TW202020586A - 自動操作控制裝置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種自動操作控制裝置，其包含通訊模組以及自動操作控制模組。通訊模組用於接收移動路徑資訊，移動路徑資訊係對一目標資訊的目標動作進行紀錄而得到。自動操作控制模組用於當滿足一條件，根據移動路徑資訊控制自動操作裝置，以自動完成目標資訊所對應的目標動作，其中目標資訊包括對應該目標動作的至少一座標資訊。

Description

自動操作控制裝置及其控制方法

本發明係關於一種自動操作控制裝置，更特別的是關於一種適於還原目標動作的自動操作控制裝置及其控制方法。

咖啡的美味程度與沖泡者於沖泡咖啡時對於水溫、水速(水量)以及咖啡壺的操作方式息息相關。因此，即便使用同樣的咖啡粉，一般人也較難自行沖泡出如專業咖啡師所沖泡出的咖啡同樣的美味。

為了維持沖泡出的咖啡品質，已發展出可透過程式控制的自動沖泡設備。然而，單純以程式控制的自動沖泡設備只能控制水速或水量等變數，且僅能提供簡單沖泡而得的咖啡。

為了模擬咖啡師的動作，習知的自動沖泡設備的控制方式是由操作人員主動決定或推算出自動沖泡設備所需移動的位置或座標，當自動沖泡設備的作動不符需求時，需再以人工調整的方式進行進一步的校正，以期自動操作裝置可完成預想的動作。然此舉需耗費大量的時間以及人力成本，才能使自動沖泡設備模擬出近似咖啡師沖泡咖啡時的動作變化。

因此，本發明之一目的在於提出一種自動操作控制裝置，其可接收藉由與咖啡師手沖咖啡時的手部動作相關聯的相關資訊所運算出用於自動操作裝置的移動路徑資訊，並根據移動路徑資訊作動，藉此使自動操作裝置自動地沖泡出具有專業咖啡師手沖咖啡風味的咖啡。

為達上述目的及其他目的，本發明提出一種自動操作控制裝置，其包含通訊模組以及自動操作控制模組。通訊模組用於接收移動路徑資訊，移動路徑資訊係對目標資訊的目標動作進行紀錄而得到。自動操作控制模組用於當滿足一條件，根據移動路徑資訊控制自動操作裝置，以自動完成目標資訊所對應的目標動作，其中目標資訊包括對應目標動作的至少一座標資訊。

本發明更提出一控制方法，其包含接收一移動路徑資訊，移動路徑資訊係對一目標資訊的目標動作進行紀錄而得到；以及當自動操作裝置滿足條件，根據移動路徑資訊控該自動操作裝置，以自動完成目標資訊所對應的目標動作，其中目標資訊包括對應該目標動作的至少一座標資訊。

於本發明之一實施例中，目標資訊為三維空間座標資訊。

於本發明之一實施例中，目標資訊對應於感測構件所產生的感測資料。

於本發明之一實施例中，感測構件係採用電磁式捕捉技術、機械式捕捉技術、光學式捕捉技術、超音波式捕捉技術、陀螺儀式捕捉技術、光纖式捕捉技術及影像式捕捉技術的其中之一。

於本發明之一實施例中，其中感測構件設置於一物體。

於本發明之一實施例中，其中感測構件更設置於咖啡師的手上，其中咖啡師的手握持所述物體。藉此，本發明實施例之自動操作裝置，可依據感測構件的感測資料來模擬或重現咖啡師沖泡咖啡的手部動作，即可沖泡出如同專業咖啡師之水準的咖啡。

於本發明之一實施例中，其中通訊模組用於接收物體的內容物的一溫度資訊。

於本發明之一實施例中，其中所述條件為自動操作裝置所握持的一咖啡壺的內容物之溫度不小於溫度資訊。藉此，本發明之自動操作裝置可根據溫度資訊控制水溫，以更準確的重現咖啡師手沖咖啡時的過程，並製作出具有咖啡師手沖咖啡風味的咖啡。

