CN113077583A - 一种取餐装置、盒饭售卖设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械设备领域，提供了一种取餐装置、盒饭售卖设备及其控制方法。其中，该取餐装置包括行走机构、旋转机构和取餐末端；所述行走机构包括水平支撑轴、垂直支撑轴和驱动模块；所述旋转机构设置在垂直支撑轴上，所述取餐末端设置在旋转机构上；所述旋转机构用于带动取餐末端绕垂直支撑轴做旋转运动，所述驱动模块用于驱动垂直支撑轴沿水平支撑轴运动从而带动取餐末端做水平运动，还用于同步驱动垂直支撑轴沿水平支撑轴运动及旋转机构沿垂直支撑轴运动从而实现取餐末端斜向运动，以增大取餐末端的取餐范围及提高取餐速度。

Description

一种取餐装置、盒饭售卖设备及其控制方法

技术领域

本发明属于机械设备领域，尤其涉及一种取餐装置、盒饭售卖设备及其控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

盒饭售卖设备是随着人们工作生活节奏加快，在办公楼、学校、机场、火车站等都有很高的需求，但发明人发现，现有的盒饭售卖设备机械手存在精度低、安装复杂、对售饭机柜体精度要求高、大而笨重、故障率高等缺点，影响售饭机取货且影响存货量。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种取餐装置、盒饭售卖设备及其控制方法，其可以使得取餐机械手增加取货范围、增加有效范围内盒饭储量、提高取货精度、大大降低取饭故障率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供一种取餐装置，其包括行走机构、旋转机构和取餐末端；所述行走机构包括水平支撑轴、垂直支撑轴和驱动模块；所述旋转机构设置在垂直支撑轴上，所述取餐末端设置在旋转机构上；所述旋转机构用于带动取餐末端绕垂直支撑轴做旋转运动，所述驱动模块用于驱动垂直支撑轴沿水平支撑轴运动从而带动取餐末端做水平运动，还用于同步驱动垂直支撑轴沿水平支撑轴运动及旋转机构沿垂直支撑轴运动从而实现取餐末端斜向运动，以增大取餐末端的取餐范围及提高取餐速度。

作为一种实施方式，所述旋转机构包括旋转支撑轴，所述取餐末端设置在旋转支撑轴上。

作为一种实施方式，所述旋转机构还包括设在旋转支撑轴上的旋转驱动模块和轴向驱动模块，旋转驱动模块用于驱动取餐末端绕垂直支撑轴旋转运动，轴向驱动模块用于驱动取餐末端沿旋转支撑轴运动。

作为一种实施方式，所述旋转支撑轴为导轨。

作为一种实施方式，所述取餐末端安装有货叉。

作为一种实施方式，所述货叉上还安装有检测传感器，其用于检测餐盒品类、数量和位置并传送至控制机构，所述控制机构与驱动模块相连。

作为一种实施方式，所述水平支撑轴安装在垂直支撑轴两端，且水平支撑轴和垂直支撑轴均为导轨结构。

作为一种实施方式，所述驱动模块包括同步带辅助轮装置、同步带和驱动电机，所述同步带辅助轮装置设置在水平支撑轴上，同步带沿垂直支撑轴连接两端的同步带辅助轮装置，驱动电机用于驱动同步带辅助轮装置转动。

本发明的第二方面提供一种如上述所述的取餐装置的控制方法，其包括：

根据取餐位置来控制取餐末端绕垂直支撑轴做旋转运动，以调整取餐末端的方位，使得取餐末端与取餐位置位于正相对或斜相对位置；

若取餐末端与取餐位置位于正相对位置，则控制垂直支撑轴沿水平支撑轴运动从而带动取餐末端做水平运动，以完成取餐操作；

若取餐末端与取餐位置位于斜相对位置，则同步控制垂直支撑轴沿水平支撑轴运动及旋转机构沿垂直支撑轴运动从而实现取餐末端斜向运动，以完成取餐操作。

本发明的第三方面提供一种盒饭售卖设备，其包括如上述所述的取餐装置。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的垂直支撑轴可沿水平支撑轴运动，而且垂直支撑轴沿水平支撑轴运动及旋转机构沿垂直支撑轴运动可同步运动，实现了取餐末端斜向运动，增大了取餐末端的取餐范围，提高了取餐速度；

