CN114067658A - 一种咖啡拉花示教系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于咖啡自动制作技术领域，提供了一种咖啡拉花示教系统，包括上位机、示教杯及与上位机电连接的动作捕捉设备；设置两个示教杯，包括示教咖啡杯和示教拉花缸，在示教杯的杯身上设置至少三个标识物，底部设置刚体标记点，标识物能够被动作捕捉设备所感应，让动作捕捉设备在示教杯绕刚体标记点旋转时获取各标识物的点位数据，由上位机根据点位数据确定示教杯的位置信息和姿态信息以完成示教杯标定，由动作捕捉设备在拉花时捕捉示教咖啡杯和示教拉花缸上各个标识物的动作，上位机根据捕捉的标识物动作生成示教杯的轨迹。通过本申请的咖啡拉花示教系统可准确记录咖啡师的双手拉花轨迹，有利于实现咖啡拉花的自动化。

Description

一种咖啡拉花示教系统

技术领域

本申请属于咖啡自动制作技术领域，更具体地说，是涉及一种咖啡拉花示教系统。

背景技术

目前，自动售货领域最为常见的是零食饮料自动售货机，现场制作饮料的自动售货机典型代表为橙汁自动售货机，自动饮料售货机在各种使用场合下，如在学校、医院、大型商场、各种公共场所等场合下显示出便利、高效的特性，深受用户喜爱。在众多饮用品中，咖啡成为当下年轻人最喜爱的饮品之一，然而，当前的咖啡售卖方式大多为咖啡师现场调制，咖啡制作过程完全依赖于咖啡师，咖啡师状态的好坏直接影响当次所制作的咖啡的质量，因此，难以制作出质量稳定的咖啡。自助咖啡系统可以根据系统设定的指令，制作出质量稳定的咖啡，因此也具有很大的市场潜力。而自助咖啡系统要实现咖啡的自动制作且能够根据需要制作出对应的咖啡花型，则需要通过模拟咖啡师制作对应花型时双手的轨迹才能实现，因此，就需要有一套专门用于准确记录咖啡师双手拉花轨迹的装置或设备以有利于实现咖啡拉花的自动化。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种咖啡拉花示教系统，有利于实现咖啡拉花的自动化。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种咖啡拉花示教系统，包括：上位机、示教杯及与所述上位机电连接的动作捕捉设备；所述示教杯的杯身上设有至少三个标识物，所述示教杯的底部设置有刚体标记点，所述动作捕捉设备在所述示教杯绕所述刚体标记点旋转时感应所述示教杯上的各个标识物并获取各个所述标识物的点位数据，所述上位机根据所述点位数据确定示教杯的位置信息和姿态信息以完成示教杯标定，所述动作捕捉设备在拉花时捕捉所述示教杯上的各个标识物的动作，所述上位机基于所述动作捕捉设备对所述示教杯上的各个标识物动作捕捉生成所述示教杯的轨迹，所述示教杯的数量为两个，两个所述示教杯的其中一个为示教咖啡杯，两个所述示教杯中的另外一个为示教拉花缸。

