CN111470317B - 一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，包括运输机构、沿着运输机构的运输方向依次设置的检测机构和自清洁吸盘机构以及收集机构；自清洁吸盘机构包括机械手、安装在机械手末端的自清洁组件；自清洁组件包括吸盘座、安装在吸盘座上的吸盘、气泵；吸盘座内设有进气孔和喷气通道，吸盘呈喇叭状，吸盘具有硬壳面和软胶面，软胶面形成一个清洁腔，硬壳面和软胶面共同形成一个负压腔，硬壳面上设有吸气孔，吸气孔与负压腔连通，进气孔与喷气通道连通，喷气通道与清洁腔连通，进气孔和吸气孔均与气泵连通。本具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机可以对餐具的吸取面进行清洁，后对餐具进行吸取分拣，属于餐具分拣机技术领域。

Description

一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机
技术领域
本发明涉及餐具分拣机的技术领域，尤其涉及一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机。
背景技术
目前，公共食堂和餐厅等就餐场所多采用人工分拣餐具，整体效率低，成本高，部分采用机械清洗，但清洗时不进行分拣，后面还需要花费很多的人力进行分拣、搬运，有少部分能够实现清洁分拣，但是清洁效果不好而且效率低，现有的设备要求清洗车间占地面积大，机械多，流程复杂。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，用于初步清洁的餐具分拣并装箱，后期整箱转运、清洗，该分拣机结构紧凑，分拣效率高，优化了餐具清洗和转运流程，得到最佳的分拣效果，从而节约人力，提高效率。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，包括运输机构、沿着运输机构的运输方向依次设置的检测机构和自清洁吸盘机构以及收集机构；自清洁吸盘机构包括机械手、安装在机械手末端的自清洁组件；自清洁组件包括吸盘座、安装在吸盘座上的吸盘、气泵；吸盘座内设有进气孔和喷气通道，吸盘呈喇叭状，吸盘具有硬壳面和软胶面，软胶面形成一个清洁腔，硬壳面和软胶面共同形成一个负压腔，硬壳面上设有吸气孔，吸气孔与负压腔连通，进气孔与喷气通道连通，喷气通道与清洁腔连通，进气孔和吸气孔均与气泵连通。自清洁组件可以实现清洁餐具的吸附面和吸取餐具，由于吸取餐具时气体腔不与外界接触，因此不会污染自清洁组件的内部气体管路。
进一步的是：吸盘的中部还设有喷气孔，喷气通道通过喷气孔与吸盘的清洁腔连通，喷气孔与清洁腔的连接处设有红外传感器。红外传感器可以感应到距离餐具的距离，达到作用距离时喷气清洁接触面，同时吸取餐具后检测是否掉落，如吸取不成功则进行二次吸取。
进一步的是：吸气孔位于吸盘的圆周侧面上且吸气孔处设有负压吸气电磁阀。通过控制负压吸气电磁阀来控制自清洁组件对餐具进行吸取。
进一步的是：吸盘座呈圆柱状，喷气通道位于吸盘座的中心线上，进气孔位于吸盘座的圆周侧面上且进气孔处设有正压进气电磁阀。通过控制正压进气电磁阀来控制自清洁组件对餐具进行喷气清洁吸附面。
进一步的是：运输机构包括底架、安装在底架上的传送带、输出端与传送带连接的减速电机；传送带传送方向的末端设有后箱。通过传送带进行餐具运输，餐具传送时候极少数来不及吸取的会掉落到后箱内。
进一步的是：检测机构包括固定在底架的支撑架、均安装在支撑架上的识别深度摄像头和主机；识别深度摄像头和主机均位于传送带的上方且识别深度摄像头的摄像头朝向传送带，支撑架上设有急停按钮。主机接收控制识别深度摄像头对经过识别区餐具的图像信息，后对餐具位置和种类进行识别，然后结合传送带运转速度和不同机械手工作区域距离，通过计算控制机械手进行运动、校核、伸缩、喷气清洁、吸取、放置。
