CN109605395A - 一种全自动饮品制作机器人 - Google Patents

Abstract

一种全自动饮品制作机器人，双臂机器人一臂末端安装搅拌装置，另一臂为机械手；自动出杯装置将一摞纸杯分开，并传送到预设的抓取位置，机械手从该抓取位置抓取纸杯；自助点单系统提供点单界面，由顾客从点单界面选择饮品配方，集中式控制系统获取该饮品配方并进行解析，依次按照接料顺序根据配料位置控制双臂机器人的对应机械臂末端置于定量出料柜上对应的出料点，并控制定量出料柜按照配料量进行出料；搅拌装置搅拌配料；控制双臂机器人的机械手从上述预设位置抓取纸杯，并接取不需要搅拌的配料；搅拌装置搅拌至预设的停止时间后将饮品倒入所述的纸杯内，由机械手将纸杯放置在自动交付装置上预设的位置，由自动交付装置将待交付的杯位旋转至顾客取杯的位置。

Description

一种全自动饮品制作机器人

技术领域

本发明属于装备自动化、机械设计制造、自动饮品制作等技术领域，具体涉及一种饮品制作机器人。

背景技术

现有的大多数饮品制作商店无法实现饮品制作过程及交付过程的完全自动化、无人化，自动化程度较高的饮品店也是以采购一些自动化及智能化程度高的单机设备为主、例如咖啡机，快速搅拌机、定量出料设备，人工按照饮品制作流程为顾客制作出饮品，该饮品的种类有限，因制作工人的技术导致饮品口味千差万别。还有一些饮品制作机器人，以末端夹持器携杯子到饮品出料口接饮品，并交付给顾客，该类机器人有一定的自动化，但是无法实现饮品的多种配料定量组合调配及按顾客想法实现饮品配方的个性化调制。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种全自动饮品制作机器人。

本发明的技术解决方案是：一种全自动饮品制作机器人，包括双臂机器人、定量出料柜、自动交付装置、自动出杯装置、自助点单系统及集中式控制系统；所述的双臂机器人一臂末端安装搅拌装置，另一臂为机械手；

自动出杯装置将一摞容器分开，并传送到预设的抓取位置，机械手从该抓取位置抓取纸杯/塑料杯；

自助点单系统提供点单界面，由顾客从点单界面选择饮品配方，集中式控制系统获取该饮品配方并进行解析，解析出配料位置、配料量、分配该配料由双臂机器人的左手或右手接料，接料的顺序，搅拌的开始时间及停止时间；

集中式控制系统依次按照接料顺序根据配料位置控制双臂机器人的对应机械臂末端置于定量出料柜上对应的出料点，并控制定量出料柜按照配料量进行出料；搅拌装置根据预先的设置一直处于搅拌状态或者在搅拌开始时间点开始搅拌；控制双臂机器人的机械手从上述预设位置抓取纸杯/塑料杯，并接取不需要搅拌的配料；搅拌装置搅拌至预设的停止时间后将饮品倒入所述的纸杯/塑料杯内，由机械手将纸杯/塑料杯放置在自动交付装置上预设的位置，由自动交付装置将待交付的杯位旋转至顾客取杯的位置。

优选的，所述的自助点单系统与集中式控制系统之间通过云端服务器联系。

优选的，所述的云端服务器中存储与自助点单系统点单界面对应的配方信息、定量出料柜的每个料柜出料量与控制量的标定关系，定量出料柜每个料柜存放配料的位置信息。

优选的，所述的定量出料柜在双臂机器人的工作空间内，环双臂机器人放置。

优选的，所述的定量出料柜包括液体料柜、粉末料柜、膏状料柜、固体料柜；每个料柜均由独立的出料执行单元控制出料，出料执行单元由步进电机驱动。

优选的，所述的液体出料柜的出料执行单元为蠕动泵，该泵由步进电机驱动实现定量出料；粉末料柜、膏状料柜、固体料柜的出料执行单元为步进电机驱动螺杆旋转，实现粉末料、膏状料、固体料的定量挤出。

优选的，所述的自动出杯装置具有多个存放纸杯或塑料杯的杯筒，杯筒安装在一个转盘上，杯筒底部有自动分杯机构，控制系统每次选择转盘上的一个杯筒，将其转至指定位置，并自动投放杯子到杯托上，杯托安装在升降机构上，通过控制升降机构将空杯子送至工作台面，该位置为预设的抓取位置。

优选的，所述的自动交付装置为分度旋转的转盘，转盘上设置若干放杯位置，交付过程将空位置旋转到双臂机器人放杯的位置，将待交付的杯位旋转给顾客取杯的位置。

优选的，所述的自动交付装置还包括扣盖机构，利用扣盖机构在产品交付前，根据需要对待交付纸杯/塑料杯进行加扣杯盖。

优选的，所述的扣盖机构包括杯盖存储组件、直线运动模组和扣盖组件，所述杯盖存储组件用于叠放多个杯盖，所述扣盖组件设置在所述直线运动模组上，用于获取杯盖并将所述杯盖扣压至杯口，工作时，所述直线运动模组带动所述扣盖组件沿水平方向和/或竖直方向移动使所述扣盖组件从所述杯盖存储组件上方获取最上方的所述杯盖，然后移动至待扣盖杯子上方扣压杯盖。

优选的，所述扣盖组件包括立杆、环形压紧圈及真空吸盘，所述立杆第一端固定在所述直线运动模组上，所述立杆第二端弯折，所述环形压紧圈水平设置且通过至少两个连接杆固定在所述立杆的第二端，所述真空吸盘位于所述压紧圈的中心位置，用于通过真空吸附获取所述杯盖。

