CN110025218A - 一种工业机器人咖啡调制工作站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人咖啡调制工作站，包括框架、工业机器人、咖啡调制单元、包装单元、成品放置单元和控制单元，工业机器人、咖啡调制单元、包装单元、成品放置单元和控制单元安装在框架上，工业机器人、咖啡调制单元、包装单元分别与控制单元连接，通过控制单元来控制整个工作站的运行，控制单元控制工业机器人从包装单元处取出纸杯，并将纸杯放置在咖啡调制单元处，控制咖啡调制单元将顾客需求的咖啡调制到纸杯里，再控制着工业机器人将盛放了咖啡的纸杯拿至包装单元处扣盖、贴标签，最终工业机器人将封装好的咖啡放置到成品放置单元处。

Description

一种工业机器人咖啡调制工作站

技术领域

本发明涉及饮品设备技术领域，具体涉及一种工业机器人咖啡调制工作站。

背景技术

咖啡是采用烘焙的咖啡豆制作的饮料，通常为热饮，但也有作为冷饮的冰咖啡。咖啡是人类社会流行范围最为广泛的饮料之一。因滴漏煮咖啡时间过长，且冲煮时间过于缓慢会直接影响咖啡的品质，二十世纪初意大利工程师Luigi Bezzera发明了初代咖啡机，经过一个多世纪的发展，现今的咖啡机不但冲煮速度快，而且咖啡品质高。

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的工业自动化装备。其即可靠自身动力和控制能力来实现工业生产制造的各种作业需求，也可以接受人类指挥，按照预先编排的程序运行，进行工业生产各项作业要求。成本上，工业机器人能替代越来越昂贵的劳动力，在投入成本高效利用的基础上，以更加精确的操作，实现低误差率，从而降低生产的废品率和产品成本。

随着工业机器人的应用领域越来越广，已然渗透到服务业，最典型的例子就是工业机器人代替服务员调制饮品，而其中又以调制咖啡最为常见。但是，现有的工业机器人调制咖啡服务平台功能单一，仍需大量的人力来维护整个平台的运行，智能化程度不高，无法实现完全的无人操作。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种智能化程度高、可调制不同口味的咖啡、具有包装功能的工业机器人咖啡调制工作站。

为了实现上述目的，本发明一种工业机器人咖啡调制工作站，包括框架、工业机器人、咖啡调制单元、包装单元、成品放置单元和控制单元，工业机器人、咖啡调制单元、包装单元、成品放置单元和控制单元安装在框架上，工业机器人、咖啡调制单元、包装单元分别与控制单元连接，通过控制单元来控制整个工作站的运行，控制单元控制工业机器人从包装单元处取出纸杯，并将纸杯放置在咖啡调制单元处，控制咖啡调制单元将顾客需求的咖啡调制到纸杯里，再控制着工业机器人将盛放了咖啡的纸杯拿至包装单元处扣盖、贴标签，最终工业机器人将封装好的咖啡放置到成品放置单元处。

进一步，所述框架包括装置柜、操作台和围板，操作台安装在装置柜上方，围板安装在操作台侧面；其中，操作台的尺寸与装置柜的上表面相适配，操作台上设置有用于安装所述工业机器人、咖啡调制单元、包装单元、成品放置单元的安装位及走线孔；围板有三块，围设在操作台的三侧，且外侧的两个围板外端分别安装有安全光幕，安全光幕与控制单元连接，当人的手伸到工作站工业机器人操作范围内，会触发安全光幕，此时控制单元控制工业机器人或停止动作或动作变缓；所述框架底部的四个角设置有脚杯和可折叠的万向轮，且万向轮的高度大于脚杯的高度。

进一步，所述工业机器人包括基座、机器人底座、旋转端、第一转臂、第二转臂、第三转臂、操作臂、执行端、控制柜和示教器，其中，控制柜和示教器安装在框架的装置柜里，两者均又与机器人底座连接，接收控制单元的指令来控制、调试工业机器人；基座可拆卸安装在操作台上，机器人底座安装在基座上，机器人底座、旋转端、第一转臂、第二转臂、第三转臂、操作臂、执行端依次轴接在一起；

所述机器人底座与旋转端轴接处安装有第一旋转电机，其旋转范围为-170°~170°，使旋转端能够水平旋转；旋转端与第一转臂轴接处安装有第二旋转电机，其旋转范围为-110°~120°，使第一转臂能够绕旋转端转动；第一转臂与第二转臂轴接处安装有第三旋转电机，其旋转范围为-69°~205°，使第二转臂能够绕第一转臂转动；第二转臂与第三转臂轴接处安装有第四旋转电机，其旋转范围为-190°~190°，使第三转臂能够绕第二转臂转动；第三转臂与操作臂轴接处安装有第五旋转电机，其旋转范围为-120°~120°，使操作臂能够绕第三转臂转动；操作臂与执行端轴接处安装有第六旋转电机，其旋转范围为-360°~360°，使执行端在垂直与操作臂的方向能够旋转；

