CN218698850U - 一种基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，该系统包括加工单元，所述加工单元包括：吧台主体，具有轴向上的第一端和第二端；每一相机组件的下方设有三自由度云台。本申请提供的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，加工单元通过增加同步带轨道增加咖啡机器人的运动自由度，可以横向大范围移动，从而实现吧台的多位置只有抓取物品。通过双目摄像头与深度摄像头的添加，可以实现随机位置物品识别，并且通过识别为机械臂提供物品位姿信号，机械臂可以依据程序进行位置调节，并且顺利抓取物品。另外，通过中央控制单元控制点餐单元、加工单元以及出餐单元协作，可以实现咖啡的自动售卖。

Description

一种基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及一种基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统。

背景技术

目前已有咖啡机器人，通常是使用机械臂进行编程控制。目前的咖啡机器人多采用固定式结构，但是，固定式结构的机械臂工作面有限，且受限于机械臂的工作半径与自身尺寸，难以抓取到机械臂附近的咖啡杯以及相应的水壶装置，也难以实现大范围内的餐具抓取与成品递送。

而且，目前的自动咖啡机器人采用固定编程路线进行运动，只能实现特定的动作，自主程度不高，一旦出现夹取物品不在预设位置的情况，咖啡机器人无法正常工作，需要有一定的人工干预进行操作，例如进行杯子以及水壶归位等。

另外，随着自助服务的兴起，现有技术中的咖啡机器人已经不能适应自助点餐等功能的需求。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统。

本实用新型提供了如下方案：

一种基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，包括：

加工单元，所述加工单元包括：

吧台主体，具有轴向上的第一端和第二端；

两组相机组件，分别安装在所述第一端和所述第二端的外侧，每一相机组件的下方设有三自由度云台，并分别通过相机支撑基座安装在高于所述吧台主体上表面的位置处；所述三自由度云台包括水平旋转方向电机、滚转方向电机、俯仰方向电机和相机组合固定装置，所述水平旋转方向电机安装在所述相机支撑基座上，其通过一S型旋转臂与所述滚转方向电机相连，所述滚转方向电机端部安装所述俯仰方向电机，所述俯仰方向电机端部连接所述相机组合固定装置，所述相机组合固定装置用于固定安装所述相机组件；

同步轨道，沿所述吧台主体的轴向方向设置于所述吧台主体的上表面一侧，所述同步轨道上设有一可沿所述同步轨道移动的滑块，所述同步轨道的一端设有一步进电机，用于控制所述滑块由所述同步轨道的一端移动至另一端；

机械臂，固定安装于所述滑块上；和

双指夹持装置，安装于所述机械臂的端部，用于夹持物品。

优选地：所述相机组件包括深度相机、双目相机以及用于安装所述深度相机和所述双目相机的相机组合外壳。

优选地：所述双指夹持装置包括：固定底座和主动指，所述主动指通过转轴设置在所述固定底座上，其数量为两个并相对设置，所述主动指由其内部舵机提供动力并可沿转轴进行旋转。

优选地：所述双指夹持装置还包括：从动指，所述从动指的数量为两个且分别安装在所述主动指的端部，所述从动指与所述主动指之间为弹性扭转连接。

优选地：两个所述从动指的相对侧以及两个所述主动指的相对侧均设有软性橡胶垫。

优选地：所述固定底座与所述机械臂相固定，并提供所述双指夹持装置的供电以及通讯连接。

优选地：还包括位于所述吧台主体上表面的咖啡机及用于盛放咖啡的物品；所述咖啡机包括浸泡单元以及至少两个分配单元；至少两个所述分配单元分别与所述浸泡单元相连，每个所述分配单元包括至少一个分配喷嘴。

优选地：所述浸泡单元连接有热水供应单元，所述热水供应单元包括水箱、循环泵以及加热器；所述加热器与所述浸泡单元相连。

优选地：至少两个所述分配单元包括第一分配单元以及第二分配单元，所述第一分配单元包括一个所述分配喷嘴，所述第二分配单元包括两个所述分配喷嘴；靠近所述第一分配单元一侧设置有奶泡供应单元，所述奶泡供应单元用于与所述第一分配单元的所述分配喷嘴向同一容器供应奶泡。