优选的，所述真空吸盘包括缓冲杆和设置在所述缓冲杆一端的吸嘴，当处于自然状态时，所述吸嘴位于所述环形压紧圈所在平面之下，当真空吸附所述杯盖时，所述吸嘴在所述缓冲杆带动下向上运动直至所述杯盖卡在所述环形压紧圈处。

优选的，所述杯盖存储组件包括杯盖存储筒、盖托及盖托直线运动组件，所述杯盖存储筒上设有沿竖直方向延伸的导向槽，所述盖托位于所述杯盖存储筒内，并通过连接杆固定在所述盖托直线运动组件上，所述盖托直线运动组件带动所述盖托沿所述导向槽向上运动，以推送所述杯盖至所述杯盖存储筒上开口处。

优选的，还包括自动清洗装置；搅拌装置将最终饮品倒入所述放杯位置处的纸杯/塑料杯内后，调整搅拌装置所在机械臂末端的姿态使得搅拌装置倒扣于自动清洗装置喷头的正上方，进行清洗。

优选的，所述的自动清洗装置包括清洗喷头，电磁开关阀；电磁开关阀连接到双臂机器人的机械臂控制器，通过机械臂控制器控制启动与停止，当电磁开关阀启动后，水流经进水管进入，由清洗喷头喷出。

优选的，所述的清洗喷头包括固定部和旋转部，二者通过密封轴承连接，固定部与电磁开关阀的出口法兰连接，旋转部能够相对喷头固定部转动；旋转部为中空圆柱体，侧面均匀设置n个出水口，n≥2，顶面设置一字形开口，侧面的出水口为偏心设置，喷出的水流推动清洗喷头的旋转部相对于喷头固定部能够旋转，实现旋转喷水。

优选的，清洗喷头清洗使用70°以上的热水，入水水压大于0.7MPa。

优选的，所述的搅拌装置包括搅拌杯体，搅拌刀头，联轴器，电机，搅拌控制模块，电连接器，连接件；

电机设置在搅拌杯体的底部的电器舱内，联轴器用于连接电机和搅拌刀头的转轴，搅拌控制模块设置在电器舱内，用于接收机械臂控制器发送的搅拌开启和搅拌结束信号，控制电机开启和关闭；搅拌刀头的搅拌刀片位于搅拌杯体的搅拌舱内；连接件用于连接机械臂末端法兰；电连接器与机械臂的电气连通。

优选的，所述的搅拌装置固定在机械臂末端，或者采用机械手抓取或者采用快速插拔的方式连接在机械臂末端。

优选的，所述的搅拌杯杯体为圆柱形或者开口大的圆台体，内有均布肋边，数量大于3，肋边高度为杯体搅拌舱高度的1/3～1/2，为上小下大肋片结构。

优选的，所述的连接件上设有凸起块，机械臂末端法兰上有另一个凸起块，二者互相匹配限位防止装错或装反。

优选的，所述的电机具有高速、中速、低速三种转速，在机械臂控制器的控制下选择不同的转速旋转。

优选的，机械臂控制器根据调制饮品的类型设置搅拌装置的转速；当有冰块存在于饮品中时采用低速搅拌，当有黏稠液体且没有冰块存在时采用中速搅拌；当仅有粉末和非黏稠液体，或仅有非黏稠液体时采用高速搅拌。

本发明与现有技术相比有益效果为：本发明能够实现饮品制作及售卖过程完全无人化，并可实现饮品配料组分的顾客个性化定制，具体的：

(1)本发明可以实现在机器人或机械臂运动过程中同步进行搅拌，搅拌装置的启动与停止、转速调节等功能集成到机械臂控制器，实现位置运动和搅拌动作同步进行,在制作完成后可以完成自动清洗，全程无人参与，有助于极大提高制作目标生产效率。在利用机械臂无人制作奶茶、咖啡、冷饮等饮品的无人制作、贩卖等场合，有利于提高单位时间的制作效率。

(2)本发明可在机械臂运动的同时，同步进行搅拌或搅匀，既能充分进行搅拌，又能提高制作效率。

(3)本发明搅拌完成后能够进行高温旋转式冲洗，避免了高频率更换搅拌杯的繁琐工作，同时还可以提高无人新零售制作饮品的可观赏性和趣味性。

(4)用户可以根据实际的使用情况调整搅拌装置的搅拌速度和搅拌时间，一方面保证效率，另一方面保证了口感和加工效果。

(5)本发明实施例提供的扣盖机构，通过直线运动模组带动压盖组件做水平方向及竖直方向的运动，使压盖组件从杯盖存储组件上方获取最上方杯盖，再移动压盖组件至杯子处完成扣压杯盖，该机构中杯盖存储组件可置于待扣盖杯子下方的空间，因而可以根据用户身高设置适宜高度的产品(盛放于扣盖杯子中)输出口，用户体验好；

(6)通过采用真空吸盘，利用气动元器件使吸盘吸住杯盖，通过环形压紧圈配合位于中心位置的真空吸盘对吸附后的杯盖进行找正，确保扣压时杯盖与杯子开口处的同轴度，同时，在扣盖时，环形压紧圈给杯盖施加向下的压力将杯盖盖在杯子开口处；

(7)由于吸盘为弹性(例如硅胶)材料，且缓冲杆存在轴孔间隙，在真空吸盘工作时，缓冲杆会带动吸盘和杯盖向上运动，环形压紧圈与杯盖的锥形外轮廓的相对运动，吸盘与缓冲杆的柔性作用，使得杯盖能和环形压紧圈之间精确定位，较小误差(不超过2mm)；

(8)本发明实施例提供的杯盖存储组件在上方杯盖被取走后，通过盖托上推下方杯盖，使位于最上方的杯盖到达杯盖存储筒的开口处，便于扣盖组件获取杯盖；

(9)通过将杯托内表面设置成锥筒结构，上方开口大，下方开口小，使得机械臂放杯子时，只要能放到大口处即可，通过杯托的找正功能，既能保证下端(找正后)的精度，有能降低对机械臂重复定位精度的要求。

