CN112692846B - 一种智能送餐机器人及其路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能送餐机器人及其路径规划方法，包括机器人主体、悬架、V型齿条导轨、升降齿轮、V型导向滚轮、升降电机、导向电机、升降座、固定板、定位孔、定位柱、限位槽、限位块、锁紧螺孔、锁紧螺钉、托盘、橡胶垫板、旋转电机、旋转轴、万向底盘、驱动轴、驱动轮、从动齿轮、主动齿轮、驱动电机、激光雷达、双目深度相机、触摸显示屏、摄像头、语音交互喇叭和橡胶垫片；该发明优化了托盘的连接方式，从而使托盘便于安装和拆卸，方便人员进行清洗和更换，降低了机器人的维护成本，同时可根据餐品的实际高度进行对托盘之间的距离适应性的调节，提高了机器人的空间利用率，提升了机器人的送餐效率。

Description

一种智能送餐机器人及其路径规划方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种智能送餐机器人及其路径规划方法。

背景技术

智能送餐机器人，顾名思义就是一种能传菜送餐的机器人服务员，适用于餐厅、酒店、宴会厅等场景，具有智能避障、自动选择送餐路线、自主移动、大屏信息展示、智能语音交互等功能，主要用途是减轻餐厅服务员的劳动强度，提高餐厅的工作效率和盈利状况。

然而，传统智能送餐机器人大多存在以下问题：其一，托盘不便安装和拆卸，清洗更换困难，费时费力，不可避免增加了机器人的维护成本；其二，托盘之间的距离固定不变，无法根据餐品的实际高度进行适应性的调节，降低了机器人的空间利用率，影响了机器人的送餐效率；其三，送餐时不便调整方向，避让障碍困难，且行进过程中无法反向倒退，容易与走动中的顾客发生碰撞，造成人员和机器人的不必要损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能送餐机器人及其路径规划方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种智能送餐机器人，包括机器人主体、悬架、V型齿条导轨、升降齿轮、V型导向滚轮、升降电机、导向电机、升降座、固定板、定位孔、定位柱、限位槽、限位块、锁紧螺孔、锁紧螺钉、托盘、橡胶垫板、旋转电机、旋转轴、万向底盘、驱动轴、驱动轮、从动齿轮、主动齿轮、驱动电机、激光雷达、双目深度相机、触摸显示屏、摄像头、语音交互喇叭和橡胶垫片，所述机器人主体顶部的两侧与悬架底部的两侧固定连接，所述悬架内壁的两侧对称固定嵌装有V型齿条导轨，所述V型齿条导轨的齿条齿廓和V型条分别与若干个升降齿轮的齿廓和V型导向滚轮的外圆周啮合，所述升降齿轮和V型导向滚轮分别固定套接在升降电机和导向电机的输出端上，所述升降电机和导向电机分别固定嵌装在升降座一侧的两端，所述升降座另一侧的底端与固定板的侧面固定连接，所述固定板的顶部通过定位孔、定位柱、限位槽、限位块、锁紧螺孔和锁紧螺钉分别与托盘底部的两侧固定连接，所述托盘顶部的中心固定嵌装有橡胶垫板；所述机器人主体底部的中心固定嵌装有旋转电机，所述旋转电机的输出端与旋转轴的一端固定连接，所述旋转轴的另一端与万向底盘顶部的中心固定套接，所述万向底盘顶部的两侧通过滚珠轴承分别固定嵌装有驱动轴，所述驱动轴的两端均固定套接有驱动轮，且驱动轴的中段固定套接有从动齿轮，所述从动齿轮的齿廓与主动齿轮的齿廓啮合，所述主动齿轮固定套接在驱动电机的输出端上，所述驱动电机固定嵌装在万向底盘顶部的两侧。

一种智能送餐机器人的路径规划方法，包括以下步骤：步骤一，餐品装载；步骤二，路径规划；步骤三，障碍避让；步骤四，餐品递送；

其中上述步骤一中，服务员将餐品摆放到餐盘上，再将餐盘放置到托盘的橡胶垫板上，接着服务员通过触摸显示屏开启升降电机和导向电机，驱动升降齿轮和V型导向滚轮旋转并沿着V型齿条导轨进行滚动，进而驱动升降座在V型齿条导轨上进行移动，进而通过固定板调节托盘之间的距离，将尽可能多的餐品装载到机器人上，服务员再根据餐品桌位和餐品次序通过触摸显示屏输入的送餐指令；