可选地，所述示教杯的底部设置具有尖端的杆体，所述尖端为所述刚体标记点，所述杆体轴线与所述示教杯的中心轴线重叠或平行。

可选地，所述标识物的数量为三个，三个所述标识物不共线。

可选地，所述标识物的数量为至少四个，至少四个所述标识物中每三个所述标识物不共线且每四个所述标识物不共面。

可选地，所述动作捕捉设备包括红外摄像头，所述标识物为反光球，所述反光球反射所述红外摄像头发出的红外线。

可选地，所述反光球布设于所述示教杯的同侧外壁上，所述动作捕捉设备与所述示教杯布设有所述反光球的一侧面相对设置，以使所述反光球均能反射所述红外摄像头发出的红外线。

可选地，所述反光球布设于所述示教杯的四周外壁上，多个所述动作捕捉设备围绕所述示教杯的四周设置以使所述反光球均能反射所述红外摄像头发出的红外线。

可选地，所述动作捕捉设备为红外相机，所述红外相机包括多个所述红外摄像头。

可选地，所述咖啡拉花示教系统还包括示教台，所述动作捕捉设备通过支架安装于所述示教台的台面之上，且所述示教杯处于所述动作捕捉设备的视野范围之内。

可选地，所述咖啡拉花示教系统还包括显示器，所述显示器与所述上位机电连接用于显示所述动作捕捉设备所捕捉的视野信息。

本申请提供的咖啡拉花示教系统的有益效果在于：本申请的咖啡拉花示教系统包括上位机、示教杯及与上位机电连接的动作捕捉设备；设置两个示教杯用于咖啡师示教，其中一个为示教咖啡杯，另外一个为示教拉花缸，在示教杯的杯身上设置至少三个标识物，各个标识物能够被动作捕捉设备所感应，再在示教杯的底部设置刚体标记点，让动作捕捉设备在示教杯绕刚体标记点旋转时感应示教杯上的各个标识物并获取各个标识物的点位数据，进而由上位机根据点位数据确定示教杯的位置信息和姿态信息以完成示教杯标定，在基于标识物和动作捕捉设备完成对示教杯的标记后，再由动作捕捉设备在拉花时捕捉示教咖啡杯和示教拉花缸上的各个标识物的动作，上位机基于动作捕捉设备对示教杯上的各个标识物动作捕捉生成示教杯的轨迹。通过本申请的上述咖啡拉花示教系统可准确记录咖啡师的双手拉花轨迹，为实现咖啡拉花的自动化提供了基础，有利于实现咖啡拉花的自动化。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的咖啡拉花示教系统的整体结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的示教咖啡杯的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的示教拉花缸的结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的标识物在示教咖啡杯上的布设结构示意图。

1、上位机；2、示教咖啡杯；21、标识物；22、刚体标记点；3、示教拉花缸；4、动作捕捉设备；41、红外摄像头；42、支架；5、示教台；6、显示器。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本申请实施例提供的咖啡拉花示教系统进行说明，本申请的咖啡拉花系统主要用于准确记录咖啡师双手拉花时的运动轨迹，以供自助咖啡系统模拟该运动轨迹，进而实现咖啡拉花的自动化。

请一并参阅图1、图2以及图3，本实施例的咖啡拉花示教系统包括上位机1、示教杯及与上位机1电连接的动作捕捉设备4；示教杯的杯身上设有至少三个标识物21，示教杯的底部设置有刚体标记点22，动作捕捉设备4在示教杯绕刚体标记点22旋转时感应示教杯上的各个标识物21并获取各个标识物21的点位数据，上位机1根据点位数据确定示教杯的位置信息和姿态信息以完成示教杯标定，动作捕捉设备4在拉花时捕捉示教杯上的各个标识物21的动作，上位机1基于动作捕捉设备4对示教杯上的各个标识物21动作捕捉生成示教杯的轨迹，示教杯的数量为两个，两个示教杯的其中一个为示教咖啡杯2，两个示教杯中的另外一个为示教拉花缸3。

具体地，参阅图1，本实施例中，示教杯的数量为两个，两个示教杯的其中一个为示教咖啡杯2，另外一个为示教拉花缸3，示教杯的具体形状不作限定，如可以是常见的圆形的、横截面由下至上逐渐增大的咖啡杯，或者也可以是方形的或者其它形状的杯子。

参阅图2，示教杯的杯身上设置的标识物21的数量必须确保至少三个，标识物21可以是任何能够被动作捕捉设备4所感应的物体，如反光球、反光标签等等。示教杯的底部设置有刚体标记点22使得示教杯能够绕该刚体标记点22旋转，在示教杯绕刚体标记点22旋转时，动作捕捉设备4通过感应示教杯上的各个标识物21来获取各个标识物21的点位数据，由于动作捕捉设备4与上位机1电连接，因此上位机1能够获取动作捕捉设备4的点位数据，上位机1再根据点位数据确定示教杯的位置信息和姿态信息，从而完成示教杯标定，示教咖啡杯2和示教拉花缸3采用同样的原理可完成标定。

采用本实施例的示教系统示教时，由咖啡师手持装有咖啡的示教咖啡杯2和装有奶泡的示教拉花缸3，在动作捕捉设备4下进行某种花型的拉花示教，动作捕捉设备4捕捉示教咖啡杯2和示教拉花缸3上的各个标识物21的动作，上位机1基于动作捕捉设备4对示教杯上的各个标识物21动作捕捉生成两个示教杯的轨迹，从而完成咖啡拉花示教过程。