(10)本发明的多点位辐射式动作规划方法将双臂饮品机器人的末端运动点位分为三个层次，分别为根部层点位，中间层点位及末端层点位，根部层点位用于避免双臂的互相干涉，中间层点位为轨迹过度点位，可以有效避免机械臂与料柜等外围设备发生碰撞。

附图说明

图1为本发明机器人示意图；

图2为本发明实施例提供的机械臂与搅拌装置连接结构示意图；

图3为本发明实施例提供的自动清洗装置结构示意图；

图4为本发明实施例提供的自动清洗装置喷头结构示意图；

图5为本发明实施例提供的搅拌装置结构示意图；

图6为本发明实施例提供的搅拌装置加强筋结构示意图；

图7为本发明实施例提供的搅拌装置内部结构示意图；

图8为本发明实施例提供的机械手示意图；

图9为本发明实施例提供的一种扣盖机构在获取杯盖时的状态示意图；

图10为本发明实施例提供的一种扣盖机构在扣压杯盖前的状态示意图；

图11为本发明实施例提供的扣盖组件局部示意图；

图12为本发明实施例提供的扣盖机构另一视角的局部结构示意图；

图13为本发明实施例提供的杯托与连接杆装配示意图；

图14为本发明实施例提供的自动出杯装置示意图；

图15为本发明实施例提供的双臂机器人三个动作层示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明作详细说明。

如图1所示，本发明包括双臂机器人1、定量出料柜3(2为出料口)、自动交付装置4、自动出杯装置6、自助点单系统及集中式控制系统；所述的双臂机器人一臂末端安装搅拌装置，另一臂为机械手；

自动出杯装置将一摞纸杯/塑料杯分开，并传送到预设的抓取位置，机械手从该抓取位置抓取纸杯/塑料杯；自助点单系统提供点单界面，由顾客从点单界面选择饮品配方，集中式控制系统获取该饮品配方并进行解析，解析出配料位置、配料量、分配该配料由双臂机器人的左手或右手接料，接料的顺序，搅拌的开始时间及停止时间；

集中式控制系统依次按照接料顺序根据配料位置控制双臂机器人的对应机械臂末端置于定量出料柜上对应的出料点，并控制定量出料柜按照配料量进行出料；搅拌装置根据预先的设置一直处于搅拌状态或者在搅拌开始时间点开始搅拌；控制双臂机器人的机械手从上述预设位置抓取纸杯/塑料杯，并接取不需要搅拌的配料；搅拌装置搅拌至预设的停止时间后将饮品倒入所述的纸杯/塑料杯内，由机械手将纸杯/塑料杯放置在自动交付装置上预设的位置，由自动交付装置将待交付的杯位旋转至顾客取杯的位置。

所述的自助点单系统与集中式控制系统之间通过云端服务器联系。云端服务器中存储与自助点单系统点单界面对应的配方信息、定量出料柜的每个料柜出料量与控制量的标定关系，定量出料柜每个料柜存放配料的位置信息。当然，也可以将云端服务器中存储的信息采用实际单机或者其他方式进行存储。

上述部件均安装在承载设备平台5上，为了满足顾客的舒适度，承载设备平台5的高度为0.9～1.2m。

下面分别对上述各部分进行详细说明。

一、双臂机器人1

双臂机器人包括仿人躯干，躯干上固定两条6轴及6轴以上的串联机械臂，腰关节转动装置，其中一条臂末端安装杯具夹持装置(亦称机械手)，另一条臂末端安装搅拌装置；所述机械臂能够在机械臂控制器的控制下进行多自由度的运动，所述机械臂末端连接到搅拌装置手柄，并与搅拌装置电气接口与机械接口同时连接。

在一个实施例中机械臂末端工具法兰与搅拌装置手柄的连接法兰通过螺钉连接固定在一起，机械臂末端工具法兰可以随着机械臂末端旋转关节转动，这样搅拌杯就可以相对于机械臂实现姿态调整，完成倾倒动作。

结合图2，在机械臂末端工具法兰与搅拌装置手柄的连接法兰相互固定实现机械连接的同时，双方的电连接器同步对插在一起，实现机械和电器接口同步实现连接。这样可以满足搅拌或搅匀装置的快速更换，简化更换搅拌或搅匀的操作。

搅拌装置配备有自动清洗装置，结合图3，自动清洗装置包括自动旋转清洗喷头，电磁开关阀；电磁开关阀连接到机械臂控制器，通过机械臂控制器控制启动与停止，当电磁开关阀启动后，水流经进水管进入，由自动旋转清洗喷头喷出。在一个实施例中，结合图4，自动旋转清洗喷头包括固定部和旋转部，二者通过密封轴承连接，喷头固定部与电磁开关阀的出口法兰连接，喷头旋转部可以相对喷头固定部转动。旋转部为中空圆柱体，侧面均匀设置n个出水口，n≥2，顶面设置一字型开口，侧面的出水口为偏心设置，即出水口窄缝所在平面不经过中空圆柱体的轴线，这样侧面喷出的水流推动自动旋转清洗喷头的喷头旋转部相对于喷头固定部能够旋转，喷头顶部也布有出水口，这样在喷头四周都有水流喷出，对搅拌装置形成全面冲洗。

通过机械臂末端旋转关节调整搅拌装置的位置和姿态，将搅拌装置倒扣在自动清洗装置的自旋转重新喷头正上方，电磁开关阀控制自动清洗装置的启动与停止，启动与停止信号通过机械臂控制器总线下发指令。当机械臂下发开启指令，电磁阀打开，热水管通过自旋转喷头，在水流的推动下，自旋转喷头水流带动旋转部转动，形成旋转水流，对搅拌装置起到清洗的作用。

