CN110293585A - 自主避障机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，具体公开了一种自主避障机器人，包括车体、驱动车体移动的行走机构及控制系统，所述车体设有箱门，箱门上设有出菜口，出菜口设有与箱门转动连接的载物板；车体中设有储菜单元，所述储菜单元包括若干层竖直分布的放菜台，放菜台可横向和竖向滑动连接在车体中，所述车体中设有用于驱动放菜台水平往复运动的第一推动元件；所述控制系统包括控制器和若干个与控制器电性连接的避障传感器，避障传感器用于防止机器人撞到障碍物；控制器可通过行走机构控制机器人停止或转向。本机器人能够自主避障和送餐，设有多层放菜台，储菜量大，且可调节放菜台之间的高度差，便于放置不同高度的餐具。

Description

自主避障机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体公开了一种自主避障机器人。

背景技术

随着现代工业化进程的加快，机械自动化逐渐成为了社会的一种趋势。目前，工业生产中，已经大量运用机器人完成生产线产品的加工与制造。随着人们对生活物质文化需求的增多，机器人也渐渐走入了人们的日常生活中，尤其是在餐饮行业。在餐饮行业，餐厅基本上都是招收服务员进行服务，服务员工作虽然简单，但机器人代替人力不仅仅可以节省劳动力，提高送餐服务的效率，而且机器人送餐还会成为餐厅的亮点，给餐厅带来很大的宣传效果和口碑，吸引更多的顾客，可以给餐厅带来更大的效益。因此，送餐机器人将会成为未来餐饮行业的必然趋势。

现有的送餐机器人一般是按照人们预设的导轨进行送餐工作，但在行走过程中如果有人或其他物体出现在预设的轨道上，机器人无法实时感知障碍物，停止前进，进行躲避，躲避后路线如何选择；除此之外，现有的送餐机器人还存在以下问题：一是需要顾客自己取餐，不能将菜自动送到餐桌上面，更不能满足不同高度桌台的送餐需求；二是容量小，一次只能放一两盘菜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自主避障机器人，以解决现有的送餐机器人无法自主避障以及容量小的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：自主避障机器人，包括车体、驱动车体移动的行走机构及控制系统，所述车体设有箱门，箱门上设有出菜口，出菜口设有与箱门转动连接的载物板；车体中设有储菜单元，所述储菜单元包括若干层竖直分布的放菜台，放菜台可横向和竖向滑动连接在车体中，所述车体中设有用于驱动放菜台水平往复运动的第一推动元件；所述控制系统包括控制器和若干个与控制器电性连接的避障传感器，避障传感器用于防止机器人撞到障碍物；控制器可通过行走机构控制机器人停止或转向。

本基础方案的工作原理在于：打开箱门将菜放进去；控制器可通过定位传感器驱动行走机构带动机器人到达指定位置，然后打开出菜口，第一推动元件驱动放菜台伸出并移动到载物板上，将放菜台上的菜取走后，第一推动元件再带动放菜台收回。

本基础方案的有益效果在于：

1、与现有技术相比，本方案中，通过在机器人上设置多个避障传感器，通过避障传感器探测周围的障碍物，当障碍物进入到避障传感器的探测范围时，避障传感器可向控制器反馈信息，并发出报警，控制器可控制机器人停止前进或转向，从而有效的避免了送餐机器人碰撞等产生的意外，使机器人送餐更安全，更快捷高效。

2、本方案中，通过设置多层放菜台，从而增大了机器人的容量，满足大量的送餐需求；同时，由于放菜台可横向和竖向滑动连接在车体中，，放菜台之间的高度差可以自由调节，便于放置不同高度的餐具。

进一步，放菜台的左右两侧均设有固定安装在车体中的竖向滑轨，竖向滑轨中竖直滑动连接有若干个竖向分布的第一滑块，第一滑块靠近放菜台的一侧均固定连接有横向滑轨，放菜台的左右两端水平滑动连接在横向滑轨中。