优选地：还包括中央控制单元、点餐单元以及出餐单元，所述加工单元、所述点餐单元以及所述出餐单元均与所述中央控制单元电连接；

所述第一分配单元通过设置有第一控制阀的第一管道与所述浸泡单元相连，所述第二分配单元通过设置有第二控制阀的第二管道与所述浸泡单元相连；所述第一控制阀、所述第二控制阀以及所述奶泡供应单元均与所述中央控制单元电连接。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

通过本实用新型，可以实现一种基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，在一种实现方式下，该系统可以包括加工单元，所述加工单元包括：吧台主体，具有轴向上的第一端和第二端；两组相机组件，分别安装在所述第一端和所述第二端的外侧，每一相机组件的下方设有三自由度云台，并分别通过相机支撑基座安装在高于所述吧台主体上表面的位置处；所述三自由度云台包括水平旋转方向电机、滚转方向电机、俯仰方向电机和相机组合固定装置，所述水平旋转方向电机安装在所述相机支撑基座上，其通过一S型旋转臂与所述滚转方向电机相连，所述滚转方向电机端部安装所述俯仰方向电机，所述俯仰方向电机端部连接所述相机组合固定装置，所述相机组合固定装置用于固定安装所述相机组件；同步轨道，沿所述吧台主体的轴向方向设置于所述吧台主体的上表面一侧，所述同步轨道上设有一可沿所述同步轨道移动的滑块，所述同步轨道的一端设有一步进电机，用于控制所述滑块由所述同步轨道的一端移动至另一端；机械臂，固定安装于所述滑块上；和双指夹持装置，安装于所述机械臂的端部，用于夹持物品。本申请提供的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，加工单元通过增加同步带轨道增加咖啡机器人的运动自由度，可以横向大范围移动，从而实现吧台的多位置只有抓取物品。通过双目摄像头与深度摄像头的添加，可以实现随机位置物品识别，并且通过识别为机械臂提供物品位姿信号，机械臂可以依据程序进行位置调节，并且顺利抓取物品。另外，通过中央控制单元控制点餐单元、加工单元以及出餐单元协作，可以实现咖啡的自动售卖。

当然,实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请一个实施例的一种基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统各单元的连接框图；

图2是根据本申请一个实施例的加工单元的结构示意图；

图3是图2所示基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人的吧台主体的后视图；

图4是图2所示基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人的机械臂的结构示意图；

图5是图2所示基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人的双指夹持装置的结构示意图；

图6是图2所示基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人的相机组件的结构示意图；

图7是图2所示基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人的三自由度云台的结构示意图；

图8是图2所示基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人的同步轨道的结构示意图；

图9是咖啡机的结构示意图。

附图标记：

加工单元-100；中央控制单元200、点餐单元300、出餐单元400；

相机组件-1；相机支撑基座-2；相机线路保护盒-3；咖啡机-4；浸泡单元-41；分配单元-42；分配喷嘴-43；水箱-44；循环泵-45；加热器-46；奶泡供应单元-47；第一控制阀-48；第二控制阀-49；

吧台主体-5；机械臂-6；双指夹持装置-7；滑块-8；同步轨道-9；杯架-10；

杯子-11；托盘-12；热水壶-13；步进电机-14；三自由度云台-15；关节环-16；

转轴-17；扭簧-18；S型旋转臂-19；第一端-20；第二端-21；从动指-22；

主动指-23；固定底座-24；相机组合外壳-25；深度相机-26；双目相机-27；

水平旋转方向电机-28；滚转方向电机-29；俯仰方向电机-30；

相机组合固定装置-31。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

参见图1，为本实用新型实施例提供的一种基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，如图1所示，所述的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人一般性地可包括加工单元100，如图2所示，所述加工单元100包括吧台主体5、相机组件1、同步轨道9、机械臂6和双指夹持装置7。

如图2所示，吧台主体5具有轴向上的第一端20和第二端21。虽然图2中所示的第一端20在图示方向的左端，第二端21在图示方向的右端，但是，也可以将第一端20设置在图示方向的右端，第二端21设置在图示方向的左端。在本实施例中以图示方向为准。