(2)本发明的取餐装置解决了传统盒饭售卖机取餐机械手无法伸出主动取餐，可以取代传统盒饭售卖机中大量的动力货道，从而降低设备成本，增加设备的适用性。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的取餐装置结构示意图；

图2是本发明实施例的水平支撑轴结构示意图；

图3是本发明实施例的取餐末端结构示意图。

其中，1、第一水平支撑轴；2、垂直支撑轴；3、取餐末端；4、第二水平支撑轴；5、传动同步带；1-1、水平支撑轴型材；1-2、伺服驱动装置；1-3、同步带辅助轮装置；1-4、导轨模组；1-5、惰轮模组；3-1、导轨；3-2、旋转电机；3-3、货叉；3-4、盒饭；3-5、齿条装置；3-6、轴向驱动电机；3-7、检测传感器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

参照图1-图3，本实施例的取餐装置，其包括行走机构、旋转机构和取餐末端3；所述行走机构包括水平支撑轴、垂直支撑轴2和驱动模块；所述旋转机构设置在垂直支撑轴2上，所述取餐末端3设置在旋转机构上；所述旋转机构用于带动取餐末端3绕垂直支撑轴做旋转运动，所述驱动模块用于驱动垂直支撑轴2沿水平支撑轴运动从而带动取餐末端3做水平运动，还用于同步驱动垂直支撑轴2沿水平支撑轴运动及旋转机构沿垂直支撑轴运动从而实现取餐末端3斜向运动，以增大取餐末端的取餐范围及提高取餐速度。

如图3所示，所述旋转机构包括旋转支撑轴，所述取餐末端3设置在旋转支撑轴上。所述旋转机构还包括设在旋转支撑轴上的旋转驱动模块(如图3所示的旋转电机3-2)和轴向驱动模块(如图3所示的轴向驱动电机3-6)，旋转驱动模块用于驱动取餐末端绕垂直支撑轴旋转运动，轴向驱动模块用于驱动取餐末端沿旋转支撑轴运动。

在具体实施中，所述旋转支撑轴为导轨。

如图3所示，所述取餐末端安装有货叉3-3。所述货叉3-3上还安装有检测传感器3-7，其用于检测餐盒品类、数量和位置，以便于提醒配餐人员及时补餐。另外检测传感器3-7还兼具检测取餐机械手是否取餐成功。

其中，检测传感器3-7是一种漫反射传感器，当传感器前方450mm内有物体时，传感器会反馈24V的电压信号，餐盒距传感器的距离为300mm。开始检测，机械手从上到下运动，当传感器有反馈信号时，统计餐盒数量，再根据电机的编码器数值，计算器餐盒当前所在的位置坐标。其中，检测餐盒品类在盒饭上粘贴条形码或二维码，并结合扫码器识别餐盒品类，扫码器可安装在取餐末端下方，作为选配件。扫码器的读码识别率为98％左右，无法只单纯利用扫码器识别品类、数量、位置，需要与检测传感器3-7信号融合，达到100％的识别率。

因货叉3-3相对于传统盒饭售卖机取餐装置更为轻薄，可以使取餐时盒饭之间上下间隙更小，从而大大提高集成箱体内盒饭数量，相比传统盒饭售卖机增加50％。

如图1所示，所述水平支撑轴安装在垂直支撑轴两端，且水平支撑轴和垂直支撑轴均为导轨结构。比如第一水平支撑轴1和第二水平支撑轴4分别安装在垂直支撑轴2两端。

如图2所示，所述驱动模块包括同步带辅助轮装置1-3、同步带和驱动电机1-2，所述同步带辅助轮装置1-3设置在水平支撑轴上，同步带沿垂直支撑轴2连接两端的同步带辅助轮装置1-3，伺服驱动装置1-2用于驱动同步带辅助轮装置1-3转动。

在具体实施中，水平支撑轴上分别各设置一组伺服驱动装置1-2、惰轮模组1-5、一组同步带辅助轮组1-3，每组有两个辅助轮，其中一条同步带由伺服驱动装置绕经同步带辅助轮组，然后经过惰轮模组，使所述同步带形成H形状。