结合图5，搅拌装置包括搅拌杯体，搅拌刀头，联轴器，电机，电源转换模块，搅拌控制模块，电连接器，连接法兰等部分。电机设置在搅拌杯体的底部的电器舱内，联轴器用于连接电机和搅拌刀头的转轴，搅拌控制模块设置在电器舱内，用于接收机械臂控制器发送的搅拌开启和搅拌结束信号，控制电机开启和关闭。搅拌刀头的搅拌刀片位于搅拌杯体的搅拌舱内，在电机的带动下对搅拌舱内的液体或固体进行充分搅拌，可以实现打散、搅匀等目的。搅拌刀头内有密封轴承，将搅拌装置内部和电机等电气部分隔离开。

电机为搅拌提供动力，电机类型为直流无刷大扭矩电机，无刷可以满足长时间工作，直流电是为了与机械臂上的直流电匹配，大扭矩可以满足搅拌冰块等介质。实现搅拌或搅匀旋转动作。电机具有高速、中速、低速三种转速，在机械臂控制器的控制下选择不同的转速旋转。

如图6，连接件的作用是连接搅拌装置和机械臂末端关节法兰，连接件上有一个凸起块，用于末端安装定位，防止装错或装反，机械臂末端法兰上有另一个凸起块，和连接件上的凸起匹配。

电连接器用于实现与机械臂的供电线路和控制线路的连接，电源转换模块用于实现机械臂输出电压与电机电压的匹配。

搅拌刀头上有用于连接的连接法兰头和搅拌刀片，中间有密封圈，连接法兰到头是正N变形(N>3)，与联轴器形成可靠连接。

联轴器用于连接搅拌刀头和电机，与搅拌刀头连接的一端与搅拌刀头上的连接法兰形状相同，也为正N边形(N>3)。

底盖用于将电气部分密封隔离保护，防止外界异物进入。

结合图6-7搅拌杯杯体为圆柱形或者开口大的圆台体，内有均布肋边，数量M>3，肋边高度为杯体搅拌舱高度的1/3～1/2，为肋片结构，肋边作用为将搅拌装置内的液体形成紊流，更有利于搅散介质，另一个作用是增加搅拌装置的刚度，防止变形过大形成破坏。杯体内设计有加强筋特征，要求特征尺寸M1<M2，肋片结构上小下大，纵截面为梯形。

结合图8，给出机械手的一个实施例，包括驱动组件、传动组件和手爪，所述手爪包括相对设置的两个抓取部，所述抓取部上设有锥面，且两个所述抓取部上的锥面相对，在抓取时，所述驱动组件给所述传动组件提供驱动力，所述传动组件带动所述两个抓取部相向运动使所述锥面与杯具的外表面接触夹紧。

二、定量出料柜3

定量出料柜包括液体料柜、粉末料柜、膏状料柜、固体料柜，液体料柜主要放置浓缩果汁等液体配料，粉末料柜主要放置奶精粉等粉状配料，膏状料柜主要放置果糖等膏状配料，固体料柜主要放置珍珠等固体配料。这些料柜的出料执行单元由步进电机驱动，受集中式控制系统控制实现定量出料。

具体的，液体出料柜的出料执行单元为蠕动泵，该泵由步进电机驱动，可实现定量出料；粉末料柜、膏状料柜、固体料柜的出料执行单元为步进电机驱动螺杆旋转，可实现粉末料、膏状料、固体料的定量挤出；。

通过预先标定的各个料柜电机每转的出料量，就可以根据当前所需配料量计算出步进电机的控制量，进而实现精确出料。

三、自动交付装置4

自动交付装置4为分度旋转的转盘，转盘中有诺干个放杯的位置，交付过程将空位置旋转到双臂机器人放杯的位置，将待交付的杯位旋转给顾客取杯的位置。

实际应用过程中，有些饮品在纸杯上进行扣盖。为了实现这一功能，本发明给出一种扣盖机构，利用扣盖机构在产品交付前，根据需要对待交付纸杯进行加扣杯盖。

结合图9，本发明一个实施例中给出具体的一种扣盖机构，包括杯盖存储组件10、直线运动模组20和扣盖组件30，所述杯盖存储组件10用于叠放多个杯盖13，如图9和10所示，所述扣盖组件30设置在所述直线运动模组20上，用于获取杯盖并将所述杯盖扣压至杯口，所述直线运动模组20用于带动所述扣盖组件30沿水平方向和/或竖直方向移动。

具体地，本发明实施例中，直线运动模组20带动扣盖组件30在水平方向和竖直方向做至少二自由度运动；所述扣盖组件30可以通过手爪抓取、吸盘吸附等方式获取杯盖；

工作时，控制器按照预设程序控制直线运动模组20动作将扣盖组件30移动至杯盖存储筒上方，并获取最上方的杯盖13，获取杯盖13后，控制器再控制直线运动模组20将带有杯盖13的扣盖组件30移动至待扣盖杯子上方，之后控制直线运动模组20带动扣盖组件30竖直向下移动，使压盖组件30获取的杯盖扣压在杯子开口处，完成扣盖。

本发明实施例提供的扣盖机构，通过直线运动模组带动压盖组件做水平方向及竖直方向的运动，使压盖组件从杯盖存储组件上方获取最上方杯盖，再移动压盖组件至杯子处完成扣压杯盖，该机构中杯盖存储组件可置于待扣盖杯子下方的空间，因而可以根据用户身高设置适宜高度的产品(盛放于扣盖杯子中)输出口，用户体验好。