所述执行端上设置有两个真空吸盘和夹爪，真空吸盘的作用是吸取杯盖和标贴，真空吸盘与真空泵连接，真空泵安装在装置柜内，并与控制单元连接；夹爪用于抓取纸杯，其为气动夹爪，由电磁阀控制其松开和夹紧，电磁阀与控制单元连接。

进一步，所述咖啡调制单元包括咖啡机、安装底座、液位传感器、水泵和桶装水，安装底座可拆卸安装在操作台上，咖啡机安装在安装底座上，与控制单元连接，咖啡机能够制作不同浓度的咖啡；水泵和桶装水放置在装置柜中，水泵分别与桶装水、咖啡机的水箱连接，将桶装水的水输送到咖啡机水箱中，水泵与控制单元连接；液位传感器有两个，分别安装于咖啡机水箱内部底部和咖啡机水箱外侧，水箱内的液位传感器用于检测水箱是否缺水，水箱外的液位传感器用于检测水箱是否盛满，两个液位传感器与控制单元连接，并将检测到数据实时传送给控制单元，控制单元根据液位传感器给的信号控制水泵的工作。

进一步，所述咖啡机上安装有用于检测纸杯的光纤传感器，该光纤传感器与控制单元连接，并将检测的信号实时传送给控制单元。

进一步，所述包装单元包括纸杯供给装置、扣盖装置和贴标装置，三者可拆卸安装在包装单元底座上，而包装单元底座可拆卸安装在操作台上；

纸杯供给装置包括“L”型固定框架、纸杯装置筒、环形三爪夹、转动臂、升降臂和升降座，“L”型固定框架可拆卸安装在包装单元底座上，其包括短板和长板，短板和长板的面夹角为90°，纸杯装置筒、环形三爪夹、转动臂、升降臂和升降座安装在这个直角夹成的空间内；纸杯装置筒可拆卸安装在长板上方，用于装置纸杯，其内的纸杯彼此套设在一起，最下面的纸杯底端从纸杯装置筒末端漏出，纸杯装置筒的顶端设置有筒盖，筒体内部设置有光纤传感器和光电传感器，光纤传感器用于检测是否缺料，光电传感器用于检测是否无料，光纤传感器、光电传感器分别与控制单元连接，实时将采集到的信号发送给控制单元；升降座可拆卸安装在“L”型固定框架的短板上，升降臂的一端安装在升降座上，并能够在升降座上上下滑行，转动臂的一端安装在升降臂的另一端，并能够水平转动，转动范围为0-90°，0°时其与升降臂平行，90°时其与升降臂垂直，且其末端正好位于纸杯装置筒下方，环形三爪夹安装在转动臂末端，环形三爪夹能够夹紧、放松，以实现将纸杯从纸杯装置筒取下；

扣盖装置包括杯盖储物架、基架、装盖台、压环、推杆和压环支座，杯盖储物架用于存放与纸杯相适配的杯盖，其包括圆台、若干根长杆和缺口圆环，圆台可拆卸安装在包装单元底座上，长杆两端分别与圆台、缺口圆环可拆卸连接，并均匀分布，缺口圆环的缺口大小能够使工业机器人的真空吸盘出入，长杆内侧设置有光纤传感器和光电传感器，光纤传感器用于检测是否无料，光电传感器用于检测是否缺料，光纤传感器、光电传感器分别与控制单元连接，实时将采集到的信号发送给控制单元；基架包括基板与若干条支腿，支腿上端可拆卸安装在基板下方，并均匀分布在基板边缘，支腿的末端可拆卸安装在包装单元底座上，基板上可拆卸安装有装盖台、压环支座和贴标装置；装盖台中心部位设置有凹槽，凹槽的尺寸与纸杯的杯底相适配，在凹槽的边缘设置用于固定咖啡杯的气动型三夹爪，控制该三夹爪的电磁阀与控制单元连接；压环位于装盖台凹槽的正上方与推杆末端连接，压环的尺寸与杯盖相适配；推杆的另一端与压环支座可拆卸连接，推杆推动压环向杯盖施压，以将杯盖牢牢扣设在纸杯上，推杆为电动液压推杆或双轴气缸，电动液压推杆或控制双轴气缸的电磁阀与控制单元连接，通过控制单元来控制推杆的运动；

