而可实现低成本控制高精度的机械臂，且制造成本低，利于推广应用。

请参照图4，为本发明烹饪机器人的控制方法的流程图。提供一种所述烹饪机器人200的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1，写入并储存预设动作的控制程序，所述控制装置15包括控制器151和驱动器152，将控制所述机械臂10实现预设动作的程序写入所述控制器151，并将各预设动作的运行参数储存于所述控制器151；

步骤S2，执行预设动作指令，所述控制器151发出执行所述预设动作的指令，并根据所述控制程序控制所述机械臂10完成所述预设动作；

本步骤中，所述指令为控制所述机械臂10带动所述抓取机构14抓取食材，调料实现烹饪等动作，所述控制器151控制所述驱动器152驱动所述步进电机11，使所述步进电机11驱动所述机械臂10完成预设动作。

步骤S3，检测机械臂10的摆臂参数并反馈至控制器151，所述传感器检测执行预设动作时的所述机械臂10的摆臂参数，并将检测的所述摆臂参数反馈至所述控制器151；

本步骤中，所述传感器检测的所述机械臂10的摆臂参数包括所述机械臂10的转角值。

步骤S4，根据检测的所述摆臂参数对应修正所述步进电机11的参数，所述控制器151将检测的所述摆臂参数与储存于所述控制器151内的所述运行参数进行比较，并根据比较结果控制所述驱动器152实时修正所述步进电机11的参数以调整所述机械臂10的位置精度和姿态。

本步骤中，所述摆臂参数为所述机械臂10的转角值，所述步进电机11的参数包括转速和转角值。所述转角值为所述第一臂101、第二臂102、第三臂103及第四臂104的相对于初始状态的转角值，所述控制器151将所述转角值与储存于所述控制器151的预设的转角值相比较，如比较结果一致，则无需调整所述步进电机11的转角值或转速；如比较结果不一致，则所述控制器151控制所述驱动器152驱动对应的所述步进电机11改变转角值或转速，从而驱动所述机械臂10进行转角的调整，实现所述机械臂10的位置精度和姿态的调整。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种烹饪机器人，包括机械臂、与所述机械臂活动连接的抓取机构和用于控制所述机械臂实现预设动作的控制装置，其特征在于，所述烹饪机器人还包括用于驱动所述机械臂转动的步进电机、减速机和多个传感器，所述减速机的输入轴与所述步进电机的输出轴固定连接，其中至少一个所述传感器固定于所述减速机的输出轴用于检测所述机械臂的摆臂参数，所述控制装置接收所述摆臂参数并根据所述摆臂参数实时修正所述步进电机的参数。

2.根据权利要求1所述的烹饪机器人，其特征在于，所述传感器为绝对编码器、角位移传感器或增量型编码器。

3.根据权利要求1所述的烹饪机器人，其特征在于，所述摆臂参数包括所述机械臂的转角值，所述步进电机的参数包括转速和转角值。

4.根据权利要求1所述的烹饪机器人，其特征在于，所述机械臂包括第一转动关节、第二转动关节、第三转动关节、第四转动关节、第五转动关节、第六转动关节以及依次铰接的第一臂、第二臂、第三臂和第四臂，所述第一臂一端与所述第二臂铰接，另一端与所述步进电机固定连接，所述第四臂一端与所述第三臂铰接，另一端与所述抓取机构相连接；所述第一转动关节和所述第二转动关节装配于所述第一臂与所述步进电机连接处且相互垂直设置，所述第三转动关节装配于所述第一臂与所述第二臂的连接处，所述第四转动关节装配于所述第二臂与所述第三臂的连接处，所述第五转动关节装配于所述第三臂与所述第四臂的连接处，所述第六转动关节装配于所述第四臂与所述抓取机构的连接处。

5.根据权利要求4所述的烹饪机器人，其特征在于，所述步进电机包括第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、第五步进电机和第六步进电机，所述第一步进电机用于驱动所述第一臂绕所述第一转动关节转动，所述第二步进电机用于驱动所述第一臂绕所述第二转动关节转动，所述第三步进电机用于驱动所述第二臂绕所述第三转动关节转动，所述第四步进电机用于驱动所述第三臂绕所述第四转动关节转动，所述第五步进电机用于驱动所述第四臂绕所述第五转动关节转动，所述第六步进电机用于驱动所述抓取机构绕所述第六转动关节转动。

6.根据权利要求5所述的烹饪机器人，其特征在于，所述减速机包括第一减速机、第二减速机、第三减速机、第四减速机、第五减速机和第六减速机，所述第一减速机与所述第一步进电机的输出轴固定连接，所述第二减速机与所述第二步进电机的输出轴固定连接，所述第三减速机与所述第三步进电机的输出轴固定连接，所述第四减速机与所述第四步进电机的输出轴固定连接，所述第五减速机与所述第五步进电机的输出轴固定连接，所述第六减速机与所述第六步进电机的输出轴固定连接。

7.根据权利要求6所述的烹饪机器人，其特征在于，所述烹饪机器人还包括第一齿轮箱和第二齿轮箱，所述第三臂包括第三齿轮箱，所述第四臂包括第四齿轮箱，所述第一齿轮箱的输入轴与所述第三减速机的输出轴固定连接，所述第二齿轮箱的输入轴与所述第四减速机的输出轴固定连接；所述第三齿轮箱的输入轴与所述第五步进电机的输出轴固定连接，所述第四齿轮箱的输入轴与所述第六步进电机的输出轴固定连接。

8.根据权利要求7所述的烹饪机器人，其特征在于，所述传感器包括第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器，所述第一传感器固定于所述第一减速机的输出轴，所述第二传感器与所述第二减速机的输出轴固定连接，所述第三传感器固定于所述第三齿轮箱的输出轴，所述第四传感器固定于所述第二齿轮箱的输出轴。

9.一种根据权利要求1所述的烹饪机器人的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

写入并储存预设动作的控制程序，所述控制装置包括控制器和驱动器，将控制所述机械臂实现预设动作的程序写入所述控制器，并将各预设动作的运行参数储存于所述控制器；

执行预设动作指令，所述控制器发出执行所述预设动作的指令，并根据所述控制程序控制所述机械臂完成所述预设动作；

检测机械臂的摆臂参数并反馈至控制器，所述传感器检测执行预设动作时的所述机械臂的摆臂参数，并将检测的所述摆臂参数反馈至所述控制器；

根据检测的所述摆臂参数对应修正所述步进电机的参数，所述控制器将检测的所述摆臂参数与储存于所述控制器内的所述运行参数进行比较，并根据比较结果控制所述驱动器实时修正所述步进电机的参数以调整所述机械臂的位置精度和姿态。

10.根据权利要求9所述的烹饪机器人的控制方法，其特征在于，所述机械臂的摆臂参数包括所述机械臂的转角值，所述步进电机的参数包括转速和转角值。