如图10所示，在一可选实施例中，所述扣盖组件30包括立杆33、环形压紧圈35及真空吸盘31，所述立杆33第一端固定在所述直线运动模组20上，所述立杆33第二端弯折，所述环形压紧圈35水平设置且通过至少两个连接杆固定在所述立杆33的第二端，所述真空吸盘31位于所述压紧圈35的中心位置，用于通过真空吸附抓取所述杯盖。

通过采用真空吸盘，利用气动元器件使吸盘吸住杯盖，通过环形压紧圈配合位于中心位置的真空吸盘对吸附后的杯盖进行找正，确保扣压时杯盖与杯子开口处的同轴度，同时，在扣盖时，环形压紧圈给杯盖施加向下的压力将杯盖盖在杯子开口处。

在一可选实施例中，所述真空吸盘包括缓冲杆和设置在所述缓冲杆一端的吸嘴，当处于自然状态时，所述吸嘴位于所述环形压紧圈所在平面之下，当真空吸附所述杯盖时，所述吸嘴在所述缓冲杆带动下向上运动直至所述杯盖卡在所述环形压紧圈处。

由于吸盘为弹性(例如硅胶)材料，且缓冲杆存在轴孔间隙，在真空吸盘工作时，缓冲杆会带动吸盘和杯盖向上运动，环形压紧圈与杯盖的锥形外轮廓的相对运动，吸盘与缓冲杆的柔性作用，使得杯盖能和环形压紧圈之间精确定位，较小误差(不超过2mm)。

如图9所示，在一可选实施例中，所述直线运动模组20包括水平运动组件21、竖直运动组件22及控制器(图中未示出)，所述水平运动组件21用于带动所述扣盖组件30沿水平方向直线运动，所述竖直运动组件22用于带动所述扣盖组件30沿竖直方向直线运动，所述控制器用于按照预设程序控制所述水平运动组件和竖直运动组件运动。具体地，本发明实施例中，水平运动组件21可以包括水平轨道、水平滑块、水平运动驱动电机，竖直运动组件22可以包括竖直轨道、竖直滑块和竖直运动驱动电机，竖直轨道固定在水平轨道的滑块上，水平轨道固定在操作台上。该直线运动模组结构简单，控制方便。

如图10和11所示，在一可选实施例中，所述直线运动模组20还包括设置在所述立杆33弯折部位32下方的检测开关34，检测开关34可以是光电开关，用于检测所述杯盖13是否位于所述环形压紧圈35处，当获取动作后或扣盖动作前，所述杯盖不位于所述环形压紧圈35处时，所述控制器按照应急程序控制所述水平运动组件21和竖直运动组件22运动，以确保获取到杯盖并避免由于杯盖在运输途中脱落导致的错误扣压。当按照应急程序控制所述水平运动组件21和竖直运动组件22运动之后仍然未检测到杯盖13位于所述环形压紧圈35处时，控制器执行报警操作，以使工作人员及时进行维修。

如图12所示，在一可选实施例中，所述杯盖存储组件10包括杯盖存储筒11、盖托15(如图13所示)及盖托直线运动组件12，所述杯盖存储筒11上设有沿竖直方向延伸的导向槽，所述盖托15位于所述杯盖存储筒11内，并通过连接杆14固定在所述盖托直线运动组件12上，所述盖托直线运动组件12带动所述盖托15沿所述导向槽向上运动，以推送所述杯盖13至所述杯盖存储筒11上开口处。具体地，盖托直线运动组件12包括竖直轨道、竖直滑块、竖直运动驱动电机，连接杆14固定在竖直滑块上。

本发明实施例提供的杯盖存储组件在上方杯盖被取走后，通过盖托上推下方杯盖，使位于最上方的杯盖到达杯盖存储筒的开口处，便于扣盖组件获取杯盖。

在一可选实施例中，自动交付装置4为分度旋转的转盘上设有10个沿转盘圆周均布的杯托，所述杯托内表面为锥筒结构。通过将杯托内表面设置成锥筒结构，上方开口大，下方开口小，使得机械臂放杯子时，只要能放到大口处即可，通过杯托的找正功能，既能保证下端(找正后)的精度，有能降低对机械臂重复定位精度的要求。

为了确定杯托是否到达预设位置，在转盘上设置与所述杯托一一对应的定位标识。定位标识可以是接近开关、光电开关等，通过设置定位标识，可进一步减小转盘转动过程中产生的位置误差，避免压盖偏差。转盘位于台面5上，所述杯盖存储筒11主体部分位于所述台面之下。

参考图9，在一可选实施例中，所述杯盖上表面设有锥台型凸台，所述环形压紧圈35设置在所述凸台外围。

四、自动出杯装置6

如图14所示，自动出杯装置具有多个存放纸杯或塑料杯的杯筒，杯筒安装在一个转盘上，杯筒底部有自动分杯机构，集中式控制系统每次选择转盘上的一个杯筒，将其转至指定位置，并自动投放杯子到杯托上，杯托安装在升降机构上，通过控制升降机构将空杯子送至工作台面，该位置为预设的抓取位置。

上述实现一摞一次性纸杯分开的自动分杯机构可以采用现有技术进行设计，此处不进行过多描述。

五、自助点单系统

自助点单系统与顾客进行人机交互，获取顾客的订单，订单信息包括饮品的名称，是否为标准款饮品，是则采用推荐配方，否则采用客户调配配方。

推荐配方为预先存储的信息，该信息包括饮品制作过程的所有用到的纸杯大小，配料的编号，配料的用量，配料的加料顺序，纸杯接料或是搅拌杯接料，搅拌开始及停止。所述的配料加料顺序可由配方数据数组的排列顺序来定义，所述的搅拌信息可存储在配方数据数组中，且包括搅拌持续时间信息。可实现在添加某种原料后即可开始搅拌，并且持续预定的时间长度。

