CN107283436B - 一种桁架式自主移动送餐机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桁架式自主移动送餐机器人，从上到下依次包括用于运送餐饮的桁架机械手（1）、装有升降式托盘架（4）和主控制箱（3）的车体框架（2）和用于行走的全向行走底盘（5）；所述桁架机械手（1）包括桁架，所述桁架包括两相对设置的桁架支撑外壳（116），两所述桁架支撑外壳（116）之间活动设置有用于托起所述升降式托盘架（4）上的餐盘的升降机构，两所述桁架支撑外壳（116）内均活动设置有用于使所述升降机构水平向送餐的伸缩导轨。本发明为小车型，重心低，稳定性好，且能够避免食物在运送过程中的二次污染，送餐半径大，全程无需人工搬运，节约人力。

Description

一种桁架式自主移动送餐机器人

技术领域

本发明涉及一种桁架式自主移动送餐机器人，属于智能服务机器人技术领域。

背景技术

随着科技的不断发展，城市现代化进程加快，越来越多的人萌发出摆脱简单、重复、低技术含量劳动的想法，与此同时，机器人逐渐走入人们生活之中来帮助完成相应的工作。当下的餐饮行业是典型的劳动密集型行业，工作繁重，强度大，重复性高，效率不高。为了解决上述问题，很多餐饮企业选择用智能机器人来替代餐厅中的人工服务。目前市场上的送餐机器人一般为仿人形设计，采用寻路线的方式或者视觉传感器的导航方式。人形机器人为保证其外观上的美感，节省空间常将食物直接与外界接触可能造成食物在运送过程中的二次污染，同时送餐机器人在送餐的过程中因手持托盘而重心不稳，因此为保持重心必须加重机器人自身的负载，传统的送餐机器人在送餐时仍需要人为的进行一次餐饮搬运，对于一些残疾人的就餐仍有不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种小车型，避免食物在运送过程中的二次污染，送餐半径大，全程无需人工搬运的桁架式移动送餐机器人；进一步地，本发明提供一种具有点菜和语音报菜功能的桁架式移动送餐机器人；更进一步地，本发明提供一种减少托盘架升降时的晃动，同时减少托盘架在上升过程中的摩擦的桁架式移动送餐机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种桁架式自主移动送餐机器人，从上到下依次包括用于运送餐饮的桁架机械手、装有升降式托盘架和主控制箱的车体框架和用于行走的全向行走底盘；所述桁架机械手包括桁架，所述桁架包括两相对设置的桁架支撑外壳，两所述桁架支撑外壳之间活动设置有用于托起所述升降式托盘架上的餐盘的升降机构，两所述桁架支撑外壳内均活动设置有用于使所述桁架机械手水平向送餐的伸缩导轨；所述桁架机械手、升降机构、升降式托盘架和全向行走底盘均与所述主控制箱电相连。

所述桁架机械手包括两门型的所述桁架支撑外壳，两所述桁架支撑外壳上表面之间固定有前支撑座和后支撑座，所述后支撑座上连有电机固定板，第一电机固定于所述电机固定板上且位于所述前支撑座和后支撑座之间，所述前支撑座和后支撑座之间的所述桁架支撑外壳上表面设置有两相对的轴承架，第一驱动轴穿过两所述轴承架，所述第一驱动轴中部设置有与所述第一电机相连的锥齿轮，所述第一驱动轴的两端分别连有圆柱直齿轮，所述圆柱直齿轮位于所述轴承架的外侧且底部穿过所述桁架支撑外壳上部的通孔后与第一齿条啮合，两根第一齿条分别固定在一对伸缩导轨的上端来帮助伸缩导轨伸缩，所述导轨伸缩活动设置于所述桁架支撑外壳内，所述伸缩导轨为X臂，两条对称X臂背部都装有导轮槽，所述导轮槽与安装在所述桁架支撑外壳内部的导轮相配合，所述桁架支撑外壳下部安装有配重；两所述X臂后部之间设置有底板，所述底板上设置有第二电机，所述第二电机与齿轮组相连，所述齿轮组位于第二驱动轴上，所述第二驱动轴的两端分别连有第一链轮，所述X臂的前部设置有第二链轮，所述第一链轮和第二链轮的轴均固定于所述X臂内侧面，同一所述X臂上的所述第一链轮和第二链轮之间连有链条，所述X臂的内侧面上还设置有行走轮槽。