两组相机组件1分别安装在所述第一端20和所述第二端21的外侧，与吧台的第一端20与第二端21保持有一段距离。每一相机组件1的下方设有三自由度云台15，并分别通过相机支撑基座2安装在高于所述吧台主体5上表面的位置处。

图3是图2所示基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人的吧台主体5的后视图。参见图3，同步轨道9沿所述吧台主体5的轴向方向设置于所述吧台主体5的上表面一侧。图8是图2所示基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人的同步轨道9的结构示意图。参见图8，所述同步轨道9上设有一可沿所述同步轨道9移动的滑块8，所述同步轨道9的一端设有一步进电机14，用于控制所述滑块8由所述同步轨道9的一端移动至另一端。在步进电机14的驱动下，滑块8可由吧台主体5的第一端20移动至第二端21，也可以由第二端21移动至第一端20。

机械臂6固定安装于所述滑块8上，滑块8在同步轨道9上移动时会带动机械臂6由吧台主体5的第一端20移动至第二端21或由第二端21移动至第一端20。在机械臂6需要夹持第一端20的物品时，同步轨道9带动滑块8移动到吧台主体5的第二端21，使机械臂6具有充足的伸展空间，可以夹持到物品。

图4是图2所示基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人的机械臂6的结构示意图。参见图3，所述机械臂6为六自由度通用机械臂6，由六个关节环16构成，且每一关节环16均可实现360°非环绕旋转，可以实现六自由度机械臂6在工作半径内的无死角自由运动。

图5是图2所示基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人的双指夹持装置7的结构示意图。参见图5，双指夹持装置7安装于所述机械臂6的端部，用于夹持物品。如图5所示，所述双指夹持装置7包括：固定底座24、主动指23和主动指23。固定底座24与机械臂6进行固定，并且提供双指夹持装置7的供电以及通讯连接。

参见图5，所述主动指23通过转轴17设置在所述固定底座24上，其数量为两个并相对设置。两个相对设置的主动指23之间的间距大致可设为一个杯子11外径的尺寸，用于夹持住杯子11并带着其移动。当然，两个相对设置的主动指23之间的间距也可设为杯子11把手的外径尺寸，用于夹持住杯子11把手并带着其移动。

参见图5，所述主动指23由其内部舵机提供动力并可沿转轴17进行旋转。所述从动指22的数量为两个且分别安装在所述主动指23的端部，所述从动指22与所述主动指23之间为弹性扭转连接。具体是采用扭簧18进行连接，在主动指23接触杯子11或杯子11把手的过程中由于杯子11或杯子11把手对所述的主动指23施加了向外扩张的压力，从而使得从动指22可以自动夹紧，实现双指夹持装置7对杯子11或杯子11把手的夹紧效果。

进一步的优选方案中，两个所述从动指22的相对侧以及两个所述主动指23的相对侧均设有软性橡胶垫。可以增加与夹持物品的摩擦力，并且可以保护夹持物品不受损坏。

图6是图2所示基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人的相机组件1的结构示意。参见图5，所述相机组件1包括深度相机26、双目相机27以及用于安装所述深度相机26和所述双目相机27的相机组合外壳25。在使用时，位于第一端20外侧的双目相机27可以识别物品特征与大略位置，驱动其下方的三自由度云台15针对机械臂6的运动位置进行跟踪，而位于第二端21外侧的相机组件1针对外部物品进行识别定位，对物品进行定位后，位于第一端20外侧的相机组件1跟随机械臂6进行锁定运动，避免机械臂6自动规划路径上具有遮挡，导致碰撞。

参见图2，每一相机组件1下方均设有一组三自由度云台15。图7是图2所示基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人的三自由度云台15的结构示意图。参见图7，所述三自由度云台15包括水平旋转方向电机28、滚转方向电机29、俯仰方向电机30和相机组合固定装置31，所述水平旋转方向电机28安装在所述相机支撑基座2上，其通过一S型旋转臂19与所述滚转方向电机29相连，所述滚转方向电机29端部安装所述俯仰方向电机30，所述俯仰方向电机30端部连接所述相机组合固定装置31，所述相机组合固定装置31用于固定安装所述相机组件1。

