一种基于物联网的智能餐桌清理机器人的制作方法

本实用新型涉及餐饮业机器人领域，尤其是涉及一种基于物联网的智能餐桌清理机器人。

背景技术：

餐饮业日益成为我国扩大内需的新动力和重要抓手，但面临服务人员流失、人力成本高的问题，因此与机器人技术结合，是解决餐饮行业人工成本的一条新的重要途径。

国家统计局公布的统计数据显示，2018年全国餐饮收入达到42716亿元,首次超过4万亿元,同比增长9.5％。占我国社会消费品零售总额的比重持续提高，由上年的10.8％升至11.2％。但餐饮业面临服务人员大量流失，餐饮行业招工难以及“三高”(房租水平高、原材料成本高、人力成本高)等问题，虽然市场上有较为成熟的送餐机器人，但由于餐后收餐和桌面清理的情况更加复杂，环节更多，以至于餐桌清理机器人停留在实验室阶段的较多，或者是需要人力帮助，不能自主清理，因此需要一种基于物联网的智能餐桌清理机器人。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于物联网的智能餐桌清理机器人。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于物联网的智能餐桌清理机器人，包括抓取装置、清洗装置、收纳装置、升降机构、运动机构、机器视觉装置和外壳组件，所述的运动机构、升降机构、收纳装置和抓取装置由下至上依次设置，所述的机器视觉装置安装在抓取装置前端，所述的外壳组件设置在升降机构和收纳装置外围，所述的清洗装置安装在外壳组件右侧。

所述的抓取装置包括由上至下依次设置的机械手机构、伸缩机构和第一旋转机构。

所述的机械手机构包括机械臂和机械爪，所述的机械臂包括依次连接的舵机座、大臂、小臂和水平座以及安装在小臂上的三角架，所述的舵机座上分别设有用以控制大臂旋转的左轴以及带动小臂旋转的右轴，所述的机械爪安装在水平座上；

所述的大臂下端与左轴传动连接，上端与小臂的中铰接点铰接，所述的三角架下铰接点铰接在小臂的中铰接点上，前铰接点通过第二连杆与水平座连接，后铰接点通过第一连杆与舵机座连接，所述的舵机座、大臂、第一连杆和三角架构成左轴区的平行四边形结构；

所述的右轴通过第三连杆与小臂的后铰接点连接，所述的水平座与小臂的前铰接点连接，所述的小臂、水平座、第二连杆和三角架构成右轴区的平行四边形结构。

所述的机械爪包括固定在水平座上的机械爪舵机、安装在水平座底部的手柄、安装在手柄底部的三角卡盘以及在三角卡盘上开合的三爪，所述的机械爪舵机通过钢丝绳实现手柄的上下运动，从而带动三爪在三角卡盘上的开合动作，所述的三爪的抓取端处设有用以增加摩擦力的硅橡胶层。

所述的伸缩机构包括固定在第一旋转机构上的固定板面、设置在固定板面上方的第一层伸缩结构以及设置在第一层伸缩结构上方的第二层伸缩结构，所述的固定板面下表面安装有步进电机；

所述的第一层伸缩结构包括下支撑板、固定在固定板面上表面的下导轨以及与安装在固定板面下表面且与步进电机传动转动的一级传动皮带，所述的下支撑板通过其上设置的下导轨滑块在下导轨内前后伸缩滑动，所述的一级传动皮带通过下部连接件与下支撑板固定连接；

所述的第二层伸缩结构包括上支撑板、固定在下支撑板上的上导轨以及通过前后皮带轮安装在下支撑板上的二级传动皮带，所述的上支撑板通过其上设置的上导轨滑块在上导轨内前后伸缩滑动，所述的二级传动皮带通过中部连接件与固定板面上表面固定连接，所述的上支撑板通过上部连接件与二级传动皮带固定连接。

所述的第一旋转机构由旋转舵机、固定底盘、安装在固定底盘上表面的环形滑轨、旋转盘以及安装在旋转盘下表面且与环形滑轨配合滑动的环形滑块组成，所述的旋转舵机的舵盘固定在固定底盘上方，旋转舵机底部驱动旋转盘转动。