所述配重包括若干圆柱形承重轮。

所述升降机构为剪式升降机构，所述剪式升降机构包括由槽型构件和角型构件组合成的方形的基本支撑骨架，所述基本支撑骨架内部设置有电动推杆，所述基本支撑骨架的两相对底边分别与伸缩架的顶端相连，所述伸缩架的底端连于底座上，两所述伸缩架底端之间由连杆相连，所述连杆的中部与所述电动推杆的底端相连，所述电动推杆的顶端与基本支撑骨架相连，轮轴横向穿过所述基本支撑骨架的侧壁后两端连接在所述行走轮槽中行走的行走轮，所述基本支撑骨架上还连有用于与所述链条相连的连接板，所述伸缩架的下方设置有两电机，两所述电机相互对称且中心距离为一段所述餐盘的长度，所述电机分别与丝杠通过第一联轴器相连接，所述丝杠分别与固定于滑轨上的用于托起所述餐盘的叉杆固连，所述滑轨与电机都固定于角钢上，所述角钢位于所述底座的侧面。

所述升降式托盘架包括承载部分和驱动部分，所述承载部分包括底部基座，所述底部基座的四角均设置有支架，所述支架顶端连有托盘架顶盖，所述支架底端连有基层盖板，所述支架中部设置有若干层用于承载餐盘的负载托盘，所述底部基座内设置有两相互平行的第三电机，所述第三电机分别与位于所述底部基座外部的齿轮相连，所述齿轮分别与第二齿条啮合；所述底部基座与所述齿轮的相对端设置有两个后部导轮，所述车体框架内设置有垂直向的托盘架升降导轨，所述后部导轮分别位于所述托盘架升降导轨内；所述第二齿条也垂直向设置于所述车体框架内。

所述车体框架由铝材搭建，采用紧固螺钉和连接件固定连接所述车体框架的每个连接节点。

所述前支撑座和后支撑座设置于外壳内，所述外壳上装有互动面板和若干音响，所述桁架支撑外壳的底面四角由支撑座与所述车体框架上表面相连，所述互动面板和音响均与所述主控制箱相连。

所述支撑座下端由至少三个并列的螺栓固定于所述车体框架上。

所述外壳为弧形。

本发明提供一种小车型多层托盘桁架式的智能自主移动送餐机器人，主要由三部分组成，第一部分为最上端的运送餐饮的桁架机械手，第二部分为装有升降式托盘架和主控制箱的车体框架，第三部分为全向行走底盘。第一部分的桁架式机械手，其组成部件包括：桁架结构的伸缩导轨、带有音响以及触摸屏幕的送餐机器人互动面板、利用电动推杆控制伸缩范围的剪式升降机构，以桁架结构作为送餐机器人设计的骨架主要是为了方便技术人员的拆卸与维修。下面详述桁架式机械手的机械传动及工作过程，桁架式机械手主要是由外部两段对称的门型的桁架支撑外壳作为主要结构，桁架支撑外壳下沿和侧边都开有小孔用于固定圆柱形承重轮，桁架支撑外壳上沿前端开有一块矩形凹槽（即桁架支撑外壳上部的用于穿过圆柱直齿轮底部的通孔），用于方便圆柱直齿轮与伸缩导轨或X臂上的第一齿条通过凹槽进行啮合，两条桁架支撑外壳内部各固定有一条L型的伸缩导轨，伸缩导轨较长边的上端固定有一条与伸缩导轨等长的第一齿条，同时在较长边上另有两个圆形凹槽用于固定轴承架，轴承架上规定有第一驱动轴，在靠近较短一边的边缘上开有一段供行走轮移动的行走轮槽，在较短边的后端开有小孔用于安装铆钉铆接底板，底板为槽型钢，底板将两段对称的伸缩导轨连接起来，连接用的底板上装有电机，其作用是用来驱动安装于伸缩导轨上的链轮，链传动主要是为了带动置于伸缩导轨之间的剪式升降机构进行移动，伸缩导轨的伸缩则主要取决于固定于外部的桁架支撑外壳前端纵向固定的电机带动齿轮齿条啮合传动，在齿轮力的作用下，伸缩导轨伸出，增大了送餐小车的送餐半径，也增大了剪式升降机构的移动量程。剪式升降机构由铝材作为骨架，由塑料外壳罩住，电动推杆固定于铝材的骨架之上控制剪式升降机构的升降，为维持剪式升降机构在升降运动过程中的稳定性，将两部对称的伸缩架固定于剪式升降机构骨架的前后两端，剪式升降机构的两段叉杆固定于伸缩架下端的滑轨上，滑轨由电机驱动的两段丝杠结构进行前后的伸缩移动，剪式升降机构的作用是将放在升降式托盘架上的装有餐饮的餐盘托起后，再放置于桌面上，更大的节省了人力，使送餐全程无需人工搬运，位于送餐机器人最前端的触摸面板具有点菜和语音报菜的功能，在送餐时会对食客报出菜名并在显示屏上显示出相应菜品的图片。

