PT1946684E - Máquina autónoma de distribuição de alimentos e bebidas - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "MÁQUINA AUTÓNOMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ALIMENTOS E BEBIDAS" 0 enquadramento da presente invenção é a produção de bebidas ou alimentos líquidos, com base num líquido, tal como, e. g., água ou leite e ingredientes.

Deste modo, o objectivo da presente invenção é propor uma tecnologia que ofereça a produção de tais produtos, de um modo apelativo. A invenção propõe uma máquina de café móvel, totalmente autónoma e, de um modo preferido, completamente integrada, com uma ou mais interfaces do utilizador. 0 estado da técnica útil para compreender a invenção está divulgado nos documentos EP 0470513 A2 e US 2006/0037969 A.

Este objectivo é conseguido por meio das características das reivindicações independentes. As reivindicações dependentes desenvolvem complementarmente a ideia central da invenção. A invenção propõe um dispositivo robótico móvel autónomo, compreendendo uma máquina integrada para produzir bebidas ou alimentos líquidos. O dispositivo pode compreender um controlador para a máquina de produção, estando o controlador ligado a uma interface 1 sem fios, concebida para receber sinais transmitidos sem fios, susceptiveis de regular o funcionamento da máquina de produção. 0 dispositivo pode compreender um controlador para a máquina de produção, estando o controlador ligado a uma interface accionada manualmente pelo utilizador, para regular o funcionamento da máquina de produção. A interface de utilizador pode ser desligada do robô, de modo a introduzir parâmetros fora da máquina. 0 dispositivo pode estar equipado com um sistema de navegação autónomo concebido para a navegação do robô, com base em sinais de saída, e. g., de sensores visuais do robô. A máquina de produção pode ser auto-portante. 0 dispositivo pode compreender uma fonte de alimentação eléctrica independente. A máquina de produção pode estar concebida para produzir a bebida ou alimento líquido com base em ingredientes doseados previamente. 0 dispositivo pode ter um recipiente para uma provisão de porções de ingredientes previamente doseadas. 0 dispositivo pode compreender um sistema automático de manuseamento de chávenas e tabuleiros. 0 dispositivo pode compreender um elevador de armazenagem de chávenas, um preensor de chávenas (manipulador de chávenas) e 2 um elevador de armazenagem de tabuleiros, susceptível de armazenar vários tabuleiros, sendo que uma chávena pode ser transferida do elevador de armazenagem de chávenas para o tabuleiro superior, de modo a mover a chávena para baixo da saída de café, para infusão de café. A invenção também propõe uma interface de utilizador baseada em rede, em combinação com um tal dispositivo, estando concebida para uma selecção de uma mistura de café, um local de distribuição e uma hora/data de distribuição, utilizando representação gráfica. A invenção também propõe uma interface instalada na máquina, em combinação com um tal dispositivo, concebida para o pedido de um café directamente no robô, utilizando representação gráfica.

Outros objectivos, características e vantagens da invenção tornar-se-ão evidentes através da descrição pormenorizada que se segue de formas de realização da invenção, tomada em conjunto com as figuras dos desenhos em anexo.

Figura 1 mostra um cenário de aplicação para a presente invenção,

Figura 2 mostra a base móvel do robô com PC integrado, sensores, baterias e meios de guiamento,

Figura 3 mostra a garrafa de gás para gerar pressão na bomba peristáltica, empurrando a água quente para fora do reservatório térmico, passando através de um fluxímetro e entrando na unidade motorizada de infusão, 3

Figura 4 mostra o sistema de saída de café

Figura 5 mostra o sistema de armazenagem das cápsulas, Figura 6 mostra o sistema de manuseamento de chávenas e de distribuição, Figuras 7 e 8 mostram pormenores do sistema de manuseamento das chávenas e de distribuição, Figura 9 ilustra o funcionamento do elevador de chávenas,