本方案中，通过移动第一滑块可移动横向滑轨的高度，从而实现放菜台之间的高度差的调节，便于放置不同高度的餐具。

进一步，所述车体中还设置有高度调节单元，所述高度调节单元包括滚珠丝杠机构,滚珠丝杠机构包括竖直设置的螺杆、可沿着螺杆竖直运动的螺母及驱动螺杆转动的旋转电机，螺母的两侧固定连接有水平设置的推杆和摆杆，车体中设有竖向滑槽，竖向滑槽中滑动连接有第二滑块，第二滑块固定连接有水平设置的弧形滑槽，摆杆的自由端滑动连接在弧形滑槽中，弧形滑槽的两端均设有电磁铁，摆杆的自由端设有磁铁。

初始时，第一电磁铁通电，摆杆被吸住固定在弧形滑槽的一端，以使推杆位于放菜台的侧面；启动旋转电机驱动螺杆转动，螺母沿着螺杆竖直运动，同时推杆和摆杆会随着螺母一起作竖直运动，摆杆会推动弧形滑槽沿着竖向滑槽竖直运动；当运动到一定高度后，第一电磁铁断电，给第二电磁铁通电，在磁力的作用下，摆杆会转动到弧形滑槽的另一端并被吸住固定，从而使推杆从放菜台的侧面转动到放菜台之间，此时驱动推杆作竖直运动可驱动放菜台上升或下降，从而调节放菜台之间的间距，便于放置不同高度的餐具；同时，通过上述方式还可以实现放菜台的升降，从而使得不同的放菜台移动到出菜口，进行送餐。

进一步，所述车体内还设置有取菜机构，取菜机构包括竖直设置的支杆、转动连接在支杆上且水平设置的第一伸缩杆、与第一伸缩杆垂直固定连接的第二伸缩杆及固定连接在第二伸缩杆下端的机械爪，所述车体中设有用于驱动支杆竖直运动的第二推动元件。

当放菜台伸出出菜口后，启动取菜机构，第二伸缩杆伸长让机械爪下降到靠近载物板，机械爪抓取放菜台，接着第二伸缩杆收回，第二推动元件推动支杆上升使机械爪向上运动将放菜台提起到高于桌面，第一伸缩杆伸长使得机械爪将放菜台送至桌面上；此时可将菜从放菜台移动到桌面上，然后机械爪可带动放菜台复位，继续进行送菜。本方案通过取菜机构可将菜自动放到桌面上，不用服务员或顾客弯腰取菜，便于拿取菜品。

