专利名称：一种餐厅服务机器人系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人系统，尤其涉及一种餐厅服务机器人系统。
背景技术：
机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。机器人可接受人类 指挥，可以执行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原 则纲领行动。机器人执行的任务是取代或协助人类的工作，它广泛地应 用在制造业、建筑业、以及特殊危险场所等等。
机器人可以是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学 的产物。目前在工业、医学甚至军事等领域中均有重要用途。
欧美国家认为机器人应该是由计算机控制通过编排程序具有可以 变更多功能的自动机械，而日本人认为"机器人就是任何高级的自动机 械"，这就把那种尚需人工操纵的机械手包括进去。现在,国际上对机 器人的概念已经逐渐趋近一致，即机器人是靠自身动力和控制能力来实 现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机 器人下的定义:"一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具 的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门 系统。
机器人能力的评价标准包括智能，指感觉和感知，包括记忆、运 算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、 通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说机器人是具有生物功能的空间三维坐标 机器。
随着社会的不断发展进步，人们的人均收入提高，随之而来的是人们 的消费水平也在不断地提高，从而大大地促进餐饮业迅速发展，在餐饮业 这个领域，最繁杂的工作莫过于为顾客点餐和送餐等任务，所需的工作人 员最多，也很难管理。
目前，世界围内已有服务机器人，它包括公共场所服务机器人和家庭 服务机器人。公共场所服务机器人包括如导游机器人、迎宾机器人、医院 护理机器人等，家庭服务机器人包括清扫机器人、娱乐机器人，护理机器 人等。
目前，已有的少数服务机器人产品要么功能单一、要么结构复杂，生 产成本高很难商业化和市场推广。
因此，现有技术还有待于改进与发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种餐厅服务机器人系统，结构相对简单，制 作成本低，同时完成为顾客点餐和送餐等复杂动作，便于餐厅的统一管理。
本发明的技术方案如下
一种餐厅服务机器人系统，其特征在于，所述系统包括控制模块、 行进才莫块、交互模块、感知模块、执行模块；所述控制模块分别与所述行 进模块，所述交互一莫块，所述感知模块，执行一莫块通讯连接；
所述控制模块，用于对接收的信息、感知信息、以及机器人系统内部 模块产生的相关信息进行分析处理，并发出控制指令对执行模块进行操作 控制；
所述行进模块，用于机器人的行进移动； 所述交互模块，用于提供交互平台；所述感知模块，用于对外界事物的感知并产生感知信息； 所述执行模块，用于根据控制模块发出的控制指令执行相应的操作任务。
所述的系统，其中，所述控制模块包括嵌入式电脑、数据采集卡、 微控制器下位机；所述嵌入式电脑、数据釆集卡、以及微控制器下位机互 为通讯连接；
所述嵌入式电脑、以及所述数据采集卡还分别与所述^f亍进模块、交互 模块、感知模块、执行模块通讯连接；
所述数据采集卡，用于采集存储接收的信息、感知信息、以及系统内 部模块产生的相关信息；
所述嵌入式电脑，用于对数据采集卡采集存储的信息进行分析处理， 并发出控制指令对执行模块进行操作控制。