贴标装置为一台实时打印标签的标签剥离机，其作用是实时将咖啡拥有者、咖啡口味、制作时间信息打印在标签上，同时自动剥离，等待工业机器人进行贴标操作。

进一步，所述环形三爪夹为三爪型气动手指，转动臂为旋转气缸，升降臂为无杆气缸，三者分别与其对应的电磁阀连接，相应的电磁阀与控制单元连接，控制单元通过控制电磁阀来控制环形三爪夹的松紧、转动臂的转动、升降臂的升降。

进一步，所述成品放置单元用于存放成品，包括顶板、若干个“工”型板、四个连接柱和底板，“工”型板两端分别与顶板、底板连接，并均匀分布在两板之间，四个连接柱呈矩形排列穿过将所有的“工”型板连接起来；顶板上开设有若干个凹槽，并均匀分布在顶板上，该凹槽的大小与纸杯的底部相适配，凹槽旁安装有光电传感器，用于监测凹槽是否被使用，光电传感器与控制单元连接，将检测的信号实时传送给控制单元。

进一步，所述控制单元包括PLC模块、存储模块、提示模块和数字信号处理模块，控制单元对工业机器人、咖啡调制单元、包装单元的控制通过PLC模块完成，数字信号处理模块用于将实时接收到信号以数字方式表示并处理，数字信号处理模块将处理好的数据提交给PLC模块；存储模块用于存储工作站的数据信息，以备用户能够查阅工作站的工作进程；提示模块与PLC模块连接，其包括语音提示器、灯光提示器，用于提醒用户纸杯、杯盖储量不足或用尽，以便及时补给。

进一步，所述控制单元还包括显示屏、通信模块和手动操作面板，其中，显示屏安装在框架的操作台或围板上，用于展示工作站的工作情况和实时采集到数据；手动操作面板安装在框架的操作台上，用户可以通过手动操作面板对工作台进行手动控制；通信模块使控制单元与智能终端实现无线连接，用户可以智能终端连接工作站，以实现远程监控工作站。

本发明一种工业机器人调制咖啡工作站，整个平台外部框架的结构设计轻盈、各单元搭建方式巧妙，机械智能程度高，几乎不需要人工操作，本发明还具有以下优点：

①丰富了咖啡制作种类，利用自动化信息技术，顾客可根据喜好选择不同口味的咖啡；

②增加了包装功能，配有纸杯、杯盖装备装置，很大程度上接近了人工咖啡制作流程；

③具有极强的信息交互和人机交互特点，多种类传感器的应用，使其自动化和信息化得到了极大的提高；

④增加了显示屏，用户通过显示屏可实时查看工作站的工作情况和实时采集到数据，可视化程度高，用户体验舒适。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为框架的结构示意图；

图3为工业机器人的结构示意图；

图4为咖啡调制单元的结构示意图；

图5为包装单元的结构示意图；

图6为纸杯供给装置的结构示意图；

图7为成品放置单元的结构示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1至图7所示，本发明一种工业机器人咖啡调制工作站，包括框架1、工业机器人2、咖啡调制单元3、包装单元、成品放置单元4和控制单元，工业机器人2、咖啡调制单元3、包装单元、成品放置单元4和控制单元安装在框架1上，工业机器人2、咖啡调制单元3、包装单元分别与控制单元连接，通过控制单元来控制整个工作站的运行，具体地，控制单元控制着工业机器人2从包装单元处取出纸杯，并将纸杯放置在咖啡调制单元3处，控制咖啡调制单元3将顾客需求的咖啡调制到纸杯里，再控制着工业机器人2将盛放了咖啡的纸杯拿至包装单元处扣盖、贴标签，最终工业机器人2将封装好的咖啡放置到成品放置单元4处。

框架1包括装置柜11、操作台12和围板13，操作台12安装在装置柜11上方，围板13安装在操作台12侧面，在本实施例中，装置柜11用于装置控制单元、桶装水、电线、水管、包装盒、气泵、食品级水泵等，为了更好的归置这些装置，将装置柜11间隔成3×2排列的六个小柜，六个小柜与外界相邻的一侧安装有柜门，柜门上可以安装锁具，使工作站更安全、可靠；操作台12为矩形，其尺寸与装置柜1的上表面相适配，操作台12上设置有用于安装工业机器人2、咖啡调制单元3、包装单元、成品放置单元4的安装位121及走线孔122；围板13有三块，其中两块较矮的围板称作矮板，分别安装在操作台的左右两侧，较高的一块围板称作高板，安装在操作台站人的对侧，两块矮板又分别与高板连接，矮板未与高板连接的另一端分别设置了安全光幕131，安全光幕131与控制单元连接，当人的手伸到工作站工业机器人操作范围内，会触发安全光幕131，此时控制单元控制工业机器人或停止动作或动作变缓，提高客户去取咖啡或者伸手进操作台时的安全性，三块围板用于隔离人与工业机器人，保证本工作台人机交互的安全性，还可用于展示工作台的操作流程、广告宣传、咖啡价位表等信息。此外，在框架1底部的四个角处设置有脚杯14和可折叠的万向轮15，方便工作台的位置移动，移动时，将万向轮15伸长出来，固定时，将万向轮15折叠回去，且万向轮15的高度大于脚杯14的，万向轮15的伸缩过程可以通过控制单元电力控制，也可以通过手动控制。

