专利名称：基于并联机构的自动或半自动烹调装置的制作方法
技术领域：
本发明属于服务机器人领域，具体涉及一种自动或半自动烹调装置。
背景技术：
众所周知，在中国式菜肴的烹饪过程中，锅体将不断运动，并不 时伴随有对锅内食物的翻炒和搅拌，其目的在于使食物受热均匀并防 止因烹调过度而造成的营养价值损失和味道影响。
在烹调时，烹饪人员的改变往往带来菜肴色、香、味、形等方面 的很大变化，也就是说不同的人烹调的菜肴是有差异的，甚至同一个 人两次烹饪相同的菜肴，也是存在差异的。
为了实现自动或半自动烹调中国式菜肴，采用的机器人装置要能 够实现对食物自动翻炒、对锅体往复晃动、颠动、以及倾倒等烹饪操 作，最终实现高效、快捷、标准化的烹调操作。
并联才几构是指由两个或两个以上分支相连，才几构具有两个或两个 以上自由度，且以并联方式驱动的机构。并联才几器人机构由于具有刚 度重量比大、承载能力强、误差累积小、动态性能好、结构紧凑等特 点，近年来被广泛应用于众多技术领域。
迄今，在并联机构研究方面少自由度并联机构(即自由度少于六 个的并联机构，比如具有三个、四个或五个自由度的并联^L构)已经 成为研究的热点。相对于六自由度并联机构，少自由度并联:机构有其 特有的性质其结构简单，设计、制造及控制成本相对较低。其应用 领域不断扩展，如轻工、医药、食品和电子行业的自动化生产线，加 工制造业，自动化装配，PCB (印刷线路板)的贴片机构等。
但是，到目前为止，在自动或半自动烹调领域还没有发现基于并 联机构的自动或半自动烹调装置。
因此，有必要提供一种基于并联机构的自动或半自动烹调装置以 实现高效、快捷、标准化的烹调操作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够使烹调操作高效、快捷 的基于并联机构的自动或半自动烹调装置。
本发明的所采用的技术方案是提供一种基于并联机构的自动或 半自动烹调装置，包括至少一个末端执行器以及至少一个对应连接在 每个末端执行器与装置本体之间并用于驱动末端执行器在空间内运 动的运动机构，其中，自动或半自动烹调装置的至少一个运动机构中 包含至少 一个并联机构。
其中装置本体可以是指基座、支点、或者装置本体与并联机构 的连接部；末端执行器可以是指运动平台，比如锅体或者用于固持锅 体的平台。 具体地，以锅体直接作为机构的末端执行器，或者单独采用一个 锅体与末端执行器相连，通过并联机构以并行方式直接驱动锅体在空 间内的运动，以实现锅体的翻炒、倾倒、晃动等烹饪动作，进而实现 对食物的自动或半自动烹调。
机构的实现主要基于并联机构，且可以根据并联驱动方式的不同
分为至少三种形式1)基于六自由度并联机构驱动方式，此种方式
采用工业领域常用的、应用较为成熟的并联机构，该类才几构具有自由
度数较多，能够实现空间内复杂的曲线运动；2)基于组合并联机构 驱动方式，即两种少自由度并联机构共同驱动，此种方式采用少自由 度并联机构进行配合，实现相对较为复杂的运动，且由于少自由度并 联机构特有的性质，可以使其实现高速运动；3)基于串并联混合的 混联驱动方式，此类并联机构可实现运动自由度数较多，且响应较快， 可实现空间内较复杂的运动曲线。
可选择地，烹调装置的驱动机构以并联机构为主，并可辅以其他 驱动型式，根据机构的不同驱动配置机构可产生不同的自由度数，可 以采用六自由度并联机构直接驱动，亦可以采用少自由度并联机构直 接驱动或多组少自由度并联机构配合实现，还可釆用串并:f关混合驱动 形式实现。
可选择地，烹调装置以六自由度并联机构为驱动装置，六自由度 并联机构可以为任意形式，此类并联机构具有空间全域运动自由度， 可实现空间复杂曲线运动，满足烹饪操作的需要。例如，以六自由度 并联机构为烹调装置以其并联支路直接与锅体相连，以锅体作为机构
的末端执行器，或锅体直接与末端执行器相连时，可实现锅体的翻炒、 倾倒、晃动等烹饪动作，且空间操作是多维且任意方向的，并联支路 可以采用直线驱动或摆动驱动形式实现。
可选择地，烹调装置以少自由度并联机构驱动，或多组少自由度 并联机构配合驱动，实现相对复杂的空间曲线运动，满足烹饪操作的 需要。例如，少自由度并联机构可以单独使用，亦可多组才几构配合驱 动，少自由度并联机构可以为空间并联机构或平面并联机构，亦可为 含有中央支链的少自由度并联机构，此类并联机构运动自由度较少、 响应快，多组机构配合可实现相对复杂的空间曲线运动，以锅体作为 机构的末端执行器，或锅体直接与末端执行器相连时，可实现锅体的 空间位置控制及锅内食物的翻炒。