第二部分的车体框架，车体框架由铝合金型材搭建而成，其内部包括一个升降式托盘架和一个主控制箱，升降式托盘架置于小车车体的前部，被分为三层，控制其升降的动力源位于升降式托盘架的底部，由一对带有齿轮的电机通过与垂直安装于车体框架上的两对齿条啮合后来达到升降的目的，主控制箱用于存放电池，控制系统组件和一些用于平衡送餐机器人的重物。

第三部分是全向行走底盘，它由四个独立电机驱动两对万向轮进行全向的移动，四台电机呈矩形分布，固定于下部铝制型材结构的四个方形框架上。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种桁架式自主移动送餐机器人，桁架机械手由剪式升降机构和伸缩导轨两部分组成，两端伸缩导轨相互平行，剪式升降机构置于平行的伸缩导轨之间进行定向移动，桁架机械手与车体框架由螺栓进行自锁连接，车体框架不仅起到支撑桁架机械手作用而且对主控制箱和升降式托盘架进行了必要的保护，全向行走底盘固定在车体框架的底端，由两对呈矩形分布的全向轮组合而成。采用该种设计，降低送餐机器人的移动重心，同时增加送餐机器人在送餐过程中的平稳性，车体结构采用密封设计避免餐饮在运送过程中遭到污染，全向行走底盘避免了送餐机器人在移动中的一些局限性，桁架机械手增大了送餐机器人的送餐辐射范围。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图（去掉两侧壳体）；

图2为本发明的桁架机械手的立体结构示意图；

图3为本发明的伸缩导轨的正视图；

图4为本发明的剪式升降机构立体结构示意图；

图5为本发明的车体框架的立体结构示意图；

图6为本发明的升降式托盘架的立体结构示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种桁架式自主移动送餐机器人，主要由以下几个部分组成：固定于车体上部的桁架机械手1，剪式升降机构9被安装于桁架之间，桁架机械手1的前端安装有一块弧形的外壳8，弧形的外壳8由塑料制成，前支撑座109和后支撑座108设置于弧形的外壳8内，弧形的外壳8上装有互动面板7和一对音响6，桁架机械手1由四个支撑座10利用螺栓连接，支撑座10下端利用三个并列的螺栓11固定于铝材搭建的车体框架2上，车体框架2内部安装有升降式托盘架4和主控制箱3，车体框架2的下部安装全向行走底盘5，全向行走底盘5负责带动整个送餐机器人进行移动。桁架机械手1、剪式升降机构9、升降式托盘架4和全向行走底盘5均与主控制箱3电相连。

如图2所示，桁架机械手1是送餐机器人的重要组成部分，其依靠两组电机传动控制一组二级移动伸缩导轨，第一电机101固定在电机固定板102上，电机固定板102固定在后支撑座108上，后支撑座108的左右两侧分别固定有一对轴承架107，后支撑座108与前支撑座109都固定在桁架支撑外壳116上，第一电机101下部安装有一对锥齿轮103，锥齿轮103带动第一驱动轴104两边的圆柱直齿轮105和圆柱直齿轮106转动，圆柱直齿轮105与圆柱直齿轮106分别与第一齿条110与第一齿条111啮合，两根第一齿条分别固定在一对X臂113的上端来帮助X臂113伸缩，由于圆柱直齿轮105与圆柱直齿轮106转速相同故一对X臂113以相同的速度伸缩，两条对称X臂113背部都装有一段导轮槽112，导轮槽112与安装在桁架支撑外壳116上的导轮114相配合完成一对X臂113的伸缩导向功能，安装桁架支撑外壳116下部对称的圆柱形承重轮115用于支撑桁架的一对X臂113。