框架的整体尺寸为1860×1220×1925mm，框架的架骨材料为铝型材，中部四周利用铝合金面板进行包围装饰，即增强了整个平台的美观性，而且操作台的设置还方便了顾客往咖啡中添加牛奶、糖等配料。在实际应用中，框架的尺寸和材质并不局限于本发明所记载的内容，用户可以根据实际情况选择合适的尺寸和材料。

工业机器人2包括基座21、机器人底座22、旋转端23、第一转臂24、第二转臂25、第三转臂26、操作臂27、执行端28、控制柜和示教器，其中，控制柜和示教器安装在框架1的装置柜里，两者均又与机器人底座22连接，接收控制单元的指令来控制、调试工业机器人；底座21可拆卸安装在其在操作台12的相应安装位处，机器人底座22通过螺钉安装在基座21上，机器人底座22、旋转端23、第一转臂24、第二转臂25、第三转臂26、操作臂27、执行端28依次轴接在一起，机器人底座22与旋转端23轴接处安装有第一旋转电机（其旋转范围为-170°~170°，旋转速度为460°/s），使旋转端23能够水平旋转，旋转端23与第一转臂24轴接处安装有第二旋转电机（其旋转范围为-110°~120°，旋转速度为460°/s），使第一转臂24能够绕旋转端23转动，第一转臂24与第二转臂25轴接处安装有第三旋转电机（其旋转范围为-69°~205°，旋转速度为520°/s），使第二转臂25能够绕第一转臂24转动，第二转臂25与第三转臂26轴接处安装有第四旋转电机（其旋转范围为-190°~190°，旋转速度为560°/s），使第三转臂26能够绕第二转臂25转动，第三转臂26与操作臂27轴接处安装有第五旋转电机（其旋转范围为-120°~120°，旋转速度为560°/s），使操作臂27能够绕第三转臂26转动，操作臂27与执行端28轴接处安装有第六旋转电机（其旋转范围为-360°~360°，旋转速度为900°/s），使执行端28在垂直与操作臂27的方向能够旋转，本实施例中，所有旋转电机的0°状态设置为图1或、图3所示，在实际应用中可根据具体情况设置合适的0°；执行端28上设置有夹爪281和两个真空吸盘282，真空吸盘282的作用是吸取杯盖和标贴，真空吸盘282与真空泵连接，真空泵安装在装置柜11内，并与控制单元连接，通过控制单元来控制真空泵的工作，进一步控制真空吸盘的工作；夹爪281用于抓取纸杯，本实施例中，其为气动夹爪，由电磁阀控制其松开和夹紧，电磁阀又与控制单元连接，即通过控制单元来控制电磁阀的开闭，进一步控制夹爪的工作。工业机器人的工作流程：首先对工业机器人的各个抓取点进行调试，并将最终的调试结果（包括各个旋转电机的旋转角度、真空吸盘吸力大小等数据）保存于控制单元，正式工作时，控制单元向工业机器人发出指令，工业机器人到达相应的抓取点进行工作。

咖啡调制单元3包括咖啡机31、安装底座32、液位传感器、水泵和桶装水，安装底座32可拆卸安装在其在操作台12的相应安装位处，咖啡机31安装在安装底座32上，与控制单元连接，通过控制单元来控制咖啡机制作的咖啡口味及开关；水泵分别与桶装水、咖啡机水箱连接，其作用是将桶装水的水输送到咖啡机水箱中，水泵与控制单元连接，通过控制单元来控制其工作，在本实施例中，水泵为食品级的，水泵和桶装水放置在装置柜11中；液位传感器有两个，分别安装于咖啡机水箱内部底部和咖啡机水箱外侧，水箱内的液位传感器用于检测水箱是否缺水，水箱外的液位传感器用于检测水箱是否盛满，两个液位传感器与控制单元连接，并将检测到数据实时传送给控制单元，控制单元根据液位传感器给的信号控制水泵的工作，当咖啡机水箱的水位不足时，控制单元将控制水泵向水箱泵水，当咖啡机水箱已盛满，则控制单元将控制水泵停止向水箱泵水。在本实施例中，设置有两台咖啡机，每台咖啡机只能制作一种类型的咖啡，如分别制作蓝山、卡布奇诺，但是每台咖啡机可以制作不同浓度的咖啡，顾客可以根据自身爱好选择喜欢的咖啡浓度和种类，在实际应用中，用户可以根据市场需求设置适度的咖啡机台数和咖啡机的种类。此外，在咖啡机31上设置有用于检测纸杯的光纤传感器，该光纤传感器与控制单元连接，并将检测的信号实时传送给控制单元，当检测到有纸杯放入，控制单元控制咖啡机调制顾客所需咖啡，并放置到纸杯内。