所述的升降机构包括升降台、u型的电机固定板以及固定在电机固定板上的升降电机，所述的升降台由带有横向滑槽的上层台面和下层台面以及通过两根中间固定杆铰接的上x形杆件和下x形杆件组成，下x形杆件分别通过一根固定的支撑杆以及一根沿横向滑槽滑动的支撑杆与下层台面连接，上x形杆件分别通过一根固定的支撑杆以及一根沿横向滑槽滑动的支撑杆与上层台面连接，所述的升降电机通过蜗轮蜗杆传动调节两根中间固定杆间的距离实现升降动作，所述的下层台面固定在运动机构上方。

所述的收纳装置包括第二旋转机构和收纳筐，所述的第二旋转机构安装在收纳筐与上层台面之间，所述的收纳筐底部设有漏网，其内部分为多个用以放置餐具的区域，所述的第二旋转机构与第一旋转机构结构相同，所述的外壳组件内开有与收纳筐相对设置的导引槽。

所述的清洗装置包括吸盘机构和出水机构，所述的吸盘机构包括固定在第一旋转机构的旋转盘边缘处的横梁、固定在横梁上的舵机固定架、安装在舵机固定架上的吸盘控制舵机，与吸盘控制舵机连接的带有吸盘的吸盘固定架，所述的吸盘通过抽真空管道形成负压吸取待清洗餐具，所述的出水机构包括依次连接的水源、下方水泵和出水管，所述的出水管的喷水方向正对吸取的待清洗餐具。

所述的机器视觉装置包括安装在上支撑板前端用以拍摄餐具图像的摄像头以及用以获取餐具位置的光学测距模块。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)适用范围广泛：本实用新型的机器人身形较瘦，有效减少机器人使用的空间限制，并且配有升降机构，可用于不同高度的桌子，也能够适应不同类型和形状的餐盘碗碟。

(2)清理面积大：本实用新型采用双层导轨皮带传动，使伸展长度翻倍，能对桌面进行全方方位无死角的清理。

(3)功能全：该机器人能够实现包括收碗、倾倒盘中剩余、预清洗、分类、收集和运输等功能，无需人力辅助。

(4)机器视觉：该机器人利用碗碟正面轮廓明显，易被机器识别的特点，摄像头通过面积、形状轻松获取碗碟的类型，并配合光电测距模块，获得更加准确的数据。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型内部结构示意图。

图3为本实用新型机械手结构示意图，其中，图(3a)为左视图，图(3b)为右视图。

图4为本实用新型伸缩机构示意图。

图5为本实用新型旋转机构立体图。

图6为本实用新型清洗装置立体图，其中，图(6a)为吸盘机构示意图，图(6b)为出水机构示意图。

图7为本实用新型收纳筐俯视图。

图8为本实用新型升降机构立体图。

图9为本实用新型升降机构的上升状态结构示意图。

图中标记说明：

1、左轴，2、大臂，3、第一连杆，4、舵机座，5、三角架，6、第二连杆，7、小臂，8、水平座，9、右轴，10、曲柄，11、第三连杆，12机械爪舵机，13、钢丝绳，14、手柄，15、三角卡盘，16、三爪，17、机械爪顶部，18、步进电机，19、一级传动皮带，20、下导轨，21、下导轨滑块，22、上导轨，23、上导轨滑块，24、上支撑板，25、下支撑板，26、二级传动皮带，27上部连接件，28、中部连接件，29、下部连接件，30、固定底盘，31、环形滑轨，32、环形滑块，33、旋转舵机，34、旋转盘，35、横梁，36、舵机固定架，37、吸盘控制舵机，38、吸盘，39、吸盘固定架，40、出水管，41、水泵，42、收纳筐，43、漏网，44、上层台面，45、支撑杆，46、x形杆件，47、蜗轮蜗杆，48、升降电机，49、中间固定杆，50、电机固定板，51、抽真空管道，52、下层台面，53、摄像头，54、光学测距模块，55、机械臂，56、机械爪，57、伸缩机构，58、外壳，59、运动机构，60、第一旋转机构，61、第二旋转机构，62升降机构，63、固定板面，64、引导槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例：