调配配方为自助点单系统将饮品的推荐配方开放给顾客进行某种配料的更换，变更某种配料用量，或点单系统以引导式将调配配方过程分为几个步骤，每个步骤包含一类型配料的选型及配料量的设定，配料的用量设定设置有上限，每一步的用料量进行累加，当前配料总量超过纸杯容积则停止后续配料的选型。

搅拌停止时间可以根据调制饮品的物料性质进行设置，当有冰块存在于饮品中时搅拌时间到交付位置，等待搅拌结束再实施后续的交付动作；当有果浆、糖浆、蜂蜜等黏稠液体存在时搅拌时间为到交付位置停止；仅有粉末和非黏稠液体，或仅有非黏稠液体，搅拌时间为到交付位置停止。搅拌时间，用户可以根据使用情况进行设置，。

搅拌装置的转速亦同样根据调制饮品的类型进行设置，例如当有冰块存在于饮品中时采用低速搅拌，当有果浆、糖浆、蜂蜜等黏稠液体存在采用中速搅拌，当仅有粉末和非黏稠液体，或仅有非黏稠液体时采用高速搅拌。用户可以根据使用情况进行转速设置

六、集中式控制系统

本发明通过集中式控制系统对顾客订单中的配方数据进行解析，分解成各个配料的位置信息及出料量，分配该配料由双臂机器人的左手或右手接料，接料的顺序，搅拌转速、搅拌的开始时间及停止时间。将上述解析后的信息通过总线发送至机械臂控制器，由机械臂控制器具体控制机械臂执行相应的动作。

相比于现有先将各种物料倒入搅拌杯中，然后再统一搅拌，搅拌完成后再由机械臂转移交付的方式。本发明利用接取物料的时间进行搅拌，并利用转移交付的时间完成最终搅拌，使得搅拌不占用单独时间，大大提高了工作效率，缩短了等待时间。

完成当前饮品的交付后，机械臂控制器调整机械臂末端的姿态使得搅拌装置倒扣于自动旋转冲洗喷头的正上方，自动旋转冲洗喷头完全插入搅拌装置中，但不发生碰撞干涉；机械臂控制器下启动信号，使的电磁开关阀打开，完成清洗。设定时常后，机械臂控制器下发停止信号，电磁开关阀关闭，停止喷水，控制机械臂带动搅拌装置回到准备位置或者执行下一次接取物料的操作。

七、双臂机器人动作规划

本发明双臂机器人携杯子通过腰关节旋转及双臂运动，实现杯子接住料柜出料。下面给出一种优选的实施例介绍具体的实现方式：

(1)在双臂饮品机器人的周围空间定义三个动作层，从躯干向外，依次为根部层G、中间层Z和末端层M，每一层均包括若干点位，同一层的各个点位位于同一个圆周上；

末端层M的各个点位为环绕双臂饮品机器人的各个料柜的接料点；根部层G的各个点位位于以双臂饮品机器人的旋转中心为圆点，R1为半径的圆周上，R1＝躯干的外包络圆半径+机械臂末端的外包络圆半径；中间层Z的各个点位位于以双臂饮品机器人的旋转中心为圆点，R2为半径的圆周上，R2＝料柜靠近机器人侧的包络圆半径-机械臂末端的外包络圆半径-Δδ,Δδ为安全公差；

(2)双臂饮品机器人上电回零后，先取杯，机械臂末端点位运动到根部层，机器人腰关节旋转，使机械臂末端的工作空间到达指定的料柜区域；

(3)机械臂根据双臂运动规则协同双臂运动次序，根据点位辐射算法规划动作轨迹，完成接料，实现饮品配置。

步骤(3)的具体实现方法如下：

如图15所示，双臂饮品机器人旋转中心与每个接料点的连线依次与根部层G、中间层Z和末端层M的交点记为一组点位，则从躯干向外，第i组点位的编号依次记为3i、3i+1、3i+2，沿顺时针方向，第i+1组点位的编号依次记为3(i+1)、3(i+1)+1、3(i+1)+2，以此类推，i为大于0的自然数；

设机械臂末端当前点位为A，目标点位为B，A除以3的商数为A_S，余数为A_Y，B除以3的商数为B_S，余数为B_Y；

则双臂运动规则如下：

在双臂运动过程中，如果左侧机械臂的目标点位编号值大于等于右侧机械臂即将运动的目标点位编号值，则遵循以下步骤：

(s1)先将其中一个手臂运动到根部层点位，运动轨迹为:

当A_Y＝0时，保持当前手臂不动；

当A_Y＝1时，运动点位为A,A-1；

当A_Y＝2时，运动点位为A,A-1,A-2；

(s2)另一只手臂按照点位辐射算法，运动到目标点位，完成该只手臂的接料动作；

(s3)完成接料后，运动到根部层点位。如果该目标根部层点位不为A_S，则运动到该根部层点位。如该目标根部层点位为A_S，则运动到相邻的根部层点位A_S+1或A_S-1。