包装单元包括纸杯供给装置5、扣盖装置6和贴标装置7，三者可拆卸安装在包装单元底座8上，而包装单元底座8可拆卸安装在其在操作台12的相应安装位处。

纸杯供给装置5包括“L”型固定框架51、纸杯装置筒52、环形三爪夹53、转动臂54、升降臂55和升降座56，“L”型固定框架51可拆卸安装在包装单元底座8上，其包括短板和长板，短板和长板的面夹角为90°，纸杯供给装置5其他部件安装在这个直角夹成的空间内；纸杯装置筒52可拆卸安装在长板上方，用于装置纸杯，其内的纸杯彼此套设在一起，最下面的纸杯底端从纸杯装置筒52末端漏出，纸杯装置筒52的顶端设置有筒盖，筒体内部设置有光纤传感器和光电传感器，光纤传感器用于检测是否缺料，光电传感器用于检测是否无料，光纤传感器、光电传感器分别与控制单元连接，实时将采集到的信号发送给控制单元，当纸杯装置筒52内的纸杯不足或用完时，控制单元通过语音、亮灯等方式提醒用户纸杯数量不足或用尽，以便及时补充，起到双重提示效果，以免因缺少纸杯影响整个工作站的运行；升降座56可拆卸安装在“L”型固定框架51的短板上，升降臂55的一端安装在升降座56上，并能够在升降座上上下滑行，转动臂54的一端安装在升降臂55的另一端，并能够水平转动，转动范围为0-90°，0°时其与升降臂平行，90°时其与升降臂垂直，且其末端正好位于纸杯装置筒52下方，环形三爪夹53安装在转动臂末端，环形三爪夹53能够夹紧、放松，以实现将纸杯从纸杯装置筒52取下。纸杯供给装置5的工作流程：转动臂水平转动90°与升降臂垂直，到达纸杯装置筒正下方，升降臂向上滑行，使纸杯底端刚好嵌在环形三爪夹内，环形三爪夹抓紧纸杯，升降臂向下滑行，将纸杯从纸杯装置筒内取出，转动臂水平转动-90°与升降臂平行，使纸杯到达工业机器人的抓取点，待工业机器人将纸杯取走后，重复以上操作。

在本实施例中，环形三爪夹53为三爪型气动手指，转动臂54为旋转气缸，升降臂55为无杆气缸，这些气动执行元器件与对应的电磁阀连接，电磁阀又与控制单元连接，控制单元通过控制电磁阀来控制环形三爪夹53的松紧、转动臂54的转动角度、升降臂55的升降高度。在实际应用中，环形三爪夹53、转动臂54、升降臂55也可选择在其上安装有与其功能相对应的电机，这些电机与控制单元连接，使控制单元通过控制相应的电机来控制环形三爪夹53的松紧、转动臂54的转动角度、升降臂55的升降高度，用户可根据实际情况选择合适的方式。

扣盖装置6包括杯盖储物架61、基架62、装盖台63、压环64推杆65和压环支座66，杯盖储物架61用于存放与纸杯相适配的杯盖，其内的杯盖彼此套设在一起，杯盖储物架61包括圆台、若干根长杆和缺口圆环，圆台可拆卸安装在包装单元底座8上，长杆两端分别与圆台、缺口圆环可拆卸连接，并均匀分布，在本实施例中，长杆的尺寸一致，长杆的数量为5根，缺口圆环的缺口大小能够使工业机器人的真空吸盘出入，长杆内侧设置有光纤传感器和光电传感器，光纤传感器用于检测是否无料，光电传感器用于检测是否缺料，光纤传感器、光电传感器分别与控制单元连接，实时将采集到的信号发送给控制单元，当杯盖储物架61内的杯盖不足或用完时，控制单元通过语音、亮灯等方式提醒用户杯盖数量不足或用尽，以便及时补充，起到双重提示效果，以免因缺少杯盖影响整个工作站的运行；基架62包括基板与若干条支腿，支腿上端可拆卸安装在基板下方，并均匀分布在基板边缘，在本实施例中，支腿的尺寸一致，数量为6条，支腿的末端可拆卸安装在包装单元底座8上，基板上可拆卸安装有装盖台63、压环支座66和贴标装置7；装盖台63中中心部位设置有凹槽，凹槽的尺寸与纸杯的杯底相适配，在凹槽的边缘设置用于固定咖啡杯的气动型三夹爪，控制该三夹爪的电磁阀与控制单元连接，即通过控制单元来控制三夹爪的收紧、放松；压环64位于装盖台63凹槽的正上方与推杆65末端连接，压环的尺寸与杯盖相适配；推杆65的另一端与压环支座66可拆卸连接，推杆65推动压环向杯盖施压，以将杯盖牢牢扣设在纸杯上，推杆65为电动液压推杆或双轴气缸，电动液压推杆或控制双轴气缸的电磁阀与控制单元连接，通过控制单元来控制推杆65的运动。扣盖装置6的工作流程：工业机器人将盛放有咖啡的纸杯放于装盖台63的凹槽内，然后去杯盖储物架内取出杯盖并放置在纸杯上，推杆向下运动，带动压环向下运动，压环压制杯盖紧紧扣设在纸杯上，然后压环随推杆升回初始位置。