自助咖啡系统可通过模拟示教系统得到的两个示教杯的轨迹来实现自动制作咖啡。

本申请提供的咖啡拉花示教系统通过示教杯、动作捕捉设备4以及上位机1的相互配合，可以准确记录咖啡师制作某种花型时双手的拉花轨迹，记录的拉花轨迹可提供给自助咖啡系统以供模拟，进而能够实现咖啡拉花的自动化，咖啡拉花示教系统结构简单，记录准确，为实现咖啡拉花自动化垫定了基础。

在本申请另一个实施例中，请参阅图2、图3，示教杯的底部设置具有尖端的杆体，尖端为刚体标记点22，杆体轴线与示教杯的中心轴线重叠或平行。

具体地，本实施例中，示教杯底部通过设置一具有尖端的杆体来作为刚体标记点22，具有尖端的杆体，如可以是螺钉或其它类似形状的杆体，杆体固定于示教杯的底部，可以通过胶粘的方式进行固定。优选地，杆体在安装时与示教杯的中心轴线重叠，例如，当示教杯为圆柱形杯体时，杆体优选安装在底端面的圆心位置，且沿杯体的轴线向底端面凸出，此时，杯体可绕杆体稳定地旋转，有利于进行示教杯的标定。可选地，杆体在安装时与示教杯的中心轴线平行，此时，示教杯绕杆体旋转，也能完成示教杯的标定。示教咖啡杯2与示教拉花缸3依据同样的方式在底部设置同样的刚体标记点22。

在本申请另一个实施例中，请参阅图2、图3，标识物21的数量为三个，三个标识物21不共线。

具体地，本实施例中，示教杯上的标识物21数量为三个，三个标识物21在示教杯上布设时，需要确保其不在同一条直线上，这样，动作捕捉设备4在通过标识物21进行示教杯标定以及进行拉花轨迹捕捉时，才能形成一个三维坐标系，标识物21之间不会相互遮挡，从而有利于完整地获取示教杯的位置信息和姿态信息，最终完成示教杯的标定以及拉花轨迹的捕捉。

在本申请另一个实施例中，请参阅图4，标识物21的数量为至少四个，至少四个标识物21中每三个标识物21不共线且每四个标识物21不共面。

具体地，本实施例中，示教杯上的标识物21的数量为至少四个，如可以是四个标识物21，也可以是多个标识物21。当标识物21数量为四个时，四个标识物21在示教杯上布设时，需要确保每三个标识物21不在同一条直线上，且每四个标识物21不在同一平面上，这样，动作捕捉设备4在通过标识物21进行示教杯标定以及进行拉花轨迹捕捉时，才能形成一个三维坐标系，标识物21之间不会相互遮挡，从而有利于完整地获取示教杯的位置信息和姿态信息，最终完成示教杯的标定以及拉花轨迹的捕捉。示教咖啡杯2与示教拉花缸3依据同样的方式进行标识物21的布设。

四个标识物21或者更多个标识物21布设于示教杯上，标识物21的数量增多，可有利于动作捕捉设备4快速、准确地获取完整的示教杯的位置信息和姿态信息。

在本申请另一个实施例中，请参阅图1、图2以及图3，动作捕捉设备4包括红外摄像头41，标识物21为反光球，反光球反射红外摄像头41发出的红外线。

具体地，本实施例中，示教杯上的标识物21可选用反光球，如可选用红外反光球(即表面涂覆有红外反光材料的球体)，相应地，动作捕捉设备4包括红外摄像头41，反光球可以反射红外摄像头41发出的红外光线，红外摄像头41通过捕捉反光球反射回的红外光线，即可识别反光球的位置信息，通过捕捉布设于示教杯杯体上的三个以上反光球从不同角度反射回的红外光线，获得每个反光球的点位数据，再由上位机1根据点位数据确定示教杯的位置信息和姿态信息，以完成示教杯标定以及完成拉花轨迹的生成。

在本申请另一个实施例中，请参阅图2、图3，反光球布设于示教杯的同侧外壁上，动作捕捉设备4与示教杯布设有反光球的一侧面相对设置，以使反光球均能反射红外摄像头41发出的红外线。

具体地，本实施例中，以示教杯的中心轴线所在平面为界限将示教杯分为两半，反光球布设于示教杯的同侧外壁上，即布设于示教杯的一半外壁上。对应地，将动作捕捉设备4与示教杯布设有反光球的一侧面相对设置，使得反光球全部处于动作捕捉设备4的视野范围之内，且反光球之间不会相互遮挡，即所有反光球均能反射动作捕捉设备4所发出的红外线，动作捕捉设备4可根据每一个反光球返回的红外线获取到每一个反光球的点位数据信息，进而能够获得完整的示教杯的位置信息和姿态信息，以有利于获取到完整的示教拉花轨迹。