如图3所示，为桁架机械手的伸缩导轨的正视图，第二电机117安装于固连两段X臂113的底板122上，底板122为槽型钢，第二电机117通过齿轮组118带动安装于一对X臂113上的第一链轮119和第一链轮120，同时X臂113上还开有一对对称的行走轮槽121供剪式升降机构9进行定向移动。

如图4所示，剪式升降机构9主要由以下部分组成，电动推杆901作为主动源来控制Z轴方向的伸缩，轮轴902与行走轮905连接构成小车的移动模块，同时通过一对槽型构件904和角型构件903利用铆钉连接组合成剪式升降机构9的基本支撑骨架，连接板906用于连接第一链轮和第二链轮上的链条以驱动剪式升降机构9前进，伸缩架907与伸缩架919作为承启机构对称安装在基本支撑骨架的前后，伸缩架907与伸缩架919下端安装有电机908与电机909，两电机相互对称且中心距离为一段餐盘的长度，电机908与丝杠912通过第一联轴器910进行连接，丝杠912与固定于滑轨917上的叉杆915固连，通过电机908的转动控制叉杆915的伸缩，滑轨917与电机908都固定于角钢920上，同理丝杠913与电机909通过第一联轴器911进行连接，叉杆914固定于滑轨918上同时与丝杠913连接，通过电机909控制叉杆914的伸缩。

如图5所示，铝材搭建的车体框架2主要采用紧固螺钉201和连接件202固定连接车体框架2的每个连接节点，其内部的升降式托盘架4的升降运动通过齿轮401与齿轮403分别与第二齿条402和第二齿条404啮合完成，全向移动底盘5与车体框架2的八处连接是由大螺栓203完成，主控制箱3固定连接在车体框架2上，托盘架升降导轨205和206与车体框架2通过螺栓进行固定连接。

如图6所示，升降式托盘架4的立体结构主要分为承载部分和驱动部分：承载部分主要由支撑架411与支撑架412两支架结构对称组成，承载部分分为四层，第一层为托盘架顶盖405，第二层为负载托盘407用于承载餐盘406，第三层为负载托盘409用于承载餐盘408，第四层为基层盖板410，底部基座415中第三电机413与第三电机414相互配合驱动升降式托盘架4的升降，后部导轮416与后部导轮417用于接合导轨减少托盘架升降时的晃动，同时减少升降式托盘架4在上升过程中的摩擦。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种桁架式自主移动送餐机器人，其特征在于：从上到下依次包括用于运送餐饮的桁架机械手（1）、装有升降式托盘架（4）和主控制箱（3）的车体框架（2）和用于行走的全向行走底盘（5）；所述桁架机械手（1）包括桁架，所述桁架包括两相对设置的桁架支撑外壳（116），两所述桁架支撑外壳（116）之间活动设置有用于托起所述升降式托盘架（4）上的餐盘的升降机构，两所述桁架支撑外壳（116）内均活动设置有用于使所述桁架机械手（1）水平向送餐的伸缩导轨；所述桁架机械手（1）、升降机构、升降式托盘架（4）和全向行走底盘（5）均与所述主控制箱（3）电相连；

所述桁架机械手（1）包括两门型的所述桁架支撑外壳（116），两所述桁架支撑外壳（116）上表面之间固定有前支撑座（109）和后支撑座（108），所述后支撑座（108）上连有电机固定板（102），第一电机（101）固定于所述电机固定板（102）上且位于所述前支撑座（109）和后支撑座（108）之间，所述前支撑座（109）和后支撑座（108）之间的所述桁架支撑外壳（116）上表面设置有两相对的轴承架（107），第一驱动轴（104）穿过两所述轴承架（107），所述第一驱动轴（104）中部设置有与所述第一电机（101）相连的锥齿轮（103），所述第一驱动轴（104）的两端分别连有圆柱直齿轮（105，106），所述圆柱直齿轮（105，106）位于所述轴承架（107）的外侧且底部穿过所述桁架支撑外壳（116）上部的通孔后与第一齿条（110，111）啮合，两根第一齿条（110，111）分别固定在一对伸缩导轨的上端来帮助伸缩导轨伸缩，所述导轨伸缩活动设置于所述桁架支撑外壳（116）内，所述伸缩导轨为X臂（113），两条对称X臂（113）背部都装有导轮槽（112），所述导轮槽（112）与安装在所述桁架支撑外壳（116）内部的导轮（114）相配合，所述桁架支撑外壳（116）下部安装有配重；两所述X臂（113）后部之间设置有底板（122），所述底板（122）上设置有第二电机（117），所述第二电机（117）与齿轮组（118）相连，所述齿轮组（118）位于第二驱动轴上，所述第二驱动轴的两端分别连有第一链轮（119，120），所述X臂（113）的前部设置有第二链轮，所述第一链轮（119，120）和第二链轮的轴均固定于所述X臂（113）内侧面，同一所述X臂（113）上的所述第一链轮（119，120）和第二链轮之间连有链条，所述X臂（113）的内侧面上还设置有行走轮槽（121）。

