本發(fā)明涉及一種放餐裝置及方法，具體涉及一種送餐機(jī)器人的自動(dòng)放餐裝置及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，有很多企業(yè)機(jī)構(gòu)已研發(fā)出用于餐廳智能送餐的機(jī)器人，但是只能實(shí)現(xiàn)替代餐廳服務(wù)員送餐這一自動(dòng)送餐功能，在送餐機(jī)器人自動(dòng)送餐到達(dá)顧客就餐位置之后仍需服務(wù)員手動(dòng)將菜品放到餐桌上，這種送餐機(jī)器人只能部分替代服務(wù)員工作的現(xiàn)狀并不能很好的提高餐廳運(yùn)作效率以及降低人工成本，必定會(huì)影響到餐廳無人化智能化的普及。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的餐廳放餐沒有實(shí)現(xiàn)無人化的問題，以提高餐廳運(yùn)作效率和普及無人化、低人工成本的餐廳運(yùn)作方式。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

1.一種送餐機(jī)器人的自動(dòng)放餐裝置，其特征在于基于送餐機(jī)器人的硬件平臺(tái)，包括rgbd相機(jī)構(gòu)成的深度視覺識(shí)別系統(tǒng)、以及機(jī)械臂和末端執(zhí)行器構(gòu)成的放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)：

（1）為了避免水霧及油霧的影響，所述rgbd相機(jī)采用防水結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)感知目標(biāo)環(huán)境信息并回傳給送餐機(jī)器人的中央處理單元。

（2）所述機(jī)械臂采用具有力矩傳感器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有多個(gè)自由度；所述末端執(zhí)行器特征在于基于力反饋的欠驅(qū)動(dòng)柔性自適應(yīng)抓取。

2.一種送餐機(jī)器人的控制系統(tǒng)，采用所述的自動(dòng)放餐裝置，其特征包括采用rgbd相機(jī)構(gòu)成的深度視覺識(shí)別系統(tǒng)獲取桌面放餐區(qū)域的大小及空間坐標(biāo)、規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂與末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)：

（1）所述深度視覺識(shí)別系統(tǒng)經(jīng)過離線標(biāo)定及雙目校正后獲取放餐區(qū)域的大小及空間坐標(biāo)過程中,為了提高圖像采集的真實(shí)度，采集到的圖像信息先經(jīng)過濾波除噪，圖像增強(qiáng)預(yù)處理，之后經(jīng)過邊緣提取，圖像匹配對(duì)餐桌放餐區(qū)域以及放餐區(qū)域周圍環(huán)境進(jìn)行分析；

（2）所述規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂與末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)，采用基于pid算法的反饋回路控制方法控制機(jī)械臂逼近目標(biāo)放餐區(qū)域，采用非線性智能控制方法控制末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)靈活的放餐操作，以及為了確保放餐的平穩(wěn)性，在放餐過程中采用自適應(yīng)阻抗匹配。

3.進(jìn)一步的，其特征在于以下實(shí)現(xiàn)步驟：

（1）所述送餐機(jī)器人到達(dá)顧客就餐位置，通過rgbd相機(jī)構(gòu)成的深度視覺識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別放餐區(qū)域位置并調(diào)整機(jī)器人位姿，確保目標(biāo)放餐區(qū)域進(jìn)入放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作空間。

（2）所述送餐機(jī)器人利用rgbd相機(jī)構(gòu)成的深度視覺識(shí)別系統(tǒng)采集目標(biāo)放餐區(qū)域信息，包括放餐區(qū)域餐盤占用信息，放餐區(qū)域空間大小信息，放餐區(qū)域坐標(biāo)信息。為了節(jié)省計(jì)算資源，建立合適的空間坐標(biāo)系，計(jì)算放餐目標(biāo)位置點(diǎn)的空間坐標(biāo)，并實(shí)時(shí)微調(diào)送餐機(jī)器人位姿，使機(jī)器人的放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠以最優(yōu)的方式放餐。