Figuras 10 a 13 ilustram um sistema de tabuleiros para

Figura 14 chávenas com elevador de chávenas, ilustra o funcionamento do elevador de chávenas, Figura 15 mostra um preensor de chávenas, Figura 16 mostra o dispositivo robótico em geral, Figura 17 ilustra o esquema lógico do pedido, Figura 18 mostra uma interface destacável de utilizador (PC de bolso, assistente digital pessoal PDA, etc.), Figura 19 mostra a interface destacável de utilizador, numa condição de ligada ao robô, Figura 20 mostra uma vista global do sistema de navegação. 4 0 dispositivo de acordo com a presente invenção é, antes de mais, um robô com o aspecto geral como se mostra na figura 16. Pode compreender duas partes principais: a base móvel totalmente autónoma, como se mostra na figura 2 e uma máquina de bebidas (e. g., de produção de café) automática auto-portante, i. e., o robô transporta os seus próprios recursos, tais como corrente eléctrica, ingredientes, liquido e capacidade computacional.

Enquanto que os veículos guiados autónomos (AGV) utilizam, geralmente, para a sua navegação, modificações ambientais dispendiosas e inflexíveis, tais como marcas no pavimento ou reflectores como sinalizações luminosas, actualmente as propostas de localização estão preparadas para ambientes não modificados, i. e., características naturais. De facto, o dispositivo de acordo com a invenção pode estar equipado, e. g., com sensores visuais (câmaras, etc.), de modo a reconhecer o seu ambiente com base num reconhecimento de padrões dos sinais de saída dos sensores. 0 ambiente do robô pode ser programado previamente e armazenado numa memória do PC instalado na máquina. 0 dispositivo de acordo com a invenção pode assim actuar num cenário de aplicação como se mostra na figura 1. A descrição que se segue está separada em quatro partes: 1. Robô e o seu sistema de navegação (base móvel do robô) 2. Máquina de café que funciona autonomamente, no que se refere à fonte de alimentação eléctrica (i. e., sem cabos eléctricos) 3. Sistema de manuseamento de chávenas e de distribuição 5 4. Interface(s) de utilizador. 1. Robô (Base móvel) A Base móvel mostrada na figura 2 pode ser um sistema de guiamento diferencial, que funciona, e. g., com a tecnologia (ANTO) de navegação autónoma Bluebotics (ver www.bluebotics.com para mais pormenores), sendo um exemplo de um sistema de navegação autónomo. A tecnologia ANT será agora explicada com referência à figura 20. A navegação é apresentada em três partes: Mapa; Planeamento e Movimento; e Localização. O mapa do ambiente é uma estrutura semelhante a um gráfico, com nodos, pontos de interesse que o robô tem de alcançar de modo a realizar uma certa tarefa. Este gráfico é, portanto, utilizado para planeamento de trajectória. Além disso, contém a informação acerca de todas as caracteristicas no ambiente. Isto permite calcular qual a caracteristica que é visível a partir da posição actual do robô e utilizá-la para localização.

Planeamento de Trajectória e Movimento A ANT® implementa três algoritmos de planeamento de trajectória. Funcionam com diferentes níveis de abstracção e tomam em consideração leituras do sensor em graus variáveis. A camada superior exterior é o planificador global com base no gráfico. Está baseado na estrutura de gráfico acima referida, onde os nodos são localizações de interesse e as margens denotam 6 capacidade de travessia entre localizações. 0 planificador utiliza uma pesquisa de primeira profundidade que gera uma trajectória de comprimento ideal. Uma vez que a trajectória é global e não são tomadas em consideração leituras do sensor, a modificação dinâmica de trajectória não pode ser tratada a este nível. A segunda camada do planeamento de trajectória utiliza uma função de navegação numa grelha local em torno do robô. Pode assim tomar em consideração as leituras actuais do sensor e não está limitada a nodos do mapa a priori. No entanto, as trajectórias têm uma geometria muito deficiente, consistindo de segmentos lineares que se apoiam em ângulos que são múltiplos de 45° e têm a tendência para roçar em obstáculos. Suavizar a trajectória e adaptá-la a envolventes dinâmicos é feito na terceira camada do planeamento de trajectória. Baseia-se na faixa elástica. 0 plano inicial evolui para uma curva mais suave (uma lista de pontos de passagem), desde que a faixa elástica não se prenda. No caso de os obstáculos dinâmicos se moverem de tal modo que não possa ser mantida a folga mínima ao longo da trajectória ou se a trajectória se alonga para além de um valor razoável, o programa é chamado novamente a reiniciar a trajectória. 0 movimento está sob controlo da tarefa de evitar obstáculos em tempo real, a qual se baseia no método de janela dinâmica que permite tomar em consideração os limites de actuador do robô (velocidades que podem resultar em colisões subsequentes não são permitidas, os comandos de movimento nunca excedem a velocidade de robô ou os limites de aceleração) . Além disso, a janela dinâmica toma em consideração a forma exacta de robô, como representada por um polígono convexo. 7