其中上述步骤二中，机器人接收到送餐指令，根据餐厅的三维空间数据模型、餐品桌位、餐品次序以及自身当前位置进行数据运算，生成一条预设路径，再开启旋转电机，通过旋转轴驱动万向底盘进行旋转，同时开启驱动电机，通过主动齿轮转动从动齿轮和驱动轴，进而通过驱动轮进行滚动，进而使机器人完成前进、后退和转弯等动作，沿着预设的快捷路径进行移动；

其中上述步骤三中，移动过程中机器人通过激光雷达和双目深度相机对餐厅内走动的顾客和移动的物体进行实时的位置观测，并对预设路径进行更新和优化，再通过前进、后退和转弯等动作进行及时的避让，并通过语音交互喇叭提醒顾客注意；

其中上述步骤四中，当到达餐品桌位后，机器人通过语音交互喇叭示意顾客在相应的托盘上取餐，并与顾客进行有限的沟通或通过摄像头帮助顾客进行拍照，服务结束后再前往下一个餐品桌位。

根据上述技术方案，所述万向底盘活动嵌装在机器人主体底部的中心，所述机器人主体四侧的中心均设置有激光雷达。

根据上述技术方案，所述悬架正面的顶端分别设置有双目深度相机、触摸显示屏和摄像头，且悬架两侧的顶端均设置有语音交互喇叭。

根据上述技术方案，所述定位孔分别开设在固定板顶部的两侧，且定位孔的内部嵌装有定位柱，所述定位柱分别设置在托盘底部的两侧。

根据上述技术方案，所述限位槽开设在固定板顶部的中心，且限位槽的内部嵌装有限位块，所述限位块分别设置在托盘底部的两侧。

根据上述技术方案，所述锁紧螺孔分别开设在固定板和限位块的底部中心，且锁紧螺孔的内部嵌装有锁紧螺钉。

根据上述技术方案，所述固定板顶部的另外两侧均固定嵌装有橡胶垫片，所述橡胶垫片的顶部分别与托盘底部的两侧相接触，所述托盘的两侧均与升降座另一侧的顶端相接触。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：该发明通过优化托盘的连接方式，从而使托盘便于安装和拆卸，方便人员进行清洗和更换，降低了机器人的维护成本；通过增设V型齿条导轨、升降齿轮和V型导向滚轮，从而方便人员根据餐品的实际高度进行对托盘之间的距离适应性的调节，提高了机器人的空间利用率，提升了机器人的送餐效率；采用双驱结构设计，使机器人送餐时可随意调整方向，易于避让障碍，且行进过程中可反向倒退，防止机器人与走动中的顾客发生碰撞，减少了人员和机器人的不必要损伤，提高了机器人的安全性能。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构主视局部剖视图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本发明的整体结构左视图；