在本实施例中，水平支撑轴和垂直支撑轴均为导轨结构，且水平支撑轴和垂直支撑轴上分别设置有第一滑块和第二滑块。通过控制器控制两个伺服电机驱动所述同步带运动，所述同步带带动所述第一滑块和第二滑块左右上下运动，从而实现取餐机械手移动调整，并配合取餐机械手完成取货操作。

其中两个伺服驱动电机的转速相同。当两个所述伺服驱动电机的转动方向一致时(如均为顺时针或逆时针)，所述同步带带动第二滑块左右移动，而第二滑块上的取餐末端方向保持不动，实现取餐末端左右移动定位；

其中两个伺服驱动电机的转动方向相反时(即相向运动)，所述同步带带动所述垂直支撑轴上的取餐末端上下移动，而所述第一滑块在其方向保持不动，实现取餐末端的上下移动定位；

其中两个伺服驱动电机中只有一个发生转动而另一个步进电机保持停止状态时，所述同步带带动所述取餐末端斜线X和Z方向联动，从而取餐末端斜向移动定位；其中两个伺服驱动电机的转速相同，但是其转速大小随着时间而改变时，同步带带动第一滑块和第二滑块的运动速度随时间而变化，从而可驱动取餐末端完成曲线运动。由于所述第一滑块和第二滑块的运动都是由两个伺服驱动电机共同控制的，其精度相比普通单轴控制可大幅提升。

对于取餐末端，旋转机构上还采用步进电机配合减速器增大力矩，由齿轮齿条3-5结构实现旋转机构的旋转支撑轴上的轴向方向移动定位，通过导轨3-1进行精确导向，可以实现较重盒饭取餐，并且保证旋转支撑轴上的轴向取餐精准度，当取餐后需要加热或出餐时，旋转电机3-2采用可通讯监控状态的云台电机进行转至90度位置，实现餐盒出餐或者微波加热操作，其优势是可以远程实现监控云台电机位置，监控取餐状态。如若旋转电机3-2未在系统预设位置，可及时发现货叉位置存在故障，以便于重置复位。

上述所述的取餐装置的控制方法，其具体包括如下过程：

根据取餐位置来控制取餐末端绕垂直支撑轴做旋转运动，以调整取餐末端的方位，使得取餐末端与取餐位置位于正相对或斜相对位置；

若取餐末端与取餐位置位于正相对位置，则控制垂直支撑轴沿水平支撑轴运动从而带动取餐末端做水平运动，以完成取餐操作；

若取餐末端与取餐位置位于斜相对位置，则同步控制垂直支撑轴沿水平支撑轴运动及旋转机构沿垂直支撑轴运动从而实现取餐末端斜向运动，以完成取餐操作。

在其他实施例中，还提供了一种盒饭售卖设备，其包括如上述所述的取餐装置。

在其他实施例中，盒饭售卖设备还包括开关电源、控制主板、加热系统、制冷系统组成。开关电源为系统提供24V直流电源；控制主板负责接收上位机指令，并根据指令控制运动装置完成相应动作，并实时监控系统状态；加热系统由一个完成的微波炉或PTC加热器构成，受主板控制，实现餐品加热或保温功能；制冷系统餐品的冷藏保存，由独立的控制器控制。

盒饭售卖设备的运行可分为四个过程，回原点、自检、库存盘点、取餐。售饭机系统通电后，取餐末端具有四个自由度，其中的每个自由度依次回原点，当触发到原点传感器(例如：NPN型接近开关，SN04-N)时停止当前自由度的运动，执行下一自由度回原点，直到所有回原完成。第一次回原完成后，取餐末端会以一个设定速度(一般小于30mm/s的速度，可避免过冲)再进行第二次回原点，保证回原的精准性。

两次回原点完成后，设备开始自检，通过获取系统中传感器的信息，分别检查取餐末端上、微波炉内、出餐口内是否有餐盒。该传感器可随着机械手运动，自检时，将传感器移动到待检测的位置，判断传感器是否有信号反馈，有则认为对应位置有餐盒。若有则将相应的餐盒放回原位置或是送出出餐口。执行该动作的过程主要解决取餐末端在运行过程中，系统突然断电所带来的异常情况。执行该动作的同时可检测出系统其它模块是否正常工作。