於本發明之一實施例中，自動操作裝置為機械手臂。

於本發明之一實施例中，目標動作對應於咖啡師製作手沖咖啡的手部動作。

於本發明之一實施例中，其中移動路徑資訊係由自動操作控制裝置以強化學習演算法對目標資訊進行運算來得到。

為充分瞭解本發明，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明。本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的目的、特徵及功效。須注意的是，本發明可透過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。另外，本發明所附之圖式僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的申請專利範圍。說明如後：

圖1係為本發明實施例之自動操作裝置之使用環境示意圖，其中在此實施例中，自動操作裝置為應用於製作手沖咖啡之情境，但本發明不以此為限制。

圖1包括自動操作裝置10、咖啡壺20、濾杯30以及容器40，其中咖啡壺20用於容置沖泡咖啡所需的熱水，濾杯30用以容置沖泡咖啡所需的咖啡粉並接收咖啡壺20的水，容器40則用於接收流經濾杯30所產生的咖啡液體。自動操作裝置10用於接收移動路徑資訊，並根據移動路徑資訊進行作動以自動完成所對應的目標動作。在一實施例中，自動操作裝置10可與外部的計算機裝置通訊連接來接收所述移動路徑資訊，然本發明不以此為限制。所述移動路徑係根據目標資訊所產生，所述目標資訊對應於特定的目標動作，並包括有目標動作於空間中所對應的座標資訊，例如為二維座標資訊或三維座標資訊，且本發明不以此為限制。此外，在此實施例中，目標動作為對應於咖啡師製作手沖咖啡的手部動作。因此，在圖1的實施例中，自動操作裝置10可根據接收的移動路徑資訊來改變其在三維空間中的位置以及握持咖啡壺20的角度，以模擬咖啡師製作手沖咖啡的手部動作，據以將咖啡壺20所容置的水倒入濾杯30中且製作出具有所述咖啡師手沖風味的手沖咖啡。

所述自動操作裝置10例如為機械手臂，其用於根據接收的移動路徑資訊來進行位置的移動以及物體的握持，且本發明不以此為限制。舉例來說，在圖1的實施例中，自動操作裝置10可以移動路徑資訊來控制多個軸的旋轉以及抓握咖啡壺20的角度，使自動操作裝置10可以對應咖啡師製作手沖咖啡時的手部動作(即目標動作)，來模擬咖啡師握持咖啡壺20的角度以及咖啡師手部於三維空間中的位置以及位置變化，進而還原/模擬咖啡師沖泡咖啡時的手部動作的變化、咖啡壺20出水的水量以及咖啡壺20與濾杯30之間的相對位置，來進行咖啡的沖泡，而製作出具有咖啡師手沖風味的手沖咖啡。

所述自動操作裝置10更包括自動操作控制裝置100，所述自動操作控制裝置100例如為機械手臂控制器，且本發明不以此為限制。請參考圖2，圖2為根據本發明實施例之自動操作控制裝置100之架構示意圖，自動操作控制裝置100包括通訊模組110、主控制器120、記憶模組130以及自動操作控制模組140，主控制器120並與通訊模組110、記憶模組130以及自動操作控制模組140電連接。通訊模組110用於以有線或無線之通訊方式來傳送或接收多個訊號或資訊，例如前述之移動路徑資訊，通訊模組110並可由符合RS-232通訊標準、通用序列匯流排標準或藍芽通訊標準等通訊電路來實現。主控制器120用於對訊號或資訊進行處理以及執行對應的操作，例如，主控制器120用以將移動路徑資訊傳送至記憶模組130以儲存。自動操作控制模組140用以根據移動路徑資訊使自動操作裝置10進行對應的操作，例如自動操作控制模組140用以根據移動路徑資訊控制多個軸驅動器，使自動操作裝置10的多個軸根據移動路徑資訊作動。記憶模組130用以儲存自動操作裝置10作動所需的資訊，例如為移動路徑資訊，其可以由記憶體、記憶卡等裝置來實現，且本發明不以此為限制。