进一步，所述放菜台靠近第一推动元件的一侧设有铁块，第一推动元件靠近放菜台的一端设有电磁铁。

当电磁铁通电时可与铁块相吸，从而使第一推动元件与放菜台相连接，电磁铁断电后第一推动元件与放菜台可以分开，这样便于第一推动元件推动不同的放菜台进出车体。

进一步，所述第一推动元件或第二推动元件为液压缸、气缸或电动推杆中的一种或二种的组合。

上述三种部件均可以驱动放菜台和支杆作水平或竖直的往复运动，同时方便与控制器电性连接，通过控制器来控制第一推动元件或第二推动元件工作。

进一步，所述车体内设有保温单元，保温单元包括水箱及分布在储菜单元周围的热水循环管路，水箱中设有加热元件，热水循环管路的进水端和出水端分别与水箱相连通。

本方案中，设置保温单元可以对车体中的菜品进行加热保温，避免菜品在送餐过程中冷却，影响口味。

进一步，所述放菜台的上表面设有向下凹陷的放置槽，放置槽的设置可以防止餐盘在放菜台上滑动掉落。

进一步，所述车体的前侧、左侧和右侧至少设置有一个避障传感器，避障传感器为视觉传感器、激光传感器、红外传感器和超声波传感器中的一种或多种的组合。

本方案中，在车体的前侧、左侧和右侧均设置避障传感器，可确保机器人及时避开障碍。

进一步，所述行走机构包括四个安装在车体下方的万向脚轮，便于带动车体进行前进和转向，实现机器人的行走。

附图说明

图1为本发明实施例一的正视图；

图2为本发明实施例一正视时的纵向剖视图；

图3为本发明实施例一左视时的纵向剖视图；

图4为本发明实施例一中机械爪抓取放菜台时左视时的纵向剖视图；

图5为图3中推杆位于放菜台侧面时的A-A向剖视图；

图6为图3中推杆位于放菜台之间时的A-A向剖视图；

图7为图6中B处的放大示意图；

图8为本发明实施例二的侧向剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：车体1、箱门101、出菜口102、载物板103、万向脚轮2、储菜单元3、放菜台301、竖向滑轨302、横向滑轨303、第一推动元件4、高度调节单元5、螺杆501、螺母502、旋转电机503、推杆504、摆杆505、竖向滑槽506、弧形滑槽507、第一电磁铁508、第二电磁铁509、取菜机构6、支杆601、第一伸缩杆602、第二伸缩杆603、机械爪604、第二推动元件605、水箱701、加热元件702。

实施例一：

如图1、图2和图3所示：一种自主避障机器人，包括车体1、驱动车体1移动的行走机构及控制系统，车体1设有箱门101，箱门101通过销轴铰接在车体1上，箱门101上设有出菜口102，出菜口102设有与箱门101转动连接的载物板103，载物板103可通过销轴铰接在箱门101上；送餐前，打开箱门101可以暴露所有的放菜台301，便于将所有的菜放进去，同时方便调节各层放菜台301之间的间距；行走机构包括四个安装在车体1下方的万向脚轮2，便于带动车体1进行前进和转向，实现机器人的行走。

结合图2、图3和图4所示，车体1中设有储菜单元3，储菜单元3包括若干层竖直分布的放菜台301，放菜台301的上表面设有向下凹陷的放置槽，放置槽的设置可以防止餐盘在放菜台301上滑动掉落；放菜台301可横向和竖向滑动连接在车体1中，具体的，放菜台301的左右两侧均设有固定安装在车体1中的竖向滑轨302，具体的，竖向滑轨302可通过螺栓或螺钉固定在车体1中，也可以直接焊接在车体1中；竖向滑轨302中竖直滑动连接有若干个竖向分布的滑块，滑块靠近放菜台301的一侧均焊接有横向滑轨303，放菜台301的左右两端水平滑动连接在横向滑轨303中，本实施例中，放菜台301设有六个，相应的放菜台301的左右两侧分别设置有六个滑块和横向滑轨303，且滑块需要一定大的推力(大于10㎏)才能在竖向滑轨302滑动；车体1中设有用于驱动放菜台301水平往复运动的第一推动元件4，第一推动元件4可采用液压缸、气缸或电动推杆503。

控制系统包括电源部分、控制器、定位传感器和若干个避障传感器(图中均未示出)，定位传感器和避障传感器均与控制器电性连接，定位传感器用于确定桌号，使机器人到达指定的送餐位置；避障传感器用于防止机器人撞到障碍物，车体1的前侧、左侧和右侧至少设置有一个避障传感器，避障传感器为视觉传感器、激光传感器、红外传感器和超声波传感器中的一种或多种的组合。通过在机器人上设置多个避障传感器，通过避障传感器探测周围的障碍物，当障碍物进入到避障传感器的探测范围时，避障传感器可向控制器反馈信息，并发出报警，控制器可控制机器人停止前进或转向，从而有效的避免了送餐机器人碰撞等产生的意外，使机器人送餐更安全，更快捷高效。

具体实施过程如下：打开箱门101将菜放进去；控制器可通过定位传感器驱动行走机构带动机器人到达指定位置，然后载物板103转动使打开出菜口102打开，第一推动元件4驱动放菜台301伸出并移动到载物板103上，将放菜台301上的菜取走后，第一推动元件4再带动放菜台301收回。