（3）根據(jù)所述送餐機(jī)器人獲取的目標(biāo)放餐區(qū)域的空間坐標(biāo)、機(jī)器人自身機(jī)械臂以及末端執(zhí)行器的相對(duì)位姿，在送到目標(biāo)位置點(diǎn)的過程中，通過機(jī)器人的中央處理單元計(jì)算機(jī)器人末端執(zhí)行器最優(yōu)的餐盤抓取姿態(tài)以及機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)在連續(xù)時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度。

（4）所述送餐機(jī)器人機(jī)械臂移動(dòng)到達(dá)目標(biāo)放餐位置，通過控制基于力反饋的欠驅(qū)動(dòng)柔性自適應(yīng)的末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)放餐，放餐成功后將信息反饋給送餐機(jī)器人。

（5）根據(jù)步驟（2）、（3）、（4）、（5）相同原理，收回放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)到初始位姿，自動(dòng)放餐過程結(jié)束，機(jī)器人自主移動(dòng)離開當(dāng)前餐桌，恢復(fù)待命狀態(tài)。

4.進(jìn)一步的，

在所述送餐機(jī)器人取餐后直至把餐盤送到目標(biāo)放餐區(qū)域的過程中，通過rgbd相機(jī)構(gòu)成的深度視覺識(shí)別系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位姿，通過力矩傳感器實(shí)時(shí)反饋力矩信息，機(jī)器人的中央處理單元實(shí)時(shí)優(yōu)化最后運(yùn)動(dòng)路徑，確保機(jī)器人的機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的力矩在合適的范圍內(nèi)、確保機(jī)械臂各關(guān)節(jié)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度最優(yōu)、確保餐盤姿態(tài)穩(wěn)定。

5.進(jìn)一步的，

所述放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)具備自鎖功能，當(dāng)在放餐過程中所述送餐機(jī)器人出現(xiàn)故障時(shí)，放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)自鎖，確保斷電之后餐盤穩(wěn)定不脫離末端執(zhí)行器。

下面結(jié)合附圖來進(jìn)一步描述本專利的具體實(shí)施方案：

附圖說明：

圖1為自動(dòng)放餐裝置及控制系統(tǒng)框架圖

圖2為自動(dòng)放餐流程圖

圖3為自動(dòng)放餐場(chǎng)景示意圖

圖2中：1、機(jī)械臂；2、rgbd相機(jī)；3、送餐機(jī)器人；4、末端執(zhí)行器；5、餐椅；6、放餐區(qū)域；7、餐桌。

1.一種送餐機(jī)器人的自動(dòng)放餐裝置，其特征在于基于送餐機(jī)器人3的硬件平臺(tái)，包括rgbd相機(jī)2構(gòu)成的深度視覺識(shí)別系統(tǒng)、以及機(jī)械臂1和末端執(zhí)行器4構(gòu)成的放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)：

（1）為了避免水霧及油霧的影響，所述rgbd相機(jī)2采用防水結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)感知目標(biāo)環(huán)境信息并回傳給送餐機(jī)器人3的中央處理單元。

（2）所述機(jī)械臂1采用具有力矩傳感器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有多個(gè)自由度；所述末端執(zhí)行器4特征在于基于力反饋的欠驅(qū)動(dòng)柔性自適應(yīng)抓取。

2.一種送餐機(jī)器人的控制系統(tǒng)，采用所述的自動(dòng)放餐裝置，其特征包括采用rgbd相機(jī)2構(gòu)成的深度視覺識(shí)別系統(tǒng)獲取桌面放餐區(qū)域6的大小及空間坐標(biāo)、規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂1與末端執(zhí)行器4的運(yùn)動(dòng)：

（1）所述深度視覺識(shí)別系統(tǒng)經(jīng)過離線標(biāo)定及雙目校正后獲取放餐區(qū)域6的大小及空間坐標(biāo)過程中,為了提高圖像采集的真實(shí)度，采集到的圖像信息先經(jīng)過濾波除噪，圖像增強(qiáng)預(yù)處理，之后經(jīng)過邊緣提取，圖像匹配對(duì)餐桌放餐區(qū)域6以及放餐區(qū)域周圍環(huán)境進(jìn)行分析；