所述的系统，其中，所述行进模块包括直流伺服电机、减速箱、推 动轮、电机驱动电路；所述减速箱通过所述电机驱动电路分别与直流伺服 电机、推动4仑电连接。
所述的系统，其中，所述交互模块包括触摸屏、显示器，语音输入 装置、无线键盘输入装置;所述触摸屏、显示器、语音输入装置、无线键 盘输入装置分别与所述控制模块中嵌入式电脑主板，以及数据采集卡通讯 连接;
所述触摸屏，用于手工输入信息； 所述显示器,用于显示输入信息； 所述语音输入装置，用于输入语音信息； 所述无线键盘输入装置，用于手工输入信息。
所述的系统，其中，所述感知模块包括定位传感器、超声传感器、 温度传感器、声音传感器、碰撞传感器、电子罗盘；所述定位传感器、超 声传感器、温度传感器、声音传感器、碰撞传感器、以及电子罗盘分别与控制模块的嵌入式电脑主板、以及数据采集卡通讯连接；
所述定位传感器，用于定位机器人本体所在工作环境中所处位置； 所述超声传感器，用于检测障碍物所在位置； 所述温度传感器，用于检测机器人所在环境温度； 所述声音传感器，用于外界语音的识别； 所述碰撞传感器，用于检测机器人是否与它者发生碰撞； 所述电子罗盘，用于辨别方向。
所述的系统，其中，所述执行模块包括扬声器、托盘、八自由度运动 结枸；
所述扬声器与所述控制模块的嵌入式电脑主板，以及数据采集卡通讯 连接；
所述托盘设置在机器人本体的右手部；
所述八自由度运动结构，包括眼睛转动自由度结构、眼睛翻动自由 度结构、眼睛眨眼自由度结构、嘴巴张合自由度结构、脖子扭动自由度结 构、点头自由度结构、弯腰自由度结构、4丑腰自由度结构；
所述眼睛转动自由度结构、眼睛翻动自由度结构、以及眼睛眨眼自由 度结构设置在机器人本体的眼部，分别用于实现机器人本体眼珠的左右转 动、眼珠的上下翻动，以及实现眼睛眨眼动作；
所述嘴巴张合自由度结构设置在机器人本体的唇部，用于实现嘴巴的 自由张合；
所述脖子扭动自由度结构、以及点头自由度结构设置在机器人本体的 脖子处，分别用于实现机器人本体脖子的扭动、点头操作；
所述弯腰自由度结构、以及扭腰自由度结构设置在机器人本体的腰部， 分别用于实现机器人本体的弯腰、扭腰操作。
所述的系统，其中，所述系统还包括发送模块，所述发送模块通过互 联网无线网卡与所述控制模块通讯连接，用于发送输入信息。所述的系统，其中，所述系统还包括接收模块，所述接收模块通过互 联网无线网卡与控制模块通讯连接，用于接收发送模块发送的输入信息， 并将其通过互联网无线网卡传输给控制模块。
本发明所提供的 一种餐厅服务机器人系统，由于采用执行模块根据 控制模块对接收的信息、感知信息、以及机器人系统内部模块产生的相关 信息进行分析处理后，发出的控制指令执行相应的操作任务的方式，能很
好地完成现代餐饮业一般服务员的重复、繁重、乏味的工作;其稳定性高、 效率高、动作丰富；达到了餐厅服务自动化、智能化、减少了员工方便管 理的目的，大大降低餐饮业的人力资本。
图1为本发明的餐饮服务机器人工作原理图； 图2为本发明的餐厅服务机器人系统结构图； 图3为本发明的餐厅服务机器人本体整体结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的各较佳实施例进行更为详细的描述。 本发明的餐饮服务机器人本体进行点餐和送餐工作时，需要和系统前 台服务器即嵌入式电脑，系统后台服务器即微控制器下位机相配合一起工 作。如图1所示，机器人本体通过无线网络与系统前台服务器传输通讯信 息，同时，系统前台服务器通过无线或有线网络与系统后台服务器传输通 讯信息。顾客在某一桌就座之后,机器人本体在系统前台服务器的遥控操 作下行(自动)走至该桌旁，弯腰点头迎宾，然后语音提示顾客点餐，其 拥有独立的触摸屏点餐系统和语音点餐系统，即顾客可以通过触摸屏手工 输入或语音输入进行点餐；
机器人本体在为顾客点完餐之后，将该餐桌对应的点餐信息通过无线传输到系统前台服务器备案，同时将其传输给系统后台服务器，厨房的系 统后台服务器显示屏上显示出机器人本体传输来的顾客点餐信息，厨师根