结合图5、图6和图7所示，车体中还设置有高度调节单元，高度调节单元包括滚珠丝杠机构,滚珠丝杠机构包括竖直设置的螺杆501、可沿着螺杆501竖直运动的螺母502及驱动螺杆501转动的旋转电机503，旋转电机503位于螺杆501的下方；螺母502的两侧焊接有水平设置的推杆504和摆杆505，车体中设有竖向滑槽506，竖向滑槽506中滑动连接有第二滑块，第二滑块固定连接有水平设置的弧形滑槽507，摆杆505的自由端滑动连接在弧形滑槽507中，弧形滑槽507的两端分别设有第一电磁铁508和第二电磁铁509，摆杆505的自由端设有磁铁；第一电磁铁508和第二电磁铁509可通过导线与控制器相连接，从而通过控制器来控制第一电磁铁508和第二电磁铁509通电和断电。

如图5所示，初始时，第一电磁铁508通电，摆杆505被吸住固定在弧形滑槽507的一端，以使推杆504位于放菜台的侧面；启动第一旋转电机503驱动螺杆501转动，从而使得螺母502沿着螺杆501竖直运动，同时推杆504和摆杆505会随着螺母502一起作竖直运动，摆杆505会推动弧形滑槽507沿着竖向滑槽506竖直运动；当运动到一定高度后，第一电磁铁508断电，给第二电磁铁509通电，在磁力的作用下，摆杆505会转动到弧形滑槽507的另一端并被吸住固定(如图6和图7所示)，从而使推杆504从放菜台的侧面转动到放菜台之间，然后通过旋转机构带动滚珠丝杠机构整体旋转从而使得推杆504转动到放菜台的上方或者下方，接着可在驱动推杆504作竖直运动从而可驱动放菜台上升或下降，从而可以调节放菜台之间的间距，便于放置不同高度的餐具；同时，通过上述方式还可以实现放菜台的升降，从而使得不同的放菜台移动到出菜口，进行送餐。

结合图3和图4所示，车体1内还设置有取菜机构6，取菜机构6包括竖直设置的支杆601、转动连接在支杆601上且水平设置的第一伸缩杆602、与第一伸缩杆602垂直固定连接的第二伸缩杆603及固定连接在第二伸缩杆603下端的机械爪604，车体1中设有用于驱动支杆601竖直运动的第二推动元件605，第一伸缩杆602和第二伸缩杆603可采用电动推杆，第二推动元件605可采用液压缸、气缸或电动推杆；此外，车体1中还设有用于收纳机械爪604的放置室，具体的，车体1的上表面设有通孔，机械爪604可以穿过通孔伸入放置室中。当放菜台301伸出出菜口102后，启动取菜机构6，第二伸缩杆603伸长让机械爪604下降到靠近载物板103，机械爪604抓取放菜台301，接着第二伸缩杆603收回，第二推动元件605推动支杆601上升使机械爪604向上运动将放菜台301提起到高于桌面，第一伸缩杆602伸长使得机械爪604将放菜台301送至桌面上；此时可将菜从放菜台301移动到桌面上，然后机械爪604可带动放菜台301复位，继续进行送菜。本方案通过取菜机构6可将菜自动放到桌面上，不用服务员或顾客弯腰取菜，便于拿取菜品。

放菜台301靠近第一推动元件4的一侧(图3所示的右侧)设有铁块(图中未示出)，第一推动元件4靠近放菜台301的一端(图3所示的左端)设有电磁铁(图中未示出)。当电磁铁通电时可与铁块相吸，从而使第一推动元件4与放菜台301相连接，电磁铁断电后第一推动元件4与放菜台301可以分开，这样便于第一推动元件4推动不同的放菜台301进出车体1。

实施例二：

如图8所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：车体1内设有保温单元，保温单元包括水箱701及分布在储菜单元3周围的热水循环管路，水箱701中设有加热元件702，加热元件702可采用电热丝，热水循环管路的进水端和出水端分别与水箱701相连通。设置保温单元可以对车体1中的菜品进行加热保温，避免菜品在送餐过程中冷却，影响口味。