可选择地，烹调装置以串并联混合的混联驱动方式实现，此类机 构在并联机构的基础上串接以其它驱动形式，实现所需要的空间运动 要求，满足烹饪操作的需要。例如，烹调装置以串并联混合的混联驱 动方式实现，并联4几构为少自由度并联^几构，可为空间或平面少自由 度并联机构，并在其基础上串以相对其解耦某方向驱动，以实现空间 内较复杂的运动曲线，以锅体作为机构的末端执行器，或锅体直接与 末端执行器相连时，可实现锅体的翻炒、倾倒、晃动等烹饪动作。
此外，由于本发明涉及满足自由度及工作空间要求的所有并联机 构，以及基于并联机构的组合机构和混联驱动机构，虽然在说明书中 仅揭示了几种典型并联机构及其组合或混联驱动机构，但是，本领域 中已知的各种并联机构都可以应用于本发明。比如，并联机构可以为
Stewart并联机构、Tricept并联机构、3-RPS和Delta组合并联机构、 或者曲柄滑块机构和平面两自由度并联机构的串并联混合机构，这些 典型的并联机构都是本领域内较为成熟的技术。
本发明的有益效果是本发明的自动或半自动烹调装置通过并联 机构能够实现对食物自动的翻炒、对锅体的往复晃动、颠动，及倾倒 等烹饪操作，最终实现高效、快捷、标准化的烹调操作；该类装置在 专业的餐饮场所非常适用，可快速提供餐饮服务，并可使烹调操作更 为标准化；该类装置可采用至少以下三种方式实现第一种由六自由 度并联机器人机构实现对锅体的驱动；第二种由单组或多组少自由度 并联机构驱动，实现锅体的空间运动及锅内食物的翻转；第三种通过 串并联机构混合的混联驱动实现对锅体的驱动；以上三种方式均可实 现锅体在空间内的复杂运动，根据机构的特点规划烹调操作，最终实 现对菜肴的烹调。
以下结合附图和实施例，来进一步说明本发明，但本发明不局限 于这些实施例，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发 明权利要求书中所要求保护的范围。
图1是基于Stewart并联机构的烹调装置机构示意图。
图2是基于Tricept并联机构的烹调装置机构示意图。
图3是基于3-RPS和Delta组合并联机构的烹调装置机构示意图。
图4是基于混联机构的烹调装置机构示意图。
具体实施例方式
实施例1
图1为本发明中基于Stewart并联机构的自动或半自动烹调装置 的机构示意图。该烹调装置包括基座IO (也就是并联机构与装置本 体的连接部)、以锅体形式出现的运动平台30 (也就是末端执行器)， 以及连接于二者之间的六组相同的驱动杆件50。驱动杆件50通过球 形铰链55分别与基座10和运动平台30相连，通过并行驱动六组SPS 驱动杆件50的长度，可控制锅体30在空间内的位置和姿态，以及完 成各种曲线运动，进而实现多维的翻炒、倾倒和晃动的烹饪操作。
在这一实施例中，机构依靠连接基座10与运动平台30的六组可 伸缩杆件50驱动，驱动装置可为由电机带动的螺杆螺母副，或是由 直线电机、液压等支线驱动装置直接驱动；该机构结构紧凑，且已在 工业中得到成熟应用，运动自由度全面，通用性好。
实施例2
图2为本发明中基于Tricept并联机构的自动或半自动烹调装置 的机构示意图。该烹调装置包括基座IO、运动平台30,以及连接于 二者之间的三组相同的TPS驱动杆件50和被动中央约束支链60,其 中机构的运动平台30直接与烹饪锅体20相连，且在锅体20与运动 平台30之间增加两维相互正交的转动驱动装置40。驱动杆件50通
过球形铰链55和虎克铰链56分别与基座IO和运动平台30相连，中 央约束支链60—端通过虎克铰56与基座IO相连，另一端直接与运 动平台30固连；通过并行驱动三组驱动杆件50的长度，可实现锅体 20在空间内的位置控制，通过锅体20与运动平台30之间的转动驱 动装置40可控制锅体20在空间内的姿态，最终实现多维的翻炒、倾 倒和晃动的烹饪操作。
在这一实施例中，机构依靠连接基座10与运动平台30的三组可 伸缩杆件50,和运动平台30上的转动驱动装置40共同驱动；伸缩 杆件50的驱动装置可为由电机带动的螺杆螺母副，或是由直线电机、 液压等支线驱动装置直接驱动，转动驱动装置可由伺服电机直接实 现；该机构结构紧凑，且已在工业中应用广泛，运动自由度全面，通 用性好，易于控制。
实施例3