相机组件1被安装于述相机组合固定装置31上后，可以通过俯仰方向电机30的旋转来实现相机组件1的“仰头”或“低头”；在前述基础上，可以通过滚转方向电机29的滚转，带动相机组件1和俯仰方向电机30在以水平横轴为轴进行翻转；在前述基础上，可以通过水平旋转方向电机28的旋转，带动相机组件1、俯仰方向电机30和滚转方向电机29在以竖轴为轴进行翻转。

三自由度云台15主要为双目相机27锁定目标与搜寻目标提供角度支撑，使双目相机27可以获得更大的视野，同时双目相机27锁定机械臂6，并跟随机械臂6运动，三自由度云台15也可以提供运动支持。

参见图2，所述相机支撑基座2呈L型，其内侧开槽用于安装相机线路保护盒3，可保证相机组件1及三自由度云台15的供电。

本申请不仅可以解决目前咖啡机器人机械臂6移动范围有限的问题，还可以解决目前咖啡机器人无法实现非预设任务，操作动作自由度不高的问题。

本申请实施例提供的咖啡机作为制作咖啡的部件使用，为了提高制作咖啡的速度，参见图9，本申请实施例还可以提供所述咖啡机4包括浸泡单元41以及至少两个分配单元42；至少两个所述分配单元42分别与所述浸泡单元41相连，每个所述分配单元42包括至少一个分配喷嘴43。参见图2，还包括位于所述吧台主体5上表面的咖啡机及用于盛放咖啡的物品，具体包括：通用咖啡机4、杯架10、杯子11、托盘12和热水壶13，满足泡咖啡、送咖啡的需求。

本申请实施例提供的咖啡机通过设置的浸泡单元可以实现咖啡粉与热水的混合，形成咖啡溶液。同时通过设置的分配单元可以同时制作多杯咖啡。达到提高咖啡制作效率的目的。

为了提高该咖啡机的自动化程度，本申请实施例还可以提供所述浸泡单元连接有热水供应单元，所述热水供应单元包括水箱44、循环泵45以及加热器46；所述加热器46与所述浸泡单元41相连。

为了可以使得该咖啡机可以制作多种不同种类的咖啡，本申请实施例还可以提供至少两个所述分配单元42包括第一分配单元以及第二分配单元，所述第一分配单元包括一个所述分配喷嘴，所述第二分配单元包括两个所述分配喷嘴；靠近所述第一分配单元一侧设置有奶泡供应单元47，所述奶泡供应单元47用于与所述第一分配单元的所述分配喷嘴向同一容器供应奶泡。

采用上述方式可以使得该咖啡机可以根据用户的需求制作不同的咖啡，例如，通过第二分配单元可以制作美式咖啡等无添加的咖啡饮品。通过第一分配单元可以向容器内供应纯咖啡溶液同时通过奶泡供应单元可以向同一容器内供应奶泡，制作形成卡布奇诺、拿铁等种类的咖啡。

为了进一步的提高该系统的自动化程度，使得该系统适用于自动售卖咖啡使用，参加图1，本申请实施例还可以提供中央控制单元200、点餐单元300以及出餐单元400，所述加工单元100、所述点餐单元300以及所述出餐单元400均与所述中央控制单元200电连接；

所述第一分配单元通过设置有第一控制阀48的第一管道与所述浸泡单元相连，所述第二分配单元通过设置有第二控制阀49的第二管道与所述浸泡单元相连；所述第一控制阀48、所述第二控制阀49以及所述奶泡供应单元47均与所述中央控制单元电连接。

用户通过该点餐单元点选要购买的咖啡，中央控制单元接收到下单确认后，将携带由咖啡种类的指令发送至加工单元，加工单元的各部件通过该指令控制机械臂动作将容器放置在相应的目标分配喷嘴的下方，目标分配喷嘴所在的分配单元连接的控制阀开启，分配单元控制咖啡容易通过该目标喷嘴向容器内供应咖啡溶液，咖啡溶液达到容器的容量后，控制阀关闭。机械臂夹持容器离开咖啡机并将容器转移至出餐单元，出餐单元可以包括输送带等传送部件，出餐单元将装满咖啡的容器转移至取餐位置，用户即可将装满咖啡的容器取走。从而实现咖啡无人售卖。