最后，所属技术领域的人员应当理解，本发明中所述的主要设备可根据具体需求在市场上采购到不同型号和规格的产品。例如，本发明中使用的主要设备及工艺参数如下：控制器为DDC控制器，避障传感器可采用JLD8330ZMW红外避障激光传感器、JLD8330ZMWDYP-ME007YY超声波双探头测距传感器以及基于TOF或结构光的深度相机等，定位传感器可采用型号为DYP-ME007YYV2.0的定位传感器，电动推杆503可采用DT型直流多级电动推杆503，第一旋转电机和第二旋转电机504可采用伺服电机。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (10)

1.自主避障机器人，其特征在于：包括车体、驱动车体移动的行走机构及控制系统，所述车体设有箱门，箱门上设有出菜口，出菜口设有与箱门转动连接的载物板；车体中设有储菜单元，所述储菜单元包括若干层竖直分布的放菜台，放菜台可横向和竖向滑动连接在车体中，所述车体中设有用于驱动放菜台水平往复运动的第一推动元件；所述控制系统包括控制器和若干个与控制器电性连接的避障传感器，避障传感器用于防止机器人撞到障碍物；控制器可通过行走机构控制机器人停止或转向。

2.根据权利要求1所述的自主避障机器人，其特征在于：放菜台的左右两侧均设有固定安装在车体中的竖向滑轨，竖向滑轨中竖直滑动连接有若干个竖向分布的第一滑块，第一滑块靠近放菜台的一侧均固定连接有横向滑轨，放菜台的左右两端水平滑动连接在横向滑轨中。

3.根据权利要求2所述的自主避障机器人，其特征在于：所述车体中还设置有高度调节单元，所述高度调节单元包括滚珠丝杠机构,滚珠丝杠机构包括竖直设置的螺杆、可沿着螺杆竖直运动的螺母及驱动螺杆转动的旋转电机，螺母的两侧固定连接有水平设置的推杆和摆杆，车体中设有竖向滑槽，竖向滑槽中滑动连接有第二滑块，第二滑块固定连接有水平设置的弧形滑槽，摆杆的自由端滑动连接在弧形滑槽中，弧形滑槽的两端分别设有第一电磁铁和第二电磁铁，摆杆的自由端设有磁铁。

4.根据权利要求1～3任一项所述的自主避障机器人，其特征在于：所述车体内还设置有取菜机构，取菜机构包括竖直设置的支杆、转动连接在支杆上且水平设置的第一伸缩杆、于第一伸缩杆垂直固定连接的第二伸缩杆及固定连接在第二伸缩杆下端的机械爪，所述车体中设有用于驱动支杆竖直运动的第二推动元件。

5.根据权利要求4所述的自主避障机器人，其特征在于：所述放菜台靠近第一推动元件的一侧设有铁块，第一推动元件靠近放菜台的一端设有电磁铁。

6.根据权利要求5所述的自主避障机器人，其特征在于：所述第一推动元件或第二推动元件为液压缸、气缸或电动推杆中的一种或二种的组合。

7.根据权利要求1所述的自主避障机器人，其特征在于：所述车体内设有保温单元，保温单元包括水箱及分布在储菜单元周围的热水循环管路，水箱中设有加热元件，热水循环管路的进水端和出水端分别与水箱相连通。

8.根据权利要求6所述的自主避障机器人，其特征在于：所述放菜台的上表面设有向下凹陷的放置槽。

9.根据权利要求8所述的自主避障机器人，其特征在于：所述车体的前侧、左侧和右侧至少设置有一个避障传感器，避障传感器为视觉传感器、激光传感器、红外传感器和超声波传感器中的一种或多种的组合。

10.根据权利要求9所述的自主避障机器人，其特征在于：所述行走机构包括四个安装在车体下方的万向脚轮。