（2）所述規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂1與末端執(zhí)行器4的運(yùn)動(dòng)，采用基于pid算法的反饋回路控制方法控制機(jī)械臂1逼近目標(biāo)放餐區(qū)域6，采用非線性智能控制方法控制末端執(zhí)行器4實(shí)現(xiàn)靈活的放餐操作，以及為了確保放餐的平穩(wěn)性，在放餐過程中采用自適應(yīng)阻抗匹配。

3.如圖2所示，其特征在于以下實(shí)現(xiàn)步驟：

（1）所述送餐機(jī)器人3到達(dá)顧客就餐位置，通過rgbd相機(jī)2構(gòu)成的深度視覺識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別放餐區(qū)域6位置并調(diào)整機(jī)器人位姿，確保目標(biāo)放餐區(qū)域6進(jìn)入放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)1、4的工作空間。

（2）所述送餐機(jī)器人3利用rgbd相機(jī)2構(gòu)成的深度視覺識(shí)別系統(tǒng)采集目標(biāo)放餐區(qū)域6信息，包括放餐區(qū)域6餐盤占用信息，放餐區(qū)域6空間大小信息，放餐區(qū)域6坐標(biāo)信息。為了節(jié)省計(jì)算資源，建立合適的空間坐標(biāo)系，計(jì)算放餐目標(biāo)位置點(diǎn)的空間坐標(biāo)，并實(shí)時(shí)微調(diào)送餐機(jī)器人3位姿，使機(jī)器人的放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)1、4能夠以最優(yōu)的方式放餐。

（3）根據(jù)所述送餐機(jī)器人3獲取的目標(biāo)放餐區(qū)域6的空間坐標(biāo)、機(jī)器人自身機(jī)械臂1以及末端執(zhí)行器4的相對(duì)位姿，在送到目標(biāo)位置點(diǎn)的過程中，通過機(jī)器人的中央處理單元計(jì)算機(jī)器人末端執(zhí)行器4最優(yōu)的餐盤抓取姿態(tài)以及機(jī)械臂1的各個(gè)關(guān)節(jié)在連續(xù)時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度。

（4）所述送餐機(jī)器人3機(jī)械臂1移動(dòng)到達(dá)目標(biāo)放餐位置，通過控制基于力反饋的欠驅(qū)動(dòng)柔性自適應(yīng)的末端執(zhí)行器4實(shí)現(xiàn)放餐，放餐成功后將信息反饋給送餐機(jī)器人3。

（5）根據(jù)步驟（2）、（3）、（4）、（5）相同原理，收回放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)到初始位姿，自動(dòng)放餐過程結(jié)束，機(jī)器人自主移動(dòng)離開當(dāng)前餐桌，恢復(fù)待命狀態(tài)。

4.在所述送餐機(jī)器人3取餐后直至把餐盤送到目標(biāo)放餐區(qū)域6的過程中，通過rgbd相機(jī)2構(gòu)成的深度視覺識(shí)別系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)1、4的位姿，通過力矩傳感器實(shí)時(shí)反饋力矩信息，機(jī)器人的中央處理單元實(shí)時(shí)優(yōu)化最后運(yùn)動(dòng)路徑，確保機(jī)器人的機(jī)械臂1各關(guān)節(jié)的力矩在合適的范圍內(nèi)、確保機(jī)械臂1各關(guān)節(jié)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度最優(yōu)、確保餐盤姿態(tài)穩(wěn)定。

5.所述放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)1、4具備自鎖功能，當(dāng)在放餐過程中所述送餐機(jī)器人3出現(xiàn)故障時(shí)，放餐執(zhí)行機(jī)構(gòu)自鎖，確保斷電之后餐盤穩(wěn)定不脫離末端執(zhí)行器4。