图3为本发明中基于3-RPS和Delta机构的组合并联机构烹调装 置的机构示意图。该烹调装置包括两组并联机构3-RPS机构和Delta 机构。3-RPS机构包括基座110、锅体运动平台130，以及固连于二 者之间的三组RPS驱动杆件150, RPS驱动杆件150分别通过转动副 156和球形铰链155与机构的基座110和运动平台130相连；Delta 机构包括基座210、运动平台230以及连接于二者之间的三组相同的 RUU运动链250。机构通过3-RPS机构控制锅体130在空间内的三 维运动，通过Delta机构及其运动平台210上安装的翻炒装置，实现食物在锅体内的翻炒、搅拌等烹饪操作。
在这一 实施例中，两组并联机构配合共同实现烹饪操作，机构响 应快，易实现复杂运动。
实施例4
图4为本发明中一种基于混联机构的自动或半自动烹调装置的 机构示意图。该才几构包括基座310、曲柄滑块机构330、平面两自由 度并l关机构350、锅体翻转机构370以及锅体390。曲柄滑块机构330 位于整个机构的上方，通过花键轴带动平面并联才几构350和锅体390 实现前后的移动。平面两自由度机构350采用平行四边形限制末端执 行器的转动，从而实现平面内的平移运动。通过上述两个机构的组合， 该机构可以实现空间的三维移动。在锅体390与平面两自由度机构 350连接处有一锅体翻转机构370,从而使得锅体具有沿连接轴线的 旋转自由度。这样整个混联机构具有和前述机构一样的三移一转自由 度，从而同样可以实现锅体的翻炒、倾倒和晃动的烹饪操作。
该机构的特点是将一个移动自由度通过曲柄滑块来实现，具有响 应快，结构简单，驱动性能好的特点，与前述机构的螺杆螺母副实现 方式相比具有很大的优越性。另外由于平面两自由度的平移机构结构 简单，运动学正逆解容易，易于实现运动控制。
权利要求
1、一种基于并联机构的自动或半自动烹调装置，包括至少一个末端执行器以及对应连接在所述末端执行器与装置本体之间的、用于驱动该末端执行器运动的至少一个运动机构，其特征在于，在所述的自动或半自动烹调装置中，所述至少一个运动机构中的至少一个包含至少一个并联机构。
2、 根据权利要求1所述的基于并联机构的自动或半自动烹调装 置，其特征在于，其中一个所述运动机构包含至少一个六自由度并联机构。
3、 根据权利要求1所述的基于并联机构的自动或半自动烹调装 置，其特征在于，其中一个所述运动机构包含至少一个少自由度并联 机构。
4、 根据权利要求1所述的基于并联机构的自动或半自动烹调装 置，其特征在于，其中一个所述运动机构包含至少一个包括两个或两 个少自由度并耳关机构的组合并联机构。
5、 根据权利要求3或4所述的基于并联机构的自动或半自动烹 调装置，其特征在于，所述少自由度并联机构为空间并联机构、平面 并联机构、或包含中央支链的少自由度并联机构。
6、 根据权利要求1所述的基于并联机构的自动或半自动烹调装 置，其特征在于，其中一个所述运动机构包含至少一个包括并联机构 的串并联混合机构。
7、 根据权利要求6所述的基于并联机构的自动或半自动烹调装置，其特征在于，所述串并联混合机构包括串联在一起的少自由度并 联机构以及相对所述少自由度并联机构解耦某方向的驱动机构。
8、 根据权利要求1~7之一所述的基于并联机构的自动或半自动 烹调装置，其特征在于，所述末端执行器为锅体。
9、 根据权利要求1~7之一所述的基于并联机构的自动或半自动 烹调装置，其特征在于，进一步包括一个连接于所述末端执行器上的
10、 根据权利要求1所述的基于并联机构的自动或半自动烹调装 置，其特征在于，所述并联机构为Stewart并联机构、Tricept并联机 构、3-RPS和Delta组合并联机构、或者曲柄滑块机构和平面两自由度并联机构的串并联混合机构。
全文摘要
本发明公开了一种基于并联机构的自动或半自动烹调装置。该装置以含有并联机构的运动机构驱动锅体在空间内的运动，以实现锅体的翻炒、倾倒、晃动等烹饪动作，进而实现对食物的自动或半自动烹调。该类装置可采用至少以下三种方式实现第一种由六自由度并联机器人机构实现对锅体的驱动；第二种由单组或多组少自由度并联机构驱动，实现锅体的空间运动及锅内食物的翻转；第三种通过串并联机构混合的混联驱动实现对锅体的驱动。以上三种方式均可实现锅体在空间内的复杂运动，根据机构的特点规划烹调操作，最终实现对菜肴的烹调。
文档编号A47J27/00GK101352303SQ20071002931
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月24日 优先权日2007年7月24日
发明者于洪健, 刘小勇, 兵 李, 杨晓钧 申请人:深圳市爱可机器人技术有限公司