贴标装置7为一台实时打印标签的标签剥离机，其作用是实时将咖啡拥有者、咖啡口味、制作时间等信息打印在标签上，同时自动剥离，等待工业机器人进行贴标操作。当杯盖扣设在装有咖啡的制备上后，工业机器人将打印好的标签取来贴在杯盖上。

成品放置单元4用于存放成品，包括顶板41、若干个“工”型板42、四个连接柱43和底板44，“工”型板42两端分别与顶板41、底板44连接，并均匀分布在两板之间，四个连接柱43呈矩形排列穿过将所有的“工”型板42连接起来，在本实施例中，设置有三个“工”型板；底板44可拆卸安装在其在操作台12的相应安装位处，在顶板42上开设有若干个凹槽，并均匀分布在顶板上，该凹槽的大小与纸杯的底部相适配，每个凹槽有唯一的编号，工业机器人在每个凹槽上方设置有相应的抓取点，凹槽旁安装有光电传感器，用于监测凹槽是否被使用，光电传感器与控制单元连接，将检测的信号实时传送给控制单元，以便控制单元能够控制工业机器人将成品放置在空置的凹槽内。

控制单元包括PLC模块、存储模块、提示模块和数字信号处理模块，控制单元对其他部件的控制通过PLC模块完成，数字信号处理模块用于将实时接收到信号以数字方式表示并处理，这些信号包括咖啡调制单元的液位传感器和光纤传感器、包装单元内的光电传感器和光纤传感器、成品放置单元的光电传感器等实时传送的信号，数字信号处理模块将处理好的数据提交给PLC模块，PLC模块经分析对相应传感器所在部件进行控制；存储模块用于存储工作站的数据信息，包括PLC模块给其他部件的指令、其他部件的工作流程、传感器实时状态等信息，以备用户能够查阅工作站的工作进程；提示模块与PLC模块连接，其包括语音提示器、灯光提示器，用于提醒用户纸杯、杯盖储量不足或用尽，以便及时补给。此外，控制单元还包括显示屏、通信模块和手动操作面板，其中，显示屏安装在框架1的操作台12或围板13上，用于展示工作站的工作情况和实时采集到数据；手动操作面板安装在框架1的操作台12上，用户可以通过手动操作面板对工作台进行手动控制；通信模块使控制单元与智能终端实现无线连接，用户可以智能终端连接工作站，以实现远程监控工作站，智能终端包括手机、平板、笔记本电脑等。

本发明一种工业机器人调制咖啡工作站，整个平台外部框架的结构设计轻盈、各单元搭建方式巧妙，机械智能程度高，几乎不需要人工操作，本发明还具有以下优点：

①丰富了咖啡制作种类，利用自动化信息技术，顾客可根据喜好选择不同口味的咖啡；

②增加了包装功能，配有纸杯、杯盖装备装置，很大程度上接近了人工咖啡制作流程；

③具有极强的信息交互和人机交互特点，多种类传感器的应用，使其自动化和信息化得到了极大的提高；

④增加了显示屏，用户通过显示屏可实时查看工作站的工作情况和实时采集到数据，可视化程度高，用户体验舒适。

Claims (10)