据顾客点餐信息进行加工、烹饪；然后机器人本体自主行驶至系统前台， 系统前台工作人员把顾客点餐中所点的饮料放在机器人本体右手部的托盘 上，并输入该饮料所属桌次信息，机器人本体将饮料送至该桌旁，语音提 示顾客自取或者等服务员将饮料分发给该桌顾客；
一道菜做完之后，系统后台的厨师输入呼叫信息通过无线或有线网络 传输给机器人本体，提示机器人本体去厨房取菜。机器人本体根据呼叫信 息移动至取菜处，厨师把菜放进餐饮服务机器人本体右手部的托盘上，并 语音或手工输入该菜所属桌次信息，则机器人本体移动至该餐桌旁，语音 提示顾客自取或者等服务员摆放菜位；机器人本体就这样不停地为餐桌顾 客服务。
本发明的机器人系统将多种传感器信息、无线遥控技术、以及语音识 别与会话功能于一体。它的基本结构如图2所述，其包括行进模块、交 互模块、感知模块、执行模块、控制模块；
其中，所述行进模块为轮式移动小车，安装在餐饮服务机器人本体的 底层，其包括有两个直流伺服电机、两个减速箱、两个推动轮、 一个万 向轮、以及一个电才几驱动电路构成；两个直流伺服电机通过所述直流伺服 电机驱动电路与控制模块通讯连接，两个直流伺服电机输出轴分别与两个 减速箱一对一电连接，所述两个减速箱分别与两个推动轮一对一电连接， 所述万向轮则独立地安装在机器人底座的正前方。
所述交互模块包括触摸屏、液晶显示器、语音输入装置、无线键盘 输入装置，它们分别与控制模块的嵌入式电脑主板、以及数据采集卡通讯 连接，所述语音输入装置包括一个麦克风和两个扬声器，触摸屏以及液晶 显示器设置在机器人本体腰部，而无线键盘安装在机器人本体左手部(无 线键盘可安装，也可不安装，主要用于调试)，顾客可以通过触摸屏手工输入点餐信息或语音输入点餐信息；并通过液晶显示器将点餐信息、以及机 器人的工作状态进行显示，餐厅工作人员可以通过无线键盘与机器人本体 进行信息交互。
所述感知模块包括有定位传感器、超声传感器、声音传感器、碰撞 传感器、电子罗盘；其中，所述定位传感器，用于定位机器人本体所在位 置；所述超声传感器，用于检测障碍物所在位置，它与碰撞传感器都安装 在机器人本体的底层；所述温度传感器，用于检测机器人所在环境温度； 所述声音传感器，用于外界语音的识别，即识别顾客点餐信息、工作人员 的指令信息；所述碰撞传感器，用于检测机器人是否与它者发生碰撞；所 述电子罗盘，用于辨别行走方向；所述定位传感器、所述超声传感器，温 度传感器，声音传感器，碰撞传感器，电子罗盘分别与控制模块中的数据 采集卡通讯连接，同时，还与控制模块的嵌入式电脑的主板通讯连接，这 些传感器构成了本发明机器人系统的多传感器系统，机器人本体在该多传 感器信息融合的基础上，完成自己的各项感知功能以适应外界复杂环境。
所述执行模块，包括扬声器、托盘、八自由度运动结构；所述扬声 器与本发明的控制模块的嵌入式电脑主板通讯连接，托盘由机器人本体右 手部托起，所述八自由度运动结构分别与八个直流伺服电机电连接，并分 别由八个直流伺服电机进行操作控制；其中，八自由度运动结构，其具体 为:眼睛左右转动自由度结构、眼睛上下翻动自由度结构、眼睛眨眼自由 度结构、嘴巴张合自由度结构、脖子扭动自由度结构、点头自由度结构、 弯腰自由度结构、扭腰自由度结构；其中弯腰角度最大为20° (30°),扭腰 最大角度为120。，弯腰自由度还可以配合点头自由度。所述直流伺服电机 通过直流电机驱动电路与所述控制模块的嵌入式电脑主板、以及数据采集 卡通讯连接。所述执行模块所执行的具有操作有迎宾、为顾客点餐、菜 系分类介绍、向系统前台服务器、系统后台服务器传送顾客点餐信息、为 顾客送餐、以及餐厅娱乐等等；所述控制模块，包括集成了中央处理器CPU、内存条、定时器系统、 串口、 AD/DA、 1/0口等的嵌入式电脑、数据采集卡、微控制器下位机；主 要对感知信息，输入信息、以及其他模块产生的相关信息进行综合分析处 理，发出指令控制所述执行模块完成相应的工作。