在本申请另一个实施例中，请参阅图4，反光球布设于示教杯的四周外壁上，多个动作捕捉设备4围绕示教杯的四周设置以使反光球均能反射红外摄像头41发出的红外线。

具体地，本实施例中，可将反光球布设于示教杯的四周外壁上，多个反光球围绕示教杯的四周侧壁布设，对应地，为了获取到多个反光球的点位数据，对应于示教杯的四周，设置多个动作捕捉设备4，使得所有反光球全部处于动作捕捉设备4的视野范围之内，且反光球之间不会相互遮挡，即所有反光球均能反射动作捕捉设备4所发出的红外线，动作捕捉设备4可根据每一个反光球返回的红外线获取到每一个反光球的点位数据信息，进而能够获得完整的示教杯的位置信息和姿态信息，以有利于获取到完整的示教拉花轨迹。

在本申请另一个实施例中，请参阅图1，动作捕捉设备4为红外相机，红外相机包括多个红外摄像头41。

具体地，本实施例中，动作捕捉设备4选择常用的红外相机，优选地，可选择工业红外相机。红外相机包括多个红外摄像头41，多个红外摄像头41可有利于从不同角度不同位置获取到示教杯标识物21的点位数据。在实际的示教过程中，可根据需要灵活选用相机的型号和种类，以及可以灵活地设置相机的安装位置，确保能够准确、快速、完整地获取到示教杯上标识物21的点位数据。

在本申请另一个实施例中，请参阅图1，咖啡拉花示教系统还包括示教台5，动作捕捉设备4通过支架42安装于示教台5的台面之上，且示教杯处于动作捕捉设备4的视野范围之内。

具体地，本实施例中，示教台5提供安装载体，可以将示教所用到的设备安装于示教台5上，方便咖啡师操作，也方便整个示教过程的进行。其中，将动作捕捉设备4通过支架42安装于示教台5的台面之上，例如，可安装于示教咖啡师的正前方，与咖啡师相对设置，使得示教杯能够完全处于动作捕捉设备4的视野范围之内。示教所用到的上位机1可安装于示教台5的台面下方。示教台5可优选与即将导入示教数据的自助咖啡系统的操作台面相一致，从而有利于数据的更好匹配。在正式示教时，咖啡师可站立于示教台5的前方、面对动作捕捉设备4、双手处于示教台5的台面上，并持示教咖啡杯2和示教拉花缸3进行示教。

在本申请另一个实施例中，请参阅图1，咖啡拉花示教系统还包括显示器6，显示器6与上位机1电连接用于显示动作捕捉设备4所捕捉的视野信息。

具体地，本实施例中，显示器6与上位机1电连接，动作捕捉设备4所捕捉的视野信息可清晰地通过显示器6进行显示，以方便工作人员查看拉花轨迹捕捉过程是否正常，如存在异常可及时进行调整。

下面基于以上实施方式对基于该咖啡拉花示教系统生成咖啡杯轨迹和拉花缸轨迹的过程进行说明(以自助咖啡系统是通过机械臂来自动制作咖啡为例)：

1)将动作捕捉设备4固定设置在某一位置，以确保在咖啡师利用示教咖啡杯2和示教拉花缸3进行拉花的过程中，示教咖啡杯2和示教拉花缸3均暴露在动作捕捉设备4的视野下。

2)基于示教咖啡杯2的工具标定：在动作捕捉设备4的视野下，将设有反光球的示教咖啡杯2绕着刚体标记点22进行旋转，动作捕捉设备4采集不同姿态下的示教咖啡杯2上各个反光球位置，以此建立一个位于示教咖啡杯2的工具坐标系，用以描述示教咖啡杯2的刚体标记点22在动作捕捉设备4的图像坐标系中的位置和姿态。

3)基于示教拉花缸3的工具标定：在动作捕捉设备4的视野下，将设有反光球的示教拉花缸3绕着刚体标记点22进行旋转，动作捕捉设备4采集不同姿态下的示教拉花缸3上各个反光球位置，以此建立一个位于示教拉花缸3的工具坐标系，用以描述示教拉花缸3的刚体标记点22在动作捕捉设备4的基坐标系中的位置和姿态。