1.一种工业机器人咖啡调制工作站，其特征在于，包括框架、工业机器人、咖啡调制单元、包装单元、成品放置单元和控制单元，工业机器人、咖啡调制单元、包装单元、成品放置单元和控制单元安装在框架上，工业机器人、咖啡调制单元、包装单元分别与控制单元连接，通过控制单元来控制整个工作站的运行，控制单元控制工业机器人从包装单元处取出纸杯，并将纸杯放置在咖啡调制单元处，控制咖啡调制单元将顾客需求的咖啡调制到纸杯里，再控制着工业机器人将盛放了咖啡的纸杯拿至包装单元处扣盖、贴标签，最终工业机器人将封装好的咖啡放置到成品放置单元处。

2.根据权利要求1所述的一种工业机器人咖啡调制工作站，其特征在于，进一步，所述框架包括装置柜、操作台和围板，操作台安装在装置柜上方，围板安装在操作台侧面；其中，操作台的尺寸与装置柜的上表面相适配，操作台上设置有用于安装所述工业机器人、咖啡调制单元、包装单元、成品放置单元的安装位及走线孔；围板有三块，围设在操作台的三侧，且外侧的两个围板外端分别安装有安全光幕，安全光幕与控制单元连接，当人的手伸到工作站工业机器人操作范围内，会触发安全光幕，此时控制单元控制工业机器人或停止动作或动作变缓；所述框架底部的四个角设置有脚杯和可折叠的万向轮，且万向轮的高度大于脚杯的高度。

3.根据权利要求2所述的一种工业机器人咖啡调制工作站，其特征在于，所述工业机器人包括底座、机器人底座、旋转端、第一转臂、第二转臂、第三转臂、操作臂、执行端、控制柜和示教器，其中，控制柜和示教器安装在框架的装置柜里，两者均又与机器人底座连接，接收控制单元的指令来控制、调试工业机器人；底座可拆卸安装在操作台上，机器人底座安装在基座上，机器人底座、旋转端、第一转臂、第二转臂、第三转臂、操作臂、执行端依次轴接在一起；

所述机器人底座与旋转端轴接处安装有第一旋转电机，其旋转范围为-170°~170°，使旋转端能够水平旋转；旋转端与第一转臂轴接处安装有第二旋转电机，其旋转范围为-110°~120°，使第一转臂能够绕旋转端转动；第一转臂与第二转臂轴接处安装有第三旋转电机，其旋转范围为-69°~205°，使第二转臂能够绕第一转臂转动；第二转臂与第三转臂轴接处安装有第四旋转电机，其旋转范围为-190°~190°，使第三转臂能够绕第二转臂转动；第三转臂与操作臂轴接处安装有第五旋转电机，其旋转范围为-120°~120°，使操作臂能够绕第三转臂转动；操作臂与执行端轴接处安装有第六旋转电机，其旋转范围为-360°~360°，使执行端在垂直与操作臂的方向能够旋转；

所述执行端上设置有两个真空吸盘和夹爪，真空吸盘的作用是吸取杯盖和标贴，真空吸盘与真空泵连接，真空泵安装在装置柜内，并与控制单元连接；夹爪用于抓取纸杯，其为气动夹爪，由电磁阀控制其松开和夹紧，电磁阀与控制单元连接。

4.根据权利要求2所述的一种工业机器人咖啡调制工作站，其特征在于，所述咖啡调制单元包括咖啡机、安装底座、液位传感器、水泵和桶装水，安装底座可拆卸安装在操作台上，咖啡机安装在安装底座上，与控制单元连接，咖啡机能够制作不同浓度的咖啡；水泵和桶装水放置在装置柜中，水泵分别与桶装水、咖啡机的水箱连接，将桶装水的水输送到咖啡机水箱中，水泵与控制单元连接；液位传感器有两个，分别安装于咖啡机水箱内部底部和咖啡机水箱外侧，水箱内的液位传感器用于检测水箱是否缺水，水箱外的液位传感器用于检测水箱是否盛满，两个液位传感器与控制单元连接，并将检测到数据实时传送给控制单元，控制单元根据液位传感器给的信号控制水泵的工作。

5.根据权利要求4所述的一种工业机器人咖啡调制工作站，其特征在于，所述咖啡机上安装有用于检测纸杯的光纤传感器，该光纤传感器与控制单元连接，并将检测的信号实时传送给控制单元。

6.根据权利要求2所述的一种工业机器人咖啡调制工作站，其特征在于，所述包装单元包括纸杯供给装置、扣盖装置和贴标装置，三者可拆卸安装在包装单元底座上，而包装单元底座可拆卸安装在操作台上；