所述控制模块内的嵌入式电脑通过USB接口与所述交互模块内的触摸 屏通讯连接，同时还通过音频线与麦克风、以及扬声器通讯连接。
本发明的机器人系统还包括发送模块、接收模块；所述发送模块，通 过无线遥控器、或者互联网以及无线网卡将信息发送给接收模块；而所述 接收模块通过互联网无线网卡与控制模块中嵌入式电脑的主板通讯连接， 同时通过无线遥控器、或者互联网无线网卡接收信号，并将该信号传送给 控制模块；
本发明的机器人本体外部造型为古代侍女形象，其头部、脖子和手部 (穿上衣服后能看到的身体部分)的人造皮肤具有与真人表皮相似的色泽、 有弹性、韧性、触感良好；所述人造皮肤采用粗细双层设计，所用材料为 硅胶。
本发明的餐厅服务机器人系统，采用镍氢电池驱动，所述镍氢电池与 宽输入直流电源电连接，而所述宽输入直流电源与控制模块的嵌入式电脑 的主板通讯连接。
本发明的餐厅服务机器人本体结构，如图3所示，行进模块S01安装 在所述机器人本体的底层，在机器人本体底层和机器人本体脚部S15交接 处设置有滑轮S02,使机器人本体上部相对于机器人本体底层可以自由转 动；机器人本体腰部与臀部交接处S14为丝杠结构，可以实现弯腰操作； 液晶触摸屏S03安装在机器人本体腰部的正前方，方便顾客手工输入点餐 信息；无线键盘输入装置设置在机器人本体的左手部S04上，方便顾客输 入点餐信息以及工作人员输入指令信息；机器人本体肩部S13两端分别设 置一凸轮S05,可以实现手臂转动；用来存放物品的托盘S12设置在机器人本体的右手部；机器人本体脖子S06处安装有脖子转动自由度结构SIO、以 及脖子前倾自由度结构Sll，即点头自由度结构；机器人本体唇部S09安装 有嘴巴张合自由度运动结构；机器人本体眼部S08设置有目艮珠上下翻动 自由度运动结构、眼珠左右转动自由度运动结构、以及眨眼运动自由度运 动结构；机器人本体头顶部S07安装有定位传感器，用来定位机器人本体 所在位置o
本发明所提供的一种餐厅服务移动机器人系统，采用^^式移动小车为 载体，以及将多种传感器信息、无线遥控技术、以及语音识别与会话功能 于一体的方式，并且以最接近人类的外型面对观众，其稳定性高，效率高， 动作丰富，能很好地完成现代餐饮业一般服务员的重复、繁重、乏味的工 作，如点餐和送餐，它能够自主地避开障碍物在餐厅环境中行进，完成为 顾客点餐和送餐等任务；它可以通过语音语言和身体语言如包括鞠躬、点 头和顾客进行交流；顾客可以通过触摸屏手工点餐或语音语言点餐，以达 到餐厅服务自动化、智能化、减少员工方便管理的目的，同时还大大降低 餐饮业的人力资本。
应当理解的是，上述具体实施例的描述较为详细，不能因此而理解为 对本发明专利保护范围的限制,本发明专利保护范围应以所附权利要求为 准。
权利要求
1、一种餐厅服务机器人系统，其特征在于，所述系统包括控制模块、行进模块、交互模块、感知模块、执行模块；所述控制模块分别与所述行进模块，所述交互模块，所述感知模块，执行模块通讯连接；所述控制模块，用于对接收的信息、感知信息、以及机器人系统内部模块产生的相关信息进行分析处理，并发出控制指令对执行模块进行操作控制；所述行进模块，用于机器人的行进移动；所述交互模块，用于提供交互平台；所述感知模块，用于对外界事物的感知并产生感知信息；所述执行模块，用于根据控制模块发出的控制指令执行相应的操作任务。
2、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块包括嵌 入式电脑、数据采集卡、微控制器下位机；所述嵌入式电脑、数据采集卡、 以及微控制器下位机互为通讯连接；所述嵌入式电脑、以及所述数据釆集卡还分别与所述行进模块、交互 模块、感知模块、执行模块通讯连接；所述数据采集卡，用于采集存储接收的信息、感知信息、以及系统内 部模块产生的相关信息；所述嵌入式电脑，用于对数据采集卡采集存储的信息进行分析处理， 并发出控制指令对执行模块进行操作控制。