所述移動路徑資訊可藉由強化學習演算法來得到。進一步地說，可藉由強化學習演算法對目標資訊以及自動操作裝置10目前的位置進行分析運算以得到完成目標動作的移動路徑資訊，所述移動路徑資訊可對應目標資訊而為二維空間座標資訊或三維空間座標資訊，且所述移動路徑資訊可使自動操作裝置10以相對較少的移動次數(例如：最少移動次數)完成目標動作，其中所述強化學習演算法例如為Q-Learning演算法，且本發明不以此為限制。在一實施例中，移動路徑資訊可藉由工業電腦、伺服電腦、自動操作控制裝置100等具有足夠運算能力之計算機裝置來產生，且本發明不以此為限制。

請參考圖3，圖3為根據本發明實施例之移動路徑資訊的示意圖，在此實施例中，以空間為立方體且切割為27個部分，且每一部分各自對應一三維座標為例來說明，同時在立方體中可定義出自動操作裝置10的目前座標P_S ，目標座標P_G ，以及失敗座標P_L ，其中目前座標P_S 例如為自動操作裝置10握持咖啡壺20的手掌位置，目標座標P_G 即作為前述的目標資訊，失敗座標P_L 為距離目標座標P_G 最遠的座標。

首先根據目標資訊(例如為目標座標P_G )將空間切割並建立出上述的多個部分以及各部分所對應的座標，並得到所述目前座標P_S 以及失敗座標P_L 的資訊後，藉由強化學習演算法以及其所包含的獎勵函數經多次訓練，可以計算出目前座標P_S 以外的每一個座標所對應的代表值，即自動操作裝置10由目前狀態(目前座標P_S )轉換至下一狀態(任一其他座標)所對應的代表值，其中代表值越高代表其具有較高的獎勵值，獎勵值越高也就是對應的座標(或狀態)可以使自動操作裝置10以相對較少的步數(或移動次數)達到目標座標P_G 。舉例來說，根據運算結果，與目標座標P_G 直接相鄰的座標將會得到較高的代表值(如圖3中代表值為1的座標)，與目標座標P_G 距離越遠的座標將會得到較低的代表值(如圖3中代表值為0.6的座標，亦為與目標座標P_G 距離較遠的座標)，失敗座標P_L 由於其距離目標座標P_G 最遠，因此將對應於最低的代表值。

具有相對較高代表值的移動路徑所對應的座標將被選擇為移動路徑資訊而提供至自動操作裝置10。以圖3來說，移動路徑L1(所包含的座標的代表值有0.8、0.9、1)或L2(所包含的座標的代表值有0.8、0.9、1)其所包括的座標所對應的代表值為相對最高，因此移動路徑L1或L2的其中之一會作為移動路徑資訊傳送至自動操作裝置10。藉由以強化學習演算法自動運算出完成目標動作的移動路徑資訊，並將移動路徑資訊提供至自動操作裝置10，使自動操作裝置10可以最快且最佳的移動路徑完成所需執行的目標動作。

請參考圖4以及圖5，圖4以及圖5係為根據本發明實施例且以咖啡師的手沖咖啡的手部動作做為目標動作的擷取實施例的示意圖，然本發明不以此為限制，也就是說本領域之通常知識者可根據需求，以不同的動作為目標資訊。圖4包含咖啡壺20、濾杯30、容器40、計算機裝置50以及複數感測構件60，其中複數感測構件60之至少部分設置於咖啡壺20上，可用於感測咖啡師操作咖啡壺20時，咖啡壺20中所承裝的水的水溫，或咖啡壺20於操作期間中各時間點於空間中的位置，即咖啡壺20的作動方式。計算機裝置50係用以即時地接收並儲存來自感測構件60的感測資料，並根據感測資料運算得到對應的座標資訊，計算機裝置50可以工業電腦、伺服電腦等裝置來實現，且本發明不以此為限制。