图4是本发明的整体结构左视剖视图；

图5是图4中B处的局部放大图；

图6是本发明的整体结构俯视图；

图7和图8均是本发明的整体结构俯视剖视图；

图9是本发明中固定板的立体图；

图10是本发明的方法流程图；

图中：1、机器人主体；2、悬架；3、V型齿条导轨；4、升降齿轮；5、V型导向滚轮；6、升降电机；7、导向电机；8、升降座；9、固定板；10、定位孔；11、定位柱；12、限位槽；13、限位块；14、锁紧螺孔；15、锁紧螺钉；16、托盘；17、橡胶垫板；18、旋转电机；19、旋转轴；20、万向底盘；21、驱动轴；22、驱动轮；23、从动齿轮；24、主动齿轮；25、驱动电机；26、激光雷达；27、双目深度相机；28、触摸显示屏；29、摄像头；30、语音交互喇叭；31、橡胶垫片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种智能送餐机器人，包括机器人主体1、悬架2、V型齿条导轨3、升降齿轮4、V型导向滚轮5、升降电机6、导向电机7、升降座8、固定板9、定位孔10、定位柱11、限位槽12、限位块13、锁紧螺孔14、锁紧螺钉15、托盘16、橡胶垫板17、旋转电机18、旋转轴19、万向底盘20、驱动轴21、驱动轮22、从动齿轮23、主动齿轮24、驱动电机25、激光雷达26、双目深度相机27、触摸显示屏28、摄像头29、语音交互喇叭30和橡胶垫片31，机器人主体1顶部的两侧与悬架2底部的两侧固定连接，悬架2正面的顶端分别设置有双目深度相机27、触摸显示屏28和摄像头29，且悬架2两侧的顶端均设置有语音交互喇叭30，悬架2内壁的两侧对称固定嵌装有V型齿条导轨3，V型齿条导轨3的齿条齿廓和V型条分别与若干个升降齿轮4的齿廓和V型导向滚轮5的外圆周啮合，升降齿轮4和V型导向滚轮5分别固定套接在升降电机6和导向电机7的输出端上，升降电机6和导向电机7分别固定嵌装在升降座8一侧的两端，方便人员根据餐品的实际高度进行对托盘16之间的距离适应性的调节，提高了机器人的空间利用率，提升了机器人的送餐效率；升降座8另一侧的底端与固定板9的侧面固定连接，固定板9顶部的另外两侧均固定嵌装有橡胶垫片31，橡胶垫片31的顶部分别与托盘16底部的两侧相接触，托盘16的两侧均与升降座8另一侧的顶端相接触，固定板9的顶部通过定位孔10、定位柱11、限位槽12、限位块13、锁紧螺孔14和锁紧螺钉15分别与托盘16底部的两侧固定连接，定位孔10分别开设在固定板9顶部的两侧，且定位孔10的内部嵌装有定位柱11，定位柱11分别设置在托盘16底部的两侧，限位槽12开设在固定板9顶部的中心，且限位槽12的内部嵌装有限位块13，限位块13分别设置在托盘16底部的两侧，锁紧螺孔14分别开设在固定板9和限位块13的底部中心，且锁紧螺孔14的内部嵌装有锁紧螺钉15，托盘16顶部的中心固定嵌装有橡胶垫板17，从而使托盘16便于安装和拆卸，方便人员进行清洗和更换，降低了机器人的维护成本；机器人主体1底部的中心固定嵌装有旋转电机18，旋转电机18的输出端与旋转轴19的一端固定连接，旋转轴19的另一端与万向底盘20顶部的中心固定套接，万向底盘20顶部的两侧通过滚珠轴承分别固定嵌装有驱动轴21，驱动轴21的两端均固定套接有驱动轮22，且驱动轴21的中段固定套接有从动齿轮23，从动齿轮23的齿廓与主动齿轮24的齿廓啮合，主动齿轮24固定套接在驱动电机25的输出端上，驱动电机25固定嵌装在万向底盘20顶部的两侧，万向底盘20活动嵌装在机器人主体1底部的中心，机器人主体1四侧的中心均设置有激光雷达26，采用双驱结构设计，使机器人送餐时可随意调整方向，易于避让障碍，且行进过程中可反向倒退，防止机器人与走动中的顾客发生碰撞，减少了人员和机器人的不必要损伤，提高了机器人的安全性能。

请参阅图10，本发明提供一种技术方案：一种智能送餐机器人的路径规划方法，包括以下步骤：步骤一，餐品装载；步骤二，路径规划；步骤三，障碍避让；步骤四，餐品递送；

其中上述步骤一中，服务员将餐品摆放到餐盘上，再将餐盘放置到托盘16的橡胶垫板17上，接着服务员通过触摸显示屏28开启升降电机6和导向电机7，驱动升降齿轮4和V型导向滚轮5旋转并沿着V型齿条导轨3进行滚动，进而驱动升降座8在V型齿条导轨3上进行移动，进而通过固定板9调节托盘16之间的距离，将尽可能多的餐品装载到机器人上，服务员再根据餐品桌位和餐品次序通过触摸显示屏28输入的送餐指令；

其中上述步骤二中，机器人接收到送餐指令，根据餐厅的三维空间数据模型、餐品桌位、餐品次序以及自身当前位置进行数据运算，生成一条预设路径，再开启旋转电机18，通过旋转轴19驱动万向底盘20进行旋转，同时开启驱动电机25，通过主动齿轮24转动从动齿轮23和驱动轴21，进而通过驱动轮22进行滚动，进而使机器人完成前进、后退和转弯等动作，沿着预设的快捷路径进行移动；