Em vez de utilizar a distância percorrida antes de colidir com um obstáculo, é utilizado o tempo até à colisão. Isto resolve uma singularidade quando o robô roda no local (quaisquer colisões pareceriam instantâneas, uma vez que a distância percorrida parece zero). Isso significa também que o robô escolherá mais folga ao deslocar-se a velocidades mais elevadas.

As funções objectivas para velocidade, direccionamento e folga são calculadas no espaço de fase de actuador. Os limites do actuador são, assim, tomados em consideração mais directamente.

Localizaçao

Este processo é uma localização de hipóteses múltiplas, com base em características globais, utilizando o filtro de Kalman como quadro de avaliação. Este supera as limitações do filtro de Kalman de hipótese única, uma vez que o problema da associação de dados é tratado explicitamente. 0 robô preserva as vantagens típicas das abordagens com base em características, tais como muito elevada precisão de localização e uma implementação eficaz e acrescenta uma característica importante, no caso de o robô perder a referência da sua posição: pode formular hipóteses quanto à sua posição actual e, por conseguinte, relocalizar-se a si próprio. é utilizada A técnica que proporciona esta propriedade é uma pesquisa restrita numa árvore de interpretação. Esta árvore é abrangida por todas as possíveis associações locais a globais, dadas a um mapa local de características observadas e um mapa global de características de modelo. A mesma pesquisa 8 consistentemente para formulação de hipóteses e seguimento de posição. Máquina de Café Automática Integrada A máquina de café automática integrada tem de cumprir algumas regras técnicas especificas de modo a funcionar como uma máquina de café autónoma. Questões como consumo limitado de energia, manuseamento totalmente automático de cápsulas com misturas diferentes, gestão das chávenas e tabuleiros tinham de ser resolvidas. A máquina de café é constituída por três sub-conjuntos: o sistema de armazenagem e distribuição de cápsulas, o sistema de infusão de café, com armazenagem de água quente, sistema de bomba e unidade de extracção e, finalmente, o sistema de chávenas e tabuleiros, permitindo um processo totalmente automático de infusão de café na máquina. A base móvel pode mover-se utilizando o seu próprio sistema activo de movimento (tal como, e. g., rodas accionadas por um motor eléctrico do robô) num ambiente definido, tomando em consideração objectos móveis, tais como e. g., seres humanos. De modo preferido, não são necessários elementos físicos de guiamento (linhas, sinais luminosos, etc.), uma vez que a base móvel, de modo preferido, mas não necessariamente, é auto-orientada de acordo com obstáculos reais detectados pelos seus sensores (câmaras, laser, sensores tácteis, etc.) e comparados com um mapa pré-programado, correspondente ao ambiente de trabalho. 0 mapa pode ser programado pela própria base do robô, utilizando os seus sensores. 9 A base móvel contém as baterias para alimentação de energia, bem como o controlador (PC de controlo, etc.) e meios de comunicação para todo o robô. 2. Máquina de Café Autónoma A máquina de café integrada no robô pode utilizar a tecnologia de gás, i. e., a produção de bebidas utilizando um gás pressurizado que actua num reservatório 3 de líquido, mostrado na figura 3. A figura 1 mostra uma unidade 1 de infusão, bem como um mecanismo 2 de distribuição de cápsulas. As cápsulas representam uma possibilidade de utilizar ingredientes doseados previamente. Podem, igualmente, ser utilizados outros doseamentos prévios, tais como sacos de chá, bolsas, etc. Em alternativa, o doseamento é realizado pelo próprio robô. A máquina de café compreende as partes seguintes:

Um reservatório 3 térmico de água incluindo uma bomba peristáltica e aquecimento activo, permitindo que a água no reservatório térmico seja mantida à temperatura de extracção correcta, sem um fornecimento de energia mais importante. 0 aquecedor pode funcionar através de cabo eléctrico (aquecimento inicial) e, depois, torna-se independente do cabo, utilizando um aquecimento por bateria (manter quente). A garrafa 6 de gás é utilizada para gerar pressão na bomba peristáltica, empurrando a água quente para fora do reservatório 3 térmico de água, passando através de um 10 fluxímetro 4 e entrando na unidade 1 motorizada de infusão.

Um sistema 7 de sarda de café (ver figura 4) com função anti-pingos funciona fechando a saída 7 numa posição vertical, quando não está a distribuir café. 0 restante café na saída é esvaziado através de um segundo tubo para o tabuleiro de cápsulas utilizadas.

Um sistema de armazenagem de cápsulas (e. g., vários tubos de armazenagem), com o seu mecanismo 2 de distribuição disposto simetricamente sobre duas rampas 5 de cápsulas, permite que as cápsulas deslizem para baixo, sobre uma rampa 5a central, para a unidade 1 de infusão, após ter libertado uma cápsula num dos vários mecanismos 2 de distribuição.

Na unidade 1 de produção de bebidas é injectada água quente sob pressão no interior da cápsula, de modo a interagir com ingredientes contidos na cápsula (geralmente, na unidade 1 de infusão, um líquido é colocado em contacto com ingredientes, os quais, de um modo preferido, são proporcionados em embalagens doseadas previamente).

Após a extracção, a cápsula é ejectada para um tabuleiro de cápsulas utilizadas. 3. Sistema de manuseamento de chávenas e de distribuição (Figuras 6 a 15) 0 Robô contém um sistema independente de manuseamento das chávenas, compreendendo: 11 - um tubo 12 de armazenagem de chávenas com auto-regulação das chávenas, para ter sempre a chávena 11 superior pronta a ser capturada por um preensor 10 (manipulador de chávenas). Além disso, utilizando sensores 16, 17, o tubo de armazenagem pode aceitar novas chávenas e auto-regular o elevador 14 de chávenas.

De facto, o elevador de chávenas é constituído por um veio 15 accionado por um motor 13, o qual move um suporte 14 de chávenas ao longo da direcção vertical. Os sensores 16, 17 auto-regulam a posição das chávenas, de modo que a chávena 11 esteja sempre pronta a ser apanhada pelo preensor 10 e colocada no tabuleiro 9. Os sensores 16, 17 funcionam de acordo com o principio mostrado na figura 9, enquanto dois sensores 16, 17 estão colocados no topo do elevador de chávenas e um sensor está colocado no fundo do elevador.

Sistema de tabuleiros para chávenas com auto-regulação dos tabuleiros 9, de modo a ter o tabuleiro superior sempre pronto a obter novas chávenas, funcionando de acordo com o princípio mostrado na figura 14 e incluindo sensores 17. Os quatro tubos 23 em cada posição de chávena no tabuleiro permitem detectar a presença de uma chávena no tabuleiro, por conterem sensores ópticos. Podem ser empilhados vários tabuleiros num elevador de tabuleiros, de modo a levá-los para servir café numa mesa e permitir ao robô colocar as próximas quatro chávenas no tabuleiro seguinte, o qual se desloca até à posição correcta, assim que o tabuleiro cheio tenha sido removido do robô. O elevador de tabuleiros funciona de acordo com o mesmo principio que o elevador de chávenas. Além disso, o sistema de tabuleiros consiste num chassis 8 fixo, que mantém tabuleiros montados num prato 21 rotativo, permitindo mover a chávena a deslocar para baixo da saida 7 de café. A rotação do tabuleiro é feita por um 12 motor 20 e duas engrenagens 21, 22 correspondentes, em torno do eixo 18. O movimento vertical dos tabuleiros é feito por um segundo motor 19 e um veio 24 central. Ao bloquear a rotação do tabuleiro em relação ao prato 21 rotativo, graças aos quatro tubos 23 de detecção de chávenas, os tabuleiros podem ser deslocados para cima e para baixo.