3、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述行进模块包括直 流伺服电机、减速箱、推动轮、电机驱动电路；所述减速箱通过所述电机 驱动电路分别与直流伺服电机、推动轮电连接。
4、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述交互模块包括触 摸屏、显示器，语音输入装置、无线^建盘输入装置；所述触摸屏、显示器、 语音输入装置、无线一建盘输入装置分别与所述控制模块中嵌入式电脑主板， 以及数据采集卡通讯连接；所述触摸屏，用于手工输入信息； 所述显示器，用于显示输入信息； 所述语音输入装置，用于输入语音信息； 所述无线键盘输入装置，用于手工输入信息。
5、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述感知模块包括定 位传感器、超声传感器、温度传感器、声音传感器、碰撞传感器、电子罗 盘；所述定位传感器、超声传感器、温度传感器、声音传感器、碰撞传感 器、以及电子罗盘分别与控制模块的嵌入式电脑主板、以及数据采集卡通 讯连接5所述定位传感器，用于定位机器人本体所在工作环境中所处位置； 所述超声传感器，用于检测障碍物所在位置； 所述温度传感器，用于检测机器人所在环境温度； 所述声音传感器，用于外界语音的识别； 所述碰撞传感器，用于检测机器人是否与它者发生碰撞； 所述电子罗盘，用于辨别方向。
6、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述执行模块包括扬 声器、托盘、八自由度运动结构；所述扬声器与所述控制模块的嵌入式电脑主板，以及数据采集卡通讯 连接；所述托盘设置在机器人本体的右手部；所述八自由度运动结构，包括眼睛转动自由度结构、眼睛翻动自由度结构、眼睛眨眼自由度结构、嘴巴张合自由度结构、脖子扭动自由度结构、点头自由度结构、弯腰自由度结构、扭腰自由度结构；所述眼睛转动自由度结构、眼睛翻动自由度结构、以及眼睛眨眼自由度结构设置在机器人本体的眼部，分别用于实现机器人本体眼珠的左右转动、眼珠的上下翻动，以及实现眼睛眨眼动作；所述嘴巴张合自由度结构设置在机器人本体的唇部，用于实现嘴巴的自由张合；所述脖子扭动自由度结构、以及点头自由度结构设置在机器人本体的 脖子处，分别用于实现机器人本体脖子的扭动、点头操作；所述弯腰自由度结构、以及扭腰自由度结构设置在机器人本体的腰部， 分别用于实现机器人本体的弯腰、扭腰操作。
7、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括发送模 块，所述发送模块通过互联网无线网卡与所述控制模块通讯连接，用于发 送输入信 息。
8、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括接收模 块，所述接收模块通过互联网无线网卡与控制模块通讯连接，用于接收发 送模块发送的输入信息，并将其通过互联网无线网卡传输给控制模块。
全文摘要
本发明公开了一种餐厅服务机器人系统，其包括控制模块、行进模块、交互模块、感知模块、执行模块；控制模块分别与行进模块，交互模块，感知模块，执行模块通讯连接；控制模块，用于对接收的信息、感知信息、系统产生的信息进行分析处理，并对执行模块进行控制；行进模块，用于机器人本体行进移动；交互模块，用于提供交互平台；感知模块，用于对外界事物的感知；执行模块，用于根据控制指令执行操作。本发明的机器人系统，由于采用执行模块根据控制模块对接收的信息、感知信息、系统产生的信息进行分析处理后发出的控制指令执行操作的方式，能很好地完成餐饮业的重复、繁重、乏味的工作，达到餐厅服务自动化、智能化、减少员工方便管理的目的。
文档编号B25J13/00GK101436037SQ200810217949
公开日2009年5月20日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者吴新宇, 宋章军, 徐扬生, 陈春杰, 桥 高 申请人:深圳先进技术研究院