其中上述步骤三中，移动过程中机器人通过激光雷达26和双目深度相机27对餐厅内走动的顾客和移动的物体进行实时的位置观测，并对预设路径进行更新和优化，再通过前进、后退和转弯等动作进行及时的避让，并通过语音交互喇叭30提醒顾客注意；

其中上述步骤四中，当到达餐品桌位后，机器人通过语音交互喇叭30示意顾客在相应的托盘16上取餐，并与顾客进行有限的沟通或通过摄像头29帮助顾客进行拍照，服务结束后再前往下一个餐品桌位。

基于上述，本发明的优点在于，该发明使用时，先将餐品摆放到餐盘上，并将餐盘放置到托盘16的橡胶垫板17上，再通过触摸显示屏28开启升降电机6和导向电机7，驱动升降齿轮4和V型导向滚轮5旋转并沿着V型齿条导轨3进行滚动，进而驱动升降座8在V型齿条导轨3上进行移动，进而通过固定板9调节托盘16之间的距离，将尽可能多的餐品装载到机器人上，并根据餐品桌位和餐品次序通过触摸显示屏28输入的送餐指令，接着机器人根据餐厅的三维空间数据模型、餐品桌位、餐品次序以及自身当前位置进行数据运算，生成一条预设路径，并开启旋转电机18，通过旋转轴19驱动万向底盘20进行旋转，同时开启驱动电机25，通过主动齿轮24转动从动齿轮23和驱动轴21，进而通过驱动轮22进行滚动，进而使机器人完成前进、后退和转弯等动作，沿着预设的快捷路径进行移动，再通过激光雷达26和双目深度相机27对餐厅内走动的顾客和移动的物体进行实时的位置观测，对预设路径进行更新和优化，并通过前进、后退和转弯等动作进行及时的避让，通过语音交互喇叭30提醒顾客注意，到达餐品桌位后再通过语音交互喇叭30示意顾客在相应的托盘16上取餐，并与顾客进行有限的沟通或通过摄像头29帮助顾客进行拍照，服务结束后再前往下一个餐品桌位，采用双驱结构设计，使机器人送餐时可随意调整方向，易于避让障碍，且行进过程中可反向倒退，防止机器人与走动中的顾客发生碰撞，减少了人员和机器人的不必要损伤，提高了机器人的安全性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能送餐机器人，包括机器人主体（1）、悬架（2）、V型齿条导轨（3）、升降齿轮（4）、V型导向滚轮（5）、升降电机（6）、导向电机（7）、升降座（8）、固定板（9）、定位孔（10）、定位柱（11）、限位槽（12）、限位块（13）、锁紧螺孔（14）、锁紧螺钉（15）、托盘（16）、橡胶垫板（17）、旋转电机（18）、旋转轴（19）、万向底盘（20）、驱动轴（21）、驱动轮（22）、从动齿轮（23）、主动齿轮（24）、驱动电机（25）、激光雷达（26）、双目深度相机（27）、触摸显示屏（28）、摄像头（29）、语音交互喇叭（30）和橡胶垫片（31），其特征在于：所述机器人主体（1）顶部的两侧与悬架（2）底部的两侧固定连接，所述悬架（2）内壁的两侧对称固定嵌装有V型齿条导轨（3），所述V型齿条导轨（3）的齿条齿廓和V型条分别与若干个升降齿轮（4）的齿廓和V型导向滚轮（5）的外圆周啮合，所述升降齿轮（4）和V型导向滚轮（5）分别固定套接在升降电机（6）和导向电机（7）的输出端上，所述升降电机（6）和导向电机（7）分别固定嵌装在升降座（8）一侧的两端，所述升降座（8）另一侧的底端与固定板（9）的侧面固定连接，所述固定板（9）的顶部通过定位孔（10）、定位柱（11）、限位槽（12）、限位块（13）、锁紧螺孔（14）和锁紧螺钉（15）分别与托盘（16）底部的两侧固定连接，所述托盘（16）顶部的中心固定嵌装有橡胶垫板（17）；所述机器人主体（1）底部的中心固定嵌装有旋转电机（18），所述旋转电机（18）的输出端与旋转轴（19）的一端固定连接，所述旋转轴（19）的另一端与万向底盘（20）顶部的中心固定套接，所述万向底盘（20）顶部的两侧通过滚珠轴承分别固定嵌装有驱动轴（21），所述驱动轴（21）的两端均固定套接有驱动轮（22），且驱动轴（21）的中段固定套接有从动齿轮（23），所述从动齿轮（23）的齿廓与主动齿轮（24）的齿廓啮合，所述主动齿轮（24）固定套接在驱动电机（25）的输出端上，所述驱动电机（25）固定嵌装在万向底盘（20）顶部的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种智能送餐机器人，其特征在于：所述万向底盘（20）活动嵌装在机器人主体（1）底部的中心，所述机器人主体（1）四侧的中心均设置有激光雷达（26）。