进一步的是：具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机还包括平面移动机构；平面移动机构包括框架、安装在框架上的底座、转动式安装在底座上的第一丝杠、输出端与第一丝杠固定连接的第一伺服电机、滑动式安装在第一丝杠上的第一滑块、转动式安装在第一滑块上的第二丝杠、输出端与第二丝杠固定连接的第二伺服电机、滑动式安装在第二丝杠上的第二滑块；机械手安装在第二滑块上，第一丝杠和第二丝杠均水平设置且第一丝杠和第二丝杠相互垂直。平面移动机构控制机械手在水平面内快速移动到餐具分布的位置。
进一步的是：机械手包括安装在第二滑块上的伸缩臂、固定在第二滑块上的手部深度相机、安装在伸缩臂输出端上的关节电机、与关节电机输出端固定连接的旋转臂；吸盘座安装在旋转臂上。伸缩臂可以调节抓取餐具的高度，关节电机控制旋转臂摆动，通过主机和手部深度相机的校正，从而使得自清洁组件能从最合适的位置清洗和吸取餐具。
进一步的是：平面移动机构还包括两条光杆；底座、第一丝杠、第一伺服电机、第一滑块均有两个且对称分布在运输机构的两侧，第二丝杠的两端分别转动式安装在两个第一滑块上，第二滑块滑动式安装在两条光杆上，两条光杆分居第二丝杠的两侧并与第二丝杠平行，两条光杆的两端均分别与两个第一滑块固定连接，第二丝杠位于运输机构的正上方。运用丝杠和伺服电机能够精确快速地控制机械手移动到合适的位置。
进一步的是：平面移动机构和自清洁吸盘机构以及收集机构均有若干个，若干个平面移动机构沿着运输机构的运输方向依次排列，若干个清洁吸盘机构分别安装在若干个平面移动机构上，每个平面移动机构下方对应一个收集机构；收集机构包括安装在框架上的托板、安装在托板上的餐具箱；餐具箱内设有与对应餐具形状相适应的餐具槽，不同餐具的餐具箱长宽相同，高度不同，可码放运输。多个自清洁吸盘机构能够对不同种类的餐具进行清洗、抓取、分类，提高餐具分拣效率。
总的说来，本发明具有如下优点：
一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，本发明的自清洁吸盘机构能适应不同餐具，有效吸附，同时利用自清洁组件能清理吸合处食物残渣并分类分拣餐具，方便下一步的清洗。本发明设置多个自清洁吸盘机构进行分拣，通过识别深度摄像头识别不同餐具分类放置，提高下一步清洗的效率。由于自清洁组件的结构，可以确保吸附可靠，不污染内部气体管路。由于机械手和识别深度摄像头的配合，检测餐具的位置，主机预先计算到达机械手工作空间的位置，规划机械手的运动，机械手提前运动到预定位置，手部深度相机进行识别校验和位置校正，同时工作完成检验，提高分拣的准确性，这对于提高餐具清洁和分拣效率具有现实意义。
附图说明
图1是具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机的结构示意图。
图2是检测机构的结构示意图。
图3是自清洁吸盘机构和平面移动机构的结构示意图。
图4是自清洁组件的结构示意图。
图5是收集机构的结构示意图。
图6是具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：
1为运输机构，2为检测机构，3为自清洁吸盘机构，4为收集机构，5为平面移动机构，6为机械手，7为自清洁组件，8为吸盘座，9为吸盘，10为气泵，11为进气孔，12为喷气通道，13为清洁腔，14为吸气孔，15为负压腔，16为喷气孔，17为红外传感器，18为负压吸气电磁阀，19为正压进气电磁阀，20为底架，21为传送带，22为减速电机，23为支撑架，24为识别深度摄像头，25为主机，26为急停按钮，27为第一丝杠，28为第一伺服电机，29为第一滑块，30为第二丝杠，31为第二伺服电机，32为第二滑块，33为伸缩臂，34为手部深度相机，35为关节电机，36为旋转臂，37为光杆，38为托板，39为餐具箱，40为餐具槽，41为底座，42为框架，43为后箱，44为硬壳面，45为软胶面。