如图1所示，本实用新型提供一种基于物联网的智能餐桌清理机器人，主要包括抓取装置、清洗装置、收纳装置、升降机构、运动机构59、机器视觉装置和外壳组件58，抓取装置位于机器人顶部，机器视觉装置位于抓取机构前部，清洗装置位于整体右侧，所述收纳装置位于机器人的中间部位，升降机构62设置在上述装置下方，控制整体高度调节，运动机构59设置在底部。

如图2所示，图为该机器人的内部结构图，该机器人主体自上而下分别是机械臂55、伸缩机构57、第一旋转机构60、收纳框42、第二旋转机构61、升降机构62、运动机构59，该机器人一侧布有清洗装置，自上而下为吸盘机构、出水管40、水泵41。

如图3所示，该机器人的机械手机构包括机械臂55和机械爪56。机械臂由左轴1、大臂2、第一连杆3、舵机座4、三角架5、第二连杆6、小臂7、水平座8、右轴9、曲柄10、第三连杆11组成。左轴1和右轴9通过形成平行四边形分别控制大臂2和小臂7的平面运动，且保持机械爪保持水平状态。

按照功能将机械臂55分为左轴区及右轴区，在左轴区中，左轴1带动大臂2旋转，与第一连杆3、舵机座4、三角架5形成平行四边形，使得三角架5的上端的能适中保持水平，同时三角架5、第二连杆6、小臂7、水平座8这四个部件也构成平行四边形，由于三角架5在竖直方向上的上端始终保持水平使得水平座8始终保持水平，即可保证通过左端的机械爪56始终保持与地面水平，且无竖直旋转自由度，保证抓取轴心与盘子的底端面垂直，控制垂直方向的第一个自由度；

右轴区主要控制小臂7的运动，同样形成平行四边形,右轴9旋转带动曲柄旋转，将动力通过曲柄10、第三连杆11、小臂7，最终传递给水平座8，同时曲柄10、第三连杆11、大臂2、小臂7、舵机座6也构成平行四边形，小臂7和大臂2通过三角架5相连，起到互相约束的目的，控制其第二个自由度。

机械爪主要由机械爪舵机12、钢丝绳13、手柄14、三角卡盘15、三爪16组成，机械爪舵机12控制钢丝绳13旋转，带动下方手柄14上下移动，使得三爪16可以在三角卡盘15的约束下张开与合拢，实现机械爪夹取不同尺寸的碗碟或筷子勺子。

机械爪顶部17采用硅橡胶设计，增大摩擦力，使机械爪可以加紧餐具，当抓取筷子和勺子时，两个爪为一条线，另一个爪为两抓中点，模拟人手三指抓取筷子的动作，实现不同的抓取方式，本例中，其最大开张开半径为22cm。

如图4所示，伸缩机构由步进电机18、底部一级传动皮带19、顶部二级传动皮带26、下导轨20、下导轨滑块21、上导轨22、上导轨滑块23、上支撑板24、下支撑板25及上部连接件27、中部连接件28、下部连接件29组成。通过上、中、下三个连接件的传动连接，实现一个步进电机18驱动两层滑块前后伸展，达到双倍伸缩的目的。

上、中、下三个连接件的传动连接实现二级伸缩具体过程为：

步进电机18逆时针旋转驱动一级传动皮带19，下部连接件29连接一级传动皮带19的上表面与下支撑板25，由一级传动皮带19带动下部连接件29及下支撑板25完成一级传动伸缩；

此时通过轴固定在下支撑板25上的二级传动皮带26始终保持跟随下支撑板25共同向前平动，由于中部连接件28连接二级传送皮带26下表面和固定板面63，故在二级传动皮带26平动时，受到中部连接件28的限制，与中部连接件28连接的二级传动皮带26的下表面处始终保持静止，导致其沿着逆时针方向旋转，上部连接件27连接二级传动皮带26的上表面和上支撑板24底部，在二级传动皮带26逆时针旋转的同时，带动上支撑板24向前运动，故可将动力通过上部连接件27传递给上支撑板24，使得一个电机运动的同时两支撑板同时向前运动，达到双倍伸缩的目的。