3.根据权利要求1所述的一种智能送餐机器人，其特征在于：所述悬架（2）正面的顶端分别设置有双目深度相机（27）、触摸显示屏（28）和摄像头（29），且悬架（2）两侧的顶端均设置有语音交互喇叭（30）。

4.根据权利要求1所述的一种智能送餐机器人，其特征在于：所述定位孔（10）分别开设在固定板（9）顶部的两侧，且定位孔（10）的内部嵌装有定位柱（11），所述定位柱（11）分别设置在托盘（16）底部的两侧。

5.根据权利要求1所述的一种智能送餐机器人，其特征在于：所述限位槽（12）开设在固定板（9）顶部的中心，且限位槽（12）的内部嵌装有限位块（13），所述限位块（13）分别设置在托盘（16）底部的两侧。

6.根据权利要求1所述的一种智能送餐机器人，其特征在于：所述锁紧螺孔（14）分别开设在固定板（9）和限位块（13）的底部中心，且锁紧螺孔（14）的内部嵌装有锁紧螺钉（15）。

7.根据权利要求1所述的一种智能送餐机器人，其特征在于：所述固定板（9）顶部的另外两侧均固定嵌装有橡胶垫片（31），所述橡胶垫片（31）的顶部分别与托盘（16）底部的两侧相接触，所述托盘（16）的两侧均与升降座（8）另一侧的顶端相接触。

8.如权利要求1所述的一种智能送餐机器人的路径规划方法，包括以下步骤：步骤一，餐品装载；步骤二，路径规划；步骤三，障碍避让；步骤四，餐品递送；其特征在于：

其中上述步骤一中，服务员将餐品摆放到餐盘上，再将餐盘放置到托盘（16）的橡胶垫板（17）上，接着服务员通过触摸显示屏（28）开启升降电机（6）和导向电机（7），驱动升降齿轮（4）和V型导向滚轮（5）旋转并沿着V型齿条导轨（3）进行滚动，进而驱动升降座（8）在V型齿条导轨（3）上进行移动，进而通过固定板（9）调节托盘（16）之间的距离，将尽可能多的餐品装载到机器人上，服务员再根据餐品桌位和餐品次序通过触摸显示屏（28）输入的送餐指令；

其中上述步骤二中，机器人接收到送餐指令，根据餐厅的三维空间数据模型、餐品桌位、餐品次序以及自身当前位置进行数据运算，生成一条预设路径，再开启旋转电机（18），通过旋转轴（19）驱动万向底盘（20）进行旋转，同时开启驱动电机（25），通过主动齿轮（24）转动从动齿轮（23）和驱动轴（21），进而通过驱动轮（22）进行滚动，进而使机器人完成前进、后退和转弯动作，沿着预设的快捷路径进行移动；

其中上述步骤三中，移动过程中机器人通过激光雷达（26）和双目深度相机（27）对餐厅内走动的顾客和移动的物体进行实时的位置观测，并对预设路径进行更新和优化，再通过前进、后退和转弯动作进行及时的避让，并通过语音交互喇叭（30）提醒顾客注意；

其中上述步骤四中，当到达餐品桌位后，机器人通过语音交互喇叭（30）示意顾客在相应的托盘（16）上取餐，并与顾客进行有限的沟通或通过摄像头（29）帮助顾客进行拍照，服务结束后再前往下一个餐品桌位。

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