如圖4所示，在本實施例中，感測構件60包括複數第一感測器61，第一感測器61設置於咖啡壺20的壺身、壺頂與倒出口。舉例來說，部分的第一感測器61係包括藍芽溫度計，因此設置於咖啡壺20之壺身與壺頂的第一感測器61可感測咖啡壺20內的水溫，而設置於咖啡壺20之倒出口的第一感測器61可感測咖啡師操作倒出咖啡壺20時水的溫度。此外，在設置於咖啡壺20之倒出口的第一感測器61為流速計的實施例中，第一感測器61可感測水倒出咖啡壺20的流速(流量)。

在本實施例中，另一部分的第一感測器61以動作感測構件來實現，可進一步感測咖啡壺20於各時間點的位置，以推得咖啡壺20的作動方式。舉例來說，於咖啡師操作咖啡壺20時，可透過第一感測器61感測咖啡壺20如何在三維空間中被咖啡師所移動，以及倒出水時咖啡壺20的移動方式、傾斜角度等。

經由複數個第一感測器61進行上述感測，並將感測結果傳送至計算機裝置50，計算機裝置50即可完整記錄咖啡師操作咖啡壺時，咖啡壺的所有作動方式以及內部所存放之水的狀態等資訊。因此計算機裝置50可藉由感測結果(咖啡壺的作動方式)進一步推算得到對應咖啡師的手部動作於三維空間中的座標資訊，即對應於目標動作的座標資訊(亦為前述的目標資訊)。在一實施例中，計算機裝置50更可進一步藉由目標資訊以及前述之方式得到提供至自動操作裝置10的移動路徑資訊。

由於水溫對於手沖咖啡來說亦為決定其風味的重要因素之一，因此在此實施例中，自動操作裝置10更可進一步的根據咖啡師手沖咖啡時所感測的水溫的感測資料(溫度資訊)來確定是否開始根據移動路徑資訊進行作動。舉例來說，在本實施例中，於目標動作擷取階段時，感測構件60感測咖啡壺20的水溫為85℃，咖啡師才開始手沖咖啡的動作，咖啡壺20的水溫並作為溫度資訊被前述之通訊模組110所接收。因此當自動操作裝置10的作動階段時，可於自動操作裝置10所握持的咖啡壺20的感測資料表示當前水溫為85℃時(不小於溫度資訊)，自動操作裝置10的主控制器120再使移動路徑資訊被提供至自動操作控制模組140，自動操作裝置10才根據移動路徑資訊進行作動，藉此使自動操作裝置10可在合適的水溫下進行咖啡的沖泡，並製作出重現咖啡師手沖咖啡風味之咖啡。

圖5所示之實施例與圖4所示之實施例的不同之處，係在於圖5更包含一重量感測構件70，重量感測構件70設置於容器40之下。重量感測構件70例如為電子秤，可用於即時感測容器40所承裝之咖啡的重量。在一實施例中，重量感測構件70同樣可將感測結果傳送至自動操作裝置10。

然而，本發明並未限制於上述方式。圖6係為本發明另一實施例的示意圖。在圖6所示之實施例中，感測構件60更包括複數第二感測器62，第二感測器62設置於一咖啡師操作咖啡壺20的手80上，可用於感測咖啡師於手沖咖啡時的手部動作於空間中的位置資訊以及變化，並將感測結果傳送至計算機裝置50。

在本實施例中，第一感測器61可僅感測咖啡壺20內的水溫以及咖啡師操作倒出咖啡壺20時水的溫度，而藉由第二感測器62感測咖啡師操作咖啡壺20時的手部動作，計算機裝置50並可將第二感測器62的感測結果轉換為三維空間中的座標資訊，所述座標資訊即可作為前述之目標資訊。