如图5所示，第一旋转机构60由固定底盘30、旋转盘34、环形滑块32、环形滑轨31、旋转舵机33组成，旋转舵机33的舵盘固定在底盘30上方，旋转舵机33底部驱动旋转盘34转动，环形滑块32和环形滑轨31分别固定在旋转盘34和底盘30上，起到支撑和滑动旋转的目的。

如图(6a)和(6b)所示，清洗装置包括吸盘机构和出水机构，吸盘机构主要为横梁35、舵机固定架36、吸盘控制舵机37、吸盘38、吸盘固定架39、抽真空管道51组成，出水机构主要为出水管40、水泵41组成。吸盘机构吸附抓取装置抓取的碗碟，配合出水机构将其清洗。

具体的实现方式为：

吸盘38通过抽真空管道51抽离真空后形成负压，吸附上方的盘子，在吸盘控制舵机37的带动下，朝着出水机构出水管40方向旋转90度，下方水泵41抽水，出水管40喷射出伞状水，清洁碗盘的残余垃圾，残余垃圾在水的带动下自动滑落，完成清洗后，舵机沿着相反方向旋转180度，吸盘38取消吸附，盘子自动下落，通过导引槽64将盘子引导入收纳机构中。

收纳装置包括第二旋转机构61和收纳筐42，第二旋转机构61与第一旋转机构60结构相同，如图7所示，收纳筐42内部分为四个区域，可以分开放置碗、碟、筷子、勺子等，底部设置漏网43，漏出多余水分。

如图8和9所示，升降装置由上层台面44、下层台面52、x形杆件46、蜗轮蜗杆47、两根中间固定杆49、u型的电机固定板50、分别固定在上下层台面的支撑杆45，支撑杆45能够沿上下层台面上的横向滑槽滑动。升降电机48驱动蜗轮蜗杆47旋转，控制螺纹圈数的增减，使得在两根中间固定杆49间距离不断变化，带动x形杆件46角度变化，达到升降的目的，使机器人能对不同高度的桌子工作。

本实用新型的工作原理如下：

本机器人可通过物联网进行控制，用户通过移动端内应用软件，点击启动按钮，即可将清理餐桌的指令通过服务器传递给机器人控制中心，控制中心执行相应的程序，机器人启动；

1、识别碗碟：摄像头53识别碗碟形状，系统处理，经行区分；光学传感器54获得碗碟距离；

2、伸缩机构伸出：根据步骤1中反馈的距离值，步进电机18驱动伸缩机构的双层支撑板及其上方的机械手机构伸出，靠接碗碟；

3、抓取机构抓取：机械爪56抓取餐具，并针对不同类别的餐具，机械爪的三爪16有不同的收缩半径，当抓取筷子和勺子时，两个爪为一条线，另一个爪为两抓中点，模拟人手三指抓取筷子的动作；

4、吸附碗碟：旋转机构带动上方的伸缩机构和机械臂旋转90度，将抓取的碗碟放置在吸盘38上方，抽真空管道52抽离真空后形成负压，吸附上方的盘子；

5、清洗碗碟：吸盘控制舵机37的带动吸附的碗碟朝着出水机构出水管40方向旋转90度，下方水泵41抽水，出水管40喷射出伞状水，清洁碗盘的残余垃圾，残余垃圾在水的带动下自动滑落；

6、收纳：根据步骤1中反馈的碗碟类型，旋转机构将收纳筐42对应收集区的入口对应引道槽64，完成清洗后，吸盘控制舵机37沿着相反方向旋转180度，吸盘38取消吸附，盘子自动下落，通过导引槽64，最终滑落到收纳框42对应位置中；

7、运输：机器视觉系统发现餐桌已完成清理后，运动机构将收集的碗碟和餐具送至指定位置。

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