如果左侧机械臂的目标点位编号值小于右侧机械臂即将运动的目标点位编号值，则双臂同时按照点位辐射算法运动。

从A到B的点位辐射算法实现方式如下：

A除以3的商数为A_S，余数为A_Y，B除以3的商数为B_S，余数为B_Y；

当A_S不等于B_S,且B的编号>A的编号时，

(1)当A_Y＝0时，机械臂末端依次经过点位：

A,3(A_S+0)+1,3(A_S+1)+1,…,3(A_S+(B_S-A_S))+1,B

如B_S-A_S＝3，则机械臂末端依次经过点位编号：

A,3(A_S+0)+1,3(A_S+1)+1,3(A_S+2)+1,3(A_S+3)+1,B

B_Y等于1时，3(A_S+(B_S-A_S))+1与B点重合，为同一个点位；

(2)当A_Y＝1时，机械臂末端依次经过点位：

3(A_S+0)+1,3(A_S+1)+1,…3(A_S+(B_S-A_S))+1,B

如B_S-A_S＝2，则机械臂末端依次经过点位编号：

3(A_S+0)+1,3(A_S+1)+1,3(A_S+2)+1,B

B_Y等于1时，3(A_S+(B_S-A_S))+1与B点重合，为同一个点位；

(3)当A_Y＝2时，机械臂末端依次经过点位：

A,3(A_S+0)+1,3(A_S+1)+1,…,3(A_S+(B_S-A_S))+1,B

B_Y等于1时，3(A_S+(B_S-A_S))+1与B点重合，为同一个点位。

当A_S不等于B_S,且B的编号<A的编号时：

(1)当A_Y＝0时，机械臂末端依次经过点位：

A,3(A_S-0)+1,3(A_S-1)+1,…,3(A_S-(A_S-B_S))+1,B

B_Y等于1时，3(A_S-(A_S-B_S))+1与B点重合，为同一个点位；

(2)当A_Y＝1时，机械臂末端依次经过点位：

3(A_S-0)+1,3(A_S-1)+1,…,3(A_S-(A_S-B_S))+1,B

B_Y等于1时，3(A_S-(A_S-B_S))+1与B点重合，为同一个点位；

(3)当A_Y＝2时，机械臂末端依次经过点位：

A,3(A_S-0)+1,3(A_S-1)+1,…,3(A_S-(A_S-B_S))+1,B

B_Y等于1时，3(A_S-(A_S-B_S))+1与B点重合，为同一个点位。

当A_S＝B_S时，机械臂末端依次经过点位：A，A+(B_Y-A_Y),B。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (26)

1.一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：包括双臂机器人、定量出料柜、自动交付装置、自动出杯装置、自助点单系统及集中式控制系统；所述的双臂机器人一臂末端安装搅拌装置，另一臂为机械手；

自动出杯装置将一摞容器分开，并传送到预设的抓取位置，机械手从该抓取位置抓取纸杯/塑料杯；

自助点单系统提供点单界面，由顾客从点单界面选择饮品配方，集中式控制系统获取该饮品配方并进行解析，并根据解析结果生成控制指令，控制双臂机器人按照预设的顺序抓取纸杯/塑料杯并从定量出料柜取料并搅拌得到订单饮品，将订单饮品放置在自动交付装置上预设的位置，由自动交付装置将待交付的杯位旋转至顾客取杯的位置。

2.根据权利要求1所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的集中式控制系统解析的结果包括配料位置、配料量、分配该配料由双臂机器人的左手或右手接料，接料的顺序，搅拌的开始时间及停止时间；集中式控制系统依次按照接料顺序根据配料位置控制双臂机器人的对应机械臂末端置于定量出料柜上对应的出料点，并控制定量出料柜按照配料量进行出料；搅拌装置根据预先的设置一直处于搅拌状态或者在搅拌开始时间点开始搅拌；控制双臂机器人的机械手从上述预设位置抓取纸杯/塑料杯，并接取不需要搅拌的配料；搅拌装置搅拌至预设的停止时间后将饮品倒入所述的纸杯/塑料杯内，由机械手将纸杯/塑料杯放置在自动交付装置上预设的位置，由自动交付装置将待交付的杯位旋转至顾客取杯的位置。

3.根据权利要求1所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的自助点单系统与集中式控制系统之间通过云端服务器联系。

4.根据权利要求3所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的云端服务器中存储与自助点单系统点单界面对应的配方信息、定量出料柜的每个料柜出料量与控制量的标定关系，定量出料柜每个料柜存放配料的位置信息。

5.根据权利要求1所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的定量出料柜在双臂机器人的工作空间内，环双臂机器人放置。

6.根据权利要求1或5所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的定量出料柜包括液体料柜、粉末料柜、膏状料柜、固体料柜；每个料柜均由独立的出料执行单元控制出料，出料执行单元由步进电机驱动。

7.根据权利要求6所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的液体出料柜的出料执行单元为蠕动泵，该泵由步进电机驱动实现定量出料；

粉末料柜、膏状料柜、固体料柜的出料执行单元为步进电机驱动螺杆旋转，实现粉末料、膏状料、固体料的定量挤出。

8.根据权利要求1所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的自动出杯装置具有多个存放纸杯或塑料杯的杯筒，杯筒安装在一个转盘上，杯筒底部有自动分杯机构，控制系统每次选择转盘上的一个杯筒，将其转至指定位置，并自动投放杯子到杯托上，杯托安装在升降机构上，通过控制升降机构将空杯子送至工作台面，该位置为预设的抓取位置。

9.根据权利要求1所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的自动交付装置为分度旋转的转盘，转盘上设置若干放杯位置，交付过程将空位置旋转到双臂机器人放杯的位置，将待交付的杯位旋转给顾客取杯的位置。

10.根据权利要求1或9所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的自动交付装置还包括扣盖机构，利用扣盖机构在产品交付前，根据需要对待交付纸杯/塑料杯进行加扣杯盖。

11.根据权利要求10所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的扣盖机构包括杯盖存储组件、直线运动模组和扣盖组件，所述杯盖存储组件用于叠放多个杯盖，所述扣盖组件设置在所述直线运动模组上，用于获取杯盖并将所述杯盖扣压至杯口，工作时，所述直线运动模组带动所述扣盖组件沿水平方向和/或竖直方向移动使所述扣盖组件从所述杯盖存储组件上方获取最上方的所述杯盖，然后移动至待扣盖杯子上方扣压杯盖。

12.根据权利要求11所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述扣盖组件包括立杆、环形压紧圈及真空吸盘，所述立杆第一端固定在所述直线运动模组上，所述立杆第二端弯折，所述环形压紧圈水平设置且通过至少两个连接杆固定在所述立杆的第二端，所述真空吸盘位于所述压紧圈的中心位置，用于通过真空吸附获取所述杯盖。