自检完成设备无异常状态，开始执行库存盘点程序。取餐末端上有安装一个检测传感器(比如：漫反射传感器)，机械手从上到下，从左到右，按Z字型路线对每个货架位置进行扫描，最终盘点出库存总数量和餐品所排放的位置，上传到上位机。完成库存扫描后，若无其他指令机械手回原点。

完成上述3个过程，控制系统进入待机状态。当收到上位机的取餐指令时，机械手开始动作，从货架上取餐，然后将餐品放入微波炉内加热，加热完成后再从微波炉内取出，送入取餐口，此时完成一个完整的取餐流程。若取餐完成30s内无其他指令，机械手回原点，否则执行相应指令。

取餐末端的关键是如何定位到餐盒位置、微波炉位置和出餐口位置。所有的位置采用坐标标定的方法，原点固定后，所有需要运动的位置相对原点都是固定的。在设备制造时事先标定好每个餐盒位置、微波炉和出餐口位置。一个售饭机的餐盒容量在100份左右，若对每个餐盒位置进行逐个标定，费事费力太过麻烦。每个餐盒之间的上下左右距离都固定，在标定好一个餐盒位置后，其他餐盒位置可通过简单的计算得出。微波炉和出餐口只需要标定几个简单位置便可。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种取餐装置，其特征在于，包括行走机构、旋转机构和取餐末端；所述行走机构包括水平支撑轴、垂直支撑轴和驱动模块；所述旋转机构设置在垂直支撑轴上，所述取餐末端设置在旋转机构上；所述旋转机构用于带动取餐末端绕垂直支撑轴做旋转运动，所述驱动模块用于驱动垂直支撑轴沿水平支撑轴运动从而带动取餐末端做水平运动，还用于同步驱动垂直支撑轴沿水平支撑轴运动及旋转机构沿垂直支撑轴运动从而实现取餐末端斜向运动，以增大取餐末端的取餐范围及提高取餐速度。

2.如权利要求1所述的取餐装置，其特征在于，所述旋转机构包括旋转支撑轴，所述取餐末端设置在旋转支撑轴上。

3.如权利要求2所述的取餐装置，其特征在于，所述旋转机构还包括设在旋转支撑轴上的旋转驱动模块和轴向驱动模块，旋转驱动模块用于驱动取餐末端绕垂直支撑轴旋转运动，轴向驱动模块用于驱动取餐末端沿旋转支撑轴运动。

4.如权利要求2所述的取餐装置，其特征在于，所述旋转支撑轴为导轨。

5.如权利要求1所述的取餐装置，其特征在于，所述取餐末端安装有货叉。

6.如权利要求5所述的取餐装置，其特征在于，所述货叉上还安装有检测传感器，其用于检测餐盒品类、数量和位置并传送至控制机构，所述控制机构与驱动模块相连。

7.如权利要求1所述的取餐装置，其特征在于，所述水平支撑轴安装在垂直支撑轴两端，且水平支撑轴和垂直支撑轴均为导轨结构。

8.如权利要求7所述的取餐装置，其特征在于，所述驱动模块包括同步带辅助轮装置、同步带和驱动电机，所述同步带辅助轮装置设置在水平支撑轴上，同步带沿垂直支撑轴连接两端的同步带辅助轮装置，驱动电机用于驱动同步带辅助轮装置转动。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的取餐装置的控制方法，其特征在于，包括：

根据取餐位置来控制取餐末端绕垂直支撑轴做旋转运动，以调整取餐末端的方位，使得取餐末端与取餐位置位于正相对或斜相对位置；

若取餐末端与取餐位置位于正相对位置，则控制垂直支撑轴沿水平支撑轴运动从而带动取餐末端做水平运动，以完成取餐操作；

若取餐末端与取餐位置位于斜相对位置，则同步控制垂直支撑轴沿水平支撑轴运动及旋转机构沿垂直支撑轴运动从而实现取餐末端斜向运动，以完成取餐操作。

10.一种盒饭售卖设备，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的取餐装置。

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