2.根据权利要求1所述的一种桁架式自主移动送餐机器人，其特征在于：所述配重包括若干圆柱形承重轮（115）。

3.根据权利要求1所述的一种桁架式自主移动送餐机器人，其特征在于：所述升降机构为剪式升降机构（9）。

4.根据权利要求3所述的一种桁架式自主移动送餐机器人，其特征在于：所述剪式升降机构（9）包括由槽型构件（904）和角型构件（903）组合成的方形的基本支撑骨架，所述基本支撑骨架内部设置有电动推杆（901），所述基本支撑骨架的两相对底边分别与伸缩架（907，919）的顶端相连，所述伸缩架（907，919）的底端连于底座上，两所述伸缩架（907，919）底端之间由连杆相连，所述连杆的中部与所述电动推杆（901）的底端相连，所述电动推杆（901）的顶端与基本支撑骨架相连，轮轴（902）横向穿过所述基本支撑骨架的侧壁后两端连接在所述行走轮槽（121）中行走的行走轮（905），所述基本支撑骨架上还连有用于与所述链条相连的连接板（906），所述伸缩架（907，919）的下方设置有两电机（908，909），两所述电机（908，909）相互对称且中心距离为一段所述餐盘的长度，所述电机（908，909）分别与丝杠（912，913）通过第一联轴器（910，911）相连接，所述丝杠（912，913）分别与固定于滑轨（917，918）上的用于托起所述餐盘的叉杆（915，914）固连，所述滑轨（917，918）与电机（908，909）都固定于角钢（920）上，所述角钢（920）位于所述底座的侧面。

5.根据权利要求1所述的一种桁架式自主移动送餐机器人，其特征在于：所述升降式托盘架（4）包括承载部分和驱动部分，所述承载部分包括底部基座（415），所述底部基座（415）的四角均设置有支架，所述支架顶端连有托盘架顶盖（405），所述支架底端连有基层盖板（410），所述支架中部设置有若干层用于承载餐盘的负载托盘，所述底部基座（415）内设置有两相互平行的第三电机（413，414），所述第三电机（413，414）分别与位于所述底部基座（415）外部的齿轮（401，403）相连，所述齿轮（401，403）分别与第二齿条（402，404）啮合；所述底部基座（415）与所述齿轮（401，403）的相对端设置有两个后部导轮（416，417），所述车体框架（2）内设置有垂直向的托盘架升降导轨（205，206），所述后部导轮（416，417）分别位于所述托盘架升降导轨（205，206）内；所述第二齿条（402，404）也垂直向设置于所述车体框架（2）内。

6.根据权利要求5所述的一种桁架式自主移动送餐机器人，其特征在于：所述车体框架（2）由铝材搭建，采用紧固螺钉（201）和连接件（202）固定连接所述车体框架（2）的每个连接节点。

7.根据权利要求1所述的一种桁架式自主移动送餐机器人，其特征在于：所述前支撑座（109）和后支撑座（108）设置于外壳（8）内，所述外壳（8）上装有互动面板（7）和若干音响（6），所述桁架支撑外壳（116）的底面四角由支撑座（10）与所述车体框架（2）上表面相连，所述互动面板（7）和音响（6）均与所述主控制箱（3）相连。

8.根据权利要求7所述的一种桁架式自主移动送餐机器人，其特征在于：所述外壳（8）为弧形。

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