要注意的是，第一感測器61與第二感測器62可例如為感應球，且第一感測器61與第二感測器62的形式與數量並未限制於圖4至圖6所繪示，可視實際需求進行修改。

圖7係為本發明又一實施例之目標資訊擷取的示意圖。在圖7所示之實施例中，感測構件60更包括複數攝影機65，攝影機65設置於咖啡壺20的周圍，可用於感測擷取咖啡師手沖咖啡時咖啡壺20的作動或咖啡師的手部動作在空間中的位置資訊以及變化，並將感測結果傳送至計算機裝置50，計算機裝置50根據感測結果運算得到三維空間中的座標資訊。

舉例來說，攝影機65可分別設置於咖啡壺20的前側、左側、右側及上側，並以高畫素與高幀率(Frame per Second，FPS)的影像記錄咖啡壺20的作動方式或咖啡師的手部動作。類似地，等攝影機65的形式與數量並未限制於圖7所繪示，可視實際需求進行修改。

在上述各實施例中，並未限制感測構件60的感測方式。舉例來說，感測構件60作為動作感測構件時，可採用電磁式捕捉技術、機械式捕捉技術、光學式捕捉技術、超音波式捕捉技術、陀螺儀式捕捉技術、光纖式捕捉技術及影像式捕捉技術的其中之一。感測構件60用於感測咖啡壺20的作動或咖啡師的手部動作於空間中的位置資訊。

本發明並未限制感測構件60(第一感測器61、第二感測器62或攝影機65)將其感測資料傳輸至計算機裝置50的方式。舉例來說，感測構件60與計算機裝置50可分別包括無線傳輸模組(未繪示)，感測構件20的感測資料可透過其無線傳輸模組傳輸至計算機裝置50。

再者，計算機裝置50所接收的感測資料(即來自感測構件60或重量感測構件70的感測資料)及/或移動路徑資訊可被傳輸至雲端資料庫，例如透過計算機裝置50的無線傳輸模組傳輸至雲端資料庫。雲端資料庫可儲存計算機裝置50所記錄來自不同的咖啡師的目標資訊以及移動路徑資訊。在某些實施例中，雲端資料庫可進一步整合所儲存的資料，以系統化地提供連接至雲端資料庫的裝置進行存取。

要注意的是，雖然上述係以感測構件60與計算機裝置50分別包括無線傳輸模組為例進行說明，但本發明並未限定於無線傳輸的方式。在某些實施例中，感測構件60與計算機裝置50亦可透過有線傳輸或其他任何合適的形式傳輸感測資料，端視設計需求而定。

根據上述，可進一步彙整出自動操作裝置的控制方法。請參考圖8，圖8為根據本發明實施例之自動操作裝置的控制方法的步驟流程示意圖。於步驟801，接收一移動路徑資訊。舉例來說自動操作裝置10可以接收或得到移動路徑資訊，且移動路徑資訊係對目標資訊的目標動作進行紀錄而得到。於步驟802，接收溫度資訊，且溫度資訊對應於移動路徑資訊。於步驟803，判斷自動操作裝置10所握持的咖啡壺20的內容物(水)之溫度是否等於或大於(不小於)前述的溫度資訊。當步驟803判斷為是，進行步驟804，反之回到步驟803。於步驟804，自動操作裝置10根據移動路徑資訊進行作動，並自動完成目標資訊所對應的目標動作。

承上述說明，根據本發明實施例之自動操作裝置可以移動路徑資訊快速的模擬咖啡師手沖咖啡時的手部動作變化、咖啡壺的出水量以及咖啡壺與濾杯之間的相對位置關係，進而可沖泡出如同專業咖啡師之水準的咖啡。此外，本發明實施例之自動操作裝置控制系統更進一步考量沖泡咖啡時的水溫來進行咖啡的製作，因此可更精準地製作出具有咖啡師手沖風味的咖啡。

在某些實施例中，自動操作控制裝置30可進一步存取雲端資料庫所整合的資料以進行模擬。亦即，只要咖啡師的沖泡動作曾被雲端資料庫所儲存(或整合)，本發明實施例之自動操作裝置10仍可依據雲端資料庫中的資料模擬咖啡師的沖泡動作。