纸杯供给装置包括“L”型固定框架、纸杯装置筒、环形三爪夹、转动臂、升降臂和升降座，“L”型固定框架可拆卸安装在包装单元底座上，其包括短板和长板，短板和长板的面夹角为90°，纸杯装置筒、环形三爪夹、转动臂、升降臂和升降座安装在这个直角夹成的空间内；纸杯装置筒可拆卸安装在长板上方，用于装置纸杯，其内的纸杯彼此套设在一起，最下面的纸杯底端从纸杯装置筒末端漏出，纸杯装置筒的顶端设置有筒盖，筒体内部设置有光纤传感器和光电传感器，光纤传感器用于检测是否缺料，光电传感器用于检测是否无料，光纤传感器、光电传感器分别与控制单元连接，实时将采集到的信号发送给控制单元；升降座可拆卸安装在“L”型固定框架的短板上，升降臂的一端安装在升降座上，并能够在升降座上上下滑行，转动臂的一端安装在升降臂的另一端，并能够水平转动，转动范围为0-90°，0°时其与升降臂平行，90°时其与升降臂垂直，且其末端正好位于纸杯装置筒下方，环形三爪夹安装在转动臂末端，环形三爪夹能够夹紧、放松，以实现将纸杯从纸杯装置筒取下；

扣盖装置包括杯盖储物架、基架、装盖台、压环、推杆和压环支座，杯盖储物架用于存放与纸杯相适配的杯盖，其包括圆台、若干根长杆和缺口圆环，圆台可拆卸安装在包装单元底座上，长杆两端分别与圆台、缺口圆环可拆卸连接，并均匀分布，缺口圆环的缺口大小能够使工业机器人的真空吸盘出入，长杆内侧设置有光纤传感器和光电传感器，光纤传感器用于检测是否无料，光电传感器用于检测是否缺料，光纤传感器、光电传感器分别与控制单元连接，实时将采集到的信号发送给控制单元；基架包括基板与若干条支腿，支腿上端可拆卸安装在基板下方，并均匀分布在基板边缘，支腿的末端可拆卸安装在包装单元底座上，基板上可拆卸安装有装盖台、压环支座和贴标装置；装盖台中心部位设置有凹槽，凹槽的尺寸与纸杯的杯底相适配，在凹槽的边缘设置用于固定咖啡杯的气动型三夹爪，控制该三夹爪的电磁阀与控制单元连接；压环位于装盖台凹槽的正上方与推杆末端连接，压环的尺寸与杯盖相适配；推杆的另一端与压环支座可拆卸连接，推杆推动压环向杯盖施压，以将杯盖牢牢扣设在纸杯上，推杆为电动液压推杆或双轴气缸，电动液压推杆或控制双轴气缸的电磁阀与控制单元连接，通过控制单元来控制推杆的运动；

贴标装置为一台实时打印标签的标签剥离机，其作用是实时将咖啡拥有者、咖啡口味、制作时间信息打印在标签上，同时自动剥离，等待工业机器人进行贴标操作。

7.根据权利要求6所述的一种工业机器人咖啡调制工作站，其特征在于，所述环形三爪夹为三爪型气动手指，转动臂为旋转气缸，升降臂为无杆气缸，三者分别与其对应的电磁阀连接，相应的电磁阀与控制单元连接，控制单元通过控制电磁阀来控制环形三爪夹的松紧、转动臂的转动、升降臂的升降。

8.根据权利要求2所述的一种工业机器人咖啡调制工作站，其特征在于，所述成品放置单元用于存放成品，包括顶板、若干个“工”型板、四个连接柱和底板，“工”型板两端分别与顶板、底板连接，并均匀分布在两板之间，四个连接柱呈矩形排列穿过将所有的“工”型板连接起来；顶板上开设有若干个凹槽，并均匀分布在顶板上，该凹槽的大小与纸杯的底部相适配，凹槽旁安装有光电传感器，用于监测凹槽是否被使用，光电传感器与控制单元连接，将检测的信号实时传送给控制单元。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种工业机器人咖啡调制工作站，其特征在于，所述控制单元包括PLC模块、存储模块、提示模块和数字信号处理模块，控制单元对工业机器人、咖啡调制单元、包装单元的控制通过PLC模块完成，数字信号处理模块用于将实时接收到信号以数字方式表示并处理，数字信号处理模块将处理好的数据提交给PLC模块；存储模块用于存储工作站的数据信息，以备用户能够查阅工作站的工作进程；提示模块与PLC模块连接，其包括语音提示器、灯光提示器，用于提醒用户纸杯、杯盖储量不足或用尽，以便及时补给。

10.根据权利要求9任一所述的一种工业机器人咖啡调制工作站，其特征在于，所述控制单元还包括显示屏、通信模块和手动操作面板，其中，显示屏安装在框架的操作台或围板上，用于展示工作站的工作情况和实时采集到数据；手动操作面板安装在框架的操作台上，用户可以通过手动操作面板对工作台进行手动控制；通信模块使控制单元与智能终端实现无线连接，用户可以智能终端连接工作站，以实现远程监控工作站。