4)由咖啡师手持装有咖啡的示教咖啡杯2和装有奶泡的示教拉花缸3，在动作捕捉设备4下进行某种花型的拉花示教(示教过程中尽量避免杯上的反光球被遮挡)，上位机1通过动作捕捉设备4获得对应于该花型的示教咖啡杯2点位数据和示教拉花缸3点位数据，之后分别对示教咖啡杯2点位数据和示教拉花缸3点位数据进行滤波、拟合处理，并将处理后的轨迹转换到自助咖啡系统的机械臂基坐标系下，得到对应于该花型的咖啡杯轨迹和拉花缸轨迹，存入拉花示教库中。

如4)中描述，经过滤波、拟合处理后的轨迹是需要转换到对应机械臂坐标系下，才可得到对应于该花型的咖啡杯轨迹和拉花缸轨迹。因为，动作捕捉设备4获得的示教咖啡杯2点位数据和示教拉花缸3点位数据是基于动作捕捉设备4的图像坐标系建立，而机械臂拉花时的运动轨迹是基于机械臂的基坐标系建立，因此需要预先获得动作捕捉设备4与对应机械臂之间的坐标转换关系。这个坐标转换关系可以是预先标定的，并且在后续的咖啡拉花示教过程和咖啡制作过程中，咖啡杯和拉花缸在各自机械臂末端的位置也固定不变，且示教咖啡杯2与咖啡杯的尺寸保持不变或大致保持不变，示教拉花缸3与拉花缸的尺寸也保持不变或大致保持不变。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种咖啡拉花示教系统，其特征在于，包括上位机、示教杯及与所述上位机电连接的动作捕捉设备；所述示教杯的杯身上设有至少三个标识物，所述示教杯的底部设置有刚体标记点，所述动作捕捉设备在所述示教杯绕所述刚体标记点旋转时感应所述示教杯上的各个标识物并获取各个所述标识物的点位数据，所述上位机根据所述点位数据确定示教杯的位置信息和姿态信息以完成示教杯标定，所述动作捕捉设备在拉花时捕捉所述示教杯上的各个标识物的动作，所述上位机基于所述动作捕捉设备对所述示教杯上的各个标识物动作捕捉生成所述示教杯的轨迹，所述示教杯的数量为两个，两个所述示教杯的其中一个为示教咖啡杯，两个所述示教杯中的另外一个为示教拉花缸。

2.如权利要求1所述的咖啡拉花示教系统，其特征在于，所述示教杯的底部设置具有尖端的杆体，所述尖端为所述刚体标记点，所述杆体轴线与所述示教杯的中心轴线重叠或平行。

3.如权利要求1所述的咖啡拉花示教系统，其特征在于，所述标识物的数量为三个，三个所述标识物不共线。

4.如权利要求1所述的咖啡拉花示教系统，其特征在于，所述标识物的数量为至少四个，至少四个所述标识物中每三个所述标识物不共线且每四个所述标识物不共面。

5.如权利要求1所述的咖啡拉花示教系统，其特征在于，所述动作捕捉设备包括红外摄像头，所述标识物为反光球，所述反光球反射所述红外摄像头发出的红外线。

6.如权利要求5所述的咖啡拉花示教系统，其特征在于，所述反光球布设于所述示教杯的同侧外壁上，所述动作捕捉设备与所述示教杯布设有所述反光球的一侧面相对设置，以使所述反光球均能反射所述红外摄像头发出的红外线。

7.如权利要求5所述的咖啡拉花示教系统，其特征在于，所述反光球布设于所述示教杯的四周外壁上，多个所述动作捕捉设备围绕所述示教杯的四周设置以使所述反光球均能反射所述红外摄像头发出的红外线。

8.如权利要求5所述的咖啡拉花示教系统，其特征在于，所述动作捕捉设备为红外相机，所述红外相机包括多个所述红外摄像头。

9.如权利要求1至8任一项所述的咖啡拉花示教系统，其特征在于，所述咖啡拉花示教系统还包括示教台，所述动作捕捉设备通过支架安装于所述示教台的台面之上，且所述示教杯处于所述动作捕捉设备的视野范围之内。

10.如权利要求1至8任一项所述的咖啡拉花示教系统，其特征在于，所述咖啡拉花示教系统还包括显示器，所述显示器与所述上位机电连接用于显示所述动作捕捉设备所捕捉的视野信息。

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