总之，本申请提供的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，加工单元通过增加同步带轨道增加咖啡机器人的运动自由度，可以横向大范围移动，从而实现吧台的多位置只有抓取物品。通过双目摄像头与深度摄像头的添加，可以实现随机位置物品识别，并且通过识别为机械臂提供物品位姿信号，机械臂可以依据程序进行位置调节，并且顺利抓取物品。另外，通过中央控制单元控制点餐单元、加工单元以及出餐单元协作，可以实现咖啡的自动售卖。

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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，其特征在于，包括加工单元，所述加工单元包括：

吧台主体，具有轴向上的第一端和第二端；

两组相机组件，分别安装在所述第一端和所述第二端的外侧，每一相机组件的下方设有三自由度云台，并分别通过相机支撑基座安装在高于所述吧台主体上表面的位置处；所述三自由度云台包括水平旋转方向电机、滚转方向电机、俯仰方向电机和相机组合固定装置，所述水平旋转方向电机安装在所述相机支撑基座上，其通过一S型旋转臂与所述滚转方向电机相连，所述滚转方向电机端部安装所述俯仰方向电机，所述俯仰方向电机端部连接所述相机组合固定装置，所述相机组合固定装置用于固定安装所述相机组件；

同步轨道，沿所述吧台主体的轴向方向设置于所述吧台主体的上表面一侧，所述同步轨道上设有一可沿所述同步轨道移动的滑块，所述同步轨道的一端设有一步进电机，用于控制所述滑块由所述同步轨道的一端移动至另一端；

机械臂，固定安装于所述滑块上；和

双指夹持装置，安装于所述机械臂的端部，用于夹持物品。

2.根据权利要求1所述的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，其特征在于，所述相机组件包括深度相机、双目相机以及用于安装所述深度相机和所述双目相机的相机组合外壳。

3.根据权利要求1所述的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，其特征在于，所述双指夹持装置包括：固定底座和主动指，所述主动指通过转轴设置在所述固定底座上，其数量为两个并相对设置，所述主动指由其内部舵机提供动力并可沿转轴进行旋转。

4.根据权利要求3所述的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，其特征在于，所述双指夹持装置还包括：从动指，所述从动指的数量为两个且分别安装在所述主动指的端部，所述从动指与所述主动指之间为弹性扭转连接。

5.根据权利要求4所述的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，其特征在于，两个所述从动指的相对侧以及两个所述主动指的相对侧均设有软性橡胶垫。

6.根据权利要求5所述的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，其特征在于，所述固定底座与所述机械臂相固定，并提供所述双指夹持装置的供电以及通讯连接。

7.根据权利要求1所述的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，其特征在于，还包括位于所述吧台主体上表面的咖啡机及用于盛放咖啡的物品；所述咖啡机包括浸泡单元以及至少两个分配单元；至少两个所述分配单元分别与所述浸泡单元相连，每个所述分配单元包括至少一个分配喷嘴。

8.根据权利要求7所述的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，其特征在于，所述浸泡单元连接有热水供应单元，所述热水供应单元包括水箱、循环泵以及加热器；所述加热器与所述浸泡单元相连。

9.根据权利要求7所述的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，其特征在于，至少两个所述分配单元包括第一分配单元以及第二分配单元，所述第一分配单元包括一个所述分配喷嘴，所述第二分配单元包括两个所述分配喷嘴；靠近所述第一分配单元一侧设置有奶泡供应单元，所述奶泡供应单元用于与所述第一分配单元的所述分配喷嘴向同一容器供应奶泡。

10.根据权利要求9所述的基于视觉定位的高灵活度无人咖啡机器人系统，其特征在于，还包括中央控制单元、点餐单元以及出餐单元，所述加工单元、所述点餐单元以及所述出餐单元均与所述中央控制单元电连接；

所述第一分配单元通过设置有第一控制阀的第一管道与所述浸泡单元相连，所述第二分配单元通过设置有第二控制阀的第二管道与所述浸泡单元相连；所述第一控制阀、所述第二控制阀以及所述奶泡供应单元均与所述中央控制单元电连接。

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