13.根据权利要求12所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述真空吸盘包括缓冲杆和设置在所述缓冲杆一端的吸嘴，当处于自然状态时，所述吸嘴位于所述环形压紧圈所在平面之下，当真空吸附所述杯盖时，所述吸嘴在所述缓冲杆带动下向上运动直至所述杯盖卡在所述环形压紧圈处。

14.根据权利要求11所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述杯盖存储组件包括杯盖存储筒、盖托及盖托直线运动组件，所述杯盖存储筒上设有沿竖直方向延伸的导向槽，所述盖托位于所述杯盖存储筒内，并通过连接杆固定在所述盖托直线运动组件上，所述盖托直线运动组件带动所述盖托沿所述导向槽向上运动，以推送所述杯盖至所述杯盖存储筒上开口处。

15.根据权利要求1所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：还包括自动清洗装置；搅拌装置将最终饮品倒入所述放杯位置处的纸杯/塑料杯内后，调整搅拌装置所在机械臂末端的姿态使得搅拌装置倒扣于自动清洗装置喷头的正上方，进行清洗。

16.根据权利要求15所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的自动清洗装置包括清洗喷头，电磁开关阀；电磁开关阀连接到双臂机器人的机械臂控制器，通过机械臂控制器控制启动与停止，当电磁开关阀启动后，水流经进水管进入，由清洗喷头喷出。

17.根据权利要求16所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的清洗喷头包括固定部和旋转部，二者通过密封轴承连接，固定部与电磁开关阀的出口法兰连接，旋转部能够相对喷头固定部转动；旋转部为中空圆柱体，侧面均匀设置n个出水口，n≥2，顶面设置一字形开口，侧面的出水口为偏心设置，喷出的水流推动清洗喷头的旋转部相对于喷头固定部能够旋转，实现旋转喷水。

18.根据权利要求17所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：清洗喷头清洗使用70°以上的热水，入水水压大于0.7MPa。

19.根据权利要求1所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的搅拌装置包括搅拌杯体，搅拌刀头，联轴器，电机，搅拌控制模块，电连接器，连接件；

电机设置在搅拌杯体的底部的电器舱内，联轴器用于连接电机和搅拌刀头的转轴，搅拌控制模块设置在电器舱内，用于接收机械臂控制器发送的搅拌开启和搅拌结束信号，控制电机开启和关闭；搅拌刀头的搅拌刀片位于搅拌杯体的搅拌舱内；连接件用于连接机械臂末端法兰；电连接器与机械臂的电气连通。

20.根据权利要求1所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的搅拌装置固定在机械臂末端，或者采用机械手抓取或者采用快速插拔的方式连接在机械臂末端。

21.根据权利要求19所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的搅拌杯杯体为圆柱形或者开口大的圆台体，内有均布肋边，数量大于3，肋边高度为杯体搅拌舱高度的1/3～1/2，为上小下大肋片结构。

22.根据权利要求19所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的连接件上设有凸起块，机械臂末端法兰上有另一个凸起块，二者互相匹配限位防止装错或装反。

23.根据权利要求19所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：所述的电机具有高速、中速、低速三种转速，在机械臂控制器的控制下选择不同的转速旋转。

24.根据权利要求23所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：机械臂控制器根据调制饮品的类型设置搅拌装置的转速；当有冰块存在于饮品中时采用低速搅拌，当有黏稠液体且没有冰块存在时采用中速搅拌；当仅有粉末和非黏稠液体，或仅有非黏稠液体时采用高速搅拌。

25.根据权利要求1所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：双臂机器人携杯子通过腰关节旋转及双臂运动，实现杯子接住料柜出料，通过下述方式实现：

(1)在双臂饮品机器人的周围空间定义三个动作层，从躯干向外，依次为根部层G、中间层Z和末端层M，每一层均包括若干点位，同一层的各个点位位于同一个圆周上；

(2)双臂饮品机器人上电回零后，先取杯，机械臂末端点位运动到根部层，机器人腰关节旋转，使机械臂末端的工作空间到达指定的料柜区域；

(3)机械臂根据双臂运动规则协同双臂运动次序，使机械臂末端点位运动到末端层，完成接料，实现饮品配置。

26.根据权利要求25所述的一种全自动饮品制作机器人，其特征在于：双臂饮品机器人旋转中心与每个接料点的连线依次与根部层G、中间层Z和末端层M的交点记为一组点位，则从躯干向外，第i组点位的编号依次记为3i、3i+1、3i+2，沿顺时针方向，第i+1组点位的编号依次记为3(i+1)、3(i+1)+1、3(i+1)+2，以此类推，i为大于0的自然数；

设机械臂末端当前点位为A，目标点位为B，A除以3的商数为A_S，余数为A_Y，B除以3的商数为B_S，余数为B_Y；

在双臂运动过程中，如果左侧机械臂的目标点位的编号大于等于右侧机械臂即将运动的目标点位编号，则双臂运动规则如下：

(s1)先将其中一个手臂运动到根部层点位，运动轨迹为:

当A_Y＝0时，保持当前手臂不动；

当A_Y＝1时，运动点位为A,A-1；

当A_Y＝2时，运动点位为A,A-1,A-2；

(s2)另一只手臂运动到目标点位，完成该只手臂的接料动作；

(s3)完成接料后，运动到根部层点位；如果目标根部层点位不为A_S，则运动到该根部层点位，如果该目标根部层点位为A_S，则运动到相邻的根部层点位A_S+1或A_S-1；

如果左侧机械臂的目标点位编号小于右侧机械臂即将运动的目标点位编号，则双臂同时运动。