Os tabuleiros 9 têm posições numeradas, de modo a identificar a mistura de café servida. Além disso, o prato rotativo dos tabuleiros é indexado, de modo a saber qual o café que é servido em cada chávena. - Um preensor de chávena (ver, em particular, a figura 15), para transferir uma chávena do tubo de armazenagem de chávenas para o tabuleiro de chávenas. O preensor de chávena compreende um chassis 26 e dois motores, um 27, que permite o posicionamento de uma chávena sobre um tabuleiro e um 28, que permite a preensão de uma chávena 11 pronta no elevador de armazenagem de chávenas.

Descrição funcional geral 0 processo de pedir um café pode ser descrito como se segue: 1. Recepção de um pedido de café utilizando uma das interfaces explicadas a seguir. 2. Uma chávena é colocada no tabuleiro pelo preensor. O elevador de chávenas move-se para cima, para a chávena 13 seguinte. 0 preensor move-se novamente para a posição de espera, por cima da chávena. 3. Libertação da cápsula desejada, a qual vai deslizar para dentro da cabeça de infusão. 4. 0 tabuleiro das chávenas é rodado de 90°, de modo a colocar a chávena por baixo da saída de café. 5. A saída de café é aberta e a cabeça de infusão fechada. 6. Extracção de café. 7. A saída de café é fechada e a cabeça de infusão aberta, ejectando a cápsula extraída para um tabuleiro de cápsulas. 8. A chávena fica pronta para ser levada pelo utilizador ou, em alternativa, todo o tabuleiro, o elevador dos tabuleiros move-se para cima, para o tabuleiro seguinte. 4. Interface do utilizador A(s) interface(s) de utilizador é/são um dos elementos do sistema. Podem existir, de facto, pelo menos, duas interfaces diferentes: - A primeira baseia-se numa interface sem fios do robô, ligada a um controlador do robô. A utilização da interface sem fios, e. g. , uma aplicação com base numa rede, pode permitir o pedido a partir de qualquer explorador remoto de rede, numa rede 14 de intranet segura. Em alternativa, a interface sem fios do robô pode estar concebida para qualquer conversação ou dados (tais como, e. g., mensagens de texto) com base em comunicação sem fios. - A segunda interface baseia-se numa interface destacável e controlada manualmente pelo utilizador, tal como, e. g., um PC de bolso, um PDA, um controlo remoto, que pode ser colocado e ligado no robô. A interface destacável de utilizador pode ser utilizada directamente no dispositivo de acordo com a presente invenção (instalada na máquina) para escolher as misturas de café ou pode ser destacada e utilizada fora da máquina, permitindo aos utilizadores escolher as suas misturas de café, por exemplo, em volta de uma mesa de conferência.

Os sistemas de pedido com ligação por cabos podem ser designados como robô na máquina ou robô fora da máquina (sala de conferência) de Pedido Remoto (Intranet) e Pedido Directo (PC de Bolso).