本發明在上文中已以實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

10:自動操作裝置110:通訊模組120:主控制器130:記憶模組140:自動操作控制模組20:咖啡壺30:濾杯40:容器50:計算機裝置60:感測構件61:第一感測器62:第二感測器65:攝影機70:重量感測構件80:咖啡師的手801、802、803、804:步驟

圖1係為根據本發明實施例之自動操作裝置之使用環境示意圖； 圖2係為根據本發明實施例之自動操作控制裝置之架構示意圖； 圖3係為根據本發明實施例之移動路徑資訊的示意圖； 圖4係為根據本發明實施例一之目標資訊擷取的示意圖； 圖5係為根據本發明實施例二之目標資訊擷取的示意圖； 圖6係為根據本發明實施例三之目標資訊擷取的示意圖； 圖7係為根據本發明實施例四之目標資訊擷取的示意圖；以及 圖8係為根據本發明實施例之控制方法的步驟流程示意圖。

10:自動操作裝置

20:咖啡壺

30:濾瓶

40:咖啡盛裝容器

Claims (16)

1. 一種自動操作控制裝置，其包含： 一通訊模組，用於接收一移動路徑資訊，該移動路徑資訊係對一目標資訊的目標動作進行紀錄而得到；以及 一自動操作控制模組，用於根據該移動路徑資訊控制一自動操作裝置，以自動完成該目標資訊所對應的目標動作，其中該目標資訊包括對應該目標動作的至少一座標資訊。
2. 如請求項1所述之自動操作控制裝置，其中該目標資訊為三維空間座標資訊。
3. 如請求項1所述之自動操作控制裝置，其中該目標資訊對應於複數個感測構件所產生的感測資料。
4. 如請求項3所述之自動操作控制裝置，其中該感測構件係採用電磁式捕捉技術、機械式捕捉技術、光學式捕捉技術、超音波式捕捉技術、陀螺儀式捕捉技術、光纖式捕捉技術及影像式捕捉技術的其中之一。
5. 如請求項3所述之自動操作控制裝置，其中部分該等複數個感測構件設置於一物體。
6. 如請求項5所述之自動操作控制裝置，其中另一部分該等複數個感測構件設置於一咖啡師的手上，且該咖啡師的手握持該物體。
7. 如請求項6所述之自動操作控制裝置，其中該通訊模組用於接收該物體的內容物的一溫度資訊。
8. 如請求項7所述之自動操作控制裝置，其中該自動操作裝置所握持的一咖啡壺的內容物之溫度不小於該溫度資訊時，該自動操作控制模組根據該移動路徑資訊控制該自動操作裝置。
9. 如請求項1所述之自動操作控制裝置，其中該自動操作裝置為一機械手臂。
10. 如請求項1所述之自動操作控制裝置，其中該目標動作對應於一咖啡師製作手沖咖啡的手部動作。
11. 如請求項1所述之自動操作控制裝置，其中該移動路徑資訊係由一強化學習演算法對該目標資訊進行運算來得到。
12. 一種控制方法，其包含：       接收一移動路徑資訊，該移動路徑資訊係對一目標資訊的目標動作進行紀錄而得到；以及       根據該移動路徑資訊控制一自動操作裝置，以自動完成該目標資訊所對應的目標動作， 其中該目標資訊包括對應該目標動作的至少一座標資訊。
13. 如請求項12所述之控制方法，該控制方法更包括： 接收一溫度資訊，該溫度資訊對應該移動路徑資訊。
14. 如請求項13所述之控制方法，其中當該自動操作裝置所握持的一咖啡壺的內容物之溫度不小於該溫度資訊，根據該移動路徑資訊控制該自動操作裝置。
15. 如請求項13所述之控制方法，其中該移動路徑資訊係根據該溫度資訊而接收。
16. 如請求項12所述之控制方法，其中該目標動作對應於一咖啡師製作手沖咖啡的手部動作。

Images