结合图1、图3、图4所示，一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，包括运输机构、沿着运输机构的运输方向依次设置的检测机构和自清洁吸盘机构以及收集机构；餐具放在运输机构的时候首先经过检测机构检测，然后根据检测结果控制自清洁吸盘机构对餐具的吸取面进行清洗、吸取后分类放置在不同的餐具箱。自清洁吸盘机构包括机械手、安装在机械手末端的自清洁组件；机械手能带动自清洁组件移动，自清洁组件能够喷气清洁吸附面和吸取餐具。自清洁组件包括吸盘座、安装在吸盘座上的吸盘、气泵；吸盘座内设有进气孔和喷气通道，吸盘呈喇叭状，吸盘具有硬壳面和软胶面，软胶面形成一个清洁腔，硬壳面和软胶面共同形成一个负压腔，硬壳面上设有吸气孔，吸气孔与负压腔连通，进气孔与喷气通道连通，喷气通道与清洁腔连通，进气孔和吸气孔均与气泵连通。自清洁组件对餐具进行清洗和吸附时候，自清洁组件内气体流通路径是独立的，两条路通路径不相通，一条是从进气孔到喷气通道再到清洁腔，清洁腔与外界连通，当进行餐具清洗时候，气泵的气体从喷气通道喷到清洁腔再到餐具上；另一条是负压腔内的气体从吸气孔到气泵，当清洗完毕时候就开始对餐具进行吸取，首先吸盘下降挤压餐具，餐具与吸盘使得清洗腔变成一个密封的空间，气泵通过吸气孔吸走负压腔的气体，使得负压腔变小(软胶面收缩)，此时密封的清洗腔体积变大压强变小(气体体积不变)，外界大气压大于清洗腔内的大气压，从而能够吸附餐具。由于吸取餐具的内部气体管路封闭，因此餐具上的残留物不会被吸入到吸盘和吸盘座内部，更不会被吸到气泵，造成污染和损坏。
吸盘的中部还设有喷气孔，喷气通道通过喷气孔与吸盘的清洁腔连通，喷气孔与清洁腔的连接处设有红外传感器。气泵的气体从进气孔到喷气通道再从喷气孔喷到清洁腔，最后从清洁腔喷出对餐具接触面的残渣进行初步清洁。手部深度相机对餐具位置进行校验，机械手按照手部深度相机的检测结果进行吸取位置修正，红外传感器可以感应吸盘到餐具的位置，便于吸盘和餐具底面接触前进行清洁和压紧接触后进行吸附。
负压腔沿着吸盘的喇叭状分布，吸气孔位于吸盘的圆周侧面上且吸气孔处设有负压吸气电磁阀。吸气孔通过管道与气泵连通，负压吸气电磁阀是双向阀，能够控制气泵向负压腔内输气和吸气。
吸盘座呈圆柱状，喷气通道位于吸盘座的中心线上，进气孔位于吸盘座的圆周侧面上且进气孔处设有正压进气电磁阀。进气孔通过管道与气泵连接，正压进气电磁阀是单向阀，控制气体只能从气泵流向进气孔。
结合图1、图2、图3、图5所示，运输机构包括底架、安装在底架上的传送带、输出端与传送带连接的减速电机；减速电机的输出轴通过联轴器与带轮的轮轴连接，带轮带动传送带移动，最后传送带带动放置在其上面的餐具移动。传送带的传送方向的末端设有后箱，如果出现餐具堆叠过多，机械手来不及抓取的情况，来不及抓取的餐具就会从传送带末端掉落在后箱内。
检测机构包括固定在底架的支撑架、均安装在支撑架上的识别深度摄像头和主机；通过识别深度摄像头和主机结合，利用聚类算法来检测餐具的边缘来识别几种典型的餐具，同时判定中心位置，作为吸盘吸取面中心点。识别深度摄像头和主机均位于传送带的上方且识别深度摄像头的摄像头朝向传送带，识别深度摄像头能够拍摄所有从其下方通过的餐具。支撑架上设有急停按钮，发生紧急情况可以快速停止餐具分拣机的运行。