Os gráficos da figura 17 explicam a colocação de um pedido típico num PC portátil, através de uma rede de intranet protegida: A aplicação com base numa rede começa por pedir para escolher a mistura que se pretende ou se se pretende apenas uma visita do robô. Finalmente, a interface de utilizador permite escolher o local e o momento para encontrar o robô. A este respeito, a interface gráfica ilustra o ambiente, e. g., exibindo um mapa. 0 utilizador pode, depois, utilizando o mapa, especificar uma localização-alvo. 15 0 utilizador pode especificar a localização desejada onde pretende que o café seja produzido. 0 utilizador pode escolher se pretende apenas que o robô se mova para a localização desejada que lhe foi transmitida, sem pedido preliminar de café ou pode pedir directamente uma chávena de café, escolhendo a mistura desejada. Utilizando a informação transmitida quanto à posição desejada para a distribuição de bebida, a sua posição actual e o seu sistema de naveqação, o robô mover-se-á autonomamente para o local desejado, no momento desejado (se houver alqum) e começará a preparar café, se tiver sido feito um pedido de café. Todas estas operações ocorrem sem influência humana externa.

Se várias pessoas pedirem um café ao mesmo tempo, é estabelecida pelo robô uma lista de espera, como uma fila de espera de uma impressora. Vários conflitos podem ser resolvidos implementando reqras de prioridade (e. g., salas de conferência são servidas antes de pedidos individuais).

Assim que todos os cafés tenham sido servidos num local definido, o robô continua a mover-se para o ponto do pedido seguinte ou para uma estação de recolha, para recarregar. 0 PC de bolso está colocado no robô, de modo a indicar a ocupação do tabuleiro (qual a mistura em cada chávena) e permite o pedido directo de café na máquina, simplesmente premindo sobre a mistura desejada. Após o pedido, o robô começa imediatamente a infusão do café. Como referido antes, o PC de bolso pode ser removido do robô, de modo a realizar pedidos de café em volta de uma mesa de conferência (pedido de café fora da máquina). 16 Máquina de café totalmente autónoma, que serve café automaticamente sem influência externa, excepto do processo de pedido.

Lisboa, 16 de Abril de 2012 17

Claims (13)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo robótico móvel autónomo, tendo uma base móvel, o qual é capaz de se mover, utilizando o seu próprio mecanismo activo de movimento e compreendendo uma máquina de café autónoma integrada, que serve automaticamente bebidas ou alimentos líquidos sem influência externa, excepto do processo de pedido.
2. 2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda um controlador para a máquina de distribuição, estando o controlador ligado a uma interface sem fios concebida para receber sinais transmitidos sem fios, susceptíveis de regular o funcionamento da máquina de distribuição.
3. 3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda um controlador para a máquina de distribuição, estando o controlador ligado a uma interface accionada manualmente pelo utilizador para regular o funcionamento da máquina de distribuição.
4. 4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, em que a interface de utilizador pode ser desligada do dispositivo robótico, de modo a introduzir parâmetros fora da máquina.
5. 5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, compreendendo um sistema de navegação autónomo concebido para a navegação do dispositivo robótico com base em sinais de saída, e. g., de sensores visuais do dispositivo robótico. 1
6. 6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a máquina de distribuição é auto-portante.
7. 7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, compreendendo uma fonte de alimentação eléctrica independente.
8. 8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a máquina de distribuição produz a bebida ou alimento liquido com base em ingredientes doseados previamente.
9. 9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, em que o dispositivo tem um recipiente para uma provisão de quantidades de ingredientes doseados previamente.
10. 10. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, compreendendo um sistema automático de manuseamento de chávenas e tabuleiros.
11. 11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, compreendendo um elevador de armazenagem de chávenas, um preensor de chávenas e um elevador de armazenagem de tabuleiros, susceptível de armazenar vários tabuleiros (9), enquanto uma chávena (11) pode ser transferida do elevador de armazenagem de chávenas para o tabuleiro superior, de modo a mover a chávena para baixo da saída (7) de café, para preparação do café.
12. 12. Interface de utilizador baseada em rede, em combinação com um dispositivo de acordo com qualquer uma das 2 reivindicações 1 a 10, compreendendo a possibilidade de seleccionar uma mistura de café, um local de distribuição e uma hora/data de distribuição, utilizando representação gráfica.
13. 13. Interface instalada na máquina, em combinação com um dispositivo de acordo com a reivindicação 1, que permite o pedido de um café directamente no dispositivo robótico, utilizando representação gráfica. Lisboa, 16 de Abril de 2012 3