具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机还包括平面移动机构；平面移动机构包括框架、安装在框架上的底座、转动式安装在底座上的第一丝杠、输出端与第一丝杠固定连接的第一伺服电机、滑动式安装在第一丝杠上的第一滑块、转动式安装在第一滑块上的第二丝杠、输出端与第二丝杠固定连接的第二伺服电机、滑动式安装在第二丝杠上的第二滑块；机械手安装在第二滑块上，第一丝杠和第二丝杠均水平设置且第一丝杠和第二丝杠相互垂直。第一丝杠和第一伺服电机驱动第一滑块沿着传送带的运输方向来回移动，第二丝杠和第二伺服电机驱动二滑块沿着垂直于传送带的运输方向的方向来回移动，即从上往下看，平面移动机构实现了机械手能够在平面内移动。
机械手包括安装在第二滑块上的伸缩臂、固定在第二滑块上的手部深度相机、安装在伸缩臂输出端上的关节电机、与关节点击输出端固定连接的旋转臂；伸缩臂能够带动自清洁组件上下移动，吸盘座安装在旋转臂上，旋转臂在关节电机的驱动下能够摆动，通过伸缩臂的上下运动和旋转臂的摆动来调整吸取餐具的位置。识别深度摄像头可以提供距离信息，因此机械手的伸缩和旋转运动也会提起预先规划和执行。机械手根据手部深度相机的信息来校验和调整，调整至合适的高度后对餐具进行吸取，餐具的摆放出现倾斜等情况的时候，旋转臂能够摆动来调整吸附的姿势。机械手吸取餐具之后，手部深度相机也能识别该位置是否出现餐具堆叠的情况，若出现餐具堆叠的情况，机械手完成上一次的分拣后再次回到该位置进行吸取分拣。识别深度摄像头是检测餐具大概的一个位置信息，手部深度相机能够进一步精确地确认餐具的位置信息，提高餐具分拣的准确性和效率。
平面移动机构还包括两条光杆；底座、第一丝杠、第一伺服电机、第一滑块均有两个且对称分布在运输机构的两侧，第二丝杠的两端分别转动式安装在两个第一滑块上，第二滑块滑动式安装在两条光杆上，两条光杆分居第二丝杠的两侧并与第二丝杠平行，两条光杆的两端均分别与两个第一滑块固定连接，第二丝杠位于运输机构的正上方。光杆起到导向的作用，采用两个第一丝杠和第一滑块使得第二丝杠的受力更加均匀的同时使得第二丝杠移动更加平稳。
平面移动机构和自清洁吸盘机构以及收集机构均有若干个，若干个平面移动机构沿着运输机构的运输方向依次排列，若干个清洁吸盘机构分别安装在若干个平面移动机构上，每个平面移动机构下方对应一个收集机构，收集机构位于传送带的旁边；每个清洁吸盘机构分工合作吸取不同种类的餐具，然后放在设定好的不同类型的餐具箱。收集机构包括安装在框架上的托板、安装在托板上的餐具箱；餐具箱通过底部限位角来限定位置，从而通过限位角作为结构基准，保证餐具孔位置，同时也确保机械手放置准确度，机械手按照程序设定运动至对应坐标位置，进行餐具放置。餐具箱内设有与餐具形状相适应的餐具槽，餐具槽的形状根据餐具的种类来设定。
本具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机的工作原理：结合图1、图6所示，首先将餐具放在传送带上，第一步：餐具首先经过检测机构进行手部深度相机成像。第二步：识别深度摄像头拍摄后反馈给主机，通过主机的聚类算法来检测餐具的边缘，从而分析出餐具的种类，确定中心吸取位置。第三步：计算规划，主机根据检测的结果控制平面移动机构和机械手移动到餐具的上方。第四步：在手部深度相机进行图像修正后，机械手通过伸缩臂和关节电机调整到合适的位置并利用自清洁组件对餐具先喷气清洁后吸气吸附。第四步：根据不同餐具类型分拣到不同类型的餐具箱。第五步：手部深度相机还将进行闭环检测，拍摄确认在同一个位置上是否有覆盖的餐具，如果有则返回第二步继续进行清洗、吸取、分拣；如果没有则机械手复位，结束本次分拣工作。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，其特征在于：包括运输机构、沿着运输机构的运输方向依次设置的检测机构和自清洁吸盘机构以及收集机构；自清洁吸盘机构包括机械手、安装在机械手末端的自清洁组件；自清洁组件包括吸盘座、安装在吸盘座上的吸盘、气泵；吸盘座内设有进气孔和喷气通道，吸盘呈喇叭状，吸盘具有硬壳面和软胶面，软胶面形成一个清洁腔，硬壳面和软胶面共同形成一个负压腔，硬壳面上设有吸气孔，吸气孔与负压腔连通，进气孔与喷气通道连通，喷气通道与清洁腔连通，进气孔和吸气孔均与气泵连通；
吸盘的中部还设有喷气孔，喷气通道通过喷气孔与吸盘的清洁腔连通，喷气孔与清洁腔的连接处设有红外传感器；
负压腔沿着吸盘的喇叭状分布，吸气孔位于吸盘的圆周侧面上且吸气孔处设有负压吸气电磁阀。
2.按照权利要求1所述的一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，其特征在于：吸盘座呈圆柱状，喷气通道位于吸盘座的中心线上，进气孔位于吸盘座的圆周侧面上且进气孔处设有正压进气电磁阀。
3.按照权利要求1所述的一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，其特征在于：运输机构包括底架、安装在底架上的传送带、输出端与传送带连接的减速电机；传送带的传送方向的末端设有后箱。
4.按照权利要求3所述的一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，其特征在于：检测机构包括固定在底架的支撑架、均安装在支撑架上的识别深度摄像头和主机；识别深度摄像头和主机均位于传送带的上方且识别深度摄像头的摄像头朝向传送带，支撑架上设有急停按钮。
5.按照权利要求1所述的一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，其特征在于：具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机还包括平面移动机构；平面移动机构包括框架、安装在框架上的底座、转动式安装在底座上的第一丝杠、输出端与第一丝杠固定连接的第一伺服电机、滑动式安装在第一丝杠上的第一滑块、转动式安装在第一滑块上的第二丝杠、输出端与第二丝杠固定连接的第二伺服电机、滑动式安装在第二丝杠上的第二滑块；机械手安装在第二滑块上，第一丝杠和第二丝杠均水平设置且第一丝杠和第二丝杠相互垂直。
6.按照权利要求5所述的一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，其特征在于：机械手包括安装在第二滑块上的伸缩臂、固定在第二滑块上的手部深度相机、安装在伸缩臂输出端上的关节电机、与关节点击输出端固定连接的旋转臂；吸盘座安装在旋转臂上。
7.按照权利要求5所述的一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，其特征在于：平面移动机构还包括两条光杆；底座、第一丝杠、第一伺服电机、第一滑块均有两个且对称分布在运输机构的两侧，第二丝杠的两端分别转动式安装在两个第一滑块上，第二滑块滑动式安装在两条光杆上，两条光杆分居第二丝杠的两侧并与第二丝杠平行，两条光杆的两端均分别与两个第一滑块固定连接，第二丝杠位于运输机构的正上方。
8.按照权利要求5所述的一种具有自清洁吸盘机械手的餐具分拣机，其特征在于：平面移动机构和自清洁吸盘机构以及收集机构均有若干个，若干个平面移动机构沿着运输机构的运输方向依次排列，若干个清洁吸盘机构分别安装在若干个平面移动机构上，每个平面移动机构下方对应一个收集机构；收集机构包括安装在框架上的托板、安装在托板上的餐具箱；餐具箱内设有与餐具形状相适应的餐具槽。
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